水平转体立交桥服役期平衡参数监测及智能调整装置

技术领域

本发明涉及桥梁监测技术领域，尤其涉及一种水平转体立交桥服役期平衡参数监测及智能调整装置。

背景技术

随着我国经济和科技水平的飞速发展，交通建设技术也日新月异。在桥梁建设中，难免会遇到河流、山谷、铁路、繁忙的交通等特殊工况，就需要更先进的桥梁建设方法，如水平转体立交桥建设技术，该技术具有施工效率高、成本低、使用范围广等众多优点。

转体桥包括斜拉式转体桥和T构转体桥，虽然转体桥施工技术愈发成熟，但是目前建设完成的立交桥在服役期内的监测保障工作还不够成熟，遇到恶劣的自然环境时，比如风力很大或者振动幅度很大，会导致桥梁健康状况变差，假如因健康状况变差出现桥体偏移的异常情况，如何让工作人员快速发现，如何及时采取措施进行调整，避免异常情况进一步恶化，这都是需要解决的问题。

葡萄牙的Hintze Ribeiro桥梁垮塌，是因为其桥墩稳定性受损，当出现风险征兆时，没有及时采取安全防范措施，印度加尔各答一高架桥坍塌，其事故原因是养护监管不力，所以对桥梁状况的实时监测以及及时作出反应是避免这种恶性安全事故发生的关键。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种水平转体立交桥服役期平衡参数监测及智能调整装置。

本发明的技术方案是：一种水平转体立交桥服役期平衡参数监测及智能调整装置，其特征是：该装置包括监测系统、控制系统、配重调整系统、液压驱动系统；

监测系统包括安装在桥体上的环境参数监测模块和位移参数监测模块、安装在两段桥体对接处的激光位移传感器甲、安装在桥体中心的倾角传感器，环境参数监测模块内部设置有风速传感器、风向传感器、振动传感器，位移参数监测模块内部设置有位移计、振弦式位移传感器、激光位移传感器乙；

配重调整系统包括沿长度方向固定在桥体底面两侧的两直线驱动机构、沿宽度方向固定在桥体两端的两直线驱动机构，直线驱动机构的滑块上设有配重块，通过液压驱动系统来驱动直线驱动机构工作；

控制系统包括控制单元、自适应控制模块、比较电路，所述的环境参数监测模块、位移参数监测模块、激光位移传感器甲均通过信号线与控制单元输入端连接，自适应控制模块、比较电路的一端均通过信号线和控制单元输出端连接，另一端均接入到液压驱动系统内。

优选的，所述的液压驱动系统包括相同的驱动机构甲和驱动机构乙，驱动机构甲包括通过电机驱动的液压泵、滤油器、液压油箱、溢流阀、两个液压马达，所述的液压油箱内装有液压油，液压油箱通过主油管与液压泵连接，滤油器安装在主油管上，液压泵的出口管上连接有两条油路支管，两个液压马达分别作为沿长度方向布置的两直线驱动机构的驱动源，两条油路支管分别与两个液压马达的入液口连接，液压马达的出液口通过回油管与液压油箱连接，并在所述的油路支管上安装有调速阀；驱动机构乙中两个液压马达分别作为沿宽度方向布置的两直线驱动机构的驱动源；所述的自适应控制模块与驱动机构甲、驱动机构乙中的调速阀连接，比较电路与驱动机构甲、驱动机构乙中的电机连接。

优选的，所述的直线驱动机构包括支架、丝杆、导轨和螺母滑块，丝杆转动连接在支架的两端板之间，液压马达安装在一端板上来驱动丝杆转动，导轨安装在支架的支撑板底面，螺母滑块套装在丝杆上，并与上方的导轨滑动连接，所述的配重块固定在螺母滑块的底面。

优选的，所述液压泵的出口管上接出有一路溢流管，该溢流管上安装有溢流阀。

优选的，该装置还设有蓄电池，通过蓄电池对液压马达以及各个传感器供电，并在蓄电池上连接有中间转换电路，中间转换电路通过线路与配套设置的太阳能发电装置或风力发电装置连接。

优选的，该装置还设有分别与控制单元连接的无线发射器、显示器、报警器和存储器，无线发射器通过无线电将控制单元处理后的各项数据传输给基站，显示器用于显示传感器传回的各项数据和设定的数值范围，报警器用于发出监测数据超出设定数值范围的警报，存储器用于将控制单元接收并处理好的数据进行储存。

