一种桥梁波浪振动监测装置、稳定系统及使用方法，该监测装置包括第一传感器、第二传感器和处理器，其中：第一传感器安装于所述桥梁的吊索上，第一传感器用于采集其所在的吊索的长度数据并传输至处理器；第二传感器安装于所述桥梁的桥面上，第二传感器用于采集其所在的桥面与水平面的夹角数据并传输至处理器；处理器判断桥面是否形成状态翻转，判断桥面形成状态翻转的条件为：所述吊索的长度大于第一阈值，且所述桥面与水平面的夹角大于第二阈值，所述桥面连接长度增长大于第一阈值的吊索的一侧高于桥面的另一侧。本发明专利技术弥补了现有技术中无法预测悬索桥、斜拉桥类桥梁波浪振动的缺陷，提高了桥梁运行的安全性和稳定性。提高了桥梁运行的安全性和稳定性。提高了桥梁运行的安全性和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种桥梁波浪振动监测装置、稳定系统及使用方法
[0001]本专利技术涉及桥梁监测
，具体涉及一种桥梁波浪振动监测装置、基于该监测装置的桥梁稳定系统、以及桥梁波浪振动的监测、稳定方法。
技术介绍
[0002]悬索桥、斜拉桥这类桥梁具有跨径大、跨越能力强的优点，是用作跨江、跨海、跨峡谷的常用桥型，此类桥型属于柔性结构，在横向风力作用下会进行一定幅度的钟摆运动，风力越大钟摆的幅度越大。
[0003]通常地，桥梁经过精确的设计，整个桥梁的机械结构完整且坚固，即使在强风下，风力无法破坏桥梁的整体结构并在桥梁内部形成能量积累，因此桥梁的抗风能力强。只有当风力产生的能量大于桥梁的振动能量时，桥梁才会具有产生明显的振动的能量条件，造成安全隐患。所以，通常桥梁的抗风能力都会设计得足够强大，确保桥梁的安全。
[0004]但是，专利技术人通过对大型悬索桥的波浪振动观察发现，在部分情况下，风力能量不足大桥振动能量的10％时，大桥也出现了波浪振动。以虎门大桥为例，根据虎门大桥的结构数据以及观察到的虎门大桥0.45赫兹的振动频率计算出虎门大桥需要产生冯卡曼涡旋街效应所需具备的风速必须超过16m/s，但振动出现的实时风速仅为8m/s，根据计算，该实时风速的动能只能为涡旋效应提供25％的能量，因此证明涡旋振动不可能发生，也相应地证明了没有出现涡旋激发的后续共振。
[0005]专利技术人通过大量观察计算发现，这一类风力能量明显低于大桥振动能量却出现振动的现象可能是由于大桥出现机械故障触发重力做功，并造成了桥梁局部形变而形成风能输入口，风力持续以单侧共振方法输入能量，并在其侧主缆里形成弹力储能，最终在风力减缓后弹力储能爆发产生横向振动，也即颤振，横向振动继续纵向传播，最终形成了整个悬索桥的波浪振动。
[0006]因此，有必要基于颤振的发生机理针对性地设计一种用于监控大桥颤振的监测系统以监测大桥是否出现了发生颤振所需要的必要条件，并进一步采取抑制颤振的响应措施抑制或降低颤振对桥梁产生的危害，进而提高桥梁的运营安全水准。
技术实现思路
[0007]通常地，当风力产生的能量低于悬索桥的振动能量时，悬索桥在横向风力作用下会产生一定幅度的钟摆运动，钟摆运动的幅度随风力的增大而增大。悬索桥的抗风能力足够时，尽管风力能够使得桥梁产生钟摆运动，但是，钟摆运动并不能造成桥梁的任何局部产生形变，桥梁的整体无形变，风力无法在悬索桥内形成能量积累。
[0008]但是，专利技术人通过长期对悬索桥的振动观察及研究发现，在部分情况下，风力能量未达到悬索桥的频率共振所需要的能量，也未达到涡旋激发共振所需的能量时，悬索桥仍然会出现波浪振动。经过分析，专利技术人认为出现这种情况的原因在于：吊索机械故障造成局部桥面脱离了钟摆运动形成了状态翻转；在状态翻转状态下，桥梁出现了局部形变；局部形
变就形成了风力能量输入口；横向风力在能量输入口产生局部单侧共振，其共振使得能量在悬索桥的单侧主缆中持续积累最终形成颤振。
[0009]具体地，如图1所示，桥面103在B侧吹来的横向风的影响下进行规律的钟摆运动，当桥面钟摆运动至B侧摆动至高于A侧的位置时，如图2所示，高度更低的A侧的吊索出现机械故障，例如，吊索内部的部分钢丝出现断裂，造成整个吊索的长度增加数毫米或数十毫米(长度h)。A侧的长度增长导致B侧跟随A侧做如图2所示的平滑运动，破坏了B侧正常的钟摆运动，使得B侧的吊索及附近的吊索获得了脱离钟摆运动的机会，直接向下进行自由落体运动，如图3所示，自由落体的冲力使得本来应当沿钟摆运动轨迹104移动的B侧最终沿实际轨迹105移动，B侧从高处下降至低于A侧的位置，形成了如图4所示的局部状态翻转。
[0010]这种桥面A侧产生机械故障，却在B侧形成单侧倾斜的状态翻转使得B侧形成了局部风力输入口。持续从B侧吹来的横向风能够在经过状态翻转的桥面时，向下产生压力，使得倾斜的桥面与水平面的夹角持续增大，直至桥面达到如图4中虚线所示的P点。在桥面B侧下压的过程中，即B侧的单侧共振过程中，桥面带动B侧的吊索把上方的主缆向下拉扯，于是在B侧形成一个接一个的步进幅度的线性动能被转化成为了主缆上的弹性势能并储存到B侧主缆里，在平衡点P处，弹性力与风力的下压力达到了平衡，弹性势能达到峰值。当横向风力减弱或者停止后，主缆的弹性势能爆发，通过吊索拉拽桥面向上猛烈反弹，最后，猛烈反弹的桥梁在横向形成左右对称的颤振，颤振形成一个惠更斯振动源，振动源沿着悬索桥向两端，按照惠更斯规律传播并导致整座悬索桥出现振动。
