一种单柱式桥墩梁式桥的倾覆风险监测预警系统的制作方法

本实用新型涉及桥梁监测技术领域，具体地说，涉及一种具有抗倾覆装置的单柱式桥墩梁式桥的倾覆监测预警系统。

背景技术：

单柱式桥墩梁式桥由于采用单柱墩对主梁板进行支撑，占地面积小、成本低，在高架桥的架设中较为常用；但是，其存在受力不尽合理，单侧超载容易造成倾覆。

为了充分利用单柱式桥墩占地面积少而便于在用地面积较少的城市高架中使用，需克服其在单侧超载时易倾覆的缺陷，对此，申请人提出了一种针对现有单柱式桥墩梁式桥进行加固改造的方法，并申请了申请号为cn201911376382.7的实用新型专利申请；基于该抗倾覆装置的结构改进，能够便于对单柱式桥墩梁式桥进行加固改造施工的同时，降低相关成本低，且便于后续维护过程中零部件更换。

除了利用抗倾覆装置对单柱式桥墩进行加固之外，现有技术还采用监控系统对单柱式桥墩的倾覆风险进行监测评估，即公开了一种倾覆风险监测系统，例如公开号为cn104034248a的专利文献所公开的一种预警桥梁整体倾覆的实时无线监测设备，及公开号为cn108195531a的专利文献所公开的一种用于梁式桥倾覆危险监测和报警的设备。

基于这些监测系统，能够获取用于计算该桥的当前倾覆风险系统的监测参数，并对该倾覆风险系数进行计算，从而评估当前桥梁的倾覆风险，但是难以对当前出现的风险进行主动且及时地排除。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提供一种单柱式桥墩梁式桥的倾覆监测预警系统，从而可利用现有倾覆风险监测数据的评估结果，提高单柱式桥墩梁式桥的使用安全；

本实用新型的第二目的是提供一种单柱式桥墩梁式桥的倾覆监测预警系统，能有效利用抗倾覆装置进行辅助抗倾覆，以进一步的提高安全的同时，便于桥梁倾覆监测数据的获取。

为了实现上述主要目的，本实用新型提供的倾覆风险监测预警系统用于对单柱式桥墩梁式桥进行监测，该倾覆风险监测预警系统包括远程服务器、入口车流引导装置、倾覆监测装置及车道引导装置；倾覆监测装置安装在单柱式桥墩梁式桥上，用于向远程服务器输出用于计算该桥的倾覆风险系数的监测参数；入口车流引导装置安装在单柱式桥墩梁式桥的入口处或该入口的上游处，受远程服务器控制地减少进入单柱式桥墩梁式桥的车辆数量；车道引导装置布设在单柱式桥墩梁式桥上，受远程服务器控制地引导车辆沿桥面的中央区域或靠非倾斜侧行驶。

在现有监测参数获取设备的基础，通过在桥上布设入口车流引导装置与车道引导装置，及与它们进行通信连接的远程服务器，从而可在使用过程中，该远程服务器利用监测参数计算桥倾覆风险系数，从而可根据所计算出的桥倾覆风险系数控制车道引导装置与入口车流引导装置的工作状态，从而能及时地排除风险，以提高单柱式桥墩梁式桥的使用安全。

具体的方案为车道引导装置为两块布设在两半桥面区域上方的箭头指示牌，用于显示朝中间行进的绿色箭头流。结构简单，便于使用。

具体的方案为入口车流引导装置为红绿灯，用于控制进入单柱式桥墩梁式桥的车道通行状态。结构简单，便于使用，且能利用现有设备进行预警而节约成本。

具体的方案为入口车流引导装置为显示板，用于显示绕行或减速提示。结构简单，便于使用，且能利用现有设备进行预警而节约成本。

为了实现上述另一目的，本实用新型提供的优选方案为在单柱式桥墩梁式桥的单柱桥墩的两侧与主梁之间均布设有抗倾覆装置；抗倾覆装置包括用于固装在主梁侧面部上的上拉杆卡槽组件，用于固装在桥墩侧面部上的下拉杆卡槽组件，及两端均为卡持端部的板形拉杆；拉杆卡槽组件包括设有安装通孔的楔形母板，及固设在楔形母板的外板面上的拉杆卡槽；拉杆卡槽的槽口相对槽腔为缩口结构，且至少一端部为敞口端，用于使卡持端部可拆卸地套装在槽腔内；在卡槽敞口端部上可拆卸地布设有盖板，卡持端部能与槽腔的各腔壁间均存有活动间隙；倾覆监测装置包括布设在每根拉杆上的应变传感器，用于获取拉杆的拉伸形变量。

