梁桥支座高程自动监测装置与方法

技术领域

本发明涉及梁桥支座高程自动监测装置与方法。本发明涉及桥梁技术状况检查/检测及评定领域，可以实现桥梁支座高程的自动监测。

背景技术

目前，支座是将桥梁上部结构承受的荷重传递到下部结构并具有适应桥跨变位功能的重要结构，其中钢支座则是大、中跨度铁路钢桥中常用的的支座形式。随着重载运输不断发展，大轴重、大运量的运输模式导致列车荷载对桥跨结构的冲击明显增大，进而引起支座受力、冲击增大，伴随而来的则是支座锈蚀、脱空、倾斜、联接板开裂、螺栓断裂等一系列支座病害。支座出现病害损伤后将直接引起桥梁上部结构受力发生变化，特别是对于跨度较大的钢桁梁桥，支座病害将引起主桁杆件和纵横梁受力发生变化、桥梁振动加剧、疲劳损伤破坏，整个桥梁出现一定程度的扭曲变形，情况严重者会危及桥梁结构的运营安全，必须引起足够重视。对于铁路桥梁而言，支座病害出现后必然会对列车运行产生影响，而桥梁的运营性能指标则是判别列车正常运营的主要参数，桥梁支座高程监测直观反映支座是否病害，也是研究桥梁受力和结构安全性的重要依据。

为了保证列车的安全运营，应对支座高程进行实时监测。传统的支座高程监测是采用精密水准测量或液体静力水准测量进行。没有比较合理高效的支座高程自动监测装置与方法，无法做到实时监测，很难及时掌握支座病害情况及发展趋势，而且无法实现进行实时补救。针对桥梁支座病害问题，目前相关研究及方法大都集中在不同类型支座病害的原因分析、失效判别、处理加固、力学试验和更换等方面，也提出了一些支座病害检查方法，但有关大跨度钢桁梁桥固定支座的高程实时监测的相关方法并没有。支座作为桥梁中一个重要构件，反力增加、疲劳加剧，病害出现和发展变化迅速，需要保证支座始终处于良好的工作状态。因此，为准确掌握支座高程情况，同时实现精准补救，迫切需要研发一种大跨度钢桁梁桥支座高程自动监测装置与方法。

发明内容

针对上述内容，本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便的梁桥支座高程自动监测装置与方法；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种梁桥支座高程自动监测装置，前提是梁桥包括墩台、支座以及T梁；

自动监测装置包括配量水箱、基准压力传感器、连通管路、智能数显仪表及信号电缆；在支座内外两侧的支座压力传感器，配量水箱在墩台上；

配量水箱的输出口通过总管路连接连通管路，连通管路连通支座压力传感器；连通管路与支座压力传感器连通或截止；

智能数显仪表通过信号电缆分别电连接基准压力传感器及支座压力传感器；

支座压力传感器在支座的内外两侧，进行动态测量；

基准压力传感器在墩台上，并将基准水柱的高程作为基准高程。

一种梁桥支座高程自动监测方法，步骤一，首先，在桥梁的每个支座内外两侧都安装压力传感器，压力传感器的安装通过使用胶结剂紧密粘结在支座上；然后，预制支座自动监测装置，基准压力传感器与支座压力传感器分别被固定在连通管路处记录为位置H和支座测量位置h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7及h8；其次，通过配量水箱注满水以使连通管路内充满水；再次，智能数显仪表被放置在桥梁外，通过信号电缆连接九个压力传感器和智能数显仪表内置的接收器，接收九个压力传感器压力数据，并通过比较基准压力传感器的基准位置水压高度H与支座压力传感器的支座测量位置水压高度hi，进而计算处支座处每个支座压力传感器同基准压力传感器的高差△hi数值，△hi＝h-H；

随后，在比较基准压力传感器的基准位置水压高度H与支座压力传感器的支座测量位置水压高度hi的比较步骤中，对于高差△hi对应有不同阈值参数，设置不同级别警告信息；

步骤二，检测桥梁的四个支座是否位于同一水平面上；首先，当四个支座的高程的最大值和最小值之间差值大于安全值后，智能数显仪表通知报警电路进行报警，通知检修人员对四个支座进行检测及维修加固；

