一种高性能智能桥梁结构及智能称重方法技术

本申请涉及一种高性能智能桥梁结构及智能称重方法，包括：桥梁本体，其包括UHPC主梁，在UHPC主梁内设有若干纵向受力钢筋；预埋监测设备，其包括布置在纵向受力钢筋上的若干应变传感器，若干所述应变传感器通过分布式光纤连接至桥梁采集箱中；外部监测设备，其包括监测桥面车辆信息的摄像机，摄像机通过有线集中连接至桥梁采集箱中；主机，该主机与桥梁采集箱连接，并识别记录车辆在桥面中的相应位置，同时提取相应时刻UHPC主梁上应变传感器的监测数据并记录，比对监测数据与修正的桥梁理论分析结果，反推出车辆载重信息。本申请的高性能智能桥梁结构具备智能程度高、监测范围广的优点，在中小跨径桥梁结构中具有广阔的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能智能桥梁结构及智能称重方法


[0001]本申请涉及智能桥梁监测
，特别涉及一种高性能智能桥梁结构及智能称重方法。

技术介绍

[0002]在我国的公路桥梁中，中小跨径桥梁数量可占桥梁总数的90％以上，具有数量大、造价低、病害多的特点，且随着服役年限的增多，材料老化、荷载增大等原因造成的影响日趋明显，众多中小跨径桥梁的可靠度逐步降低。因此，为促进中小跨径桥梁的轻量化、标准化、智能化，采用超高性能混凝土与新型的监测方法，需提供一种新型的高性能智能桥梁结构。
[0003]超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra
‑
High Performance Concrete)是一种高强度、高模量、高延性的超高性能纤维增强水泥复合材料，通过UHPC代替普通混凝土结构，可以避免普通混凝土桥面板易开裂、寿命短的现象，还可减少桥面板混凝土用量，降低结构自重。同时UHPC结构可应用于桥梁各构件中，形成多种具有高性能的桥梁构件。
[0004]结构桥梁的健康是现在交通主要问题之一，针对总量较多的中小跨径桥梁，现有的监测设备功能单一，只能对某一方面进行监测，监测不全面，且各项监测设备安装繁琐，难以使用和推广。如何通过将智能监测设备预埋进超高性能混凝土主梁与高性能伸缩缝中，提高监测设备的寿命与监测功能，成为需要解决的诸多问题。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种高性能智能桥梁结构及智能称重方法，以解决相关技术中中小跨径桥梁难以智能监测的问题。
[0006]本申请实施例第一方面提供了一种高性能智能桥梁结构，包括：
[0007]桥梁本体，所述桥梁本体包括UHPC主梁，所述UHPC主梁内设有若干纵向受力钢筋；
[0008]预埋监测设备，所述预埋监测设备包括布置在纵向受力钢筋上的若干应变传感器，若干所述应变传感器通过分布式光纤连接至桥梁采集箱中；
[0009]外部监测设备，所述外部监测设备包括监测桥面车辆信息的摄像机，所述摄像机通过有线集中连接至桥梁采集箱中；
[0010]主机，所述主机与桥梁采集箱连接，并识别记录车辆在桥面中的相应位置，同时提取相应时刻UHPC主梁上应变传感器的监测数据并记录，比对监测数据与修正的桥梁理论分析结果，反推出车辆载重信息。
[0011]在一些实施例中：所述纵向受力钢筋上布置多个应变传感器，多个所述应变传感器沿纵向受力钢筋的长度方向等间距设置，所述分布式光纤粘结于纵向受力钢筋上，所述应变传感器和分布式光纤外表面涂环氧树脂进行保护。
[0012]在一些实施例中：所述UHPC主梁中若干纵向受力钢筋中选取2
‑
4根纵向受力钢筋上布设应变传感器，各根纵向受力钢筋上的应变传感器沿纵桥向分布在纵向受力钢筋长度
L的L/4、L/2和3L/4处；
