CN108592774A - 一种用于d型便梁错动和桥墩倾角的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，整个装置通过预留连接螺孔的锚板与既有构件连接，包括外部套筒、内部套筒、伸缩杆及旋转升降系统，伸缩杆与外部套筒相连接，伸缩杆一端通过伸缩杆锚固块锚固在内部套筒上，所述内部套筒通过旋转升降系统在伸缩杆的作用下发生转动，所述内部套筒内设有液体箱，所述液体箱内包括电解液、至少两根电极杆，通过旋转升降系统将水平变位转化为倾斜变位，巧妙利用液面始终保持水平的性质，通过液面倾斜后电极杆浸没在电解液中的长度发生改变而间接测量工程结构的变位，使其兼具倾角及错位的测量功能，同时通过调整伸缩杆支点两侧的长度比来扩大位移测量的范围，且兼具实现装置的减振控制功能。

Description

一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置及其测量方法

所属领域

本发明涉及铁路桥梁施工领域,具体地说,涉及一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，以及一种D型便梁错动和桥墩倾角的测量方法

背景技术

D型便梁是在铁路既有线施工中加固时，确保铁路线路正常运营而架设的常见临时结构。当列车作用于便梁时，列车荷载通过轨道变形将力传递至横梁，再通过纵梁与横梁的联系传至便梁的纵梁上。列车振动引起轨道发生振动，使便梁发生纵向和横向位移，特别是在架设多根便梁时，相邻两便梁的纵梁作用在同一支墩上，由于没有连接，会出现横向错位的情况，若位移过大，将会对行车安全性造成影响。

现行便梁架设参照《铁路桥梁钢结构设计规范》标准进行。便梁的架设使得施工过程如下优点：第一，在不中断行车的情况下进行桥涵开挖施工，运输和拆装方便；第二，工序简单，施工周期短，有明显的经济效益；第三，无需对基础进行处理，场地要求低。但由于便梁属于临时结构，因此整体性和稳定性较差。目前，在便梁施工中，普遍采用在临时支墩上预留限位孔，然后在纵梁梁端和侧面插入短钢轨作为限位装置，相邻便梁的纵梁间并无连接措施。由于采用临时支挡结构处理，设施较为简单，整体性较差，并且相邻纵梁在横向易产生错位，危及铁路运输安全。

由于D型便梁自身缺陷的存在，为保证行车和施工安全，必须对D型便梁的变形及变位进行实时监测。针对D型便梁的变形及横向变位，目前尚没有装置可进行准确有效的测量。结合目前铁路桥梁施工领域的发展及社会实际需求，立足于我国城市交通的现状，如何提供一种可对D型便梁的变形及横向变位进行有效测量的装置或方法，是施工领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明正是针对便梁施工中限位装置设施简单，整体性较差，相邻纵梁在横向易产生错位的问题，提供一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，利用液面始终保持水平的特点将水平变位转化为倾斜变位，可实现水平变位及倾角的测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，整个装置通过预留连接螺孔的锚板与既有构件连接，其特征在于：包括外部套筒、内部套筒、伸缩杆及旋转升降系统，伸缩杆与外部套筒相连接，伸缩杆一端通过伸缩杆锚固块锚固在内部套筒上，所述内部套筒通过旋转升降系统在伸缩杆的作用下发生转动，所述内部套筒内设有液体箱，所述液体箱内包括电解液、至少两根电极杆。

作为本发明的一种改进，所述升降系统包括外筒、内置转轴、升降滑块，所述外筒固定在外部套筒底部，内置转轴固定在内部套筒上，升降滑块根据内置转轴与外筒的相互转动而上下运动。

作为本发明的另一种改进，所述外部套筒与内部套筒之间距离不唯一，通过调整外部套筒与内部套筒间距离，能改变伸缩杆在外部套筒与其连接部位支点两侧的长度比。

作为本发明的又一种改进，所述外部套筒内底部设有滑动轨道，内部套筒依次通过弹簧上锚固板、弹簧及弹簧下锚固底座与外部套筒相连接，所述弹簧下锚固底座在滑动轨道内滑动，所述内部套筒外部的底部设有质量块。

作为本发明的又一种改进，还包括水平支撑杆和弧形块，所述弧形块与液体箱接触，水平支撑杆一段与外部套筒固定连接，另一端与弧形块相连接。

作为本发明的更一种改进，还包括竖向支撑杆，所述竖向支撑杆上端锚固在液体箱上，下端在内部套筒的圆形滑道内滑动。

为了实现上述目的，本发明还公开了一种测量方法，采用的技术方案是： D型便梁错动，伸缩杆发生以与外部套筒连接部位为支点的转动，从而带动内部套筒发生转动，液体箱在旋转升降系统的作用下发生倾斜，液体箱的倾角即待测量倾角。