步骤三：在检测桥梁的单个支座是否有脱空或倾斜的支座病害，对每组支座的两个支座压力传感器进行分组，当有一组支座高程的差值大于安全值后，智能数显仪表通知报警电路进行报警，通知检修人员对该支座进行检测及维修加固。

一种梁桥支座高程自动监测系统，系统包括配套桥梁的远程注水部，在桥梁上有设置与远程注水部连通的加注管路，在加注管路下端连接有毛细滴管的上端，在毛细滴管下端口设置有下滴嘴口，毛细滴管下端口下方设置配量水箱，下滴嘴口用于向配量水箱的注水口加水；

在下滴嘴口与配量水箱的注水口之间设置有定量加水部；

定量加水部包括倒水铰接座，在倒水铰接座上铰接有倒水管，在倒水管尾部设置有配重部；在倒水管端口上部设置有敞口，在倒水管端口设置有引水尖端，敞口延伸到引水尖端，从而使得水在引水尖端汇集，避免滴水下落；倒水管摆动，使得引水尖端摆动于接水工位与倒水工位之间，在接水工位，承接毛细滴管滴落的水滴；当倒水管存水到设定存储量后，在水的重量不断增加，使得倒水管的端口向下摆动。

一种梁桥支座高程自动监测系统，系统包括与配量水箱管路连接有沉积组件，沉积组件包括第一水箱及第三水箱，在第一水箱及第三水箱两者之间连通有中过渡箱体，在中过渡箱体底部设置有下沉淀收集箱体；

系统具有外支护部，用于遮挡、防护与保温；

在第一水箱中，其上端连接有互通阀组，互通阀组通过单向阀连接连通管路；在互通阀组上设置有液位计，在第一水箱设置有搅拌部；

在第一水箱的输出侧部与中过渡箱体的进入侧部连通，中部设置有输入中滤网，在输入中滤网上下部设置有下通道及上通道；在中过渡箱体的输出侧部设置有输出中滤网，在输入中滤上部设置有上浮缓冲部，在输入中滤网底部一侧设置有下透水网，在底部另一侧设置有单向向下摆动的摆动栅爪，摆动栅爪密度低于水的密度；在摆动栅爪悬爪端悬挂有增幅弹簧阵子，在摆动栅爪上分布有开口槽；

在搅拌部中，其底部设置有搅拌扇叶，用于搅拌水流，在搅拌部下端设置有变向齿轮部，在变向齿轮部传动连接有风轮轴，风轮轴的扇叶面向所在地区的风向，风轮轴传动连接有啮合齿轮轴，啮合齿轮轴啮合有竖直方向移动的竖直导向齿条，在竖直导向齿条上设置有竖直导向套，在竖直导向齿条下端悬挂有振幅增幅阵子，振幅增幅阵子随着风或梁体振动而带动齿条升降；

在第三水箱中，通过回流管路连通配量水箱，在回流管路上设置有输出管路及循环辅助泵，在输出管路中设置有层流分布套管，用于对循环辅助泵输出的水流进行整流，在配量水箱的总管路中内也设置有层流分布套管；总管路通过连通阀连接连通管路。

