周江盟+胡开域+林湘祺

桥梁是连接江河两岸最主要的交通枢纽，由于过往船只较多，船舶撞桥事故时有发生，严重威胁着桥梁的安全。

目前，国内尚无对桥墩受到撞击损伤进行实时撞击波智能警示的手段，为避免发生次生灾难，仍采用事后组织专业技术研判，耗时长、效率低。如何才能让船舶通过桥梁时更安全？

物理课本中曾提到，声波是物体受到敲击发生振动产生的。何不利用声学原理和智能视频技术制作一套桥墩受损警示装置？

一、研究思路

总体方案如图1。本装置运用撞击声波分析技术，设计构建了一套基于数字化音频处理、视频抓拍撞击现场、监测桥墩受到船只或大型漂浮物撞击时的智能化研判警示装置，实时监测桥墩状态，准确判斷受撞桥墩的损伤程度，以便人们采取必要措施，避免次生灾难发生，维护桥墩的安全。

同时，对在恶劣环境下的桥墩基桩进行视频监控，监测其水下结构被激流冲刷形成的各种损伤，以便全面评估桥墩的状况。

二、设计制作

我们设计制作了撞击波实验装置，如图2。

该装置由桥墩、桥墩中预埋的声波传感器、声波电信号传输线、可调力度撞击杆、数据分析电脑、底座以及信号传输箱、进行水下探测的导轨及附件等组成。装置制作完成后，我们进行了如下实验。

1.不同强度撞击力的撞击波谱分析

实验目的：通过对撞击波的频谱分析建立对撞击破坏程度的判断。

在桥墩撞击波实验装置中，由弹力带按弱、中、强三种刻（长）度弹射撞击杆，直接撞击桥墩，然后由传感器采集撞击波数据，并传输到电脑进行处理。

实验结论：随着撞击力度的加大，强度较大的撞击波的频谱增宽，撞击波的衰减时间也越来越长。

2.不同材质的物体撞击桥墩时的撞击波谱分析

用金属物体和木头撞击桥墩，即通过在木制撞击杆的撞击头上加一个铁帽和不加铁帽进行实验，对产生的撞击波进行频谱分析。

实验结论：金属物体撞击桥墩的撞击波信号的频谱主要分布在3KHz至4KHz之间，人耳所听到的声音较尖锐。木头撞击桥墩的撞击波信号的频谱主要分布于1KHz至2KHz之间，人耳所听到的声音较沉闷。所以，当不同材质的物体撞击桥墩时，发出的撞击波信号是有区别的。

以上实验表明，桥墩受损警示装置对保障桥梁交通安全具有深远的意义和极大的经济价值。（指导老师：罗鹏飞马学品 贺科学）endprint