本发明属于桥梁工程加固，涉及桥梁抗倾覆，具体涉及独柱墩桥梁抗倾覆装置及其监测预警系统和预警方法。
背景技术：
1、在修建城市基础设施时构建城市立体交通网络是重要的一部分，独柱墩连续桥梁凭借其美观、施工简单、占用下部空间小等优点，已成为城市交通网络构建立交桥和高架桥的优先选择，在已建好的城市交通网络体系中独柱墩连续桥梁成为城市桥梁的常见结构形式。但是，独柱墩桥梁墩顶抗扭力弱、横向抗倾覆能力不足等问题一直是其存在交通事故隐患的根源，近年来独柱墩桥梁在超载车辆偏载作用下倾覆坍塌的事故时有发生，引起了人们的广泛关注。
2、有鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种独柱墩桥梁抗倾覆装置及其监测预警系统和预警方法，通过优化独柱墩桥梁结构，以降低独柱墩桥梁受偏心荷载作用时发生倾覆破坏的风险，并在发生倾覆时能够及时响应并调配救援力量。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
3、第一方面，本发明提供了一种独柱墩桥梁抗倾覆装置，包括桥墩和架设在所述桥墩上方的梁体，所述梁体包括对称设置的左侧梁体和右侧梁体；所述桥墩的上部设置有桥墩套筒，所述桥墩套筒的外侧设置有钢盖梁，所述桥墩上还安装有信号控制器；所述左侧梁体设置有左抗倾覆结构，所述右侧梁体设置有右抗倾覆结构，所述左抗倾覆结构与右抗倾覆结构的组成结构相同，且关于桥墩对称分布；所述左抗倾覆结构包括：
4、固定安装在所述桥墩套筒上的左侧高强度抗倾覆拉索和第一拉力传感器，所述左侧高强度抗倾覆拉索的上端与左侧梁体固定连接，所述第一拉力传感器与信号控制器通信连接；
5、所述钢盖梁内对称地设置有用以装配高强度抗倾覆拉索的安装轨道；所述左侧梁体的底部安装有第一支座，所述第一支座的底端与钢盖梁的顶部固定连接；所述第一支座的右侧安装有第一压力传感器，所述第一压力传感器位于左侧梁体的底部与钢盖梁的顶部之间，所述第一压力传感器与信号控制器通信连接；
6、所述左侧梁体的下部安装有用以检测梁体倾斜角度的第一倾角仪，所述第一倾角仪与信号控制器通信连接。
7、具体地，所述桥墩的顶部安装有原有支座，所述原有支座的顶部与梁体接触，所述原有支座的底部与桥墩套筒的顶部同圆心，且所述原有支座的外周与桥墩套筒的内周之间存在间隙。
8、具体地，所述桥墩套筒的一侧面安装有左侧高强度抗倾覆拉索安装板，所述左侧高强度抗倾覆拉索安装板上预留有至少三个拉索安装孔，所述拉索安装孔用以安装左侧高强度抗倾覆拉索；所述第一拉力传感器固定安装在左侧高强度抗倾覆拉索安装板上。
9、具体地，所述左侧梁体上方设置有左侧护栏，所述左侧护栏上安装有左侧转动电机和用以给所述左侧转动电机供电的左侧光伏组件，所述左侧光伏组件安装在左侧护栏的顶部；所述左侧转动电机与左侧警示灯牌铰接连接，所述左侧转动电机与信号控制器通信连接。
10、进一步地，所述左侧警示灯牌牌和左侧转动电机沿着梁体的长度方向线性阵列分布，且每个左侧转动电机和对应的左侧警示灯牌串联。优选地，所述左侧警示灯牌为红色闪烁式警示灯牌。
11、第二方面，本发明还提供了一种独柱墩桥梁抗倾覆监测预警系统，包括：
12、车辆位置与类型识别系统，其包括监控装置和交通卫星系统，所述监控装置用以识别车辆类型数据，所述交通卫星系统用以传输实时道路交通路况数据，对所述车辆类型数据和实时道路交通路况数据进行拟合得到真实的实时交通路况数据；
