CN102322827A - 一种组合式多点挠度计及其测量挠度的方法 - Google Patents

Abstract

一种组合式多点挠度计及其测量挠度的方法，综合运用三通水管水平原理与机械弹性变形测试原理，可用于进行高精度位移测量的新型多点式挠度计，它包括可任意拼装的若干个的相互连通的软式水管、硬质竖立三通水管，硬水管上安装有水准泡，以保证测管布点时的水平，软水管端与硬水管三通接头段有易接拼且水密性可靠的接头连接；硬水管亦可分段接长，上段从顶部垂置一个下端带浮子的弹性变形计。根据当结构变形前后，放置在结构上特定测点的各硬质水管中的水面应始终保持水平的，管中相对水平发生变化，浮子位置升或降，其所受浮力也变化并引起弹性变形计读数的变化，读数精度高。

Description

一种组合式多点挠度计及其测量挠度的方法

技术领域

本发明涉及一种可用于测量桥梁荷载试验时结构的竖向挠度的新型组合式多点竖向挠度计及其测量挠度的方法。

背景技术

目前，桥梁荷载试验中有一项重要内容就是结构在荷载作用下的变形(挠度)测量，反映结构的刚度特性。桥梁进行挠度测试有以下方法：

1.水准仪法或全站仪法。其原理是在结构体上预先布置若干固定测点，将其中一点置于结构的某不动点或另置一点在结构外的不变形点上，然后根据水准测量原理，在每次加载后用塔尺测量各点的标高变化值，用于推算结构在荷载作用下的挠度。优点是可以进行多点测量，不需要在桥下安装基座等，设备携带量少，费用较低。缺点是测量精度低，一般只能精确到mm(测微计联合精度可提高到0.1mm)，且测量可视度与精度受环境温度、湿度的影响、仪器水平的影响，测量结果还受到立尺点的精确性影响。点多时测试速度慢，对于精度要求高的结构不适用。

2.接触式位移计法：接触式位移计如百分表(千分表)、拉线位移计，滑线变阻式位移计。位移计测量位移精度很高准，可以达到0.01-0.001mm。仪器设备体积亦小，携带方便，费用底。各种接触式位移计测量原理不同，但测量方式相似，主要是量测测点和固定参考点之间的距离的变化。用于桥梁挠度测量，则需要在桥梁结构上选择一测点，并在桥梁测点正下方地面上布置一个固定参考点，测量两点的相对位移即是测点的挠度值。但是有些桥梁是跨水跨线结构物，为位移计搭建支架耗费金钱和时间，甚至不可能。因此此类位移计不能很好的适应于跨水桥梁结构的挠度高精度测量。

3.非接触式激光位移计，是一种带信号处理器的光电装置，它利用投影原理非接触测量物体尺寸或者一个物体长度。测量方法是将位移计固定在某一不变的参考基点上，然后将激光束射向结构某特定测点，量测这两点之间的相对光束距离的变化，有些激光位移计可读数为仰角和距离的变化(如激光断面仪)，这样可测出两个方向的位移变化量。测量精度高，可达0.01mm，且操作方便。然而这种测量方法在跨河桥下仍不可用，在其他位置采用斜测方法，则加载前后激光所照射到的测点不能确保是同一位置，微小的测点不平整就可能引起很大的误差，不能实现高精度测量。

4.连通液位计法。其测量原理是根据连通管水位保持在同一水平面上，根据变形前后水位的变化推求结构挠度。测量操作是将若干连通管的其中个置于不会下挠的参考点上，其余各管布置在桥面测点上。这一测量技术具有不受多方位变形以及桥梁现场的高尘、高湿和浓雾影响，能实现多点挠度检测，适用范围广，性价比高等优点。缺点是系统体积较大，搬运摆设较为麻烦。而若采用实地购置软管用于拼接连通管以减轻设备携带量，现场拼接又常常难以保证水密性，出现漏水对读数影响极大，有时需要耗费很多时间来解决这一问题。普通的连通管采用mm刻度计数，采用人工读取液位法，会受到竖立管的垂直度、水的表面张力产生的弧面和读数员的主管视线差的影响，故其精度较差，不适用变形小、精度要求高的结构变形测量。也有高精度的连通液位计，如长沙金码开发的连通液位沉降计，是一种电感调频类智能型位移传感器，由精密液位计、液位罐和连通管组成，灵敏度可达0.01mm，并且可以实现沉降长期监测和自动化测量。其缺点是若用于多点测量，则系统体积大而且重(采用金属质罐体和管)，不便于携带，费用高。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种组合式多点挠度计及其测量挠度的方法，它能整合连通管和接触式位移计两者各自的优点，是一种能够实现桥梁结构多点挠度测量的实用仪器，且具备拼装方便、水密性好、精度较高，维护费用较低等优点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种组合式多点挠度计，测量挠度的基本原理与连通管测量挠度的原理一致，但测量液位的变化不采用价格较高的精密液位计，而采用相对低廉的高灵敏度弹性变形计。具体包括：可任意拼装的若干个的相互连通的软式水管、硬质竖立三通水管。其中，每个硬水管上部都固定有一个可以拆卸的特制盖，用于固定弹性变形计，所述特制盖顶固定的弹性变形计，下端悬吊一断面尺寸不变，长度合适，浮力适中的浮子，具体要求以能保证浮子一半位于液面之上为准，同时，在硬质竖立三通水管安装有水准泡，以保证测管布点时的水平，软水管端与硬水管三通接头段有易接拼且水密性可靠的接头连接。

