一种支架下沉监测系统的制作方法

本发明涉及支架下沉监测，尤其涉及一种支架下沉监测系统。

背景技术：

1、桥梁建成后随着运营时间的推移,桥梁各构件将面临各种损伤及内力状态的改变，相应桥梁的刚度和承载能力就会出现不同程度的衰减，这些损伤和内力状态的改变如果能够被预先警告获知，并且及时进行适当的调整、维护、维修，就不会危及桥梁结构的运营安全，否则在长期疲劳下，多种因素耦合作用可能导致灾难性事故。

2、桥梁设施是一个国家的重要基础设施，也是一个投资巨大的产业，作为交通运输网络的重要节点，桥梁设施在国民经济生活中具有十分重要的地位。桥梁设施在长期的使用过程中，由于环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用,将不可避免地导致结构和系统的损伤累积和抗力衰减，从而抵抗自然灾害，甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下可能引发灾难性的突发事故。对于大型桥梁结构而言，由于其大跨、动载、构造复杂等结构特点，使其力学行为复杂，在大桥的使用过程中，又受到车辆荷载、风载、冲击振动等复合载荷作用，再加上环境气候的氧化、腐蚀、材料老化等因素的影响，将使桥梁的结构健康状态逐渐发生变化。

3、当桥梁在对局部质量严重退化的结构进行维修更新时，由于不能对结构各构件的损伤状况做出准确的评估,常常不得不过于保守的对可能有问题的部件予以全部更换，造成不必要的材料浪费和经济损失。因此，如果不能对桥梁结构的健康状态进行及时监测评估，则难以及时发现并消除桥梁结构的安全隐患。一旦桥梁局部失效或整体承载能力不足，势必会影响桥梁结构的正常使用，甚至造成灾难性的重大事故，造成重大的人员和经济损失。

4、为实时掌控大桥的安全使用状况,辅助大桥管理和养护,构建一个技术先进、措施合理、实用经济、易于管理、开放兼容、符合运营环境和结构特性的桥梁结构在线健康监测系统是十分必要的。

5、对于桥梁现浇支架的沉降观测，目前普遍的做法是：在支架上布置观测点，由测量人员分阶段进行多次数据采集，再对数据进行计算分析，最终得出支架沉降值。该做法测量工作量大，需要较多的测量人员和测量设备；测量作业及测量精度易受天气等因素影响；数据计算、分析工作繁琐，无法实时反应沉降数据，支架沉降量超过允许值时，无法及时通知技术管理人员。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种支架下沉监测系统，解决现有支架下沉监测工作量大，无法实时反馈沉降数据和分析繁琐的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种支架下沉监测系统，包括传感器子系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据库子系统、数据处理与控制子系统和安全评价与预警子系统，传感器子系统设置在支架上对支架下沉的数据进行有定时间段采集和定阈值采集，传感器子系统的输出端与数据采集子系统连接，数据采集子系统用于采集传感器子系统上的数据，数据采集子系统的输出端与数据传输子系统连接，数据传输子系统将数据采集子系统采集的数据传给数据库子系统进行存储，数据处理与控制子系统和安全评价与预警子系统均与数据库子系统连接，数据处理与控制子系统对数据库子系统内的数据进行过滤和二次处理，并用原始数据和曲线进行展示，安全评价与预警子系统用于对采集的数据进行统计分析，在特定的环境温度和荷载作用下，在应力和应变达到限值的时候发出预警。

4、进一步地，传感器子系统中采用力水测量系统进行测量，力水测量系统由若干个力水装置通过一根充满液体的pu管连接在一起，最后连接到一个储液罐上，储液罐的容量比管线的容量大，有效减少管线容量因温度变化导致的细微变化所带来的影响，将储液罐及其附近的力水装置视作基点，基点必须安装在垂直位移相对稳定或者可以通过人工手段测量确定的位置，查看测点力水装置的压力变化直接测得该点的相对沉降；

5、力水测量系统采集计算的原理为，根据连通管原理，力水测量系统搭建完成后各测点基本处于同一标高，当连通管的末端密封后，整个通液管路中的液体是不流动的，当测点随结构沉降或隆起时，测点相对于基点储液罐中的液面的相对高差即产生变化，测点测值相应改变，此改变量即为相应测点的相对沉降量，

6、变量计算公式:

7、ah＝(h-ho)-(h-ho)

8、式中:ah为当前时刻测点计算值，即相对变形展示值，单位为kpa，h为测点当前时刻测量值，单位为kpa，ho为测点初始时刻测量值，单位为kpa，h为基点当前时刻测量值，单位为kpa，ho为基点初始时刻测量值，单位为kpa。

