一种钢结构桥梁的抗风性能调节的自供给控制系统的制作方法

本发明属于钢结构桥梁技术领域，具体涉及一种钢结构桥梁的抗风性能调节的自供给控制系统。

背景技术：

钢结构桥梁在交通运输中发挥着不可替代的作用，但是桥梁的检测维护工作量及其庞大，一方面，我国旧桥的比例很庞大，这些桥梁起初设计标准较低，同时又长期缺乏必要的养护与维修，其老化现象日益严重，承载能力明显下降，逐渐不能满足现代交通发展的需求，另一方面，随着工业建设的发展，公路铁路上运输特大、特重型设备的频率已经大大加大，那些超重车辆从桥梁上通过时，将会对桥梁造成严重损害，甚至发生坍塌事故，从而带来不可挽回的生命和经济财产损失。

目前，通常采用结构措施、机械措施和气动措施来提高大跨径桥梁的抗风稳定性，其关键在于采用合理的截面形式和结构体系来提高桥梁的整体钢度，通过隔振、耗能等控制手段来实现桥梁减振的目的，在此基础上再选择合理的气动措施来提高桥梁结构的气动性能。

但上述技术方案均不能实现实时对钢结构桥梁所受风力进行调节的功能，同时隔振、耗能等控制手段存在很多结构上的资源浪费。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢结构桥梁的抗风性能调节的自供给控制系统，通过在有风环境对钢结构桥梁的导流板偏的偏转进行控制，提高整个钢结构桥梁的抗风效果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钢结构桥梁的抗风性能调节的自供给控制系统，其特征在于：所述钢结构桥梁底面指定间隔设置有多组液压导流板，所述导流板受液压控制机构控制；

所述控制系统包含，风力监测单元，振动监测单元，数据处理模块；

所述风力监测单元用于监测当前钢结构桥梁所处的风力环境，并采集当前风力环境的风力值传输至所述数据处理模块；

所述振动监测单元用于监测当前钢结构桥梁所处的振动环境，并采集该振动环境的振动参数传输至所述数据处理模块；

所述数据处理模块用于接收所述风力监测单元、振动监测单元传来的数据，并进行判定，当当前环境的风力值超过阈值时向所述液压控制机构发送调节旋转角的角度信号，所述角度信号满足：

α＝α1-α0

其中，α为需要调整的角度值，α1目标角度值，α0为当前角度值，f表示导流板目标受力值，k为系数，v当前风速，ρ为当前环境空气密度，s为单组导流板的正面积；

在开启液压控制机构对所述导流板进行控制后，所述数据处理模块进一步用于采集所述液压控制机构当前液压控制机构的旋转角度信号，并根据当前的实时风力值对所述旋转角度信号进行自动调节。

进一步，所述控制系统还包含风力发电模块，所述数据处理模块进一步还用于根据当前环境的风力值启停所述风力发电模块，所述风力发电模块用于产生电力并为整个控制系统提供电力，所述风力发电模块还连接至蓄电池。

进一步，根据当前环境的风力值启动所述风力发电模块的风力值范围设置为6m/s-20m/s。

进一步，所述控制系统还包含gps模块，所述gps模块用于对钢结构桥梁进行定位，所述数据处理模块还用于定期从气象服务器下载未来钢结构桥梁所处环境的气象信息，并根据所述气象信息设置所述风力监测单元的工作时段。

进一步，所述气象信息包含钢结构桥梁所处位置的温度值、湿度值、风力、风向、起风及风止时间范围；

所述根据所述气象信息设置所述风力监测单元的工作时段，包含：

数据处理模块根据所述气象信息中的起风时间并设置所述风力监测单元的启动时间早于所述起风时间0.5h。

进一步，所述数据处理模块还连接至存储单元，所述数据处理模块还用于对于每一次的数据信号采集，调节信号发送均根据采集时间或者发送时间，并对应液压控制机构动作时间形成历史数据表，并将所述历史数据表存储在所述存储单元中。

进一步，所述数据处理模块进一步用于根据所述风速、风向形成液压控制机构的角度调节对照表，并储存在所述存储单元中，对后续该环境中出现的同样风向及风速大小的风采用所述角度调节对照表进行调节。

进一步，所述振动监测单元进一步用于将所监测到的振幅大于振幅阈值的振动数据按照振动时间、振动幅值的形式传输至所述数据处理单元，所述数据处理单元对所述振动监测单元传来的振动数据存档后对钢结构桥梁进行健康检测。

进一步，所述控制系统还包含一组超声波发生器，所述超声波发生器设置在钢结构桥梁的指定位置，两组超声波发生器均连接至所述数据处理模块，所述数据处理模块根据所述振动数据控制所述超声波发生器对所述钢结构桥梁进行裂纹检测，包含如下步骤：

通过超声波发生器对钢结构桥梁发出探测声波；

接收来自不同方向的返回声波，并记录各自方向上的声波返回时间；

将不同方向上的声波返回时间与不同方向上的标准返回时间进行对比，若声波返回时间大于标准返回时间，则判定为存在裂纹，则数据处理单元立即将检测信息上传至服务器；

若与标准返回时间的差值在规定范围，则存储该次检测信息，并定期将该周期内的检测信息上传至服务器。

本发明的有益效果在于：本发明系统整个桥梁的抗风结构简单，同时通过对导流板的精确控制，可以有效提高钢结构桥梁的抗风性能，同时本发明系统还可以依据桥梁所在地的气象条件设定工作周期，降低了整个系统的运行能耗。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明导流板结构示意图。

