技术摘要：
一种固定式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法，涉及桥梁桥墩结构健康监测领域，本发明为了解决现有技术中由于无法对桥墩结构所受的应力进行良好监测，同时缺少数据对桥墩所受撞击进行有效预警，从而导致桥墩寿命缩短的问题，本发明所述监测预警装置包括N个监测板组件和  全部
背景技术：
我国国民经济的高速发展以及人民物质生活水平的不断提高，使得人们对于便捷 陆上交通的需求也与日俱增。而桥梁结构作为海上、陆地交通运输的纽带，也随之得到大量 的修建。据国家统计资料显示，我国国内现有桥梁总数高达五十万，其中超千米的大跨径桥 梁就已超七百，越来越多的桥梁使得桥墩碰撞事故难以避免。 随着交通行业的快速发展，船舶的规模趋于大型化，船舶撞击桥梁的事故率也逐 年增加，引发的后果也愈发严重。此类事故轻者引发桥墩结构受损，使用寿命下降，增加额 外的维修加固费用，重者导致桥毁、人亡以及水陆交通干线受阻或中断等严重后果。 现如今，人们对桥梁结构的建设也越来越严格，对桥墩结构的监测与保护也引起 了业内专家的广泛关注，但目前的研究多集中在桥墩基础结构的冲刷，桥墩的沉降，桥墩撞 击防护等方面，而对于桥墩结构所受的应力的监测研究不足。桥墩结构在水流压力、漂浮物 撞击、甚至是船舶撞击等情况下，桥墩结构使用寿命缩短。由此可见，对桥墩结构的监测与 保护工作是工程建设者们应重点关注的方向，对桥墩结构展开实时数据监测，获取精确的 应力、应变值，进而探究冲击应力与桥墩疲劳寿命间的变化规律是十分必要的，与此同时， 对可能发生的桥墩撞击进行安全预警也是保护桥墩乃至整个桥梁稳定性的必要举措。 因此，研制一种可以长期实时监测桥墩受力情况，对桥墩撞击危险进行安全预警， 且布设工艺适应性及可操作性强，不会破坏桥墩结构性能的固定式的桥墩冲击监测预警装 置，是该领域技术人员亟需解决的一个问题。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中由于无法对桥墩结构所受的应力进行良好监测，同时 缺少数据对桥墩所受撞击进行有效预警，从而导致桥墩寿命缩短的问题，进而提供了一种 固定式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法； 一种固定式桥墩冲击监测预警装置，所述监测预警装置包括N个监测板组件和N个 声测管组件，N为正整数，所述N个监测板组件首尾依次排列形成框体，相邻两个监测板组件 的连接处设有一个声测管组件，每个声测管组件和一个监测板组件通过两个合页片相连， 且每个监测板组件与桥墩侧壁固定连接； 进一步地，所述监测板组件包括底板、顶板、橡胶内板、橡胶外板、玻璃纤维内板、 玻璃纤维外板、钢筋网、光纤光栅应变传感器网笼、光纤光栅应变传感器、两个加速度传感 器网笼和两个加速度传感器，所述底板、橡胶内板、顶板和橡胶外板首尾依次相接组成矩形 框体，玻璃纤维内板、玻璃纤维外板、钢筋网、光纤光栅应变传感器网笼、光纤光栅应变传感 器、两个加速度传感器网笼和两个加速度传感器均设置在矩形框体中，橡胶内板的内壁与 4 CN 111595497 A 说　明　书 2/7 页 玻璃纤维内板一侧侧壁固定连接，玻璃纤维内板的另一侧侧壁与钢筋网固定连接，钢筋网 上设有两个加速度传感器网笼和一个光纤光栅应变传感器网笼，两个加速度传感器网笼位 于一个光纤光栅应变传感器网笼上方，且每个加速度传感器网笼至光纤光栅应变传感器网 笼的距离相等，每个加速度传感器设置在一个加速度传感器网笼中，光纤光栅应变传感器 设置在光纤光栅应变传感器网笼中，玻璃纤维外板的一侧侧壁与两个加速度传感器网笼接 触，玻璃纤维外板的另一侧侧壁与橡胶外板的内壁固定连接，玻璃纤维内板、玻璃纤维外板 和钢筋网的顶面均与顶板固定连接，玻璃纤维内板、玻璃纤维外板和钢筋网的底面均与底 板固定连接，橡胶外板与一个声测管组件通过两个合页片相连； 进一步地，所述监测板组件还包括多个阵列式光纤光栅，多个阵列式光纤光栅封 装在玻璃纤维外板中，且多个阵列式光纤光栅沿玻璃纤维外板的宽度方向等距分布； 进一步地，所述橡胶内板流化固接在玻璃纤维内板的一侧，橡胶外板流化固接在 玻璃纤维外板的一侧； 进一步地，所述加速度传感器网笼的一端与钢筋网焊接固定，光纤光栅应变传感 器网笼的一端与钢筋网焊接固定； 进一步地，所述加速度传感器网笼的尺寸与加速度传感器的尺寸一致，所述光纤 光栅应变传感器网笼的端面宽度与光纤光栅应变传感器的端面直径一致，光纤光栅应变传 感器网笼的长度小于光纤光栅应变传感器的长度，光纤光栅应变传感器网笼和光纤光栅应 变传感器的长度之差为4-5cm； 进一步地，所述橡胶内板顶部加工有注胶槽，橡胶内板的一侧均布有若干圆形通 孔； 进一步地，所述声测管组件包括声测管顶盖、带底声测管和声波探测仪，所述声波 