[0013]所述分布式光纤设有多根，多根所述分布式光纤粘结与未布设所述应变传感器的纵向受力钢筋上，所述分布式光纤伸出于UHPC主梁的端部。
[0014]在一些实施例中：所述UHPC主梁为空心板、T梁、工字梁与小箱梁中的任意一种。
[0015]在一些实施例中：还包括UHPC主梁与桥台基础或位于相邻的两个UHPC主梁之间的高性能伸缩缝，所述高性能伸缩缝与UHPC主梁通过预埋螺栓连接，高性能伸缩缝内设有测量高性能伸缩缝伸缩长度的位移传感器，所述位移传感器预埋进高性能伸缩缝后浇UHPC中，且通过数据传输线连接至桥梁采集箱中。
[0016]在一些实施例中：所述位移传感器为磁致伸缩位移传感器，所述位移传感器设有多个，多个所述位移传感器沿横桥向依次等间距设置。
[0017]在一些实施例中：所述外部监测设备还包括温度传感器和桥面限高传感器，所述温度传感器和桥面限高传感器通过有线连接至桥梁采集箱中，所述桥梁采集箱连接有服务器，所述服务器将桥梁采集箱的接收信息无线发送至主机。
[0018]在一些实施例中：所述摄像机设有2
‑
4个，并依次沿桥梁主体的纵桥向依次间隔排列。
[0019]在一些实施例中：所述主机连接有告警器，当所述车辆载重大于主机内预存车辆载重信息阈值时向告警器发出告警信息。
[0020]本申请实施例第二方面提供了一种高性能智能桥梁结构的智能称重方法，所述方法使用上述任一实施例所述的高性能智能桥梁结构，所述方法包括以下步骤：
[0021]步骤一：基于新建的高性能智能桥梁结构，进行单辆车辆的车载试验，车重为W1，同时提取试验下的UHPC主梁上应力测点的应力响应σ
i
；
[0022]根据UHPC主梁纵向布置的n个应力测点可知，应力响应矩阵σ
i
＝[σ1,σ2,
…
σ
n
]T
，每个应力测点响应为车重W1与车辆坐标x的函数，σ
i
＝f
试
(W1,x)；
[0023]结合桥梁数值模拟软件，得到有限元模型中的每个应力测点响应σ
i
的函数，σ
i
＝f
模
(W1,x)，根据数据拟合，得到单辆车的每个应力测点响应σ
i
＝f
i
(W1,x)，进而得到应力响应矩阵
[0024]基于已知的应力响应矩阵[σ
i
]与车重W1，可构建出车重关于应力响应的函数，即W1＝F
i
(σ
i
,x)储存于主机中；
[0025]步骤二：基于新建的高新能桥梁结构，进行多辆车辆的车载试验，车重分别为W1,W2,
…
W
m
，车重矩阵[W
j
]＝[W1,W2,
…
W
m
]T
，提取每个应力测点的应力响应σ
i,j
，i表示第i个测点，j表示第j辆车；
[0026]根据线性叠加原理，可知σ
i,j
为每辆车在所处坐标x
j
下的应力响应之和，即σ
i,j
＝σ
i,1
+σ
i,2
+
…
σ
i,m
，σ
i,1
＝f(W1,x1)为第一辆车在第i个测点的应力响应，进而得到主梁应力相应矩阵σ
i,j
＝[σ
1,j
,σ
2,j
,
…
σ
n,j
]T
，展开即为
[0027][0028]同理，进行多辆车的桥梁数值模拟分析，提出修正后的应力测点响应σ
i,1
＝f
i
(W1,x1)，进而确定了多辆车下的应力响应矩阵
[0029][0030]基于步骤一中的单辆车下车重关于应力响应的函数W1＝F
i
(σ
i
,x)，进而得到车重矩阵[W
