CN101776442B - 一种集中同步测试的桥梁挠度测试装置及方法 - Google Patents
一种集中同步测试的桥梁挠度测试装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于桥梁检测车等集中同步测试模式下的桥梁挠度测试装置及方法，在桥台无变形处设定为初始测点，而后沿有变形主梁依次设定各主梁测点，各测点位置放置有相同的气柱调节器，初始测点处不设置液柱调节器，各主梁测点处均放置有相同的液柱调节器，各测点位置的气柱调节器均连接有传压气管，传压气管另一端连接于集中采集站点处与之测点对应的挠度测试仪中的双格室液体连通容器一端，双格室液体连通容器另一端连接微压差传感器的一极，微压差传感器再与RS485传输模块连接，由RS485传输模块连接至数据采集系统，再根据压强与挠度之间的转换关系，将其转换为桥梁各测点的挠度值。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁成桥荷载试验及桥梁定期检测时挠度的测试装置及方法，适用于任意桥跨长度的多个测点挠度数据的集中同步测试，属于桥梁检测技术领域，具体地说是涉及桥梁检测过程中，基于桥梁检测车等集中同步测试模式下的一种高精度、高效率的桥梁挠度测试装置及方法。
技术背景
在桥梁检测过程中，各种采集设备遍布桥梁各个位置，设备调试、安装较困难，工作效率低下，因此，随着桥梁静、动载传感、传输及测试技术的飞速发展，基于桥梁检测车等集中同步测试模式下的快速桥梁检测方法是桥梁检测发展的必然趋势。桥梁挠度作为一种重要的评判参数，对检验和评价桥梁结构的真实受力特性具有重要的理论价值；因此，桥梁检测过程中，高精度及高效率的桥梁挠度测试显得至关重要。在现有桥梁检测过程中，桥梁挠度测试一般采取如下方法：1、采用采用水准仪等光学测量仪器测量桥梁挠度，虽然操作简便，但测量精度较低，尤其桥梁检测常在夜间进行，其测量结果受人为影响干扰较大，误差较大，而且当桥梁纵坡较大时，需转点操作，工作效率非常低。2、采用百分表、千分表等位移计测试桥梁挠度，虽精度较高，但固定底座安装不便，且数据采集较为困难，工作效率略低。3、运用光电图像原理，通过采集的图像信号，采用数据处理方法，得出桥梁的挠度值，如专利号为ZL200610095083.2、授权公告号为CN100395515C、名称为“张力线视频挠度测量装置及方法”的发明专利，以及申请号为200710103777.0、公开号为CN101055218、名称为“桥梁挠度和位移的监测装置及监测方法”的发明专利申请，其工作原理复杂，图像数据采集受视距、光线等特定条件的限制，数据处理困难，而且成本较高，尤其在夜间测试时，实际可操作性差。4、基于连通器原理，根据开放式连通管内的液面的变化直接测量桥梁挠度，当桥梁纵坡较大时，通常在每两个测点之间分别连一根连通管，此方法原理简单，但实际测试效果表明：由于液体与管壁之间的粘滞阻力及水与管壁之间的毛细作用，导致测试精度不高，卸载后，回零读数也存在较大误差，同时，由于液体表面张力作用，液面呈非水平面状，其读数也存在较大误差。5、基于连通器原理，直接将挠度转化为管内液体的压力，采用压力变送器将压力变化换成挠度的改变，如专利号为200310108447.2、授权公告号为CN100385201C、名称为“大跨径桥梁挠度监测方法”的发明专利，其方法理论上具有可行性，并且其仅在长期的桥梁监控中具有一定的实用价值，而在桥梁检测过程中其成本较高，在不封闭交通的情况下，装置现场安装困难。6、基于连通器原理，采用微压差计，将桥梁挠度的改变转化为测点端部气压的相对差值，此方法相对于传统的挠度测试方法而言，测试过程中的效率有较大提高，但是测试前需在测点位置逐个安放带微压差计的配套仪器，测试完成后逐个回收仪器，操作不便，此方法不适应于未来桥梁快速测试的发展趋势。