一种海工栈桥稳定系统及其监测方法与流程

本发明涉及海工栈桥，尤其涉及一种海工栈桥稳定系统及其监测方法。

背景技术：

1、海工栈桥是一种特殊的桥梁结构，通常用于海上工程、港口码头、跨海大桥等场景。海工栈桥一般由桥墩、桥面、支撑结构等部分组成，海工栈桥的桥墩通常采用桩基结构，能够承受较大的荷载和抵抗风、浪、潮汐等自然力的作用。桥面一般采用耐腐蚀、防水的材料，以保证结构的长期稳定性和安全性。支撑结构一般采用钢结构或混凝土结构，能够保证桥面的稳定性和防止桥面发生过大变形。

2、波浪和风对海工栈桥的稳定性都有影响，波浪对桥面的影响主要是通过波浪的冲击力和振动效应，导致桥面晃动和不稳定，对桥墩等支撑结构的稳定性也有影响，风对桥面的影响主要是通过风力产生涡振等现象，导致桥面晃动。

3、其中，桥面在风的作用下产生振动即涡振的现象，会在结构周围产生涡流，涡流会产生涡旋，这些涡旋随着流体的运动而不断形成和消失，当某些涡旋频率与桥面的固有频率吻合时，就会引起结构的阻尼不足，使桥面产生振动增益，涡振如果振幅过大，会对桥面和整体结构产生破坏性影响，甚至导致结构损坏。

4、因此，有必要针对海工栈桥应用中的波浪和风的影响，对海工栈桥进行改进，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种海工栈桥稳定系统及其监测方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种海工栈桥稳定系统及其监测方法，包括：栈桥本体、波浪监测模块、涡振监测模块、波浪补偿单元、涡振补偿单元、测试模型和校准模块；

2、所述波浪监测模块，用于监测识别出主导波浪的特征；

3、所述涡振监测模块，用于监测识别出主导涡流的特征；

4、所述波浪补偿单元，用于调节所述栈桥本体各部分的俯仰和偏航角度进行波浪主动补偿；

5、所述涡振补偿单元，用于在所述栈桥本体上产生反涡流进行涡振主动补偿；

6、所述测试模型，用于建立所述栈桥本体模型，模拟不同波浪特征和不同涡流特征下，所述栈桥本体所需的对应补偿参数；

7、所述校准模块，用于根据对波浪或涡流识别的特征，通过所述测试模型的补偿参数，对所述栈桥本体进行波浪或涡流的主动补偿。

8、本发明一个较佳实施例中，所述波浪监测模块包括：若干波浪传感器，以及与所述波浪传感器相连的第一数据采集单元；

9、所述波浪传感器，用于实时监测波浪的高度、周期和方向参数；

10、所述第一数据采集单元，用于采集若干所述波浪传感器获得的波浪参数，识别出主导波浪的特征。

11、本发明一个较佳实施例中，所述涡振监测模块包括：若干速度传感器，若干压力传感器，以及分别与若干所述速度传感器和若干所述压力传感器相连的第二数据采集单元；

12、所述速度传感器，用于实时监测所述栈桥本体表面的涡流速度参数；

13、所述压力传感器，用于实时监测所述栈桥本体表面和桥墩所受的气动压力参数；

14、所述第二数据采集单元，用于采集若干速度传感器和若干压力传感器获得的涡流参数，识别出主导涡流的特征。

15、本发明一个较佳实施例中，所述栈桥本体包括：若干桥面，以及固定在所述桥面顶部的防护栏；所述速度传感器和所述压力传感器均安装在所述桥面的表面。

16、本发明一个较佳实施例中，所述波浪补偿单元包括：固定在所述桥面靠近两侧底部的若干固定板，固定在所述固定板朝向所述桥面中部一侧的若干三角支撑块，以及固定在所述固定板朝向相邻所述桥面一侧的若干固定块；若干所述固定块的内侧卡接有若干圆形卡块，相邻所述固定板之间设置有若干液压缸；所述液压缸的一端与所述圆形卡块的侧面固定，另一端与相邻所述固定板一侧的所述圆形卡块的侧面固定。

17、本发明一个较佳实施例中，所述涡振补偿单元包括：开设所述桥面内侧的若干放置槽，固定在若干所述放置槽内侧的若干伺服电机，以及固定在若干所述伺服电机位于所述桥面底部输出端的若干涡流发生板；若干所述涡流发生板的表面设置有若干六轴力传感器，若干所述六轴力传感器与所述第二数据采集单元连接。