9、进一步地，力水测量系统安装前先设置监测基准点，然后设置监测点，设置监测基准点的具体过程为：力水装置的基点水箱需设置在稳定点，基准点选取在岸边坝上，3条测线共放置3个测点，通过智能控制获取同一时刻的测量值，以消除由于测量时间不一致而引起的量测误差，另外，为消除大气压、温度的影响，应考虑在连通管中注入清洁、消毒、消应力的蒸馏水作为液体以克服毛细现象，并采用封闭的连通管测量系统，通过空气连接软管达到大气压力的均衡，在布设连通管系统时，优化纵向水管、基准点液面、测点处测量管液面三者之间的相对位置高度，通过最大限度地降低测量管的高度，并用温度传感器直接量测液体温度，加入温度改正系数以克服温度的影响；

10、设置监测点的具体过程为，连通管测点布设在钢管桩上同时作为沉降测点，共选取3条测线，第一条测线设置在约500米钢便桥下方钢管桩处，间隔20米设置一个测点，共24个测点，第二条测线设置在右侧主墩纵线上，至岸边坝上约300余米，每隔约12米设置一个测点，共24个测点，第三条测线设置在左侧主墩纵线上，至岸边坝上约300余米，每隔约12米设置一个测点，共24个测点。

11、进一步地，力水测量系统安装前需要对力水装置检测和安装点位确定，

12、力水装置检测过程为：对力水装置进行测试并记录，测试过程中可以顺便对对力水装置进行编号并标记，若测值在未有明显扰动情况下跳动大，变化幅度超过0.05kpa，不得在项目现场使用，检测过程应轻拿轻放，严禁磕、摔、碰、撞，储液罐使用前需要清洗；

13、安装点位确定的过程为：基点应选择离沉降点位最近的稳定的点，现场安装前，仪器安装点位需进行高程测量，力水装置安装位置安装水平线应精确控制，各测点之间标高相对误差在10mm内，安装后力水装置高度误差在10cm以内，保证后续力水装置的量程使用率最高，高程确定有以下两种方法:

14、a.水准仪测量，水准仪通过调平，使得看到的都是同一水平面，水准仪前后都摆放的有水平尺，水准仪高差读数为后视读数减去前视读数；

15、b.水管超平，水管超平使用的是连通器原理，在相同的大气压强下，对开口的连通器注入同一种液体，在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一水平面上；

16、如果是桥梁安装时，桥梁安装是侧壁安装，难以在一个面上标记水平点，可以在桥粱围栏上标记，安装的时候下放相应高度即可，如果桥体本身呈弧形，则需要测量高程来决定力水装置的量程或者选择是否增加转点，一条水路因高差过大，导致力水装置怎么安装都超出量程，则需铺设若干条水路，原则来说，转点越少越好，因为转点的数据计算方式，转点以后的力水装置受转点影响导致测量累计误差；

17、转折点的设置原则：安装在离第二条水路最近的第一条水路的测点正上方或者正下方，测点cd2与它前一测点cd1之间的高程差过大，需要设置转点，将转点设置在cd1的正上方，转点与cd1检测同一点位的沉降，利用组合公式将转点与第一条水路联系起来。

18、进一步地，力水装置的安装方式有三种，第一种为先安装再通液，第二种为先通液再安装，第三种为先装水路、再通液，最后安装，

19、先安装再通液的具体过程为，把水管、力水装置全部连接好，先不密封最后一个力水装置水路出口，使水箱液体通过大气压力流入水管内，在水路末端处用一个桶接流出的液体，在通液过程中，按力水装置排气钮来排除气泡，提前把力水装置的气泡排除，最后在排液体的过程中对接封闭式水管即可；

20、先通液再安装的具体过程为，在安装前把水管全部通满液体，待安装时将水管剪断接入力水装置，再安装在测点上，安装时从靠近水箱的安装点开始安装；

21、先装水路、再通液，最后安装的具体过程为，先将水管手拉手连接各力水装置的水路接口，在安装力水装置的位置用扎带扎紧，再通液，将水路中的空气排出，先从靠近储液罐一端的力水装置开始排气泡排向下一个安装点，如此重复，力水装置安装完毕，气泡也随之排除完毕。

22、进一步地，力水测量系统安装过程包括如下步骤：

23、(1)安装桥架，设计好水路就可以确定桥架的具体安装位置，桥架可以不用安装在同一水平面，先打孔安装桥架的固定支架，然后用桥架组件将两根桥架拼接起来，沿桥架铺设方向，在两根桥架尾部连接相应组件；

