(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 207502197 U(45)授权公告日 2018.06.15
(21)申请号 201721651087.4(22)申请日 2017.12.01
(73)专利权人 中国铁道科学研究院铁道建筑研
究所
地址 100081 北京市海淀区大柳树路2号专利权人 中国铁道科学研究院(72)发明人 蒋欣 赵欣欣 李旭伟 刘晓光
胡所亭 鞠晓臣 郭辉 石秋君 (74)专利代理机构 北京三友知识产权代理有限
公司 11127
代理人 王天尧 汤在彦(51)Int.Cl.
G01M 99/00(2011.01)E01D 19/04(2006.01)
(54)实用新型名称
面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统
(57)摘要
本实用新型提供一种面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，包括安装于大跨铁路桥的桥梁墩台间的主桁架上的温度传感器，用来获得桥梁主桁架的结构温度；安装于大跨铁路桥的桥梁墩台上的球型支座上的转角测量装置，用来测量球型支座的转角信息；安装于大跨铁路桥的桥梁墩台上的球型支座上的位移测量装置，用来测量球型支座的位移信息。由于该方案采用了温度传感器、转角测量装置、位移测量装置这些设备，可以自动采集相应的信息，无需人工到现场去进行测量，节省了人力和时间，提高了自动监测球型支座的损伤问题的效率。
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
CN 207502197 UCN 207502197 U
权 利 要 求 书
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1.一种面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，包括：温度传感器、转角测量装置和位移测量装置；
所述温度传感器，安装于大跨铁路桥的桥梁墩台间的主桁架上，用于获得桥梁主桁架的结构温度；
所述转角测量装置，安装于大跨铁路桥的桥梁墩台上的球型支座上，用于测量球型支座的转角信息；
所述位移测量装置，安装于大跨铁路桥的桥梁墩台上的球型支座上，用于测量球型支座的位移信息。
2.如权利要求1所述的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，还包括：温湿度传感器，安装于桥梁墩台上靠近于球型支座的位置，用于测量球型支座周围环境的温湿度。
3.如权利要求1所述的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，还包括：激光位移传感器或轮轨力测量装置；
所述激光位移传感器安装于大跨铁路桥的桥梁墩台间的主桁架上，用于测量多条轨道的各轨道上列车的通行情况；
所述轮轨力测量装置安装于大跨铁路桥的轨道上，用于获取轨道上列车车辆各节车厢的轴重和车速。
4.如权利要求1所述的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，所述位移测量装置包括磁致伸缩位移传感器、拉线位移传感器或激光位移传感器。
5.如权利要求1所述的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，所述转角测量装置包括倾角传感器。
6.如权利要求1所述的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，所述转角测量装置包括：线性位移计，安装于球型支座上支座板和下支座板的两端，用于测量球型支座的上支座板和下支座板间的距离。
7.如权利要求1所述的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，还包括：图像采集装置，安装于桥梁墩台上，朝向球型支座，用于获取球型支座的外观图像。
8.如权利要求7所述的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，所述图像采集装置还用于：获取球型支座上支座板上预设标记的图像。
9.如权利要求7所述的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，所述图像采集装置包括摄像机。
10.如权利要求9所述的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，其特征在于，所述图像采集装置还包括光源，为所述摄像机拍摄提供辅助光源。
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说 明 书
面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统
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技术领域
[0001]本实用新型涉及桥梁工程监测技术领域，特别涉及一种面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统。
背景技术
[0002]球型支座是在盆式橡胶支座的基础上发展起来的一种新型桥梁支座，在大跨铁路桥梁中得到了广泛应用。较之其它类型支座，球型支座优点突出，主要表现在反力均匀、转动力矩小、各向转动性能一致、以及不存在橡胶变硬或老化等对支座转动性能的影响。作为连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件，桥梁支座应将桥梁上部结构的反力和变形可靠地传递给桥梁下部结构，从而使结构的实际受力情况与计算的理论图式相符合。因此，球型支座必须具有足够的承载能力，安全可靠地传递支座反力，并适应梁体能够自由伸缩及转动。