作为本发明的更进一步改进，盛有电解液的液体箱经过旋转升降系统的作用发生倾斜，电解液倾移，电极杆浸没在电解液中的长度变化，从而导致两电极间的电压随之改变，从而得到D型便梁的水平错动位移。

与现有技术相比，本发明通过旋转升降系统将水平变位转化为倾斜变位，巧妙利用液面始终保持水平的性质，通过液面倾斜后电极杆浸没在电解液中的长度发生改变而间接测量工程结构的变位，使其兼具倾角及错位的测量功能。利用杠杆原理，通过调整伸缩杆支点两侧的长度比来扩大位移测量的范围。弹簧与质量块的结合可实现装置的减振控制。相较于传统测试装置，可减少监测系统中传感器的布置个数，提高监测数据的精度，具有效率高、用途广、性能好等优点。

附图说明

图1是本发明的纵向剖面图；

图2是图1中I-I截面剖面图；

图3是伸缩杆发生变位后本发明的纵向剖面图；

图4是伸缩杆发生变位后与图2对应的截面剖面图；

图5是图1中II-II截面剖面图；

图6是图1中III-III截面剖面图；

图7是是第i(i＝1，2，ggg，8)个非中心电极杆所在的电路示意图，图中R_i为第i个非中心电极杆的有效电阻，其值为

图中有：1.外部套筒、2.内部套筒、3.液体、4.伸缩杆、5.转动支点、6. 伸缩杆锚固块、7.质量块、8.弹簧、9.滑动轨道、10.弹簧下锚固底座、11.锚板、12.连接螺孔、13.弹簧上锚固块、14.升降滑块、15.内置转轴、16.竖向支撑杆、17.中心电极杆、18.非中心电极杆、19.导线、20.电解液、21.外筒、22. 水平支撑杆、23.弧形块。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

实施例1

一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，整个装置通过预留连接螺孔12的锚板11与既有构件连接，如图1所示，包括外部套筒1、内部套筒2、伸缩杆4及旋转升降系统(14,15,21)，外部套筒1和伸缩杆4分别与桥墩和D 型便梁连接，伸缩杆4与外部套筒1相连接，连接处有支点5，D型便梁发生错位水平移动后，会导致伸缩杆4发生以与外部套筒1连接部位支点5的转动；伸缩杆4一端通过伸缩杆锚固块6锚固在内部套筒2上，升降系统(14,15,21) 包括外筒21、内置转轴15、升降滑块14，外筒21固定在外部套筒1底部，内置转轴15固定在内部套筒14上，当伸缩杆4的运动导致内部套筒2发生转动时，内置转轴15随着内部套筒2而转动，而外筒21固定在外筒套筒1上，处于静止状态，内置转轴15与外筒21间的相互转动引起升降滑块14上下运动，内部套筒2内设有液体箱3，液体箱内包括电解液20、至少两根电极杆(17,18)，当升降滑块14上下运动时，装有电解液20的液体箱3会发生一个竖角倾斜，当发生顺时针转动时，升降滑块14会上升，液面会产生一个向左的倾角；当发生逆时针转动时，升降滑块14会下降，液面会产生一个向右的倾角，非中心电极杆18浸没在电解液20中的长度发生变化，两电极间的电压随之改变，电解液20、非中心电极杆18、中心电极杆17可以组成倾角测量系统，根据伸缩杆4 转动量与倾角变化量一一对应的关系可间接测量伸缩杆4的转动值，从而得到D 型便梁的错位值。

假设伸缩杆处于初始状态时支点两侧的长度分别为l₁和l₂，当便梁的横向错位为d时，伸缩杆的转角θ₁为：

由几何关系有：

r₁sinθ₁＝[r₁(1-cosθ₁)+l₂]tanθ₂ (2)

式中：r₁为内部套筒半径；θ₂为内部套筒转动的角度。

由式(2)可确定内部套筒的转角，亦为内置转轴的转角。进一步地可确定升降滑块的升降位移h为：

式中：H为内置转轴上螺纹的间距。

进一步地可确定液体箱的倾角θ为：

式中：r₂为液体箱底面半径。

一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量方法，如图3所示，D型便梁错动，伸缩杆4发生以与外部套筒1连接部位支点5的转动，通过旋转升降系统 (14,15,21)带动内部套筒2转动，液体箱3的倾角θ即待测量倾角。

一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量方法，盛有电解液20的液体箱3 通过旋转升降系统(14,15,21)的作用发生倾斜，电解液20倾移，非中心电极杆18浸没在电解液中的长度变化，从而导致两电极间的电压随之改变，通过导线19，测出电压，从而得到D型便梁的水平错动位移，由上式推导出待测量倾角θ后，

