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生，嚴重威脅著橋梁的安全。

目前，國內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，為避免發生次生災難，仍采用事后組織專業技術研判，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生振動產生的。何不利用聲學原理和智能視頻技術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，設計構建了一套基于數字化音頻處理、視頻抓拍撞擊現場、監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，實時監測橋墩狀態，準確判斷受撞橋墩的損傷程度，以便人們采取必要措施，避免次生災難發生，維護橋墩的安全。

圖1

同時，對在惡劣環境下的橋墩基樁進行視頻監控，監測其水下結構被激流沖刷形成的各種損傷，以便全面評估橋墩的狀況。

二、設計制作

我們設計制作了撞擊波實驗裝置，如圖2。

圖2

該裝置由橋墩、橋墩中預埋的聲波傳感器、聲波電信號傳輸線、可調力度撞擊桿、數據分析電腦、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

實驗目的：通過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據，并傳輸到電腦進行處理。

實驗結論：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，對產生的撞擊波進行頻譜分析。

圖3

實驗結論：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，當不同材質的物體撞擊橋墩時，發出的撞擊波信號是有區別的。

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濟價值。

（指導老師：羅鵬飛馬學品賀科學）