探测仪设置在带底声测管内，且声波探测仪的壳体与带底声测管的底板固定连接，声测管 顶盖粘接在带底声测管的顶部，带底声测管通过两个合页片与一个橡胶外板相连； 进一步地，所述带底声测管的横截面为扇形，且扇形所对圆心角为360/N°，N为监 测板组件的个数； 一种固定式桥墩冲击监测预警装置的布设方法，所述布设方法是通过以下步骤实 现的： 步骤一：测量所要监测桥墩的四面尺寸，确定每块监测板组件的长度尺寸，保证每 块监测板组件的内壁与桥墩贴合设置； 步骤二：根据步骤一中所得出的每块监测板组件的长度尺寸确定橡胶内板、橡胶 外板、玻璃纤维内板、玻璃纤维外板和钢筋网的长度尺寸，并保证橡胶内板、橡胶外板、玻璃 纤维内板、玻璃纤维外板和钢筋网的长度和宽度尺寸一致，且玻璃纤维外板内部封装有多 个阵列式光纤光栅，橡胶内板流化固接在玻璃纤维内板的一侧，玻璃纤维内板的另一侧固 接有钢筋网，钢筋网和玻璃纤维外板之间设有两个加速度传感器网笼和一个光纤光栅应变 传感器网笼，每个加速度传感器网笼的一端和一个光纤光栅应变传感器网笼的一端都与钢 筋网焊接固定，每个加速度传感器设置在一个加速度传感器网笼中，每个光纤光栅应变传 感器设置在一个光纤光栅应变传感器网笼中，每个加速度传感器网笼的一端和一个光纤光 栅应变传感器的信号接收端都与玻璃纤维外板的一侧接触，玻璃纤维外板的另一侧流化固 接在橡胶外板上，橡胶内板、橡胶外板、玻璃纤维内板、玻璃纤维外板和钢筋网的底面均固 5 CN 111595497 A 说　明　书 3/7 页 接在底板的上表面上，至此单块监测板组件制作完成，同上述连接方式制作其余监测板组 件； 步骤三：根据步骤二中单块监测板组件的厚度以及声波探测仪的尺寸确定声测管 组件的尺寸，单块监测板组件的厚度为声测管组件中带底声测管中侧壁的宽度，每个声波 探测仪设置在一个带底声测管中，每个带底声测管顶部粘接有声测管顶盖用于密封，至此 单个声测管组件制作完成，同上述连接方式制作其余声测管组件； 步骤四：将步骤三中每个声测管组件中带底声测管中每个侧壁与弧面壁的接触处 均铰接有两个合页片，两个合页片沿声测管组件的长度方向设置，每个声测管组件与四个 合页片组成合页轴； 步骤五：利用步骤四中的合页轴分别将相邻两侧的监测板组件连接，并使每块监 测板组件贴合于桥墩壁上，且将流动性好的胶注入到注胶槽，胶会沿着注胶槽深度方向向 下流动，并通过每个圆形通孔与桥墩结构粘接固定，橡胶内板、橡胶外板、玻璃纤维内板、玻 璃纤维外板和钢筋网的顶面均与顶板粘接固定，构成包覆桥墩周壁的监测装置。 本发明与现有技术相比具有以下有益效果： 1、本发明提供的一种固定式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法对桥梁墩台冲 击应力大小、位置的监测，满足桥梁工程领域对桥墩进行长期实时监测的需求。 2、本发明提供的一种固定式桥墩冲击监测预警装置通过采用声波探测技术，可对 桥墩结构进行撞击危险预警，有效保障桥梁整体结构安全。 3、本发明提供的一种固定式桥墩冲击监测预警装置通过采用了阵列式光纤光栅， 其灵敏度高，化学稳定性好，可实现长期组网冲击应力监测。 4、本发明提供的一种固定式桥墩冲击监测预警装置通过采用了底板，顶板，顶盖 等多重封闭保护措施，增强了装置的密闭性，降低损坏率，提高使用寿命。 5、本发明提供的一种固定式桥墩冲击监测预警装置整体采用高弹性橡胶板作为 保护层，可以有效降低外物撞击对桥墩的破坏，在监测的同时，也保护了桥墩结构。 6、本发明提供的一种固定式桥墩冲击监测预警装置通过采用固定式结构，可根据 冲击应力位置的监测结果反映水位高度的升降变化，从而实现对河流水位的实时监测。 7、本发明一种固定式桥墩冲击监测预警装置及其布设方法采用拼装固定的形式， 布设方便，工艺简单，可操作性强，对桥墩结构性能无影响。 附图说明 图1为本发明的整体结构示意图； 图2为本发明中监测板组件内层结构正视图； 图3为本发明中监测板组件内层结构俯视图； 图4为本发明中监测板组件内层结构立体图； 图5为本发明中阵列式光纤光栅封装正视图； 图6为本发明中声测管组件和监测板组件拼接俯视图； 图7为本发明中声测管组件和监测板组件拼接侧视图； 图8为本发明中声测管组件和监测板组件拼接立体视图； 图9为本发明应用于圆柱形桥墩时的整体示意图； 6 CN 111595497 A 说　明　书 4/7 页 图10为本发明应用于圆柱形桥墩时单个监测板组件中各个传感器安装的主视示 意图； 图11为本发明应用于圆柱形桥墩时单个监测板组件中各个传感器安装的俯视示 意图； 图中包括1底板、2顶板、3声测管顶管、4橡胶内板、5橡胶外板、6玻璃纤维内板7玻 璃纤维外板、8钢筋网、9加速度传感器网笼、10光纤光栅应变传感器网笼、11带底声测管、12 阵列式光纤光栅、13加速度传感器、14光纤光栅应变传感器、15声波探测仪、16合页片、17注 胶槽和18圆形通孔。