CN103940561A - 精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法，该法利用高程传递原理，使用精密水准仪测量桥面在试验荷载作用下挠度Δ2，同时使用位移计测量桥面和主拱肋的相对挠度Δ1，再利用几何关系式Δ=Δ2-Δ1精确计算出主拱肋的挠度Δ。为便于推广应用，发明人还设计了一种精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋与桥面相对挠度的装置。本发明所用均为桥梁常规荷载试验的必备设备，购置成本低，并且在试验时比使用全站仪、光电挠度仪减少了测量技术人员，节约了成本；同时，由于使用的两种测量仪器精度均能达0.01mm，测得的主拱肋挠度精度可达到亚毫米级，满足与计算值对比定量分析的要求，利于更准确的掌握桥梁技术状况。

Description

精确测量吊索(杆)拱桥主拱肋挠度的方法及其装置

技术领域

本发明属于上承式和中承式吊索（杆）拱桥荷载试验检测技术领域，尤其涉及一种精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法及其装置。

背景技术

吊索（杆）类拱桥包括上承式和中承式拱桥，由主拱肋、横向联系和悬吊系统组成，主拱肋多数采用钢管混凝土结构，悬吊系统采用高强钢绞线或精轧钢筋。此类桥型可以降低桥面高程、缩短两端引桥长度，当然仍然具有同传统的下承式拱桥一样的良好跨越性能，拱脚可直接布设在河道或峡谷两岸，中间不需要设置桥墩，尤其是跨越深谷，更突显其造价和技术上的优势。随着现代交通的发展，大跨径的上承式和中承式拱桥越来越多，在交通线路中起着举足轻重的作用。为掌握这类桥梁技术状况、了解其承载能力，定期对其进行检测非常必要，而荷载试验是最直接的判断桥梁承载能力的检测方法，试验时主拱肋的挠度又是非常重要的判断依据之一，因此，主拱肋的挠度是荷载试验检测的必测参数。

测量结构挠度常用的仪器设备有全站仪、光电挠度仪、GPS系统、连通管水准仪、精密水准仪、位移计等。

上承式和中承式拱桥在等效设计荷载的试验荷载作用下，主拱肋的挠度一般不大，百米跨径的拱桥在10mm左右，因此，要求测量精度达到亚毫米级。目前主要使用全站仪和光电挠度仪进行测量，但是使用这两种仪器时，只能架设在桥址附近稳定、通视的地基上，由于桥梁较长，视距都较大，更主要是仪器精度以及测量误差导致不能到达亚毫米级，其测量数据对主拱肋变形趋势的定性判断尚可，但要较为准确对比计算值定量的分析还不够。使用GPS系统静态模式测量，测试时间较长，大多数情况下试验交通管制的时间不允许，更何况仪器精度也无法达到毫米级的要求。使用连通管水准仪测量，要求基准点和测点基本要保持在同一水平面上，主拱肋是竖向弯曲结构，高差较大，不能满足这一要求，因此无法使用连通管水准仪测量其挠度。精密水准仪的测量精度可达0.01mm，满足测量要求，但是由于主拱肋大部分处于高空，坡度很陡，无法直接在拱圈上架设水准仪测量其挠度。位移计精度（可达0.005mm，甚至更高）同样也满足测量要求，但此类拱桥跨径和失高较大，更何况主拱肋正下方是桥面结构，试验时同样也有变形，不能搭设要求没有变形的测试支架来直接使用位移计测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种科学合理、简单易行、精度较高的精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法及其装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法，使用精密水准仪测量桥面在试验荷载作用下挠度Δ2，同时使用位移计测量桥面和主拱肋的相对挠度Δ1，再利用几何关系式Δ=Δ2-Δ1精确计算出主拱肋的挠度Δ。

上述精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法，包括以下步骤：

<1>在桥址附近稳定的地基上埋设方便水准测量的基准点；

<2>在主拱肋的测试截面悬吊一根钢绞线，钢绞线下端挂一重锤使钢绞线绷紧；在重锤侧面捆绑位移计，位移计指针抵触在水平牢固粘在桥面的钢垫板上，用以测量加载时桥面和主拱肋的相对挠度Δ1；