系统包括配套桥梁的远程注水部。

一种梁桥支座高程自动监测方法，

方法包括定时加水步骤；远程注水部通过加注管路给毛细滴管多个配量水箱定时定量滴水，从而抵扣蒸发量；

在回流步骤中，在风轮轴和/或振幅增幅阵子实现搅拌扇叶旋转，使得，水进入中过渡箱体，在增幅弹簧阵子增加了栅爪摆动，使得杂物振颤下落到下沉淀收集箱体中存储；

水通过输出管路返回配量水箱中。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

由上述技术方案可知，本发明主要利用连通管原理，通过已知基准高程点的水压和待监测支座的水压，可以计算出待测位置的高程。本发明通过对全部需要监测的支座进行分组，对所有支座高程同时监控，通过总处理器分类汇总，达到分布式要求。具体而言：各支座处安装的压力传感器将水压力转换为电信号，利用智能数显仪表内置采集器采集传感器的数据并通过传递给处理器，处理器对数据进行处理得出每个支座的内外高程。进一步的再与实际限值进行比较，根据支座高程的实时数据是否接近、达到或超过来控制分级警告装置发出不同级别的警告信息。可见本发明提供的支座高程实时监测装置可以实现对支座高程的实时监控，并在数据异常时及时的通过警告装置发出警告信息，及时的提醒相关人员做出相应的措施，防止意外发生。

该种方法有效的克服了传统高程测量操作精度低、操作不便以及误差累计较大等诸多缺点，且安装快捷，使用简单高效。

本发明的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更佳详细的描述。

附图说明

图1为本发明的使用状态下结构正视示意图；

图2为本发明的侧视示意图；

图3为单个支座的主视示意图；

图4为单个支座的俯视示意图；

图5是本发明整体的结构示意图。

图6是本发明倒水的结构示意图。

图7是本发明沉淀的结构示意图。

图8是本发明振动的结构示意图。

其中：1、配量水箱；2、基准压力传感器；3、连通管路；4、支座压力传感器；5、自动排气阀；6、智能数显仪表；7、信号电缆；8、橡胶支座；9、加注管路；10、远程注水部；11、毛细滴管；12、沉积组件；13、墩台；14、外支护部；15、定量加水部；16、接水工位；17、倒水工位；18、回流管路；19、倒水铰接座；20、倒水管；21、敞口；22、配重部；23、引水尖端；24、总管路；25、互通阀组；26、单向阀；27、液位计；28、第一水箱；29、搅拌部；30、输入中滤网；31、下通道；32、上通道；33、中过渡箱体；34、输出中滤网；35、第三水箱；36、上浮缓冲部；37、下透水网；38、摆动栅爪；39、增幅弹簧阵子；40、下沉淀收集箱体；41、输出管路；42、循环辅助泵；43、层流分布套管；44、搅拌扇叶；45、变向齿轮部；46、风轮轴；47、振幅增幅阵子；48、竖直导向套；49、竖直导向齿条；50、啮合齿轮轴；51、水压柱。

具体实施方式

如图1-4，现有的大跨度钢桁梁桥的桥梁结构从底部到顶部依次为墩台13、盖梁、支座以及T梁；

如图1、2,本自动监测装置，用于实现对支座高程的自动监测，可以有效的降低支座病害引起的桥梁事故的发生，包括设置在桥梁上方的配量水箱1，基准压力传感器2，连通管路3，分别设置在支座内外两侧的支座压力传感器4，自动排气阀5，智能数显仪表6，以及连接配量水箱与各个支座高程自动监测装置的软管和连接智能数显仪表与支座高程自动监测装置的信号电缆7；连通管路3采用软管结构，从而具有延展性、柔性等特性，连接方便。压力传感器进行水压采集，自动排气阀、智能数显仪表、信号电缆。

压力传感器设置在支座的内外两侧，进行动态测量。

在墩台上安装一个基准压力传感器，其高程作为基准高程；。

在实际操作中，配量水箱位置竖直方向上高于支座位置，从而提高水压，保证各部水柱压力。

自动排气阀等间距排布，从而实现多位置长距离监测。软管上设有若干排气阀，从而实现了排气，避免空气泡干扰。

在软管上设置的基准压力传感器。

在智能数显仪表内置有常规的报警电路和自动检修电路，通过分析来自基准压力传感器的数据，来判断高程自动监测装置是否损坏。在智能数显仪表内置数据采集器、处理器和无线网路传输系统，并设有警示电路和无线网路传输系统。可以及时将高程的变化上传到云端进行备份。