基于该抗倾覆装置不仅能够提高该单柱式桥墩梁式桥的抗倾覆风险，同时能够利用拉杆的拉伸形变量的监测而获取计算其倾覆风险的监测参数，从而能有效地降低成本；此外，能利用应变传感器对该抗倾覆装置的使用状态进行监测，从而便于维修。

进一步的方案为拉杆卡槽的槽长方向沿平行于外板面的板面方向布置。

进一步的方案为拉杆卡槽组件包括设有安装通孔的楔形子板，用于垫于楔形母板的外板面上，而使楔形子板的外板面与楔形母板的内板面相平行布置。有效地确保锚固螺栓能沿垂直于主梁侧面部或桥墩侧面部的方向布置，而提高锚固牢固度。

更进一步的方案为楔形母板与楔形子板均为沿拉杆卡槽的槽长方向延伸布置的长条状结构；在长条状的楔形母板上布设有多个拉杆卡槽。

进一步的方案为拉杆卡槽组件包括用于穿过安装通孔，而将楔形母板固定至桥墩或主梁上的锚固螺栓，及与锚固螺栓配合的螺母。

进一步的方案为拉杆卡槽组件包括用于塞紧拉杆卡槽的槽口壁与拉杆之间的间隙的止水橡胶条，止水橡胶条的包括用于塞入拉杆与槽口壁之间间隙内的密封塞体部，及用于固定的外连部；外连部上设有安装通孔；在拉杆卡槽的槽口端面上设有螺孔，用于与穿孔安装通孔的螺钉配合，而将止水橡胶条可拆卸地固定在拉杆卡槽上。提高止水橡胶条的安装牢固度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的系统原理结构框图；

图2为本实用新型实施例在倾覆风险监测预警过程的工作流程图；

图3为本实用新型实施例的在俯视视角下的局部结构示意图；

图4为本实用新型实施例在竖向横截面上的局部结构示意图；

图5为图4中的a局部放大图；

图6为图4中的b局部放大图；

图7为本实用新型实施例中抗倾覆装置的结构示意图；

图8为图7中的c局部放大图；

图9为本实用新型实施例中抗倾覆装置、主梁及桥墩的结构分解示意图；

图10为本实用新型实施例中楔形母板、楔形子板、拉杆卡槽、止水橡胶条、锚固螺栓及螺母的结构示意图；

图11为本实用新型实施例中固定在桥墩与主梁的侧旁上的拉杆卡槽组件的结构示意图；

图12为本实用新型实施例中拉杆与固定在桥墩与主梁的侧旁上的拉杆卡槽组件相配合的结构示意图；

图13为本实用新型实施例中盖板、止水橡胶块、拉杆、卡槽及锁紧螺钉的结构示意图；

图14为图13中的d局部放大图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本实用新型作进一步说明。

实施例

参见图1、图3及图4，本实用新型倾覆风险监测预警系统9用于对单柱式桥墩梁式桥01的倾覆风险进行监控，并进行及时的排除处理，具体包括远程服务器90、入口车流引导装置92、倾覆监测装置91、车道引导装置93及移动监控平台94。

如图3及图4所示，本实施例中的单柱式桥墩梁式桥包括桥墩02及支承在该桥墩02上的主梁01，在桥墩02的两侧个布设有一套抗倾覆装置1，以提高其抗倾覆能力的同时，利用其构建本实用新型中的倾覆监测装置92的部分构件。

如图4至图14所示，每套抗倾覆装置1包括用于固装在主梁侧面部010上的上拉杆卡槽组件2，用于固装在桥墩侧面部020上的下拉杆卡槽组件3，及两端均为卡持端部的拉杆4；在本实施例中，拉杆4的数量为两根以上，具体为三根，拉杆4为扁形板体结构。拉杆4包括均匀粗细的杆体41及布设在两端部上的卡持端部40。

