CN104197892A - 一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪 - Google Patents

一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪，包括水平底座(11)、与之垂直设置的竖直底座(10)；所述竖直底座(10)设置有一竖向连通管(6)和两套斜向连通管，底部通过柔性管(14)相互连通；其中，第一斜向连通管(71)和第二斜向连通管(72)之间错开一定高度；所述斜向连通管包括复数根直管，以及连通相邻两根直管的柔性管(8)；每根直管轴线与水平面的夹角α大小相等。本发明实现了将传统的竖向连通管倾斜至与水平面成一可控的角度，利用三角函数关系，将传统竖向连通管中液面的竖向位移放大成斜向连通管中液面延斜向连通管轴线的位移。再调节上述角度，即可控制液面位移的放大倍数。

Description

一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪
技术领域
本发明涉及建筑结构位移测量技术领域，特别是涉及一种用于测量结构竖向位移的高精度连通管式静力水准仪。
背景技术
在大型桥梁和大跨度房屋结构的变形测试中，结构的位移是评估结构健康状况和性能的重要参数。结构各点的位移不仅可以直接反映结构的竖向整体刚度、各点位移的变化，还可以反映结构刚度的变化。位移测量被认为是实际结构测试中判断结构状况的最重要最准确的指标，能直接判断结构处于线弹性或者非线性状态。
国内外结构位移测量的方法很多，常见有以下几种：百分表测量法、全站仪法、倾角仪法、连通管法、光电法、高速线阵CCD法等。很多方法存在的问题是结构下需要给测量仪器一个基准支撑点，因而不需要上述支撑点的测量方法能更广泛应用于一些测量条件复杂的测试情况，例如桥梁下有河流无法安装百分表等的测量情况。
其中连通管式静力水准仪历史最为悠久，早在公元前四世纪就已经有它的工程应用。只是受需求的限制，连通管式静力水准仪的发展一直很缓慢。进入20世纪，为了满足以高能粒子加速器为代表的大型高精度工程的需求，连通管式静力水准仪才有了一次快速发展。
现有的连通管式静力水准仪常用观测方法有目视法和目视接触法等。目视法就是人员到现场，观测带有刻度的玻璃管中液面的高度，精度在1mm左右。目视接触法就是在目视法基础上，通过一定的机械结构，加上放大镜，放大镜中接触针针尖刚好接触液面的时候读取数据，最高精度可达0.01mm。随后出现了各种使用传感器技术从而能够遥测的连通管式静力水准仪。
现有各种常用的静载下结构竖向位移测量方法中，没有一个能同时满足廉价、操作方便、精度高、受环境限制少(特别是结构测量点下没有用来固定仪器的支撑点的情况)的要求。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪，既能满足市场上对价格便宜、结构简单、操作方便的需求，也同时具备精度高，环境适应性好等的特点。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪，包括一水平底座、与之垂直设置的竖直底座；
所述竖直底座设置有一竖向连通管和两套斜向连通管，底部通过柔性管相互连通；其中，第一斜向连通管和第二斜向连通管之间错开一定高度；
所述斜向连通管包括复数根直管，以及连通相邻两根直管的柔性管；每根直管轴线与水平面的夹角α大小相等；所述夹角α＝arcsink(其中，k＝ΔL1/ΔL2，ΔL1为竖向连通管内液面上升高度，ΔL2为斜向连通管内液面沿斜向连通管轴线的移动距离)。
进一步的，所述水平底座上设置有圆水准器和管水准器，用于调节底座水平。
进一步的，所述柔性管为橡胶管。
进一步的，所述斜向连通管中直管的内径小于等于2mm。
本发明具有以下显著优点：将传统的竖向连通管倾斜至与水平面成一可控的角度，利用三角函数关系，将传统竖向连通管中液面的竖向位移放大成倾斜连通管中液面沿倾斜连通管轴线的位移。再调节上述角度，即可控制液面位移的放大倍数。
附图说明
图1是结构竖向位移测量平面示意图；
图2是本发明连通管式静力水准仪立体结构示意图。
图中：1-连通管式静力水准仪，2-结构竖向位移，3-基准桶，4-结构，5-结构支承，6-竖向连通管，71-第一斜向连通管，72-第二斜向连通管，8-橡胶管，9-液面高度，10-竖直底座，11-水平底座，12-圆水准器，13-管水准器，14-橡胶管，α-直管轴线与水平面的夹角。
具体实施方式
下面结合具体实施方式及附图，对本发明做进一步的详细说明。
参照图1、图2所示，一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪，包括竖向连通管6和两套斜向连通管，斜向连通管中的相邻两直管之间由橡胶管8相连。竖向连通管6和两套斜向连通管底部由橡胶管14相连，以保证上述三套连通管中液面处于同一高度。
第一斜向连通管71和第二斜向连通管72之间被错开一高度，以保证两套斜向连通管中至少有一套液面处于直管有刻度处。竖直底座10和水平底座11制作垂直，使用前将水平底座11调节水平。圆水准器12和管水准器13配合脚螺旋使用，分别用来调节水平底座11的粗平和精平。
连通管式静力水准仪1通过橡胶管14与结构4旁无位移处的基准桶3相连。
两套斜向连通管中的直管轴线分别与水平面呈一定角度α，竖向连通管6内液面上升高度ΔL1与斜向连通管内液面移动距离ΔL2之间的关系为：
ΔL2＝ΔL1/sinα
而对于α角度的确定则依据如下公式：
α＝arcsink
其中k＝ΔL1/ΔL2，也即竖向连通管6中液面竖向位移的放大倍数的倒数，可根据需要取值。例如，取竖向连通管6中液面竖向位移的放大倍数为10，则α＝arcsin0.1，约等于5.7°。
读数时先读取竖向连通管6处读数，然后读取斜向连通管处读数。位移前后的读数差即为结构竖向位移2。控制斜向连通管中直管的内径(如2mm)，可以使得在液体表面张力下，液面几乎垂直于直管轴线，以方便读数。
综上所述的本发明具体实施例仅为本发明优选的实施方式，并非用于限定本发明保护范围的限制。因此，任何在本发明的技术特征之内所作的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪，其特征在于，包括水平底座(11)、与之垂直设置的竖直底座(10)；
所述竖直底座(10)设置有一竖向连通管(6)和两套斜向连通管，底部通过柔性管(14)相互连通；其中，第一斜向连通管(71)和第二斜向连通管(72)之间错开一定高度；
所述斜向连通管包括复数根直管，以及连通相邻两根直管的柔性管(8)；每根直管轴线与水平面的夹角α大小相等；所述夹角α＝arcsink(其中，k＝ΔL1/ΔL2，ΔL1为竖向连通管内液面上升高度，ΔL2为斜向连通管内液面沿斜向连通管轴线的移动距离)。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪，其特征在于，所述水平底座(11)上设置有圆水准器(12)和管水准器(13)。
3.根据权利要求1所述的一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪，其特征在于，所述柔性管为橡胶管。
4.根据权利要求1所述的一种用于测量结构竖向位移的连通管式静力水准仪，其特征在于，所述斜向连通管中直管的内径小于等于2mm。
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