如图3所示，将每个支座内外通过使用胶结剂各固定一压力传感器4，在软管3上的一处设置一基准压力传感器4，用软管3将水箱和这八个支座处压力传感器4及基准压力传感器联通，高程发生变化时，支座处压力传感器受到的水压力也会发生变化，变化值通过压力传感器传给智能数显仪表中。软管连接的位置均通过自封接头连接而成。将水箱至于一定高度，与基准压力传感器和支座处压力传感器形成一定的高度差，确保九个个压力传感器均能正常工作。用信号电缆联通压力传感器输出端和智能数显仪表接收端。信号电缆连接的位置均通过电缆插件插接而成。

传感器的安装方法采用胶粘剂安装，具体的，可采用常用的502胶粘结，具体步骤包括：

a、先对安装位置进行清理，将表面杂物全部清除；

b、使用砂纸对安装面进行打磨；

c、用丙酮或无水乙醇对打磨面进行清洗，并彻底擦干；

d、于粘接部位滴适量的502快干胶，之后用手(或加压)将传感器压住几秒钟，待胶初步固化后松开手(或去掉压力)，静置十几秒，使胶彻底固化达到胶接强度；

e、欲取下粘接在被测物体上的传感器，请先于粘合部位涂布丙酮，过几分种后用起子取下，注意不要用力过猛，如果轻轻用力取不下时，可再涂布溶剂，待几分钟再轻轻取下。

压力传感器的安装不限于胶结，可以采取螺钉的方法，可根据实际工况环境或器械使用要求作出适应性的调整。

基准压力传感器需安装在高程不会发生变化的位置，并且高程已知。将其高程作为基准高程。

软管连接的位置均使用自封接头，保证密闭性。软管上设有若干个自动排气阀，压力传感器的信号输出端均通过信号电缆7与智能数显仪表6连接。信号电缆上安装的电缆插接件均可快速插拔，以便于安装更好。如图所示，每隔一段距离在软管上安装自动排气阀以排除软管内多余气体。

高程自动监测装置通过压力传感器4进行实时监测，高程发生变化时，高程自动监测装置中的水压力也会发生变化，压力传感器将变化值转化为电信号通过信号电缆7传给智能数显仪表6。

本实施例的桥梁支座自动监测装置方法，包括以下步骤：

步骤一：在桥梁的每个支座内外两侧都安装压力传感器，压力传感器的安装通过使用胶结剂紧密粘结在支座上。预制支座自动监测装置；基准压力传感器与支座压力传感器分别被固定在软管处一位置H和支座测量位置h1，h2，h3，h4，h5，h6，h7，h8，位置如图2所示。水箱、基准压力传感器、支座处压力传感器均由软管连通，水箱注满水以使软管内充满水。智能数显仪表被放置在桥梁外，通过信号电缆连接九个压力传感器和智能数显仪表内置的接收器，接收九个压力传感器压力数据，并通过基准位置水压高度H与支座测量位置水压高度hi，进而计算处支座处每个压力传感器同基准压力传感器的高差△hi(△hi＝h-H)数值。

长距离软管中，每隔一段距离在软管上安装自动排气阀以排除软管内多余气体。软管上安装的快换自封接头断开时水不会流失；通信电缆上安装的电缆插接件可快速插拔，以便于安装后续管节时的断接。

智能数显仪已经集成采集器和总处理器的功能，可以将电信号转换为实时的支座高程数据，并进行处理，判断是否需要警示相关监测人员，警示电路可以通过无线网路传输系统，可以及时的将警示信息传给相关人员，整套装置及系统无需人员看守。

对支座的各项高程数据进行处理比较，若数据接近、达到或超过限值则通过分级警告装置发出不同级别警告信息。数据进行限值控制警告装置发出一级警告信息，数据达到限值控制警告装置发出二级警告信息。数据超过限值控制警告装置发出三级警告信息。

通过智能数显仪表显示的高差数据，操作人员能够实时读取各支座高程变化，继而及时调整支座高程，使四个支座均处于同一水平面上。

检测桥梁的四个支座是否位于同一水平面上；首先，当四个支座的高程的最大值和最小值之间差值大于安全值后，智能数显仪表通知报警电路进行报警，通知检修人员对四个支座进行更细致的检测及维修加固。