j...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能智能桥梁结构，其特征在于，包括：桥梁本体，所述桥梁本体包括UHPC主梁(1)，所述UHPC主梁(1)内设有若干纵向受力钢筋(11)；预埋监测设备，所述预埋监测设备包括布置在纵向受力钢筋(11)上的若干应变传感器(12)，若干所述应变传感器(12)通过分布式光纤(13)连接至桥梁采集箱(4)中；外部监测设备，所述外部监测设备包括监测桥面车辆信息的摄像机(3)，所述摄像机(3)通过有线集中连接至桥梁采集箱(4)中；主机(5)，所述主机(5)与桥梁采集箱(4)连接，并识别记录车辆在桥面中的相应位置，同时提取相应时刻UHPC主梁(1)上应变传感器(12)的监测数据并记录，比对监测数据与修正的桥梁理论分析结果，反推出车辆载重信息。2.如权利要求1所述的一种高性能智能桥梁结构，其特征在于：所述纵向受力钢筋(11)上布置多个应变传感器(12)，多个所述应变传感器(12)沿纵向受力钢筋(11)的长度方向等间距设置，所述分布式光纤(13)粘结于纵向受力钢筋(11)上，所述应变传感器(12)和分布式光纤(13)外表面涂环氧树脂进行保护。3.如权利要求1或2所述的一种高性能智能桥梁结构，其特征在于：所述UHPC主梁(1)中若干纵向受力钢筋(11)中选取2
‑
4根纵向受力钢筋(11)上布设应变传感器(12)，各根纵向受力钢筋(11)上的应变传感器(12)沿纵桥向分布在纵向受力钢筋(11)长度L的L/4、L/2和3L/4处；所述分布式光纤(13)设有多根，多根所述分布式光纤(13)粘结与未布设所述应变传感器(12)的纵向受力钢筋(11)上，所述分布式光纤(13)伸出于UHPC主梁(1)的端部。4.如权利要求1所述的一种高性能智能桥梁结构，其特征在于：所述UHPC主梁(1)为空心板、T梁、工字梁与小箱梁中的任意一种。5.如权利要求1所述的一种高性能智能桥梁结构，其特征在于：还包括位于UHPC主梁(1)与桥台基础或位于相邻的两个UHPC主梁(1)之间的高性能伸缩缝(2)，所述高性能伸缩缝(2)与UHPC主梁(1)通过预埋螺栓(22)连接，高性能伸缩缝(2)内设有测量高性能伸缩缝(2)伸缩长度的位移传感器(21)，所述位移传感器(21)预埋进高性能伸缩缝后浇UHPC(23)中，且通过数据传输线连接至桥梁采集箱(4)中。6.如权利要求5所述的一种高性能智能桥梁结构，其特征在于：所述位移传感器(21)为磁致伸缩位移传感器，所述位移传感器(21)设有多个，多个所述位移传感器(21)沿横桥向依次等间距设置。7.如权利要求1所述的一种高性能智能桥梁结构，其特征在于：所述外部监测设备还包括温度传感器(31)和桥面限高传感器，所述温度传感器(31)和桥面限高传感器通过有线连接至桥梁采集箱(4)中，所述桥梁采集箱(4)连接有服务器(6)，所述服务器(6)将桥梁采集箱(4)的接收信息无线发送至主机(5)。8.如权利要求1所述的一种高性能智能桥梁结构，其特征在于：所述摄像机(3)设有2
‑
4个，并依次沿桥梁主体的纵桥向依次间隔排列。9.如权利要求1所述的一种高性能智能桥梁结构，其特征在于：所述主机(5)连接有告警器，当所述车辆载重大于主机(5)内预存车辆载重阈值时向告警器发出告警信息。
10.一种高性能智能桥梁结构的智能称重方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1至9任一项所述的高性能智能桥梁结构，所述方法包括以下步骤：步骤一：基于新建的高性能智能桥梁结构，进行单辆车辆的车载试验，车重为W1，同时提取试验下的UHPC主梁(1)上应力测点的应力响应σ
i
；根据UHPC主梁(1)纵向布置的n个应力测点可知，应力响应矩阵σ
i
＝[σ1,σ2,
…
σ
n
]
T

【专利技术属性】
技术研发人员：侍刚，高立强，孙威，王敏，郑纲，王康宁，陈留剑，马冰，王鹏，王奥迪，
申请(专利权)人：中铁大桥科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：