文 湖南師大附中 周江盟 胡開域 林湘祺

橋墩受損警示裝置

文 湖南師大附中 周江盟 胡開域 林湘祺

橋梁是連接江河兩岸最主要的交通樞紐，由于過往船只較多，船舶撞橋事故時有發(fā)生，嚴重威脅著橋梁的安全。

目前，國內(nèi)尚無對橋墩受到撞擊損傷進行實時撞擊波智能警示的手段，為避免發(fā)生次生災(zāi)難，仍采用事后組織專業(yè)技術(shù)研判，耗時長、效率低。如何才能讓船舶通過橋梁時更安全？

物理課本中曾提到，聲波是物體受到敲擊發(fā)生振動產(chǎn)生的。何不利用聲學原理和智能視頻技術(shù)制作一套橋墩受損警示裝置？

一、研究思路

總體方案如圖1。本裝置運用撞擊聲波分析技術(shù)，設(shè)計構(gòu)建了一套基于數(shù)字化音頻處理、視頻抓拍撞擊現(xiàn)場、監(jiān)測橋墩受到船只或大型漂浮物撞擊時的智能化研判警示裝置，實時監(jiān)測橋墩狀態(tài)，準確判斷受撞橋墩的損傷程度，以便人們采取必要措施，避免次生災(zāi)難發(fā)生，維護橋墩的安全。

圖1

同時，對在惡劣環(huán)境下的橋墩基樁進行視頻監(jiān)控，監(jiān)測其水下結(jié)構(gòu)被激流沖刷形成的各種損傷，以便全面評估橋墩的狀況。

二、設(shè)計制作

我們設(shè)計制作了撞擊波實驗裝置，如圖2。

圖2

該裝置由橋墩、橋墩中預(yù)埋的聲波傳感器、聲波電信號傳輸線、可調(diào)力度撞擊桿、數(shù)據(jù)分析電腦、底座以及信號傳輸箱、進行水下探測的導軌及附件等組成。裝置制作完成后，我們進行了如下實驗。

1.不同強度撞擊力的撞擊波譜分析

實驗?zāi)康模和ㄟ^對撞擊波的頻譜分析建立對撞擊破壞程度的判斷。

在橋墩撞擊波實驗裝置中，由彈力帶按弱、中、強三種刻（長）度彈射撞擊桿，直接撞擊橋墩，然后由傳感器采集撞擊波數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)诫娔X進行處理。

實驗結(jié)論：隨著撞擊力度的加大，強度較大的撞擊波的頻譜增寬，撞擊波的衰減時間也越來越長。

2.不同材質(zhì)的物體撞擊橋墩時的撞擊波譜分析

用金屬物體和木頭撞擊橋墩，即通過在木制撞擊桿的撞擊頭上加一個鐵帽和不加鐵帽進行實驗，對產(chǎn)生的撞擊波進行頻譜分析。

圖3

實驗結(jié)論：金屬物體撞擊橋墩的撞擊波信號的頻譜主要分布在3KHz至4KHz之間，人耳所聽到的聲音較尖銳。木頭撞擊橋墩的撞擊波信號的頻譜主要分布于1KHz至2KHz之間，人耳所聽到的聲音較沉悶。所以，當不同材質(zhì)的物體撞擊橋墩時，發(fā)出的撞擊波信號是有區(qū)別的。

以上實驗表明，橋墩受損警示裝置對保障橋梁交通安全具有深遠的意義和極大的經(jīng)濟價值。

（指導老師：羅鵬飛馬學品賀科學）