[0003]然而，随着服役时间的延长，在荷载和环境因素共同作用下，球型支座不可避免地存在着一定外观和结构上的损伤。这些损伤主要包括锈蚀、橡胶密封圈液化外漏、钢件裂纹和变形等外观明显缺陷，及不易目测但严重影响支座功能的支座位移超限、支座转角超限等。支座作为桥梁上部结构与下部结构间传递力的关键构件，这些病害不仅影响到支座的工作状态，更影响了桥梁上部结构与下部结构之间荷载传递和变形协调，甚至可能危及梁端轨道状态，从而威胁到桥梁区段的行车舒适与安全。[0004]目前，对桥梁支座病害的发现仍是基于周期性的人工检查。对桥梁支座的检查一般是在无车通行的天窗时间内开展，而为了保证铁路运行的运行效率，天窗数量少且时间短，尤其是高速铁路桥梁的天窗时间又是在夜间，检查受光线、电力供应等影响较大。上述检查一般是针对的桥梁支座的外观损伤。对支座的位移的人工检查同样因需要大量的人力和时间，故一般仅对极少数已发现问题的支座的位移状况进行监督性检查。因此，因检修人员数量少，有效检查时间短，天窗安排次数有限，即使只是对桥梁支座进行简单的外观检查且不包含支座位移检查，其总的检查任务也是太过繁重。另外，周期性的检查与维护难以实现对桥梁病害的及时发现与处理，也不能做到对该病害发生与发展全过程的掌控。实用新型内容
[0005]本实用新型实施例提供了一种面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，可以自动监测球型支座损伤情况，节省人力和时间，提高监测效率。[0006]该面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统包括：包括：温度传感器、转角测量装置和位移测量装置；
[0007]所述温度传感器，安装于大跨铁路桥的桥梁墩台间的主桁架上，用于获得桥梁主桁架的结构温度；
[0008]所述转角测量装置，安装于大跨铁路桥的桥梁墩台上的球型支座上，用于测量球型支座的转角信息；
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所述位移测量装置，安装于大跨铁路桥的桥梁墩台上的球型支座上，用于测量球
型支座的位移信息。
[0010]在一个实施例中，还包括：温湿度传感器，安装于桥梁墩台上靠近于球型支座的位置，用于测量球型支座周围环境的温湿度。[0011]在一个实施例中，还包括：激光位移传感器或轮轨力测量装置；
[0012]所述激光位移传感器安装于大跨铁路桥的桥梁墩台间的主桁架上，用于测量多条轨道的各轨道上列车的通行情况；
[0013]所述轮轨力测量装置安装于大跨铁路桥的轨道上，用于获取轨道上列车车辆各节车厢的轴重和车速。
[0014]在一个实施例中，所述位移测量装置包括磁致伸缩位移传感器、拉线位移传感器或激光位移传感器。
[0015]在一个实施例中，所述转角测量装置包括倾角传感器。[0016]在一个实施例中，所述转角测量装置包括：线性位移计，安装于球型支座上支座板和下支座板的两端，用于测量球型支座的上支座板和下支座板间的距离。[0017]在一个实施例中，还包括：图像采集装置，安装于桥梁墩台上，朝向球型支座，用于获取球型支座的外观图像。[0018]在一个实施例中，所述图像采集装置还用于：获取球型支座上支座板上预设标记的图像。
[0019]在一个实施例中，所述图像采集装置包括摄像机。[0020]在一个实施例中，所述图像采集装置还包括光源，为所述摄像机拍摄提供辅助光源。
[0021]在本实用新型实施例中，在提出的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统中采用了温度传感器、转角测量装置、位移测量装置、图像采集装置等设备，可以自动采集相应的信息来确定球型支座结构损伤和外观损伤情况，无需人工到现场去进行测量，可以自动监测球型支座损伤情况，节省了人力和时间，提高了监测球型支座损伤情况的效率。附图说明
[0022]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本实用新型实施例提供的一种面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统安装示意图；
[0024]图2是本实用新型实施例提供的一种球型支座位移测量示意图；[0025]图3是本实用新型实施例提供的一种球型支座转角测量示意图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实
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施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0027]针对现有技术中只能人工进行球型支座损伤的监测，本实用新型实施例中提出一种面向大跨铁路桥的桥梁面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统，监测内容主要包括两个方面，一方面是采用传感技术对支座位移与转角、结构温度、环境温湿度、桥上轨道的列车的运行情况等进行检查与监测，了解在列车荷载和温度作用下支座结构性能及健康状态，支座结构损伤包括支座位移超限、支座转角超限等；另一方面是通过视频监控对支座外观损伤进行监测，外观损伤包括锈蚀、橡胶密封圈液化外漏、钢件裂纹、变形等。