13、如上部分或全部所述的独柱墩桥梁抗倾覆装置，用以对桥墩和原有支座进行实时监测，并将采集到的拉力数据、压力数据及倾角数据通过信号控制器传输至信息控制中心；
14、信息控制中心，对接收到的真实的实时交通路况数据和拉力数据、压力数据及倾角数据进行安全性能预判分析，并根据分析结果执行对应的预警策略。
15、第三方面，本发明还提供了一种基于所述独柱墩桥梁抗倾覆监测预警系统的预警方法，包括以下步骤：
16、步骤1、获取桥梁上经过车辆的类型、速度和车道位置信息，并与交通卫星系统传回的车辆的类型、速度和车道位置信息进行耦合得到经过车辆真实的实时交通路况数据，所述实时交通路况数据包括经过车辆实际的类型、速度和车道位置信息；
17、步骤2、基于如上部分或全部所述独柱墩桥梁抗倾覆装置获取桥梁的压力数据、倾角数据以及拉力数据；
18、步骤3、结合步骤1得到的车辆真实的实时交通路况数据以及步骤2得到的桥梁的压力数据、倾角数据以及拉力数据进行桥梁安全性能预判分析，结合分析结果执行对应的预警策略。
19、其中，结合分析结果执行对应的预警策略包括：
20、①若分析结果未超过设定的一阶预警阈值(必然未超过设定的二阶预警阈值)，则表明桥梁当下处于正常情况，继续返回步骤1、步骤2，并按照桥涵养护等级划分进行日常巡查、经常检查或定期检查；
21、②若分析结果超过设定的一阶预警阈值、但尚未造成事故，则启动一阶预警策略；
22、③若分析结果超过设定的二阶预警阈值、但尚未造成事故，则启动二阶预警策略；
23、④若分析结果超过设定的二阶预警阈值、且已经造成事故，同时逐步调用一次救援力量，二次救援力量，提醒后续车辆及时更换路线。
24、具体地，所述一阶预警策略的实现过程如下：
25、当任一梁体由于偏心超载使第一压力传感器或第二压力传感器中的任一传感器传输给信号控制器的实时数据超过设定的一阶预警阈值时，信号控制器向交通卫星系统发射信号，所述交通卫星系统通过车辆导航对可能发生倾覆梁段上的车辆进行一阶预警警示；
26、在接收到一阶预警警示后，位于当前可能发生倾覆梁段上30％～50％的车辆在车辆导航的提示下向可能倾覆侧的异侧车道变道，剩余车辆减速慢行。
27、具体地，所述二阶预警策略的实现过程如下：
28、当梁体由于偏心超载产生倾覆夹角α时，位于梁体异侧的压力传感器或拉力传感器中的任一传感器传输给信号控制器的实时数据超过设定的二阶预警阈值，整个监测预警系统执行如下策略：
29、ⅰ、高强度抗倾覆拉索介入工作，通过提供额外的抗倾覆力矩来提高桥梁的抗倾覆能力；
30、ⅱ、信号控制器控制警示灯牌展开并闪烁，用以提醒所在桥段的车辆当前桥段的承载情况，警示当前车辆向中间变道并保持警惕，小心驾驶；
31、ⅲ、信号控制器向交通卫星系统发射信号，通过车辆导航对车辆线路进行警示控制：控制当前可能发生倾覆梁段上60％～80％的车辆在车辆导航的提示下向中间车道变道，剩余车辆减速慢行，对线路上可能受到倾覆梁段影响的车辆进行预警。
32、进一步地，④若分析结果超过设定的二阶预警阈值、且已经造成事故，信号控制器控制后方车道两侧的警示灯牌(左侧警示灯牌和右侧警示灯牌)全部打开，警示前方桥梁段发生事故，同时调用一次救援力量，二次救援力量，提醒后续车辆及时更换路线，具体包括：
33、所述信号控制器将分析结果传输给信息控制中心，由信号控制器第一时间自动联系距离事故发生地最近的地方政府、消防站、医院和交警队及警察局以完成一次救援力量的调配；
34、所述信号控制器向信息控制中心传输信号，由信息控制中心向事故发生段所属市级各单位进行汇报后进行新的救援力量部署以完成二次救援力量的调配；