因此，现有桥梁挠度测试装置及方法存在如下缺陷：1、光学仪器测试精度低，误差较大，无法真实评判桥梁结构的受力特性；2、千分表等测试装置安装复杂，数据采集困难，工作效率低下；3、光电原理等工作机理复杂，前期数据计算困难，计算成本及经济成本较高。4、压差式桥梁挠度测试技术前期准备工作及测试完毕后的仪器回收工作效率低下，尤其在未来快速桥梁检测技术发展趋势下，此方法有一定的局限性，无法适用于大桥快速桥检技术的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于桥梁检测车等集中同步测试模式下的高精度、高效率的桥梁挠度测试装置及方法，克服了现有技术中各种挠度测试装置及方法的不足，在每两个测点之间仅需连接单支液体连通管，连通管两端分别连接液柱调节器、气柱调节器，并采用较细的传压气管连接各测点位置的气柱调节器与集中采集站点处的液体连通容器；通过在测点端部密闭小段气体，将液、气耦合压差的改变转变为桥梁挠度的变化，即当某测点位置产生挠度变形时，通过传压气管的传递作用，可将该测点相应的连通管两端液面的液压差转化为集中采集站点处液体连通容器端部密闭气体的气压差，据此推算出两测点间相对挠度值的大小。本发明测试装置及方法可使得各个测点的测试仪器“集中化”，实现基于桥检车等集中同步测试模式下的桥梁挠度测试，符合未来桥梁快速测试的发展趋势。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所涉及的桥梁挠度测试装置可测试两测点之间的相对挠度，各测点的绝对挠度值可采用串联的方式叠加所得；两测点之间的相对挠度测试装置由挠度测试仪a、传压气管b、单支液体连通管c、液柱调节器d、气柱调节器e组成；其中，挠度测试仪a由微压差传感器f、RS485传输模块g及双格室液体连通容器h组成，双格室液体连通容器h内部设置隔板形成双格室，隔板与双格室液体连通容器h底部留有间隙使得双格室在下部连通；组成装置后，两两相邻测点之间通过单支液体连通管c连接，单支液体连通管c的一端连接于一个测点的液柱调节器d，另一端连接于另一测点的气柱调节器e；各挠度测点与集中采集站点通过传压气管b连接，传压气管b的一端连接于一个测点的气柱调节器e，另一端连接于挠度测试仪a中对应的双格室液体连通容器h上端，集中采集站点处设置有与测点数相同数量的挠度测试仪a，集中采集站点可设置在桥台无变形处的桥梁检测车等集中同步测试模式下，测量方法为：
1、各测点0、1、2、......n处的测点位置放置有相同的气柱调节器e，初始测点0处不设置液柱调节器d，各主梁测点1、2、......n处均放置有相同的液柱调节器d，各测点位置的气柱调节器e均连接有传压气管b至集中采集站点处对应的挠度测试仪a上。
2、为了消除温度变化等因素导致的液面高度发生较大变化，同时使得微压差传感器f读数稳定性好，各液柱调节器d、各气柱调节器e及双格室液体连通容器h的截面积远大于单支液体连通管c截面积；
3、为了使得传压气管b在传压过程中使其气体体积变化较小，传压气管的截面积远小于液柱调节器d及双格室液体连通容器h的截面积；
4、单支液体连通管c内灌满液体，双格室液体连通容器f及液柱调节器d、气柱调节器e内均灌入液体至顶面较小的距离，传压气管b内不灌注液体；
5、双格室液体连通容器f一侧的上端接入微压差传感器f的一极，另一侧上端接入传压气管b；
6、设置有挠度测试仪a的集中采集站点(如桥梁检测车)位于桥台不动点，采用RS485总线将各挠度测试仪a串联并接入计算机，实现数据的同步自动采集，再根据压强与挠度之间的转换关系，将其转换为桥梁各测点的挠度值；
