1.一种基于地脉动测量的桥墩冲刷监测系统,其特征在于:包括:固定式地脉动仪探头(5),安装在桥墩(1)顶端;
导轨(3),竖向安装在桥墩(1)的迎水面上且具有位于水面以下的部分;
移动式地脉动仪探头(6),沿导轨(3)上下移动;
地脉动仪主机(11),接收固定式地脉动仪探头(5)和移动式地脉动仪探头(6)检测到的地脉动信息;
数据处理系统(13),该地脉动信息处理成桥墩冲刷深度并对桥墩冲刷预警。
2.根据权利要求1所述的基于地脉动测量的桥墩冲刷监测系统,其特征在于:所述固定式地脉动仪探头(5)和移动式地脉动仪探头(5)均设有有源射频识别标签(9),所述地脉动仪主机(11)连接有与有源射频识别标签(9)相应的射频识别阅读器(10)。
3.根据权利要求2所述的基于地脉动测量的桥墩冲刷监测系统,其特征在于:所述固定式地脉动仪探头(5)和移动式地脉动仪探头(5)均设有震动式充电电池(7)。
4.根据权利要求3所述的基于地脉动测量的桥墩冲刷监测系统,其特征在于:还包括无线通讯模块(12),将地脉动仪主机(11)的地脉动信息无线传输给数据处理系统(13)。
5.根据权利要求1所述的基于地脉动测量的桥墩冲刷监测方法,其特征在于:包括如下步骤:S1)固定式地脉动仪探头所在桥墩(1)顶端,设为第0测点,测量桥墩顶端在车辆荷载、轮船撞击和水流冲击作用下的地脉动信息Ft0(ωi)和响应幅值谱在ωi处的幅值G0(ωi),其中ωi为桥墩结构体系的第i阶固有频率;
S2)将整个桥墩沿高度分为n段,分别设n个测点,通过移动式地脉动测试仪探头在导轨上移动测量桥墩沿高度方向的第j测点(j=1,…,n)的地脉动信息Ftj(ωi)和响应幅值谱在ωi处的幅值Gj(ωi);
S3)计算频响函数向量:
式中,φ0i,φ1i,…,φni为桥墩结构体系的第i阶模态;φpi为桥墩结构体系的第i阶模态的第p个广义坐标;ξi为第i阶模态阻尼,ki为第i阶模态刚度;
S4)将式(1)进行转换,消去ξi、φpi和ki,可得:
式中,各测点响应幅值谱的幅值Gj(ωi)为各测点响应信号自功率谱密度与0测点自功率谱密度比值的平方根;
S5)根据各测点响应谱与第0测点的响应谱的峰值频率判断固有频率ωi;
S6)对桥墩结构体系建立多自由度的模型,根据固有频率ωi和工作模态,通过迭代计算桥墩或桩基的嵌固深度,通过嵌固深度的变化计算桥墩的冲刷深度hsc,根据冲刷深度hsc与极限冲刷深度hsclim对比,进行桥墩冲刷预警。