阅读说明：本技术 强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度预测及预警的专用终端 (Special terminal for prediction and early warning of local scouring depth of pier of estuary of strong tide ) 是由 曾剑 韩海骞 陈刚 李最森 于 2019-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度预测及预警的专用终端,包括输入装置和输出装置,其还包括,存储器、处理器可获得冲刷深度预测值。当式1的预测值超出相应预警值,则有屏幕上的警告提示或扬声器声音信号,以便使用者对桥墩采取措施,如应急抛石、加固等。本装置的预测值与实测值、其他潮流作用下局部冲刷试验值吻合良好,式1不仅可以较好地反映室内试验数据,而且得到了杭州湾大桥实测值、汕头妈屿跨海大桥以及江苏苏通长江大桥试验值的较好验证,进一步核实了本发明的合理性和可靠性。且本发明不需要声学探头,避免了水沙等干扰。(The invention discloses a special terminal for prediction and early warning of local scour depth of a pier of a strong-tide estuary pier, which comprises an input device, an output device, a memory and a processor, wherein the memory and the processor can obtain a scour depth prediction value. When the predicted value of the formula 1 exceeds the corresponding early warning value, a warning prompt or a loudspeaker sound signal on a screen is provided, so that a user can take measures on the bridge pier, such as emergency stone throwing, reinforcement and the like. The predicted value of the device is well matched with the measured value and the local scouring test value under the action of other trends, the indoor test data can be better reflected by the formula 1, and the better verification of the measured value of the Hangzhou Bay bridge, the Shantou Ma sea-crossing bridge and the test value of the Jiangsu Sutong Changjiang river bridge is obtained, so that the rationality and the reliability of the device are further verified. In addition, the invention does not need an acoustic probe, thereby avoiding the interference of water, sand and the like.)

强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度预测及预警的专用终端

技术领域

本发明涉及一种桥墩安全预警系统，尤其涉及强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度预测及预警的专用终端。

背景技术

根据经验积累，影响桥墩健康的因素很多：一是水沙因素，包含行进流速、水深、泥沙粒径、泥沙颗粒级配、床沙黏性等；二是桥墩因素，包括桥墩形状、桥墩迎水面宽度、桥墩长度、桥墩与水流方向夹角等。经过长期研究，水流冲刷是引起桥梁桩基失稳的主要因素，这是由于处于河口海湾中的桥墩，周边海床受水流冲刷淘蚀，基底出现不同程度的淘空，基底截面重心位置偏移，引起上部结构传递下来的轴力有了偏心，弯矩增大，进而引起失稳。因此，桥墩局部冲刷对桥梁安全构成了隐患，及时准确地预测其深度并提出预警对确保桥梁工程安全运营具有重要的意义。

长期以来，广大科技工作者为了预测桥墩局部冲刷深度，从不同途径、假设得到了不下50个预测公式，这些预测公式大多是通过一定的理论分析，根据实验室概化的物理模型试验，确定相应的待定系数而得到的。由于桥墩周围水流结构比较复杂，各种影响因素之间相互作用、相互关联，甚至每个因素自身会因为试验条件不同而具有一定的不确定性，加之人们对泥沙认识水平有限，这些预测公式并不能完全真实反映出实际的物理过程，对桥墩的最大冲刷深度很难做到精确预测。即使是采用规范所推荐的冲刷深度计算公式，由于计算假设条件苛刻、参数选取有一定的人为性等因素，不同的人计算或者选用的参数不一致，计算得出的结果差异性甚至会很大。尽管针对个别特大型桥梁进行冲刷模型实验以获取冲刷深度，但模型实验人力物力花费较高。尤其在杭州湾等强潮水域，由于河床大冲大淤、水体含沙浓度高等复杂因素，预测难度更大大增加，需要更为可靠的预测装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术提供一种具有合理性好、预测值可靠性高，预警便利，干扰因素少的强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度预测及预警的专用终端。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度预测及预警的专用终端，包括输入装置和输出装置，其还包括，