优选的，所述的基站以5G信号的形式将各项监测数据发送到监管人员的手机以及控制室。

本发明的有益技术效果是：

（1）该装置的环境参数监测模块监测到的风力很强或桥梁振动幅度很大时，控制单元启动自适应控制模块，结合各个传感器的各项监测数据，计算桥体的偏移状况，当偏移量超出预设范围时，向液压泵驱动电机发送电信号，液压驱动系统调整桥体上配重块的位置，对桥体的重心进行微调，使桥梁恢复稳定状态；该装置能够精准监测桥梁的健康状况，并能够及时作出反应以避免桥梁异常现象进一步恶化，可有效避免桥梁坍塌等恶性事故的发生。

（2）该装置在水平转体立交桥服役期间内，可通过显示器将监测到的各项数据直观显示出来，当数据异常时，报警器会发生报警，监管人员可以清晰明了地掌握桥梁的平衡状态，并且配备了数据存储器，监测到的数据可以进行智能储存，便于后期的分析总结。

（3）该装置还可以将各传感器监测到的数据通过无线发射器实时发送到工作人员的手机中，监管人员可以随时随地查看桥梁的平衡状况。

附图说明

图1是本发明的系统图。

图2是直线驱动机构和各个传感器在T构转体桥桥体上的分布示意图之一；

图3是直线驱动机构和各个传感器在T构转体桥桥体上的分布简图之二；

图4是直线驱动机构的主视图；

图5是图4的A-A向剖视图。

图中，1.控制单元、2.环境参数监测模块、3.位移参数监测模块、4.风速传感器、5.风向传感器、6.振动传感器、7.位移计、8.振弦式位移传感器、9.激光位移传感器乙、10.激光位移传感器甲、11.倾角传感器、12.桥体、13.配重调整系统、14.直线驱动机构、141.丝杆、142.导轨、143.螺母滑块、144.支架、15.配重块、16.照明系统、17.蓄电池、18.中间转换电路、19.太阳能发电装置、20.风能发电装置、21.自适应控制模块、22.比较电路、23.无线发射器、24.基站、25.手机、26.控制室、27.工作台、28.显示器、29.报警器、30.存储器、31.液压驱动系统、32.电机、33.液压泵、34.滤油器、35.液压油、36.液压油箱、37.回油管、38.溢流阀、39.液压马达、40.调速阀。

具体实施方式

实施例一，参见说明书附图 1-5，一种水平转体立交桥服役期平衡参数监测及智能调整装置，该水平转体立交桥是指T构转体桥，该装置包括监测系统、控制系统、配重调整系统、液压驱动系统31；监测系统包括安装在桥体12上的环境参数监测模块2、安装在两段桥体12对接处的激光位移传感器甲10、安装在桥体12中心的倾角传感器11，环境参数监测模块2内部设置有风速传感器4、风向传感器5、振动传感器6，风速传感器4用于监测桥体12周围的风速，风向传感器5用于监测桥体12周围的风向，振动传感器6用于监测桥体12的振动情况，两个激光位移传感器甲10的作用为监测桥体12对接处的稳定状况，倾角传感器11的作用为监测桥体12的倾斜状况。

配重调整系统包括沿长度方向固定在桥体底面两侧的两直线驱动机构14、沿宽度方向固定在桥体两端的两直线驱动机构14，直线驱动机构14的滑块上设有配重块，通过液压驱动系统来驱动直线驱动机构14工作。

控制系统包括控制单元1、自适应控制模块21、比较电路22，所述的环境参数监测模块2、激光位移传感器甲10均通过信号线与控制单元1输入端连接，自适应控制模块21、比较电路22的一端均通过信号线和控制单元1输出端连接，另一端均接入到液压驱动系统31内，控制单元1用于接收各传感器的监测数据，并对数据进行处理，根据预先编好的程序执行指令，来控制每个执行元件。

液压驱动系统31包括相同的驱动机构甲和驱动机构乙，驱动机构甲包括通过电机32驱动的液压泵33、滤油器34、液压油箱36、溢流阀38、两个液压马达39，电机32不仅能够为液压泵33提供动力，并且能够控制液压泵33的正反转，所述的液压油箱36内装有液压油35，液压油箱36通过主油管与液压泵33连接，滤油器34安装在主油管上，滤油器34的作用是过滤液压油35中的杂质，避免油管堵塞以及损坏液压泵33，液压泵33的出口管上连接有两条油路支管，两个液压马达分别作为沿长度方向布置的两直线驱动机构14的驱动源，两条油路支管分别与两个液压马达39的入液口连接，液压马达39的出液口通过回油管37与液压油箱36连接，将液压油35回流到油箱内，并在所述的油路支管上安装有调速阀40，通过调速阀40控制进入液压马达39的液压油35，从而控制液压马达39的转速；驱动机构乙中两个液压马达分别作为沿宽度方向布置的两直线驱动机构14的驱动源，通过驱动机构甲来驱动长度方向布置的两配重块15移动，驱动机构乙驱动宽度方向布置的配重块15移动；所述的自适应控制模块21与驱动机构甲、驱动机构乙中的调速阀40连接，比较电路22与驱动机构甲、驱动机构乙中的电机32连接。自适应控制模块21可以识别桥体12的动态特性，并在识别对象的基础上采取决策，根据决策指令向调速阀40发送信号，由调速阀40对液压马达39的转速进行控制，液压马达39通过直线驱动机构14来调整配重块的位置，及时对桥体12进行微调，使其达到平稳状态。