35、所述信号控制器向交通卫星系统发射信号，由交通卫星系统控制整体路线的交通流量和车辆走向，从而确保相关部门车辆顺利及时抵达事故现场开展救援任务，并提醒当前线路受到倾覆梁段影响的车辆谨慎驾驶、更换出行路线。
36、补充说明的是，当造成事故时，原则上信息控制中心会同时调用一次救援力量，二次救援力量，提醒后续车辆及时更换路线，但实际执行时会按照“一次救援、二次救援、提醒后续车辆及时更换路线”的优先级顺序逐步响应。
37、与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
38、1)该抗倾覆装置，因独柱墩桥梁倾覆的主要原因是倾覆力矩过大，使得桥面发生偏心转动、支座脱空、桥面倾覆。本发明通过设置钢盖梁、高强度抗倾覆拉索，通过改变支座间的间距来提升独柱墩桥梁的抗倾覆能力，提高了桥梁的倾覆临界值。另外，当桥面作用严重的偏心荷载时，钢盖梁单独作用已经无法保证桥面安全，高强度抗倾覆拉索介入工作，及时提供额外的抗倾覆力矩，并通过触发桥梁抗倾覆预警系统来进行预警。
39、2)本发明提供抗倾覆装置，通过设置拉力传感器、压力传感器和信号控制器，当桥梁受到偏心荷载作用将要发生倾覆时，信号控制器会接收到由拉力传感器和压力传感器传输超过设定阈值的监测数据，信号控制器会由低频接收信号模式转变为高频接收模式，向梁体上警示灯牌和交通卫星系统发射预警信号。并且拉力传感器、压力传感器对桥墩、梁体的实时监测能够为后期对抗倾覆装置的检测和维护提供便利，保证了桥墩抗倾覆装置和桥梁整体的安全性。
40、3)本发明提供的抗倾覆装置通过设置警示灯牌，当桥梁抗倾覆预警系统被触发时即传感器传输数据超过二阶预警阈值时或高强度抗倾覆拉索介入工作，该桥梁段倾覆侧多个警示灯牌展开工作并闪烁警示灯，保证警示作用不受光线的影响，优先选择具有较好穿雾能力的红光。
41、4)本发明提供的抗倾覆装置在安装时设置了起保护作用的桥墩套筒，避免了安装钻孔对原有桥墩强度的影响，桥墩套筒对桥墩上端起到一定的套箍作用，延长了桥墩的使用寿命。
42、5)本发明提供的抗倾覆监测预警方法，当独柱墩桥梁受到偏心超载时，桥梁不会立即与钢盖梁之间产生倾覆角，当第一压力传感器或第二压力传感器传输至信号控制器的数据超过一阶预警阈值时，信号控制器会通过交通卫星系统进行一阶预警警示，即该梁段倾覆侧车道30％～50％的车辆会被导航提示“桥梁存在倾覆风险，请向异侧变道行驶”，该梁段剩余车辆会被导航提示“桥梁存在倾覆风险，请减速慢行，谨慎驾驶”；
43、随着偏心荷载的逐步增加，当桥面与钢盖梁之间产生倾覆角α时，高强度抗倾覆拉索会自动介入工作，交通卫星系统进行二阶预警：当倾覆侧高强度拉索介入工作、位于梁体异侧的压力传感器或拉力传感器中的任一传感器的传输数据超过设定的二阶预警阈值时，信号控制器控制倾覆侧梁体的警示灯牌展开并闪烁，通过警示灯牌的展开且闪烁的动作，来提醒所在桥段的车辆当前桥段的承载情况，警示当前车辆向中间变道并保持警惕，小心驾驶；
44、并且信号控制器向交通卫星系统发射信号，通过车辆导航并配合警示灯牌对线路车辆进行二阶预警警示：该梁段倾覆侧车道60％～80％的车辆会被导航提示“桥梁存在倾覆风险，请向中间车道行驶”，该梁段剩余车辆会被导航提示“桥梁存在倾覆风险，请减速慢行，谨慎驾驶”；对于该线路可能受到倾覆梁段影响的车辆通过车辆导航进行预警提示“前方桥梁存在事故风险，请减速慢行，谨慎驾驶，建议更换路线”避免二次事故的发生和交通线路的堵塞。