步骤二：检测桥梁的四个支座是否位于同一水平面上；首先，当四个支座的高程的最大值和最小值之间差值大于安全值后，智能数显仪表通知报警电路进行报警，通知检修人员对四个支座进行更细致的检测及维修加固。具体的说，首先，当△h1、△h3、△h5、△h7的最大值和最小值之间差值大于安全值后，智能数显仪表通知报警电路进行报警，通知检修人员对四个支座进行更细致的检测及维修加固，从而位移自控，将高程变化信号转为电信号，实现远程自控。通过变化值设定实现多等级控制。通过该步骤可以避免桥梁纵向出现东高西低或南高北低等情况。

步骤三：检测桥梁的单个支座是否有脱空，倾斜等支座病害，对每组支座的两个压力传感器进行分组，当有一组支座高程的差值大于安全值后，智能数显仪表通知报警电路进行报警，通知检修人员对该支座进行更细致的检测及维修加固。首先，每个支座的内外的两个装置所监测到的高程差值即△h1-△h2、△h3-△h4、△h5-△h6、△h7-△h8大于安全值后，智能数显仪表通知报警电路进行报警，通知检修人员对该支座进行更细致的检测及维修加固。通过该步骤可以避免桥梁纵向出现内高外低或内低外高等情况。需及时拆除原有支座，更换尺寸更加合适的支座。

支座高程自动监测装置应根据实际的工程情况，来判断是否需要防水防腐蚀处理。

系统包括配套桥梁的远程注水部10，在桥梁上有设置与远程注水部10连通的加注管路9，在加注管路9下端连接有毛细滴管11的上端，在毛细滴管11下端口设置有下滴嘴口，下滴嘴口用于向配量水箱1的注水口加水；

如图6，在下滴嘴口与配量水箱1的注水口之间设置有定量加水部15；

定量加水部15包括倒水铰接座19，在倒水铰接座19上铰接有倒水管20，在倒水管20尾部设置有配重部22；在倒水管20端口上部设置有敞口21，用于增加进水开口面积，减少误差。在倒水管20端口设置有引水尖端23，敞口21延伸到引水尖端23，从而使得水在引水尖端23汇集，避免滴水下落。倒水管20摆动，使得引水尖端23摆动于接水工位16与倒水工位17之间，在接水工位16，承接毛细滴管11滴落的水滴；当倒水管20存水到设定存储量后，在水的重量不断增加，使得倒水管20的端口向下摆动。

在倒水工位17，定量加水部15存积的水从引水尖端23下落到配量水箱1中；在支座压力传感器4上设置有水压柱51；

如图1-8，配量水箱1和/或水压柱连接有沉积组件12，沉积组件12包括第一水箱28及第三水箱35，在两者之间连通有中过渡箱体33，在中过渡箱体33底部设置有下沉淀收集箱体40；

装置和/或系统具有外支护部14，用于遮挡、防护与保温；

在第一水箱28中，其上端连接有互通阀组25，互通阀组25通过单向阀26连接连通管路3；在互通阀组25上设置有液位计27，在第一水箱28设置有搅拌部29，

在第一水箱28的输出侧部与中过渡箱体33的进入侧部连通，中部设置有输入中滤网30，在输入中滤网30上下部设置有上通道32及下通道31；在中过渡箱体33的输出侧部设置有输出中滤网34，在输入中滤网30上部设置有上浮缓冲部36，在输入中滤网30底部一侧设置有下透水网37，在底部另一侧设置有单向向下摆动的摆动栅爪38，摆动栅爪38密度低于水的密度；在摆动栅爪38悬爪端悬挂有增幅弹簧阵子39，在摆动栅爪38上分布有开口槽；

