CN114111541B - 基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统及方法，桥梁动挠度测试系统，包括测量装置、底座以及能够与桥梁主梁连接的长度可调的连接机构；测量装置包括百分表、套筒、连接杆以及弹性单元；套筒的下端与百分表连接，百分表的表针贯穿套筒并伸入套筒的内腔，连接杆的下端贯穿套筒的上端并伸入套筒的内腔，连接杆的下端与表针的端部连接；弹性单元设置于套筒的内腔，通过调节连接机构长度能够为连接杆施加预紧力，该力能够使连接杆具有向表针一侧具有运动的趋势；连接杆的上端与所述连接机构转动连接；百分表的针套与底座固定连接，底座上能够设置压重体。本发明结构简单，不易受外界因素的干扰，能够准确测量桥梁真实动挠度响应。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，尤其涉及到基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统及方法。
背景技术
桥梁动挠度是指在时变荷载作用下，桥梁发生弯曲下挠，产生随时间连续变化的挠度时程 曲线。目前，动挠度的测试方法主要有百分表法、光电成像测量法、倾角仪测量法、连通管法、 毫米雷达波测量法、GPS动态测量法、激光测量法和地面微波干涉测量法等。加速度经二次积分可以间接获得桥梁的动挠度响应，通过对信号进行时域积分或频域积分处理以消除趋势项误 差，对信号精度要求较高。GPS动态测量技术虽然具有采样率高，能够实现自动化和全天候监 测，但是受卫星、电离层和接收机噪声等因素的影响，测量精度仍然局限在10～20mm范围内。地面微变形干涉测量雷达(GB-tadar)具有快速、高精度和大范围的特点，大气介质对其测量 精度影响显著。激光扫描测量方法也常用于桥梁振动位移监测，然而随着视距增加，测量精度 快速降低。基于机器视觉的桥梁动态挠度实时测量方法实现了桥梁挠度的实时测量，其测量精 度受光照、温度等外界环境影响显著。加速度虽然经二次积分可以间接获得桥梁的动挠度响应，并通过对信号进行时域积分或频域积分处理以消除趋势项误差，但对信号精度要求较高。新技 术的发展简化了桥梁结构响应测试的过程，提高了测量精度和效率；然而，由于受测点数量、 使用环境及经济条件等因素的限制，传统的测试方法仍然在桥梁检测中被广泛应用，其重要性 不可替代。如当桥下净空较低时，常采用搭设支架与机电百分表结合的方式进行接触式测量(以 下简称支架法)，该方法需要搭设支架，工程量较大；当桥梁较高时则采用在梁底悬挂铁丝和重锤的方法进行测量(以下简称悬锤法)。前者由于百分表与梁底直接接触，故能反映桥梁的 真实动力响应；而后者会形成车辆、桥梁与悬锤耦合系统，桥梁的响应通过铁丝传递给悬锤， 测得的信号包含桥梁与悬锤系统的耦合信息，风荷载对悬锤法测试结果的影响也不可忽略。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供基于应力刚化效应的桥梁动挠度测 试系统及方法，本发明结构简单，不易受外界因素的干扰，能够准确测量桥梁真实动挠度响应。
本发明采用的技术方案如下：
基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统，包括测量装置、底座以及能够与桥梁主梁连接 的长度可调的连接机构；
测量装置包括百分表、套筒、连接杆以及弹性单元；套筒的下端与百分表连接，百分表的 表针贯穿套筒并伸入套筒的内腔，连接杆的下端贯穿套筒的上端并伸入套筒的内腔，连接杆的 下端与表针的端部连接；弹性单元设置于套筒的内腔，并能够为连接杆施加力，该力能够使连接杆具有向表针一侧具有运动的趋势；
连接杆的上端与所述连接机构转动连接；
百分表的针套与底座固定连接，底座上能够设置压重体。
优选的，所述连接机构包括旋转筒和调节螺栓，旋转筒的下端与连接杆的上端转动连接， 旋转筒的上端与调节螺栓螺纹连接。
