[发明专利]一种附着潜入式桥梁桩基冲刷监测系统安装方法

权利要求书

1.一种附着潜入式桥梁桩基冲刷监测系统安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将钢槽(2)沿桥梁桩基(1)轴线方向焊接于桥梁桩基(1)的表面；

2)将导线(5)通过出线口自搭载装置(8)内部接出，并于出线口处合股，并在合股后的导线(5)外部设置防水软管套(10)；

3)将滑块(9)通过连接杆(11)与搭载装置(8)相对固定，使导线(5)沿连接杆(11)设置并用PVC防水胶带进行绑扎，最后与滑块(9)之间固定，保证搭载装置(8)下滑时，滑块(9)能够牵引导线在钢槽(2)中移动；

4)将搭载装置(8)与桥梁桩基(1)上方的工作平台的数据处理系统通过导线(5)连接，将搭载装置(8)配合设置桥梁桩基(1)上，同时使得滑块(9)配合设置在钢槽(2)中，最后将搭载装置(8)沿桥梁桩基(1)自由下滑至海床持力层上，导线(5)在滑块(9)的作用下沿着钢槽(2)一并下滑；

5)控制搭载装置(8)下滑的速度，避免搭载装置(8)破坏，所述步骤5)具体为：预先在搭载装置(8)上焊接设置导向钢筋(14)，并在导向钢筋(14)上设置遥控锁扣装置(15)，在导向钢筋(14)上固定安装绳索(16)，并将绳索(16)绕过浮力环(13)与遥控锁扣装置(15)固定，从而将浮力环(13)固定在搭载装置(8)上，当搭载装置(8)进入淤泥层时，通过无线遥控器打开绳索(16)，使浮力环(13)依靠浮力上升至海面。

2.根据权利要求1所述的一种附着潜入式桥梁桩基冲刷监测系统安装方法，其特征在于，所述搭载装置(8)包括搭载圆环(3)、设置在搭载圆环(3)上的一组脚轮(6)及设置在搭载圆环(3)表面的一组传感器(7)，所述搭载装置(8)上间距50～60cm布置一个传感器(7)，所述搭载圆环(3)截面采用C型结构，截面壁厚1.5～3cm，且传感器(7)设置在C型结构内壁上，所述脚轮(6)设置在C型结构开口位置的上下两端，所述搭载装置(8)表面涂抹防水涂料层。

3.根据权利要求1所述的一种附着潜入式桥梁桩基冲刷监测系统安装方法，其特征在于，所述钢槽(2)采用不锈钢材料，截面采用C型结构，并在其表面涂抹防水涂料层。

4.根据权利要求3所述的一种附着潜入式桥梁桩基冲刷监测系统安装方法，其特征在于，所述步骤1)中预先在钢槽(2)的槽口处沿其轴向设置一组耐腐蚀橡胶条，且耐腐蚀橡胶条一端与钢槽(2)内壁固定，另一端自由设置。

5.根据权利要求1所述的一种附着潜入式桥梁桩基冲刷监测系统安装方法，其特征在于，所述步骤3)中导线(5)需要保证有足够的余长，使导线(5)最终能够在钢槽(2)中处于自然竖直的线性状态，保证导线的良好数据传输状态。

6.根据权利要求1所述的一种附着潜入式桥梁桩基冲刷监测系统安装方法，其特征在于，所述步骤5)中为了保证搭载装置(8)能够顺利下降，避免被桥梁桩基(1)绕流阻力破坏，须保证搭载装置(8)侧面的厚度满足要求，假设搭载装置(8)高度为h，内直径为d，按下列计算公式：

F_N＝F_D/2

可以推算出环式搭载装置侧面所需要的厚度为：

其中：F_D为桩柱绕流阻力(KN)；

C_D为绕流阻力系数；

ρ为水流密度(kg/m³)；

S_a为环式搭载装置在垂直于流体运动方向平面上的投影面积(m²)；

为水流平均流动速度(m/s)；

F_N为两侧截面上的拉力(KN)；

A为环式搭载装置径向截面面积(m²)；

σ为径向截面压力(MPa)；

[σ]为许用正应力(MPa)；

δ为环式搭载装置壁厚(mm)；

同时为了保证搭载装置(8)能够顺利下降，避免搭载装置(8)被海床持力层破坏，还须保证搭载装置(8)厚度能够满足以下要求，假设搭载装置下降总高度为H，淤泥层厚度为z，浮力环下降的高度为h₁，按动能定理和冲量公式计算出速度及冲击力：

I＝Ft＝mv

F＝mv/t

式中，m：环式搭载装置质量(kg)；

F₁：浮力环的浮力(KN)；

F₂：环式搭载装置的浮力(KN)；

v：环式搭载装置末速度(m/s)；

H：环式搭载装置下降高度(m)；

z：淤泥层的厚度(m)；

f₁：环式搭载装置在桩柱表面的摩擦力(KN)；

f₂：环式搭载装置在淤泥层中的阻力(KN)；

F：冲击力(KN)；

t：冲击力持续时间(s)；

θ：斜桩与竖直面的夹角；

当搭载装置(8)下滑至海床持力层上，首先与海床持力层接触的部分受到冲击力为F，简化搭载装置(8)受力情况，将搭载装置简化为杆件，假定其与海床持力层接触的部位受到大小为F的冲击力，搭载装置(8)上的脚轮(6)为固定支座，根据脚轮(6)的个数对其进行一次超静定结构力学分析；

F_A+F_B+F_C+F＝0

2F_Al+F_Bl+3Fl＝0

w_1A+w_2A＝0

w_1A＝Fl³/3EI

w_2A＝F_Al³/3EI

F_A＝-F，F_B＝-F，F_C＝F

M_max＝Fl

I＝(b₂h₂³-(b₂-2t)(h₂-2t)³-tc³)/12

从上式中求解得到厚度t，并满足许用正应力和切应力的要求；式中：w_1A为F单独作用在A点产生的挠度；

w_2A为F_A单独作用在A点产生的挠度；

M_max为弯矩最大值(KN·m)；

I为截面惯性矩；

[τ]为许用切应力(MPa)；

[σ]为许用正应力(MPa)；

S^*为截面对中性轴的静矩；

F_A为A支座的支座反力(KN)；

F_B为B支座的支座反力(KN)；

F_C为C支座的支座反力(KN)；

t为搭载装置厚度(mm)；

h₂为搭载装置高度(m)；

b₂为搭载装置宽度(m)；

c为搭载装置横截面开口的高度(m)；

l为支座之间的距离(m)；

为保证搭载装置(8)同时不被绕桩阻力和海床持力层冲击力破坏，搭载装置(8)侧面的厚度取δ与t之间两者的最大值。