18、本发明一个较佳实施例中，所述波浪监测模块将监测识别出主导波浪的特征数据传输至所述校准模块；所述校准模块利用所述测试模型中对所述栈桥本体所需的对应补偿参数，控制所述波浪补偿单元进行波浪影响的主动补偿；所述涡振监测模块将监测识别出主导涡流的特征传输至所述校准模块；所述校准模块利用所述测试模型中对所述栈桥本体所需的对应补偿参数，控制所述涡振补偿单元进行涡流影响的主动补偿。

19、本发明提供一种海工栈桥稳定系统的监测方法，包括以下步骤：

20、s1、建立栈桥本体模型，模拟完成不同波浪特征和不同涡流特征下，栈桥本体所需对应补偿参数，利用测试模型完成建模；

21、s2、波浪监测模块监测波浪的特征，将数据经过校准模块，利用测试模型中对应波浪的补偿参数，控制波浪补偿单元进行主动补偿；

22、s3、涡振监测模块监测涡流的特征，将数据经过校准模块，利用测试模型中对应涡流的补偿参数，控制涡振补偿单元进行主动补偿。

23、本发明一个较佳实施例中，所述模拟包括以下步骤：

24、s11、对栈桥本体模型分批多次施加不同高度、周期和方向的波浪，计算出不同波浪下，栈桥本体受波浪影响的运动参数，并在不同波浪下，利用波浪补偿单元进行相应的补偿；

25、s12、对栈桥本体模型分批多次施加不同流场速度的涡流，并获取栈桥本体、桥墩所受的气动压力，以及涡流发生板的受力参数，并在不同涡流下，利用涡振补偿单元进行相应的补偿；

26、s13、将s11中不同波浪下，受波浪影响的运动参数、对应补偿的数据，以及s12中不同涡流下，受涡流影响的气动压力、受力参数、相应补偿的数据，利用测试模型建模完成模拟。

27、本发明一个较佳实施例中，在所述s11中，所述运动参数为俯仰角和偏航角。

28、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

29、(1)本发明提供了一种海工栈桥稳定系统及其监测方法，通过模拟不同波浪特征和不同涡流特征下，所需对应补偿参数数据，利用测试模型建模，在实际应用时，通过波浪监测模块和涡振监测模块分别实现波浪和涡流特征的监测，并通过校准模块和测试模型的配合，进而能够根据监测的波浪和涡流特征，利用波浪补偿单元和涡振补偿单元进行主动补偿，消除波浪造成不稳定以及涡流引起的涡振现象，从而极大的降低了桥面振幅和结构损坏的情况发生，有效了增加了栈桥本体结构的稳定性和安全性。

30、(2)本发明中通过在监测应用过程中，先根据波浪监测模块对监测到的波浪特征，利用校准模块和测试模型的配合，控制波浪补偿单元完成对应的主动补偿，进而栈桥本体补偿后相应的姿态完成调整，使得涡振监测模块对监测到的涡流特征，再次利用校准模块和测试模型的配合，控制涡振补偿单元完成对应的主动补偿后，不会受到对波浪补偿时栈桥本体姿态发生改变，造成的补偿结果不准确的情况发生，从而提高了应用时的可靠性。

31、(3)本发明中在需要进行波浪补偿时，通过三角支撑块和固定板的配合，实现相邻桥面连接处的连接支撑作用，并通过若干液压缸、若干圆形卡块和若干固定块的配合，可以对相邻桥面起到连接的作用，同时能够根据波浪补偿时相应俯仰和偏航角度，进行所需相邻桥面之间对应的上下左右多角度的调节，从而实现波浪影响的主动补偿，提高栈桥本体在应对波浪影响时的稳定性。

32、(4)本发明中在需要进行涡振补偿时，通过若干放置槽、若干伺服电机和若干涡流发生板的配合，可以独立实现若干涡流发生板进行不同倾斜角度的变化，进而能够根据涡振补偿时相应特征，进行所需角度的变化，产生反涡流与主导涡流在空间上高度重合相抵消，降低涡振对栈桥本体结构上的影响，同时在涡流发生板上六轴传感器的配合，可以实时检测出涡流发生板当前的受力状况，持续对涡振监测模块进行反馈，利用校准模块以及测试模型的配合，实时调整若干涡流发生板的动作，使得产生的反涡流与主导涡流相匹配。