上拉杆卡槽组件2包括设有安装通孔201的楔形母板20，固设在该楔形母板20的外板面上的拉杆卡槽5，用于将楔形母板20固定安装至主梁侧面部010上的锚固螺栓21，垫于楔形母板20与紧固螺母22之间的楔形子板23，及用于塞紧拉杆卡槽5的槽口壁与拉杆4之间的间隙的止水橡胶条25；在楔形子板23上设有与安装通孔201相适配而供锚固螺栓21穿过而进行固定的安装通孔230。拉杆卡槽5的槽口50相对其槽腔51为缩口结构，且拉杆卡槽5的槽长方向沿平行于楔形母板20的外板面方向布置，且至少一端部为敞口端，用于使为拉杆4上为膨胀结构的卡持端部40可拆卸地套装在该槽腔51内。在本实施例中，拉杆卡槽5为两端均敞口的敞口槽结构；拉杆卡槽5的槽长方向沿平行于楔形母板20的外板面的板面方向布置，即垂直于如图5及图6所示的纸面方向，桥墩02的高度方向沿纸面的纵向布置，即拉杆卡槽5的槽口50与槽腔51的延伸方向均沿水平方向布置，而拉杆4在铅垂面上的投影沿铅垂向布置，以优化拉杆4与拉杆卡槽5的受力性能；拉杆卡槽5采用焊接方式固定至楔形母板20的外板面上。

通过在紧固螺母22与楔形母板20之间垫有楔形子板23，且是楔形子板23的外板面平行于楔形母板20所固定的主梁侧面部010的侧面部表面，即楔形子板23垫于楔形母板20的外板面上，且使楔形子板23的外板面与楔形母板20的内板面相平行布置。

在卡槽敞口端部52上可拆卸地布设有盖板24，并采用可拆卸螺丝29进行固定，在完成拉杆4的卡持端部40的卡持后，要求该卡持端部40能与槽腔51的各腔壁间均存有活动间隙，且在该槽腔51内填充有非亲水润滑剂，在本实施例中，采用凡士林构建非亲水润滑剂。

对于拉杆4的两卡持端部的具体结构除了图中所示与杆体以一体成型方式浇铸而成的膨胀端结构，还可采用在拉杆端部设置套装在槽口50上的颈缩部结构而构建本实施例中的卡持端部结构，或者在其上固定可转动且支撑于槽腔51内的滚轮而构建本实施例中的卡持端部结构。

如图7所示，楔形母板20与楔形子板23均为沿拉杆卡槽5的槽长方向延伸布置的长条状结构，即沿垂直于图5所示的纸面方向布置；并在长条状的楔形母板23上布设有多个拉杆卡槽5，从而可在楔形母板23上卡装多条拉杆4，从而提供更高的抗倾覆拉力，具体数量根据实际序号进行布设，在本实施例中为三个。

参见图10所示的下拉杆卡槽组件3的结构形式，楔形母板20的里外两板面间的最小间距均大于第一预设间距，楔形子板23的里外两板面间的最小间距均大于第二预设间距，即二者最薄处的厚度大于预设间距，而有效地确保在主梁01或桥墩02上的固设牢固度。

下拉杆卡槽组件3包括设有安装通孔301的楔形母板30，固设在该楔形母板30的外板面上的拉杆卡槽6，用于将楔形母板30固定安装至主梁侧面部010上的锚固螺栓31，垫于楔形母板30与紧固螺母32之间的楔形子板33，及用于塞紧拉杆卡槽6的槽口壁与拉杆4之间的间隙的止水橡胶条35；在楔形子板33上设有与安装通孔301相适配而供锚固螺栓31穿过而进行固定的安装通孔330。拉杆卡槽6的槽口60相对其槽腔61为缩口结构，且拉杆卡槽6的槽长方向沿平行于楔形母板30的外板面方向布置，且至少一端部为敞口端，用于使为拉杆4上为膨胀结构的卡持端部40可拆卸地套装在该槽腔61内。在本实施例中，拉杆卡槽6为两端均敞口的敞口槽结构；拉杆卡槽6的槽长方向沿平行于楔形母板30的外板面的板面方向布置，即垂直于如图5及图6所示的纸面方向，桥墩02的高度方向沿纸面的纵向布置，即拉杆卡槽6的槽口60与槽腔61的延伸方向均沿水平方向布置，而拉杆4在铅垂面上的投影沿铅垂向布置，以优化拉杆4与拉杆卡槽6的受力性能；拉杆卡槽6采用焊接方式固定至楔形母板30的外板面上。

通过在紧固螺母32与楔形母板30之间垫有楔形子板33，且是楔形子板33的外板面平行于楔形母板30所固定的主梁侧面部010的侧面部表面，即楔形子板33垫于楔形母板30的外板面上，且使楔形子板33的外板面与楔形母板30的内板面相平行布置。

在卡槽敞口端部62上可拆卸地布设有盖板34，在完成拉杆4的卡持端部40的卡持后，要求该卡持端部40能与槽腔61的各腔壁间均存有活动间隙，且在该槽腔61内填充有非亲水润滑剂，在本实施例中，采用凡士林构建非亲水润滑剂。