存储器，用于存储输入和/或预置的运算参数；

处理器，用于将存储器中运算参数经式1：

运算得到h_b；能与外界进行有线和/或无线通信的通信模块，用于接受外部设备数据并存储到存储器中或式1的运算参数中参与运算。

将h_b与预设的预警值进行比较。

采用经通信模块获取外设的水深探测装置记录的全潮最大水深h(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)，全潮最大水深条件下平均阻水宽度B可以根据构建物形态手工输入；d₅₀为河床泥沙的平均中值粒径，可根据河床取样资料的泥沙粒配曲线查得；参数w取值为5至20，u为全潮最大流速，通过流速计取得，以手工或无线传输方式输入到存储器；k₁为基础桩平面布置系数，条带型k₁＝1.0，梅花型k₁＝0.862；k₂为基础桩垂直布置系数，直桩k₂＝1.0，斜桩k₂＝1.176，手工输入、预置或利用通信模块从服务器获取。本装置的预测值与实测值、其他潮流作用下局部冲刷试验值吻合良好，式1不仅可以较好地反映室内试验数据，而且得到了杭州湾大桥实测值、汕头妈屿跨海大桥以及江苏苏通长江大桥试验值的较好验证，进一步核实了本发明的合理性和可靠性。且本发明不需要声学探头，避免了水沙等干扰。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

输入装置含有无线模块，并且该无线模块能采集外源水深测量模块测得的全潮最大水深h(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)。采用无线模块获取参数，能提高便利性和实时性。

河床泥沙的平均中值粒径d₅₀为预置值或输入值；k₁的取值范围是0.5至1.0，k₂的取值范围是1.0至1.5；全潮最大水深条件下平均阻水宽度B和/或全潮最大流速u为输入值。本终端可以是手机、平板电脑或移动电脑，具有携带的便利性。

a₁取值为0.2至0.4；a₂取值为0.1至0.2；a₃取值为0.5至0.7。

终端还具有GPS模块。

处理器以总线方式连接存储器、通信模块和GPS模块；处理器还分别连接有输入装置和输出装置；输入装置包括鼠标或键盘或触屏；输出装置包括屏幕和/或扬声器。通过输入装置将有关人为需要输入的参数进行输入或设置调整。式1中的输入参数绝大部分以通信模块从服务器获得以提高效率。在不同的GPS区域上，对h_b的计算结果应当按需设有预置预警值，该预警值的集合可以存在服务器上，也可以直接预置在存储器或手动设置、修改。当h_b超出相应预警值，则应有屏幕上的警告提示或扬声器声音信号，以便使用者采取措施，如应急抛石、加固等。

存储器中还存储有泥沙粒配曲线；处理器能根据GPS模块提供的位置信息从泥沙粒配曲线查询相应的d₅₀的值，并存储到存储器的参数d₅₀。通过数据的逐年积累，形成地理信息融入本系统，达到按需计算、实时计算的效果。如水文状况发生变化，能及时的产生实时预测数据，及时预报险情。

通信模块能将GPS模块提供的位置信息适配获取外部设备的泥沙粒配曲线，并存储到存储器。即根据GPS定位的位置不同，可以判定该测量位所处水域的位置，通信模块向云服务器发送数据请求，从而根据存储在云服务器的预先测量信息找到适宜的泥沙粒配曲线并得到合适的d₅₀数值，并发送回通信模块，然后，通信模块将相应数值传送给存储器，进而参与运算。

由于本发明采用了存储器、处理器、通信模块，经过数据获取和式1的运算后能得到准确的预测值h_b。本装置的预测值与实测值、其他潮流作用下局部冲刷试验值吻合良好，式1不仅可以较好地反映室内试验数据，而且得到了杭州湾大桥实测值、汕头妈屿跨海大桥以及江苏苏通长江大桥试验值的较好验证，进一步核实了本发明的合理性和可靠性。且本发明不需要声学探头，避免了水沙等干扰。同时，根据与预设的预警值的对比，及时为桥梁安全提供预警。因而本发明具有合理性好、预测值可靠性高，预警便利，干扰因素少的优点。

附图说明

图1为本发明实施例模块连接结构示意图；

图2为本发明实施例冲刷坑深度随时间变化过程图；

图3为本发明实施例冲刷坑深度实测变化过程图；

图4为本发明实施例主墩冲刷坑形态图；

图5为本发明实施例终端预测值与实测值及试验值对比。

具体实施方式

以下结合附实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：参照图1至图4，强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度预测及预警的专用终端，包括输入装置和输出装置，其还包括，