进一步地可得到非中心电极杆浸没在液体箱中的高度变化值Δh′为：

Δh′＝L-(L±r₂tanθ)＝mh (5)

式中：L为电极杆处于初始状态时浸没在电解液中的长度。

进一步地可确定电流的变化值ΔI为：

式中：I₀为初始状态电流值；I_i为变化后第i(i＝1，2，ggg，8)个非中心电极杆所在电路中的电流值；U为电源电压；R为初始状态下电极杆的电阻，第i(i＝1， 2，ggg，8)个非中心电极杆所在的电路示意图如图7所示，图中R_i为第i个非中心电极杆的有效电阻，其值为

实施例2

本例与实施例1的不同之处在于，伸缩杆4两端分别与内部套筒2和外部结构连接，以与外部套筒1的连接点为支点5转动。根据杠杆原理，所述外部套筒1与内部套筒2之间距离不唯一，通过调整外部套筒1与内部套筒2间距离，能改变伸缩杆4在外部套筒1与其连接部位支点5两侧的长度比。

实施例3

在实施例1的基础上，如图1所示，所述外部套筒1内底部设有滑动轨道9，内部套筒2依次通过弹簧上锚固板13、弹簧8及弹簧下锚固底座10与外部套筒 1相连接，弹簧下锚固底座10在滑动轨道9内滑动，内部套筒2外部的底部设有质量块7，弹簧8及质量块7可以对内部套筒2及其内部结构进行减振控制，若弹簧8、弹簧下锚固底板10、弹簧上锚固板13构成一组单元，可设计八组单元，均匀布置在圆形滑动轨道9上，进一步降低由外部作用引起的振动对液面造成的影响，安全高效。

还包括水平支撑杆22和弧形块23，如图2所示，图2是图1中I-I截面剖面图，所述弧形块23与液体箱3接触，水平支撑杆22一段与外部套筒1固定连接，另一端与弧形块23相连接，保证了液体箱3的稳定性，更加的稳定牢固，图4是伸缩杆发生变位后与图2对应的截面剖面图。

实施例4

在实施例1的基础上，如图1及图5所示，还包括竖向支撑杆16，竖向支撑杆16上端锚固在液体箱3上，下端在内部套筒2的圆形滑道内滑动，竖向支撑杆本身不动，但提供了液体箱3的安装平台，同时，竖向支撑杆16也不易随内部套筒2的转动而转动。伸缩杆4一端通过伸缩杆锚固块6锚固在内部套筒2 上，保证了伸缩杆4的安全运动。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实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同物界定。

Claims (8)

1.一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，整个装置通过预留连接螺孔的锚板与既有构件连接，其特征在于：包括外部套筒、内部套筒、伸缩杆及旋转升降系统，伸缩杆与外部套筒相连接，伸缩杆一端通过伸缩杆锚固块锚固在内部套筒上，所述内部套筒通过旋转升降系统在伸缩杆的作用下发生转动，所述内部套筒内设有液体箱，所述液体箱内包括电解液、至少两根电极杆。

2.根据权利要求1所述的一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，其特征在于：所述升降系统包括外筒、内置转轴、升降滑块，所述外筒固定在外部套筒底部，内置转轴固定在内部套筒上，升降滑块根据内置转轴与外筒的相互转动而上下运动。

3.根据权利要求1所述的一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，其特征在于：所述外部套筒与内部套筒之间距离不唯一，通过调整外部套筒与内部套筒间距离，能改变伸缩杆在外部套筒与其连接部位支点两侧的长度比。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，其特征在于：所述外部套筒内底部设有滑动轨道，内部套筒依次通过弹簧上锚固板、弹簧及弹簧下锚固底座与外部套筒相连接，所述弹簧下锚固底座在滑动轨道内滑动，所述内部套筒外部的底部设有质量块。

5.根据权利要求4所述的一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，其特征在于：还包括水平支撑杆和弧形块，所述弧形块与液体箱接触，水平支撑杆一段与外部套筒固定连接，另一端与弧形块相连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量装置，其特征在于：还包括竖向支撑杆，所述竖向支撑杆上端锚固在液体箱上，下端在内部套筒的圆形滑道内滑动。

7.一种如权利要求1所述的用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量方法，特征在于：D型便梁错动，伸缩杆发生以与外部套筒连接部位为支点的转动，从而带动内部套筒发生转动，液体箱在旋转升降系统的作用下发生倾斜，液体箱的倾角即待测量倾角。

8.如权利要求8所述的用于D型便梁错动和桥墩倾角的测量方法，特征在于：盛有电解液的液体箱经过旋转升降系统的作用发生倾斜，电解液倾移，电极杆浸没在电解液中的长度变化，从而导致两电极间的电压随之改变，从而得到D型便梁的水平错动位移。