对于拉杆4的两卡持端部的具体结构除了图中所示与杆体以一体成型方式浇铸而成的膨胀端结构，还可采用在拉杆端部设置套装在槽口60上的颈缩部结构而构建本实施例中的卡持端部结构，或者在其上固定可转动且支撑于槽腔61内的滚轮而构建本实施例中的卡持端部结构。

如图7所示，楔形母板30与楔形子板33均为沿拉杆卡槽6的槽长方向延伸布置的长条状结构，即沿垂直于图5所示的纸面方向布置；并在长条状的楔形母板33上布设有多个拉杆卡槽6，从而可在楔形母板33上卡装多条拉杆4，从而提供更高的抗倾覆拉力，具体数量根据实际序号进行布设，在本实施例中为三个。

通过在拉杆4与槽口50、60的槽口壁之间塞紧止水橡胶条25、35，从而构建出用于填充非亲水润滑剂的密封腔。

如图10所示，楔形母板30的里外两板面间的最小间距均大于第一预设间距，楔形子板33的里外两板面间的最小间距均大于第二预设间距，即二者最薄处的厚度大于预设间距，而有效地确保在主梁01或桥墩02上的固设牢固度。

此外，参照图10所示的结构，对于布设在下拉杆卡槽组件3上的止水橡胶条35，其进一步地可包括用于塞入拉杆4与固设在楔形母板30上拉杆卡槽6的槽口60的槽口壁之间间隙内的密封塞体部及用于固定的外连部；在该外连部上设有安装通孔；而在在拉杆卡槽6的槽口端面上设有螺孔，用于与穿过该安装通孔的螺钉配合，而将止水橡胶条可拆卸地固定在拉杆卡槽6上，从而提高其在拉杆卡槽6上的固定牢固度。

如图1及图4所示，倾覆监测装置91安装在单柱式桥墩梁式桥01上，包括监测传感器、数据预处理单元、备用电源及无线通信单元，可由市电或太阳能进行供电并时刻将备用电源充电至充满，而在出现停电等情况下，启用备用电源进行供电监测；其中监测传感器为采用粘接剂贴设在每根拉杆4上的应变片构建，该应变片用于获取拉杆4的拉伸形变量，并向数据预处理单元输出拉伸形变数据。其中，无线通信单元可采用iot模块或2g、3g、4g、5g等移动通信模块进行构建。

如图1及图3所示，入口车流引导装置92安装在单柱式桥墩梁式桥的入口处或该入口的上游处，在本实施例中，具体为安装在单柱式桥墩梁式桥的入口处红绿灯或显示板，在工作过程中，可通过改变红绿灯的颜色而关闭或开启某一车道，从而对入口车流进行调控，例如增加或减少车流中车辆数量；或者通过在显示板上显示绕行或减速提示，从而控制从该入口进入该单柱式桥墩梁式桥中车辆的数量，即在本实施例中，入口车流引导装置92用于控制进入所述单柱式桥墩梁式桥的车道通行状态，此外，还可采用阻拦杆进行构建。

如图3及图4所示，车道引导装置布设在单柱式桥墩梁式桥上，沿车流的行进方向，布设在单柱桥墩02的上游侧，在本实施例中，具体为两块布设在两半桥面区域上方的箭头指示牌，用于显示朝中间行进的绿色箭头流。

在工作过程中，由于两侧有拉杆抗倾覆，当出现主梁02朝一侧倾覆时，则倾覆上升侧的拉杆被拉伸产生形变，而倾覆下降侧的拉杆由于存在冗余间隙不会拉伸也不会折弯变形，所以倾覆监测装置91的数据预处理单元在同一时间只能接收到位于桥墩一侧上三根拉杆上的应变片所输出的拉伸应变数据，数据预处理单元在接收到拉伸应变数据后，初步判断该桥是否存在倾覆风险，若存在风险，则开启通信单元而向远程服务器90输出用于计算该桥的倾覆风险系数的监测参数，并在预定时间点处将从上一预定时间点至当前的监测参数数据一起发送给远程服务器90进行计算处理，从而评估该桥的使用状态等用途。