优选的，所述调节螺栓的上端开设有用于穿过吊绳的通孔。
优选的，本发明基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统还包括吊绳，吊绳的一端与所述 连接机构连接，吊绳的一端能够与桥梁主梁连接。
优选的，所述连接杆采用拉杆，拉杆的下端与表针的端部连接，所述弹性单元采用拉伸弹 簧，拉伸弹簧套设于表针外部，拉伸弹簧的上端与拉杆的下端连接，拉伸弹簧的下端与套筒下 端连接。
优选的，所述弹性单元采用压缩弹簧，压缩弹簧套设于拉杆的外部，压缩弹簧的上端与套 筒的上端连接，压缩弹簧的下端与拉杆下端连接。
优选的，所述套筒包括上套筒和下套筒，上套筒与下套筒之间通过螺纹连接，所述连接杆 贯穿上套筒的上底面；下套筒与百分表连接，百分表的表针贯穿下套筒的底部。
优选的，百分表的针套与底座之间可拆卸固定连接，连接杆上设有刻度。
本发明还提供了基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试方法，该方法采用本发明如上所述的 基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统进行，包括如下过程：
设备安装：当对桥梁动挠度进行测试时，在主梁底部悬挂吊绳，吊绳下端与连接机构连接， 调整吊绳的长度，使得底座刚好与地面处于接触临界状态，在重力作用下，底座自然下垂并保 持吊绳竖直；在底座上放置压重体，之后通过调节连接机构，使吊绳处于张紧状态；
数据采集：待设备安装完成后，实时采集百分表的监测数据，利用所述监测数据得到桥梁 主梁的动挠度时程曲线。
优选的，当吊绳处于张紧状态时，弹性单元的形变力比压重体重量小。
本发明具有如下有益效果：
本发明基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统中，测量装置中的弹性单元能够为连接杆 施加力，该力能够使连接杆具向相表针一侧具有运动的趋势，因此在使用时，在主梁底部悬挂 吊绳，吊绳下端与连接机构连接，当底座刚好与地面处于接触临界状态并采用压重后，通过初始调节吊绳的张紧程度外，在车桥耦合振动过程中，弹性单元能够始终为吊绳施加拉力，使得 吊绳处于张紧状态，提高了吊绳的抗干扰能力，使得本发明测试系统能够准确测量桥梁真实动 挠度响应；并且接结构简单，使用方便。
附图说明
图1为本发明实施例中桥梁动挠度测试系统整体图；
图2为本发明实施例中第一种测量装置的整体图；
图3为本发明实施例中第二种测量装置的整体图；
图4为本发明实施例中采用的蝶形螺杆结构图；
图5为本发明实施例中采用的旋转筒结构图；
图6为本发明实施例中采用的旋转筒的细部连接结构图；
图7为本发明实施例中采用的拉杆的结构图；
图8(a)为本发明实施例中采用的拉杆第一视角结构图；图8(b)为本发明实施例中采 用的拉杆第二视角结构图；
图9(a)为本发明实施例中采用的压杆的第一视角结构图；图9(b)为本发明实施例中 采用的压杆的第二视角结构图；
图10(a)为本发明实施例中采用的底座的第一视角三维结构图；图10(b)为本发明实 施例中采用的底座的第二视角三维结构图；
图11为本发明实施例中采用的底座上的细部详图；
图12(a)为本发明实施例中采用的上套筒第一视角结构图；图12(b)为本发明实施例 中采用的上套筒第二视角结构图；
图13(a)为本发明实施例中采用的第一下套筒的主视图；图13(b)为本发明实施例中 采用的第一下套筒的仰视图；图13(c)为本发明实施例中采用的第一下套筒的腐蚀图；图13 (d)为本发明实施例中采用的第一下套筒的三维构造图；
图14(a)为本发明实施例中采用的第二下套筒的主视图；图14(b)为本发明实施例中 采用的第二下套筒的仰视图；图14(c)为本发明实施例中采用的第二下套筒的腐蚀图；图14 (d)为本发明实施例中采用的第二下套筒的三维构造图；