附图中标记如下：1为钢结构桥梁底部，2为导流板。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明第一实施例提出一种钢结构桥梁的抗风性能调节的自供给控制系统，如图2所示，钢结构桥梁底部1指定间隔设置有多组液压导流板2，本实施例中导流板2设置为弧状结构，这样可以减小导流板所占空间，同时提高过风效率，导流板受液压控制机构控制。

如图1所示，本发明的控制系统包含，风力监测单元，振动监测单元，数据处理模块；

风力监测单元用于监测当前钢结构桥梁所处的风力环境，并采集当前风力环境的风力值传输至数据处理模块；

振动监测单元用于监测当前钢结构桥梁所处的振动环境，并采集该振动环境的振动参数传输至数据处理模块；

数据处理模块用于接收风力监测单元、振动监测单元传来的数据，并进行判定，当当前环境的风力值超过阈值时向液压控制机构发送调节旋转角的角度信号，角度信号满足：

α＝α1-α0

其中，α为需要调整的角度值，取值范围为0-90°，即液压控制机构动作值，α1目标角度值，α0为当前角度值，α0的起始值为零，f表示导流板目标受力值，f需要在系统运行之前根据导流板的受力范围进行设置，k为系数，考虑到导流板的受力裕量，本实施例中取0.65，v当前风速，ρ为当前环境空气密度，可在实地测量获得，s为单组导流板的正面积。

在开启液压控制机构对导流板进行控制后，数据处理模块进一步用于采集液压控制机构当前液压控制机构的旋转角度信号，并根据当前的实时风力值对旋转角度信号进行自动调节；

具体的可以根据上述公式对风向、风力大小进行实时计算从而获得任意时刻的需要调整的角度值，从而进行实时调整。

本发明又一个实施例中，控制系统还包含风力发电模块，数据处理模块进一步还用于根据当前环境的风力值启停风力发电模块，风力发电模块用于产生电力并为整个控制系统提供电力，风力发电模块还连接至蓄电池。

本实施例中风力发电模块可以设置在钢结构桥梁的墩柱顶部或者其他受风点，风力发电模块可以选用功率较小的风机，并在同一座桥梁上多设置几个风力发电模块，风力发电模块的电量均存储至蓄电池，其中本发明系统还可以采用(不间断电源)ups，一路采用市电进行备用供电，另一路则选用蓄电池进行供电，从而进一步提高整个系统的可靠性。

在本实施例中，根据当前环境的风力值启动风力发电模块的风力值范围设置为6m/s-20m/s，由于风力较低时候风力发电模块的效率也很低，很有可能不能满足整个系统的供电需求，因此，本实施例经过多次试验得出选用该风力范围的风力可以有效提高整个风力发电模块的工作效率。

本发明另一个实施例中，控制系统还包含gps模块，gps模块用于对钢结构桥梁进行定位，数据处理模块还用于定期从气象服务器下载未来钢结构桥梁所处环境的气象信息，并根据气象信息设置风力监测单元的工作时段。

气象服务器可以指定的气象网站，也可以是与本系统匹配的单独提供的服务器，本发明控制系统可内置3g、4g等无线通信手段，并设置每天定时固定访问该气象服务器以获取第二天的气象信息，从而可以对整个系统实现智能控制。

气象信息包含钢结构桥梁所处位置的温度值、湿度值、风力、风向、起风及风止时间范围；

根据气象信息设置风力监测单元的工作时段，包含：

数据处理模块根据气象信息中的起风时间并设置风力监测单元的启动时间早于起风时间0.5h，本实施例中提前半小时启动风力监测单元，可以有效对钢结构桥梁所处实际环境的风力信息进行修正，从而保证整个控制系统运行的可靠性。

数据处理模块还连接至存储单元，数据处理模块还用于对于每一次的数据信号采集，调节信号发送均根据采集时间或者发送时间，并对应液压控制机构动作时间形成历史数据表，并将历史数据表存储在存储单元中。

数据处理模块进一步用于根据风速、风向形成液压控制机构的角度调节对照表，并储存在存储单元中，对后续该环境中出现的同样风向及风速大小的风采用角度调节对照表进行调节，若任意时刻均通过公式运算所需的调整角度值，则会大大加大整合系统的运算符合，因此可以采用角度调节对照表的技术手段，本实施例中角度调节对照表按照0.5m/s，风向3°的精度对角度调节对照表进行划分，数据处理模块每次调用与当前风向最接近的角度调节对照表中的调节角度对导流板进行角度调节。

本发明又一个实施例中，振动监测单元进一步用于将所监测到的振幅大于振幅阈值的振动数据按照振动时间、振动幅值的形式传输至数据处理单元，数据处理单元对振动监测单元传来的振动数据存档后对钢结构桥梁进行健康检测。

控制系统还包含一组超声波发生器，超声波发生器设置在钢结构桥梁的指定位置，两组超声波发生器均连接至数据处理模块，数据处理模块根据振动数据控制超声波发生器对钢结构桥梁进行裂纹检测，包含如下步骤：

通过超声波发生器对钢结构桥梁发出探测声波；

接收来自不同方向的返回声波，并记录各自方向上的声波返回时间；

将不同方向上的声波返回时间与不同方向上的标准返回时间进行对比，若声波返回时间大于标准返回时间，则判定为存在裂纹，则数据处理单元立即将检测信息上传至服务器；

若与标准返回时间的差值在规定范围，则存储该次检测信息，并定期将该周期内的检测信息上传至服务器。

本实施例中还可以根据

其中，l为裂纹距离超声波发生器的位置，v0为超声波在钢结构中的传播速度，t2为某一个方向上的声波返回时间，t1为某一个方向上声波的标准返回时间。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。