数据预处理单元用于对应变片所输出的监测参数进行预处理，以计算出倾覆风险系数，用于表征该桥所存在的倾覆风险大小，可以为一个数值k1或者一个数组[k1、k2]，根据具体情况进行设置，例如可以采用背景技术等现有技术所公开的技术方案，此时的监测装置按照对应设置而不是上述应变片结构，而在本实施例中为具体为判断所监测的拉杆的拉伸形变量是否超过预设范围，而倾覆风险系数为数组[k1、k2]，具体含义为有总数量k1％以上的拉杆拉伸形变量超过安全范围k2％，该安全范围以拉杆能复位至原状态为准；在本实施例中，当k1的计算结果超过m1且k2的结算结果超过m2时，认为该单柱式桥墩梁式桥存在倾覆风险，具体为m1取值范围15-30，m2的取值范围为50-60。在预处理结果表征该单柱式桥墩梁式桥存在倾覆风险时，数据预处理单元控制通信单元向远程服务器90发送实时监测参数，及向入口车流引导装置92发送预警控制指令；该预警控制指令用于控制入口车流引导装置92启动减流工作模式，以减少进入单柱式桥墩梁式桥的车辆数量，并在第一预定时长后结束该减流工作模式，该第一预定时长根据实际测试结果进行设置。即在本实施例中，倾覆监测装置91用于获取计算单柱式桥墩梁式桥的倾覆风险系统的监测参数。

如图2所示为远程服务器90在接收到倾覆监测装置91发送的监测参数数据后的工作流程图，其包括处理器与存储器，存储器内存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时能实现如图2所示的接收步骤s1、计算步骤s2、第一发送步骤s3、第二发送步骤s4及第三发送步骤s5，具体过程如下：

接收步骤s1，接收用于计算单柱式桥墩梁式桥的倾覆风险系数的监测参数。

远程服务器90通过通信单元接收由倾覆监测装置通过无线通信网络、有线通信网络等通信网络所发送的监测参数。

计算步骤s2，依据所接收到的监测参数，按照预设规则，计算该桥的倾覆风险系数。

远程服务器90的计算单元依据上述方式计算倾覆风险系数[k1、k2]的数值。此外，还可将倾覆风险系数设置为以拉伸形变量为因变量的递增函数，具体地，该递增函数为倾覆升高一侧所有拉杆的拉伸形变量的统计平均数。

第一发送步骤s3，在倾覆风险系数超过第一预设阈值时，发送第一控制指令与第二控制指令；第一控制指令用于控制车道引导装置启动导流工作模式，以引导车辆沿桥面的中央区域或靠非倾斜侧行驶；第二控制指令用于控制入口车流引导装置启动减流工作模式，以减少进入单柱式桥墩梁式桥的车辆数量。

在本实施例中，以倾覆风险系数[k1、k2]为例，m1取值范围45-60，m2的取值范围为70-80，为本实施例中的第一预设阈值。

远程服务器包括通信单元及计算单元，计算单元依据所收到的监测参数数据计算倾覆风险系数，并在倾覆风险系数超过第一预设阈值时，控制通信单元向箭头指示牌发送第一控制指令及向入口处红绿灯或显示板发送第二控制指令。

箭头指示牌受第一控制指令控制，而显示朝中间行进的绿色箭头流，从而引导车辆往车道中间靠拢行驶，具体地如图3所示，控制两车道上的车辆尽量沿两车道之间的中央区域行驶，或朝非倾斜一侧靠拢行驶。即车道引导装置受远程服务器控制地引导车辆沿桥面的中央区域或靠非倾斜侧行驶。

在入口车流引导装置为红绿灯时，其受第二控制指令控制，而控制红绿灯颜色而关闭一个以上的车道；在入口车流引导装置为显示板，其受第二控制指令控制，显示绕行或减速提示。即入口车流引导装置受远程服务器控制地减少进入单柱式桥墩梁式桥的车辆数量。

第二发送步骤s4，在倾覆风险系数小于第二预设阈值时，发送第三控制指令与第四控制指令；第二预设阈值小于前述第一预设阈值；第三控制指令用于控制车道引导装置结束导流工作模式，第四控制指令用于控制入口车流引导装置结束减流工作模式。

在本实施例中，第二预设阈值为m1取值范围10-20，m2的取值范围为30-40。

第三发送步骤s5，在入口车流引导装置关闭单柱式桥墩梁式桥的进口至该桥上无车辆时，若监测数据表征部分拉杆的拉伸形变量未恢复至桥正常工作状态下的参考范围，则向移动监控平台发送检修指令。

通过摄像头获取进入该单柱式桥墩梁式桥车牌，并在出口处监测到对应车辆都驶出该桥之后，若有部分拉杆形变未恢复，则表明该桥已部分倾覆或者该拉杆已经损坏，需要进行修复。

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