[0011]本专利技术的一个目的在于基于上述研究发现，提供一种桥梁波浪振动监测装置，以尽可能快地发现并确认形成状态翻转的局部桥面，解决现有技术中的桥梁缺乏能够有效监测到风力是否在桥梁内部形成能量积累的监测方式，所造成的在部分风力较弱时无法避免桥梁出现颤振的问题。
[0012]上述目的通过下述技术方案实现：
[0013]一种桥梁波浪振动监测装置，包括第一传感器、第二传感器和处理器，其中：
[0014]所述第一传感器安装于所述桥梁的吊索上，所述第一传感器用于采集其所在的吊索的长度数据，并将所述长度数据传输至处理器；所述第二传感器安装于所述桥梁的桥面上，所述第二传感器用于采集其所在的桥面与水平面的夹角数据，并将所述夹角数据传输至处理器；所述处理器根据所述长度数据和夹角数据判断桥面是否形成状态翻转，其中，判断所述桥面形成状态翻转的条件为：所述吊索的长度大于第一阈值；且所述桥面与水平面的夹角大于第二阈值，且所述桥面连接长度增长大于第一阈值的吊索的一侧高于桥面的另一侧。
[0015]本技术方案中，第一传感器安装于桥梁的吊索上并用于采集吊索的长度数据，实时监测吊索的长度是否超过预设的第一阈值。在部分实施例中，所述第一传感器以一定的时间间隔，例如10秒，向处理器传输实时采集数据。在一个或多个实施例中，所述第一传感器预设有第一阈值，当第一传感器采集到的长度值大于第一阈值时，向处理器传输异常长度值。在一个实施例中，第一传感器预设有第一阈值，当第一传感器采集到的长度值大于第一阈值且保持一定时间T1后，向处理器传输第一报警信号。所述第一传感器可以采用现有技术中的任一种长度传感器，所述第一传感器可以设置于部分吊索上，也可以设置于所有吊索上，每根吊索上可以仅设置一个长度传感器，也可以设置多个第一传感器，所述第一传
感器优选设置于吊索的根部。
[0016]本技术方案中，第二传感器安装于桥梁的桥面上用于采集桥面与水平参考面的夹角数据，实时监测桥面的倾斜方向、倾斜角度。所述第二传感器可以采用现有技术中的任一种水平传感器，例如水平仪、倾角计、陀螺仪等。第二传感器可以沿桥面延伸方向等间距或不等间距布置，两个相邻的第二传感器之间的距离根据吊索的间隔距离而定，通常为数米或者数十米。在部分实施例中，所述第二传感器以一定的时间间隔向处理器传输实时采集数据。在一个或多个实施例中，所述第二传感器预设有第二阈值，当第二传感器采集到的角度值大于第二阈值时，向处理器传输异常角度值，在一个实施例中，所述第本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，包括第一传感器(5)、第二传感器(6)和处理器，其中：所述第一传感器(5)安装于所述桥梁的吊索(3)上，所述第一传感器(5)用于采集其所在的吊索(3)的长度数据，并将所述长度数据传输至处理器；所述第二传感器(6)安装于所述桥梁的桥面(4)上，所述第二传感器(6)用于采集其所在的桥面(4)与水平面的夹角数据，并将所述夹角数据传输至处理器；所述处理器根据所述长度数据和夹角数据判断桥面是否形成状态翻转，其中，判断所述桥面形成状态翻转的条件为：所述吊索(3)的长度大于第一阈值；且所述桥面(4)与水平面的夹角大于第二阈值，且所述桥面(4)连接长度增长大于第一阈值的吊索(3)的一侧高于桥面(4)的另一侧。2.根据权利要求1所述的一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，所述第一传感器(5)用于在采集到的长度数据大于第一阈值时向处理器发送第一报警信号；所述第二传感器(6)用于在采集到的夹角数据方向向下且大于第二阈值时向处理器发送第二报警信号；所述处理器用于在接收到第一报警信号和第二报警信号后，判断所述桥面(4)的夹角数据方向向下且大于第二阈值的一侧与吊索(3)长度增长的一侧是否不为同一侧，若是，则所述桥面形成状态翻转。3.根据权利要求2所述的一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，所述第一传感器(5)为长度传感器，所述第一传感器(5)安装于所述桥梁的每根吊索(3)上。4.根据权利要求2所述的一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，所述第二传感器(6)为水平传感器，所述第二传感器(6)沿桥面(4)延伸的方向布置。5.根据权利要求1～4中任一项所述的一种桥梁波浪振动监测装置，其特征在于，所述处理器包括报警单元，所述报警单元用于在桥面形成状态翻转时发送振动报警信号。6.一种桥梁稳定系统，其特征在于，包括权利要求1～5中任一项所述的振动监测装置，所述稳定系统还包括设置于桥梁上的卷扬机组，所述卷扬机组下方设置有浮动稳定机构，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋宇，
申请(专利权)人：陕西墨斗星智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。