24、(2)抄平放线、记录点位，首先按照图纸确认力水装置安装位置，然后用水准仪或水管抄平方法，在安装位置标记出水平点，使用墨斗在确定好的两个水平点之间弹一条墨线；

25、(3)安装力水装置支架，支架是采用l型结构，因力水装置可侧面安装，为保证安装后水路平整，在安装支架打孔定位时直接按照墨斗标记位置安装；

26、在电锤钻头上用记号笔或胶带标记出钻孔深度，钻孔深度应为膨胀螺栓底部至顶部螺母下边沿长度，且电锤选用直径为12mm钻头，然后在标记的位置处钻出2个安装孔，用打气筒把安装孔内杂质及灰尘吹出，并用530清洁剂把安装孔周围及整个安装面擦拭干净，在膨胀螺栓外部及内部均匀涂抹结构胶，然后塞入安装孔内，接着把螺帽拧紧2-3圈后感觉膨胀螺栓比较紧而不松动后拧下螺帽，再把安装支架圆孔对准膨胀螺栓嵌入，然后逐个安装每个膨胀螺栓垫片、弹簧片及螺母，并拧紧；

27、(4)安装保护罩，安装完支架后用记号笔标记保护罩安装位置，按照安装力水装置支架的方法钻孔和安装保护罩；

28、(5)安装储液罐支架，安装储液罐支架位置要保证储液罐的出水口高于引压口的位置，水箱液面与力水装置引压口的高度差不能超过力水装置量程，通过控制液面的高度达到满足量程的目的，最好安装开始前进行计算；

29、(6)水路铺设，重点在于水管是放入桥架中的，完成所有力水装置的接入，接好后的水管放入桥架内。

30、液体粘性大流动缓慢，一般采用先通液后安装的方式。水路铺设前先将力水装置手拉手方式连接，用pvc管刀剪断水管，水管切口需平整，水管连接到储液罐出水口。在安装前将水路内部灌液体，在经过力水装置时不断按压力水装置上的排气钮排除内部气泡；亦可安装力水装置后对水路灌液体，然后液体在通过力水装置时按压力水装置上的排气钮将力水装置水路腔里空气排尽。

31、安装最后一个力水装置时将已经灌满液体排完气泡的力水装置水路出口上连接封闭式水管,即在末端水管不断排液时将封闭式水管接入力水装置出水口上，接入速度要快，尽可能的减少气泡的产生；

32、通液时，水箱液面必须高于出水口，低于出水口会有空气进入水管，在液体流过力水装置后，可以通过按压力水装置排气钮排气，切记不能敲打力水装置，敲打力水装置会造成容易损坏，如果液体不流动，可以在源头处用小泵加注液体，如果用平包塑料金属软管防护水管，在力水装置接入处建议不完全封闭，以便于查看气泡，后续封闭可考虑用波纹管开口保护；

33、(7)气路铺设，水箱上的出气口需接入三通，各力水装置的气管接口用手拉手连接方式，最后一个力水装置气管通过水箱上三通连接成回路即可。

34、进一步地，数据采集子系统中采用优化采集方法进行采集，采集方式包括具有定时间段采集和定阈值采集，定时间段采集的采样时间和采样长度可以根据实际情况灵活设置，若干条件触发采样参数有触发逻辑和通道的触发值设置，用户根据需要进行设置，触发逻辑是设定各触发通道之间的触发关系，触发关系包括或和与的关系，或表示设定的触发通道只要有一个达到触发阈值就进行触发采样，采到设定的时间长度为止，与表示设定的触发通道必须都达到触发阈值才进行触发采样。

35、进一步地，安全评价与预警子系统中预警级别按工程风险由小到大分为四级，蓝色预警、紫色预警、橙色预警和红色预警；

36、红色预警表示当日监测数据达到监测预警要求，且无有效措施，综合判断为不可接受风险，工程处在抢险状态；

37、橙色预警表示当日监测数据达到监测预警要求，且周边环境复杂，综合判断为不愿接受风险，工程处在不安全状态，现场须立即采取措施；

38、紫色预警表示当日监测数据达到监测预警要求，综合判断为可接受风险，现场须采取防范措施；

39、蓝色预警表示当日监测数据达到监测预警要求，综合判断为可接受风险，现场无须采取防范措施，但需提高警惕。

40、本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

41、本发明采用自动化监测系统，大大提高了工作效率，减少测量人员、仪器的投入；且能够实时提供支架沉降数据，当支架沉降值达到设定的限值时能够及时发出预警；还能够对采集的数据进行汇总分析，形成各种图标和报告。实现了支架沉降数据的及时性、合理性、可控性，有效保证了支架的安全性，提升了桥梁施工技术管理水平。