存储器，用于存储输入和/或预置的运算参数

处理器，用于将存储器中运算参数经式1运算得到h_b；

将h_b与预设的预警值进行比较。

能与外界进行有线和/或无线通信的通信模块，用于接受外部设备数据并存储到存储器中或式1的运算参数中参与运算。采用经通信模块获取外设的水深探测装置记录的全潮最大水深h(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)，全潮最大水深条件下平均阻水宽度B可以根据构建物形态手工输入；d₅₀为河床泥沙的平均中值粒径，可根据河床取样资料的泥沙粒配曲线查得；参数w取值为5至20，u为全潮最大流速，通过流速计取得，以手工或无线传输方式输入到存储器；k₁为基础桩平面布置系数，条带型k₁＝1.0，梅花型k₁＝0.862；k₂为基础桩垂直布置系数，直桩k₂＝1.0，斜桩k₂＝1.176，手工输入、预置或利用通信模块从服务器获取。本装置的预测值与实测值、其他潮流作用下局部冲刷试验值吻合良好，式1不仅可以较好地反映室内试验数据，而且得到了杭州湾大桥实测值、汕头妈屿跨海大桥以及江苏苏通长江大桥试验值的较好验证，进一步核实了本发明的合理性和可靠性。且本发明不需要声学探头，避免了水沙等干扰。

输入装置含有无线模块，并且该无线模块能采集外源水深测量模块测得的全潮最大水深h(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)。采用无线模块获取参数，能提高便利性和实时性。

河(海)床泥沙的平均中值粒径d₅₀为预置值或输入值；k₁的取值范围是0.5至1.0，k₂的取值范围是1.0至1.5；全潮最大水深条件下平均阻水宽度B和/或全潮最大流速u为输入值。本终端可以是手机、平板电脑或移动电脑，具有携带的便利性。

a₁取值为0.2至0.4；a₂取值为0.1至0.2；a₃取值为0.5至0.7。作为优选的，采用a₁＝0.326、a₂＝0.167、a3＝0.628的计算结果更为准确。

终端还具有GPS模块。

处理器以总线方式连接存储器、通信模块和GPS模块；处理器还分别连接有输入装置和输出装置；输入装置包括鼠标或键盘或触屏；输出装置包括屏幕和/或扬声器。通过输入装置将有关人为需要输入的参数进行输入或设置调整。式1中的输入参数绝大部分以通信模块从服务器获得以提高效率。在不同的GPS区域上，对h_b的计算结果应当按需设有预置预警值，该预警值的集合可以存在服务器上，也可以直接预置在存储器或手动设置、修改。当h_b超出相应预警值，则应有屏幕上的警告提示或扬声器声音信号，以便使用者采取措施，如应急抛石、加固等。

存储器中还存储有泥沙粒配曲线；处理器能根据GPS模块提供的位置信息从泥沙粒配曲线查询相应的d₅₀的值，并存储到存储器的参数d₅₀。通过数据的逐年积累，形成地理信息融入本系统，达到按需计算、实时计算的效果。如水文状况发生变化，能及时的产生实时监测数据，及时预报险情。

通信模块能将GPS模块提供的位置信息适配获取外部设备的泥沙粒配曲线，并存储到存储器。即根据GPS定位的位置不同，可以判定该测量位所处水域的位置，通信模块向云服务器发送数据请求，从而根据存储在云服务器的预先测量信息找到事宜的泥沙粒配曲线并得到合适的d₅₀数值，并发送回通信模块，然后，通信模块将相应数值传送给存储器，进而参与运算。

h_b即为潮流作用下桥墩的局部冲刷深度(含一般冲刷和局部冲刷)；运算参数如下：h为全潮最大水深(未受冲刷坑影响的自然状况下水深)；B为全潮最大水深条件下平均阻水宽度；d₅₀为河床泥沙的平均中值粒径，可根据河床取样资料的泥沙粒配曲线查得；u为全潮最大流速；k₁为基础桩平面布置系数，条带型k₁＝1.0，梅花型k₁＝0.862；k₂为基础桩垂直布置系数，直桩k₂＝1.0，斜桩k₂＝1.176。a₁取值为0.2至0.4；a₂取值为0.1至0.2；a₃取值为0.5至0.7，参数w取值为5至20。当h_b超出相应预设的预警值，则有屏幕上的警告提示或扬声器声音信号，以便使用者对桥墩采取措施，如应急抛石、加固等。如水文状况发生变化，本装置能及时的产生实时预测数据，及时预报险情。

尽管已结合优选的实施例描述了本发明，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对在这里列出的主题实施各种改变、同等物的置换和修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。