7、转换计算挠度值时，测点1位置的挠度可根据测点1所对应测试系统中挠度测试仪a的微压差传感器f的读数得出；测点2位置的挠度可根据测点2所对应测试系统中挠度测试仪a的微压差传感器f的读数与测点1所对应测试系统中挠度测试仪a的微压差传感器f的读数之和得出；据此类推，测点3位置的挠度由测点1至测点3处所对应测试系统中挠度测试仪a的微压差传感器f的读数累加之和得出；测点n位置的挠度由前n个测点的对应的挠度测试仪a的微压差传感器f的读数累加之和得出。
本发明的优点：
1、各个测点的测试仪器“集中化”布置，避免了长距离RS485总线传输过程中的干扰，并由计算机自动采集挠度数据，实现基于桥梁检测车等集中同步测试模式下的桥梁挠度测试；
2、避免了通常连通管测试中很零散的各个组成构件的连接，测试过程中，挠度测试仪与测点之间气柱调节器通过传压气管连接，并无液体管路部位的连接，现场操作安装方便。
3、各组成构件尺寸经过参数优化后，使得在整个测试全过程中，单支液体连通管内液体处于准静止状态，有效克服了因管壁与液体之间的相对流动而产生的粘滞阻尼力及毛细效应，避免了测试误差的产生；
附图说明
图1为本发明桥梁挠度测试装置及方法的系统构造示意图。
图2为本发明桥梁挠度测试装置及方法的单测点结构构造示意图。
图3为本发明桥梁挠度测试装置及方法的总线连接构造示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，该实施例中微压差传感器f的量程为-4500Pa～4500Pa，压强测试精度选取1.0Pa即可满足实际测试要求，其对应的位移测试精度为0.1mm；由于各液柱调节器d及气柱调节器e端部均密闭了小段气体，且传压气管b的截面积非常小，在整个测试全过程中，连通管c内液体将处于准静止状态；连通管c内液体可以采用水，当温度较低时，可在水中掺加适量的防冻液。
图1为本发明桥梁挠度测试方法的系统构造示意图，图2为本发明桥梁挠度测试方法的单测点结构构造示意图。现结合桥台处测点0和主梁上测点1、2来说明本实施例的连接关系。桥梁挠度测试装置由挠度测试仪a、传压气管b、单支液体连通管c、液柱调节器d、气柱调节器e组成。其中，挠度测试仪a由微压差传感器f、RS485传输模块g及双格室液体连通容器h组成，双格室液体连通容器h内部设置隔板形成双格室，隔板与双格室液体连通容器h底部留有间隙使得双格室在下部连通；测点0、1、2处的测点位置放置有相同的气柱调节器e，除桥台处测点0外，主梁上各测点1、2位置均放置有相同的液柱调节器d，各气柱调节器e的上端与传压气管b连接，传压气管b另一端连接于集中采集站点处与之测点对应的挠度测试仪a中的双格室液体连通容器h一端，双格室液体连通容器h另一端连接微压差传感器f的一极，微压差传感器f再与RS485传输模块g连接，由RS485传输模块g连接至数据采集系统，两两相邻测点之间通过单支液体连通管c连接，单支液体连通管c的一端连接于一个测点液柱调节器d，另一端连接于另一侧点的气柱调节器e；采用上述构造措施，在保证整个测试系统密闭的前提下，测试精度可以达到预期要求。
测量方法为：1)为了消除温度变化等因素导致的液面较大变化，同时提高测试系统的线性化程度，液柱调节器d、气柱调节器e可以采用直径为5cm，高度为5cm的圆柱体，其上端密闭气体高度为0.5cm-1cm之间，单支液体连通管c直径为6mm～8mm的软管，长度根据测点距离而定，然后在管内灌注液体(水或者硅油)，双格室液体连通容器h经隔板隔离形成截面形状为两个边长为5cm的正方形，传压气管b的截面积可采用直径为1mm的气管；液柱调节器d、气柱调节器e及双格室液体连通容器h的截面积与单支液体连通管c的截面积之比大于50，与传压气管b的截面积之比大于1000；2)各测点0、1、2、......n处的测点位置放置有相同的气柱调节器e，初始测点0处不设置液柱调节器d，各主梁测点1、2、......n处均放置有相同的液柱调节器d，各测点位置的气柱调节器e均连接有传压气管b至集中采集站点处对应的挠度测试仪a上；3)采用虹吸原理在单支液体连通管c中灌注液体，注有液体的各单支液体连通