<3>在钢垫板上布设有桥面挠度观测点，使用精密水准仪，在试验加载分别前后按照二等水准测量标准，优先选用闭合路线从基准点引测，两次测量计算出其高程的变化量Δ2；

<4>根据几何关系，计算主拱肋试验加载时的挠度Δ=Δ2-Δ1。

钢绞线公称直径不大于5.0mm；重锤底部距桥面约15cm，重锤重量为悬吊钢绞线重量的8～12倍，且不小于5.0kg；钢垫板尺寸为15cm×25cm，厚度为5mm，长边平行桥横向安放。

钢绞线公称直径为3.0mm。

步骤<2>中，在桥面设置一个三脚架上，三脚架上端固定一个套夹，套夹内径比钢绞线直径大1.0mm，在离桥面1.0m左右的高度套住钢绞线。

精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋与桥面相对挠度的装置，包括钢绞线、重锤、位移计，钢绞线下端挂重锤使钢绞线绷紧，重锤侧面捆绑位移计。

上述精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋与桥面相对挠度的装置，还包括三脚架，三脚架上端固定一个套夹，套夹套住钢绞线。

针对传统测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法存在实际操作困难、测量精度不足等问题，发明人建立了一种精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法。该法利用高程传递原理，使用精密水准仪测量桥面在试验荷载作用下挠度Δ2，同时使用位移计测量桥面和主拱肋的相对挠度Δ1，再利用几何关系式Δ=Δ2-Δ1精确计算出主拱肋的挠度Δ。为便于推广应用，发明人还设计了一种精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋与桥面相对挠度的装置。本发明所用均为桥梁常规荷载试验的必备设备，购置成本低，并且在试验时比使用全站仪、光电挠度仪减少了测量技术人员，节约了成本；同时，由于使用的两种测量仪器精度均能达0.01mm，测得的主拱肋挠度精度可达到亚毫米级，满足与计算值对比定量分析的要求，利于更准确的掌握桥梁技术状况。

附图说明

图1是桥梁纵向沿中线剖切示意图（共7对吊索（杆））。

图2是桥梁横向剖切示意图（Ⅰ-Ⅰ剖切示意图）。

图3是本发明测量装置安装布置的示意图。

图4是图3中测量装置的放大示意图。

图中：1主拱肋；2加载变形后的主拱肋；3桥面结构；4加载变形后的桥面结构；5吊索（杆）；6钢绞线；7重锤；8拱座；9立柱；10三脚架；11主拱肋间横向联系；12吊索（杆）护套；13位移计；14位移计指针；15钢垫板；16桥面挠度测点。

具体实施方式

建立精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法（图1至图4）

<1>在桥址附近稳定的地基上埋设方便水准测量的基准点，最好设置两个以上，如桥梁已建立变形观测体系，也可利用其已有基准点；

<2>在主拱肋的测试截面悬吊一根钢绞线（公称直径不大于5.0mm，首选3.0mm），钢绞线下端挂一重锤（重量为悬吊钢绞线重量的8～12倍，且不小于5.0kg）使钢绞线绷紧，重锤底部距桥面约15cm；在重锤侧面捆绑位移计（配采集系统，精度不低于0.01mm，量程范围为-50mm～50mm），位移计指针抵触在水平牢固粘在桥面的钢垫板（尺寸为15cm×25cm，厚度为5mm，长边平行桥横向安放）上，用以测量加载时桥面和主拱肋的相对挠度Δ1；为了阻止钢绞线震荡，在桥面设置一个三脚架上，三脚架上端固定一个套夹，套夹内径比钢绞线直径大1.0mm，在离桥面1.0m左右的高度套住钢绞线。相对挠度的测试，可以同荷载试验的另外一个必测参数——应变共用采集器，试验时同时操作，无须增加技术人员，也没有增加工作量。