本发明的另一个方面是将连通管的拼接进行改良，使设备便于携带易于拼装和接长，且确保其水密性。将硬质水管下端设计成三通管接头形式，便于和软质水管连接，各段软质水管也设计成带接头形式，可以相互间接长或与硬质水管下的管接头方便的拼接。接头形式为卡式，连接迅速快捷。

在本发明中，硬质水管侧旁可以安装一个水准泡，用以保证管的垂直布点。

在本发明中，弹性变形计设计的读数包括浮子的升降值和浮力的变化引起的弹性变形值。

本发明所述的一种组合式多点挠度计的测量方法及原理在于，在测点上布置一直径约10cm，长度约25-30cm的硬质竖立水管，管顶端安装一高灵敏度的弹性变形计改装设计的位移计，它可测量微小的力的变化，其下端垂吊一断面均匀的重量适中的，一段垂立在水中的特制“浮子”。结构变形前后，各硬质水管中的水面应始终保持水平的，管中相对水位发生变化，浮子位置升或降，其所受浮力也变化并引起弹性变形计读数的变化。将弹性变形计设计的读数变形包括浮子的升降值和浮力的变化引起的弹性变形值，并设计精度为0.01mm。

其具体计算方法为：f表示结构上某测点产生的挠度，由几何原理可计算得f可通过两水管初始值和变形后的水位变化推算，其公式为：

f＝(h′₂-h₂)+(h₁-h′₁)

有益效果：本发明的优点及好处在于：

1.组合了连通水管的水面水平特性和高精度位移计的精读数特性，可以将测量精度达到0.01mm。

2.每个竖立的硬水管都带有水准泡，在测量工作中能保证水管直立，从而提高读数测量的精度。

3.弹性变形计表盘固定在特制的塑料盖上，且变形计的弹簧可穿过塑料盖。保证弹簧收缩自如，使得使用寿命更加长久。

4.各个管件之间带有可以方便组装拆卸的接头，便于小体积携带与野外组装。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图；

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1一种组合式多点挠度计的实施例中，其硬质水管2管体侧旁安装有一个用于保证水平位置的水准泡5，同时，在硬质水管2底部还有安装有一水密接头8，水密接头8侧旁连接软管4，用于连接其他管体。

在本实施例的硬质水管2的内部设置有一浮子3，浮子3上部通过弹簧穿过管顶固定盖6连接到弹性变形计1上，同时，在管顶固定盖6还开有一个孔结构7，用于进水以及通气。

本发明在使用时，可以根据水位的变化引起水中浮子3的浮力的变化进行挠度测量，浮力的变化反应到弹性变形计1上，则可间接建立水位变量-浮力变化——弹性变形计读数之间的关系，通过科学标定，直接将变形计的读数变化值表达为水位的变化值。

其具体的演算方式在所附图中可表示为：f表示结构上某测点产生的挠度，由几何原理可计算得f可通过两水管初始值和变形后的水位变化推算，其公式为：

f＝(h′₂-h₂)+(h₁-h′₁)

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种组合式多点挠度计，包括可任意拼装的若干个的相互连通的软式水管、硬质竖立三通水管，其特征在于，每个硬水管上部都固定有一个可以拆卸的特制盖，用于固定弹性变形计，所述特制盖顶固定的弹性变形计，下端悬吊一断面尺寸不变的浮子，同时，在硬质竖立三通水管安装有水准泡，软水管端与硬水管三通接头段有易接拼且水密性可靠的接头连接。

2.根据权利要求1所述的一种组合式多点挠度计，其特征在于，所述硬质水管下端为三通管接头形式，各段软质水管都具有接头，可以相互间接长或与硬质水管下的管接头方便的拼接。

3.根据权利要求1所述的一种组合式多点挠度计，其特征在于，所述硬质水管侧旁安装有一个水准泡。

4.一种组合式多点挠度计测量挠度的方法，其特征在于，将组合式多点挠度计置于水中可测量微小的力的变化，结构变形前后，各硬质水管中的水面应始终保持水平的，管中相对水位发生变化，浮子位置升或降，其所受浮力也变化并引起弹性变形计读数的变化，将弹性变形计设计的读数变形包括浮子的升降值和浮力的变化引起的弹性变形值，并根据值的变换转换成挠度值。