管c的前端连接于前一测点的气柱调节器e，后端连接于后一测点的液柱调节器d，灌注液体时，控制液柱调节器d中存在一定高度的液体，其液面至其底部高度为4cm，同时控制气柱调节器e中的液面位置至其顶端在在1cm范围内，以便给气柱始端产生一个放大效应；4)各微压差传感器f通过RS485传输模块g将测试数据传送至数据采集系统，再根据压强与挠度之间的转换关系，将其转换为桥梁各测点的挠度值，转换计算挠度值时，测点1位置的挠度可根据测点1所对应测试系统中挠度测试仪a的微压差传感器f的读数得出；测点2位置的挠度可根据测点2所对应测试系统中挠度测试仪a的微压差传感器f的读数与测点1所对应测试系统中挠度测试仪a的微压差传感器f的读数之和得出；据此类推，测点3位置的挠度由测点1至测点3处所对应测试系统中挠度测试仪a的微压差传感器f的读数累加之和得出；测点n位置的挠度由前n个测点的对应的挠度测试仪a的微压差传感器f的读数累加之和得出。
本挠度测试装置及方法可用于基于桥梁检测车等集中同步测试模式下的桥梁快速检测中的静态挠度测试及线形测试，测试结果干扰小、精度高，操作方便，本桥梁挠度测试装置及方法经某实桥检测得以验证。
Claims (2)
1.一种集中同步测试的桥梁挠度测试装置，主要由挠度测试仪(a)、传压气管(b)、单支液体连通管(c)、液柱调节器(d)、气柱调节器(e)组成，其特征是：挠度测试仪(a)由微压差传感器(f)、RS485传输模块(g)及双格室液体连通容器(h)构成，双格室液体连通容器(h)内部设置隔板形成双格室，隔板与双格室液体连通容器(h)底部留有间隙使得双格室在下部连通，两两相邻测点之间通过单支液体连通管(c)连接，单支液体连通管(c)的一端连接于一个测点的液柱调节器(d)，另一端连接于另一测点的气柱调节器(e)；各挠度测点与集中采集站点通过传压气管(b)连接，传压气管(b)的一端连接于一个测点的气柱调节器(e)，另一端连接于挠度测试仪(a)中对应的双格室液体连通容器(h)上端，集中采集站点处设置有与测点数相同数量的挠度测试仪(a)。
2.根据权利要求1所述的集中同步测试的桥梁挠度测试装置的测量方法，其特征是：
1)为了消除温度变化因素导致的液面较大变化，同时提高测试装置的线性化程度，液柱调节器(d)、气柱调节器(e)及双格室液体连通容器(h)的截面积远大于单支液体连通管(c)的截面积；
2)各测点处的测点位置放置有相同的气柱调节器(e)，初始测点处不设置液柱调节器(d)，各主梁测点处均放置有相同的液柱调节器(d)，各测点位置的气柱调节器(e)均连接有传压气管(b)至集中采集站点处对应的挠度测试仪(a)上；
3)采用虹吸原理在单支液体连通管(c)中灌注液体，注有液体的各单支液体连通管(c)的前端连接于前一测点的气柱调节器(e)，后端连接于后一测点的液柱调节器(d)，灌注液体时，控制液柱调节器(d)中存在一定高度的液体，同时控制气柱调节器(e)中的液面位置至其顶端较小距离，以便给气柱始端产生一个放大效应；
4)各微压差传感器(f)通过RS485传输模块(g)将测试数据传送至数据采集系统，再根据压强与挠度之间的转换关系，将其转换为桥梁各测点的挠度值，转换计算挠度值时，第1测点位置的挠度可根据第1测点所对应测试装置中挠度测试仪(a)的微压差传感器(f)的读数得出；第2测点位置的挠度可根据第2测点所对应测试装置中挠度测试仪(a)的微压差传感器(f)的读数与第1测点所对应测试装置中挠度测试仪(a)的微压差传感器(f)的读数之和得出；据此类推，第3测点位置的挠度由第1测点至第3测点处所对应测试装置中挠度测试仪(a)的微压差传感器(f)的读数累加之和得出；第n测点位置的挠度由前n个测点的对应的挠度测试仪(a)的微压差传感器(f)的读数累加之和得出。
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