在搅拌部29中，其底部设置有搅拌扇叶44，用于搅拌水流，在搅拌部29下端设置有变向齿轮部45，在变向齿轮部45传动连接有风轮轴46，风轮轴46的扇叶面向所在地区的主要风向，风轮轴46传动连接有啮合齿轮轴50，啮合齿轮轴50啮合有竖直方向移动的竖直导向齿条49，在竖直导向齿条49上设置有竖直导向套48，在竖直导向齿条49下端悬挂有振幅增幅阵子47，其随着风或梁体振动而带动齿条升降，从而可以使得扇叶旋转。

在第三水箱35中，通过回流管路18连通配量水箱1，在回流管路18上设置有输出管路41及循环辅助泵42，在输出管路41中设置有层流分布套管43，用于对循环辅助泵42输出的水流进行整流，在配量水箱1的总管路24中内也设置有层流分布套管43。总管路24可以通过连通阀连接连通管路3；

作为综合使用步骤，其具体步骤可以单独使用，

监测步骤，总管路24及连通管路3，向对应的水压柱51中注水，使得基准压力传感器2与支座压力传感器4承受设定水压，并通过智能数显仪表6采集水压施加在压力器上的信息，当有支座发生坍塌或倾斜，其对应的水压液力柱会相应的变化，并与基准压力相比，从而快速得到支座的实施情况。

申请人发现，对配量水箱1加水是一个耗时费力的工作，特别是对应偏远地区，，通过自动排气阀5避免管路存在气体，信号电缆7实现电压力信号的传输，橡胶支座8实现补偿与缓冲。为了解决配量水箱1因为漏水或蒸发原因，需要定期加水补水的问题，通过设置远程注水部10，实现远程加注，加注管路9给多个配量水箱1，根据距离远近设置毛细滴管11的数量与孔径，从而保证了各个配量水箱1定时定量滴水，从而抵扣蒸发量。

在长期野外使用中，水质会发生积垢，积垢来源包括水质变质、水腐蚀、杂物、灰尘等进入，为了延长设备维修周期，在连通管路3上旁接、串联或并联有沉积组件12。本发明利用桥墩13作为基准，外支护部14可以内置加热器、保温层，外设置有太阳能等可再生能源，作为电源补充。为了减少滴水对水的振动，而造成对压力波动，增加了加水间隔，减少了水滴加的干扰，定量加水部15中水少的时候，其端口位于接水工位16，从而承接滴水，然后，随着水的增加，水液面逐渐靠近端口，并使得端口向下到达倒水工位17，一次性将水注入配量水箱1，从而减少平时对水的干扰。

如图1-8，为了实现水循环，回流管路18将过滤后的清水返回，二次利用，倒水铰接座19，倒水管20可以延长水加入间隔时间，斜向上开口21可以增大开口面积，从而方便增加滴水，配重部22可以调整水容量大小，引水尖端23从而实现了导向引导，互通阀组25可以实现(优先4个、6个或8个等压力水柱连通)，单向阀26实现了单向管路，避免过滤管路干扰，液位计27实现了液位监控，第一水箱28实现沉淀物，搅拌部29实现旋转，从而实现了搅拌，使得杂物混入水中前行，输入中滤网30实现中间阻隔，下通道31与上通道32实现了下沉淀物与漂浮物进入中过渡箱体33，通过中部的输出中滤网34避免沉淀物与漂浮物进入，第三水箱35作为缓冲，上浮缓冲部36实现漂浮物存积，下透水网37实现了沉淀，摆动栅爪38其上沉淀物过多的时候，从而实现堆积的沉淀物，从而使得其克服浮力，使得杂物下落存储，通过增幅弹簧阵子39增加了栅爪摆动，使得杂物振颤下落，下沉淀收集箱体40实现存储，避免沉淀物反向进入管路中，输出管路41，循环辅助泵42，层流分布套管43，其定期启动，搅拌扇叶44，变向齿轮部45，风轮轴46，振幅增幅阵子47，竖直导向套48，竖直导向齿条49，啮合齿轮轴50，从而借助风力及桥梁振动，并通过阵子扩大振动幅度，实现驱动扇叶旋转，从而驱动水流前行。

本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不在一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。