<3>在钢垫板上布设有桥面挠度观测点，使用精密水准仪（精度不低于0.01mm，配脚架、塔尺和尺垫），在试验加载分别前后按照二等水准测量标准，优先选用闭合路线从基准点引测，两次测量计算出其高程的变化量（即挠度）Δ2；通常此挠度也是桥面结构在试验时必测的挠度，数据两用，没有增加测量的工作量。

<4>根据几何关系，计算主拱肋试验加载时的挠度Δ=Δ2-Δ1；Δ1、Δ2、Δ符号定义为正表示下挠，负表示上拱。

同法可以测试桥梁两侧主拱肋所有拟定测试截面加载时的挠度。

实施例1

按照上述建立的测量方法对某中承式钢管混凝土拱桥主拱肋跨中截面进行检测。

首先在桥梁试验一周前，按照二等水准测量标准，在桥址附近稳定且方便测量的地基上，建立桥面结构水准测量的基准点，并假设基准点的高程为0。

按图1至4安装好测量装置，并准备好配重卡车作为试验用加载重物。

试验准备就绪后，开始在加载之前，按照二等水准测量标准从基准点引测到桥面挠度测点，测量优先选用闭合线路，测得其初始高程H0=（3.55674m）；同时调试好位移计的采集系统，使位移计读数置零。

然后，按照预先准备的重量对桥面加载，待桥梁结构变形稳定后，再按照二等水准测量标准从基准点引测到桥面挠度测点，测量优先选用闭合线路，测得其加载变形后的高程H1（3.54110m），Δ2=H0-H1=3.55674m-3.54110m=0.01564m=15.64mm；同时读取位移计数值，得出加载后主拱肋与桥面结构的相对位移值Δ1（7.29mm）；再按照几何关系式Δ=Δ2-Δ1，计算得主拱肋跨中截面的挠度Δ=15.64mm-7.29mm=8.35mm。

Claims (7)

1.一种精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法，其特征在于：使用精密水准仪测量桥面在试验荷载作用下挠度Δ2，同时使用位移计测量桥面和主拱肋的相对挠度Δ1，再利用几何关系式Δ=Δ2-Δ1精确计算出主拱肋的挠度Δ。

2.根据权利要求1所述的精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法，其特征在于包括以下步骤：

<1>在桥址附近稳定的地基上埋设方便水准测量的基准点；

<2>在主拱肋的测试截面悬吊一根钢绞线，钢绞线下端挂一重锤使钢绞线绷紧；在重锤侧面捆绑位移计，位移计指针抵触在水平牢固粘在桥面的钢垫板上，用以测量加载时桥面和主拱肋的相对挠度Δ1；

<3>在钢垫板上布设有桥面挠度观测点，使用精密水准仪，在试验加载分别前后按照二等水准测量标准，优先选用闭合路线从基准点引测，两次测量计算出其高程的变化量Δ2；

<4>根据几何关系，计算主拱肋试验加载时的挠度Δ=Δ2-Δ1。

3.根据权利要求2所述的精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法，其特征在于：所述钢绞线公称直径不大于5.0mm；所述重锤底部距桥面约15cm，重锤重量为悬吊钢绞线重量的8～12倍，且不小于5.0kg；所述钢垫板尺寸为15cm×25cm，厚度为5mm，长边平行桥横向安放。

4.根据权利要求3所述的精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法，其特征在于：所述钢绞线公称直径为3.0mm。

5.根据权利要求4所述的精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋挠度的方法，其特征在于步骤<2>中，在桥面设置一个三脚架上，三脚架上端固定一个套夹，套夹内径比钢绞线直径大1.0mm，在离桥面1.0m左右的高度套住钢绞线。

6.一种精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋与桥面相对挠度的装置，其特征在于包括钢绞线、重锤、位移计，钢绞线下端挂重锤使钢绞线绷紧，重锤侧面捆绑位移计。

7.根据权利要求6所述的精确测量吊索（杆）拱桥主拱肋与桥面相对挠度的装置，其特征在于还包括三脚架，三脚架上端固定一个套夹，套夹套住钢绞线。