[0028]图1是本实用新型提出的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统安装示意图，如图1所示，该面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统包括：温度传感器、转角测量装置和位移测量装置；其中，温度传感器安装于大跨铁路桥的桥梁墩台间的主桁架1上，用于获得桥梁主桁架的结构温度；转角测量装置安装于大跨铁路桥的桥梁墩台上的球型支座2上，用于测量球型支座的转角信息；位移测量装置安装于大跨铁路桥的桥梁墩台上的球型支座2上，用于测量球型支座的位移信息；所述桥梁主桁架的结构温度、所述球型支座转角信息和所述球型支座位移信息作为确定结构温度对球型支座结构损伤的依据。[0029]具体实施时，对钢桥来说其受力和变形受温度影响很大，其耐久性受温湿度影响较大，高温高湿环境下的支座锈蚀更为严重。因此，需要测量桥梁主桁架的结构温度来确定结构温度对球型支座结构损伤情况。考虑到结构横桥向和竖向结构尺寸较大，同一桥梁墩台上的上下游支座可能存在顺桥向位移差，可选择在跨中1-2个截面上布置多个温度传感器以了解温度场的大致情况，可以在图1中的一个截面上布置6个温度传感器，也可以布置多个，以掌握温度场对支座位移的影响。[0030]具体实施时，对球型支座具有影响的外部环境主要包括温度和湿度，因此，除了测量桥梁主桁架的结构温度，还需要在测量某桥梁墩台上球型支座的位移时，在桥梁墩台上靠近于球型支座的位置布置温湿度传感器，用来测量球型支座周围环境的温湿度，所述球型支座周围环境的温湿度作为确定环境的温湿度对球型支座结构损伤的依据。[0031]具体实施时，除了温度、湿度影响外，由于有列车在轨道上运行，也会影响球型支座的工作性能。列车车辆信息可以包括车速、各线上列车的运行工况、列车编组、车辆轴重(车辆重量)等。因此，该面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统还可以包括：激光位移传感器或轮轨力测量装置；所述激光位移传感器安装于大跨铁路桥的桥梁墩台间的主桁架1上，用于测量多条轨道的各轨道上列车的通行情况；所述轮轨力测量装置3安装于大跨铁路桥的轨道4上，用于获取轨道上列车车辆各节车厢的轴重和车速，如图1所示。其中，速度是由测出力随时间的变化及标准的车轴的间距反推出来的。图1中在桥梁主桁架上安装激光位移传感器(激光工况识别)，根据测量的列车位移情况自动识别各条轨道上是否有列车通过。另外，在征得铁路管理方同意后可在轨道上安装轮轨力测量装置，全面掌握车辆荷载信息。
[0032]具体实施时，球型支座的伸缩变形采用传感器监测，可以包括多向活动支座的纵横向位移及纵向活动支座的纵向位移，以及转角测量。如图2所示，支座位移S1是指的下支座板中心与球冠衬板或上支座板中心的偏移(球冠衬板与上支座板视为重合)。支座位移的测量可通过在上、下支座板的四边标出中心线位置，从而测量出顺桥向或横桥向的上下支
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座板中心线的相对偏移。实际应用中支座位移监测时可采用磁致伸缩位移传感器、拉线位移传感器或激光位移传感器(依据监测条件与环境而定)，利用支座底板四周的吊装螺栓孔、支座上下支座板调平锁紧装置螺栓孔以及支座围板支架角钢等设计专用的安装卡具，实现传感器的固定安装。[0033]具体实施时，如图3所示，支座转角S2/L指上支座板球型支座盆与球冠衬板之间的相对转动。支座转角的测量也是在上、下支座板的四边标出中心线位置，可以采用如下间接方法进行测量：测量上下支座板左右两边的距离Smax和Smin，则顺桥向或横桥向的转角即为二者差值S2与距离L的比值，L对应的点可根据实际情况来确定，但每次必须在这些固定点进行测量。这种方法需要转角测量装置必须包括线性位移计，安装于球型支座上支座板和下支座板的两端，用于测量球型支座的上支座板和下支座板间的距离；所述球型支座的上支座板和下支座板间的距离用来确定球型支座的转角信息。
[0034]实际应用中转角监测时还可以单独采用一个精密倾角传感器直接测量。[0035]除了上述的动态测量支座位移变化的方法，实际应用中支座位移监测时还包括支座准静态位移监测。支座准静态位移监测指的是在球型支座上支座板上设置一个标记，通过图像采集装置获取球型支座上支座板上预设标记的图像，根据预设标记的图像可以得出这个标记相对于某一固定点的位置变化，然后来显示球形支座的位移变化。实际应用中可以在球型支座的上支座板贴上一个二维码，采用拥有操作系统并内嵌图像处理软件的智能相机拍摄的二维码信息实时解算，自动计算桥梁支座准静态位移量并定时输出。[0036]具体实施时，对于球型支座的监测，除了对其结构损伤进行检测之外，还需要对球型支座的外观损伤进行监测。对其外观损伤的监测可通过视频监控实现。具体的，该面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统还包括图像采集装置，安装于桥梁墩台上，朝向球型支座，用于获取球型支座的外观图像，球型支座的外观图像作为确定球型支座外观损伤的依据。支座外观图像监测为非接触式监测，可以定期采集图像信息。图像采集装置利用专用的安装架通过膨胀螺栓固定在墩台上，图像采集装置的线缆防护后引入墩台上的仪表箱内。
[0037]图像采集装置可以包括摄像机，可以是工业高精度摄像机。在夜晚进行拍摄时，可能由于光线问题采集不到清晰的图像，因此，图像采集装置还可以包括光源，为所述摄像机拍摄提供辅助光源，从而获得清晰的球型支座的外观图像。[0038]在获得了所述桥梁主桁架的结构温度、所述球型支座转角信息、所述球型支座位移信息、环境的温湿度、运行列车所占用的桥上轨道信息、所述轨道上车辆的运行速度和/或所述轨道上车辆的轴重、球型支座的外观图像等信息后，可以对其进行分析处理，确定温度、湿度、列车运行情况等对球型支座有何种影响。[0039]综上所述，在本实用新型实施例中，在提出的面向大跨铁路桥梁球型支座病害的监测系统中采用了温度传感器、转角测量装置、位移测量装置、图像采集装置等设备，可以自动采集相应的信息来确定球型支座结构损伤和外观损伤情况，无需人工到现场去进行测量，可以自动监测球型支座损伤情况，节省了人力和时间，提高了监测球型支座损伤情况的效率。
[0040]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神
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和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
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