直线驱动机构14包括支架144、丝杆141、导轨142和螺母滑块143，丝杆141转动连接在支架144的两端板之间，液压马达安装在一端板上来驱动丝杆141转动，导轨142安装在支架144的支撑板底面，螺母滑块143套装在丝杆141上，并与上方的导轨142滑动连接，所述的配重块固定在螺母滑块143的底面，通过液压马达驱动丝杆141转动，丝杆141驱动螺母滑块143沿着导轨142滑动，进而驱动配重块移动。

液压泵33的出口管上接出有一路溢流管，该溢流管上安装有溢流阀38，溢流阀38的作用是防止液压泵33因压力过大而损坏。

该装置还设有蓄电池17，通过蓄电池17对液压马达39以及各个传感器供电，并在蓄电池17上连接有中间转换电路18，中间转换电路18通过线路与配套设置的太阳能发电装置19或风力发电装置20连接，中间转换电路18用于对太阳能发电装置19或风力发电装置20进行整流，以满足蓄电池17的储存要求，太阳能发电装置19或风力发电装置20作为蓄电池17的主要电量补充；并在桥体12上设有照明系统16，由照明系统16的电源向蓄电池17进行次要的电量补充。

该装置还设有分别与控制单元1连接的无线发射器23、显示器28、报警器29和存储器30，无线发射器23通过无线电将控制单元1处理后的各项数据传输给基站24，显示器28、报警器29执行控制单元1发出的指令，显示器28用于显示传感器传回的各项数据和设定的数值范围，报警器29用于发出监测数据超出设定数值范围的警报，显示器28和报警器29均安装在工作台27上，存储器30用于将控制单元1接收并处理好的数据进行储存；基站24以5G信号的形式将各项监测数据发送到监管人员的手机25以及控制室26。

该实施例的工作过程和原理如下：

（1）安装在桥体12上的环境参数监测模块2对桥体12周围的环境状况进行实时的监测，并将各传感器监测到的数据传到控制单元1中，由控制单元1对数据进行处理。

（2）当环境参数监测模块2监测到的风力很强或桥体12振动幅度很大时，控制单元1启动自适应控制模块21，结合各个传感器的监测数据，计算桥体12的偏移状况，当偏移量超出预设范围时，自适应控制模块21调整液压驱动系统31中四个调速阀40的开度，来调整液压马达39的转速，同时比较电路22调整驱动电机32的转速和正反转，来控制液压马达39的正反转，液压马达39驱动直线驱动机构14工作，进而驱动配重块在桥体下方移动，对桥体12的平衡状态进行及时且智能的调整，使桥体12一直保持平衡状态。

（3）控制单元1将接收到的数据以TXT形式在存储器30中进行储存，方便日后对数据进行分析、校核，并将各传感器传回的各项数据与设定的数值范围通过显示器28实时的显示出来，并且当桥体12的监测数据超出设定的数值范围时，与控制单元1输出端相连的报警器29进行报警。

（4）同时控制单元1将传感器传回的各项数据通过无线发射器23传输到基站24，之后基站24以5G信号的形式将各项监测数据发送到监管人员的手机25及控制室26中，监管人员可以在任何时间和任何地点查看桥体12上监测数据的变化，并及时做出反应 。

实施例二，实施例和实施例一的主体装置相同，不同之处是桥体12上安装有位移参数监测模块3，位移参数监测模块3是针对斜拉式转体桥的监测，位移参数监测模块3与控制单元1输入端连接，位移参数监测模块3内部设置有位移计7、振弦式位移传感器8、激光位移传感器乙9，位移计7的作用是监测桥体12主塔的偏位，振弦式位移传感器8的作用是监测桥体12的锚体位移，激光位移传感器乙9的作用是监测桥体12的纵向位移，纵向位移是指桥体的下沉或上升。