图15(a)为本发明实施例中拉伸弹簧法的车-桥-预紧弹簧耦合系统力学模型图；(a)拉 伸弹簧法；图15(b)为本发明实施例中压缩弹簧法的车-桥-预紧弹簧耦合系统力学模型图；
图16(a)-图16(c)为本发明实施例中拉伸弹簧法实测的三个动挠度时程曲线图；图16 (d)-图16(f)为本发明实施例中压缩弹簧法实测的三个动挠度时程曲线图。
图中，1-桥梁主梁，2-吊绳，3-蝶形螺栓，4-旋转筒，5-上套筒，6-1-第一下套筒，6-2-第 二下套筒，7-拉伸弹簧，8-压缩弹簧，9-拉杆，10-压杆，11-环形槽口，12-下套筒槽口，13- 百分表，14-数据线，15-针套，16-表针，17-螺纹，18-底座，19-压重体，20-信号处理器，21- 信号方大器，22-笔记本电脑，23-表针槽，24-底板，25-斜杆，26-T形侧板，27-夹片，28-条 形侧板，29-表针槽孔，30-下弦杆，31-通孔，32-螺纹。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
参照图1至图14(d)，本发明基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统，包括测量装置、 底座18以及能够与桥梁主梁1连接的长度可调的连接机构；测量装置包括百分表13、套筒、 连接杆以及弹性单元；套筒的下端与百分表13连接，百分表13的表针16贯穿套筒并伸入套 筒的内腔，连接杆的下端贯穿套筒的上端并伸入套筒的内腔，连接杆的下端与表针16的端部 连接；弹性单元设置于套筒的内腔，并能够为连接杆施加力，该力能够使连接杆具有向表针 16一侧具有运动的趋势；连接杆的上端与所述连接机构转动连接；百分表13的针套15与底 座18固定连接，底座18上能够设置压重体19。
作为本发明优选的实施方案，本发明基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统还包括依次 连接的信号处理器20、信号方大器21和笔记本电脑22，信号处理器20与百分表13通过数据线14连接。
作为本发明优选的实施方案，参照图4-图6，所述连接机构包括旋转筒4和调节螺栓，旋 转筒4的下端与连接杆的上端转动连接，旋转筒4的上端与调节螺栓螺纹连接，这样能够通过 调节调节螺栓旋入或旋出旋转筒4的量，对吊绳2的张紧程度进行调节，方便可靠、且可连续调节。
作为本发明优选的实施方案，旋转筒4为内部中空的圆柱体构造，详见图5。旋转筒4顶 部和底部设有通孔，通孔表面设有螺纹，与蝶形螺栓3的螺纹相互契合。旋转筒4上部与蝶形 螺杆3相连，下部与拉杆9或压杆10相连接。蝶形螺杆3、拉杆9或压杆10均可绕旋转筒4相对转动，连接构造如图6所示。旋转筒4采用铝合金材料制作而成，外表面进行磨砂处理。
作为本发明优选的实施方案，参照图6，所述调节螺栓的上端开设有用于穿过吊绳2的通 孔。
作为本发明优选的实施方案，参照图4和图6，调节螺栓采用蝶形螺栓3，其上部为蝶形 构造，与圆柱形螺栓杆组合成一体。蝶形螺栓3下设有螺纹32，采用铝合金材料制作而成。 蝶形螺栓3上段设置有通孔，吊绳2穿过其中与之连接。
作为本发明优选的实施方案，本发明基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统还包括吊绳 2，吊绳2的一端与所述连接机构连接，吊绳2的一端能够与桥梁主梁连接。
作为本发明优选的实施方案，吊绳2为绳索类结构，采用弹性模量≥2.05×1011Pa的铁丝、 钢丝或碳纤维束材料，直径在1～1.8mm之间。
作为本发明优选的实施方案，如图3、图7所示，本发明的第一种测量装置中，所述连接 杆采用拉杆9，拉杆9的下端与表针16的端部连接，所述弹性单元采用拉伸弹簧7，拉伸弹簧 7套设于表针16外部，拉伸弹簧7的上端与拉杆9的下端连接，拉伸弹簧7(处于拉伸状态) 的下端与套筒下端连接，通过拉伸弹簧7的回复力，能够使拉杆9对表针16施加向下的力。
作为本发明优选的实施方案，如图2所示，本发明的第二种测量装置中，所述弹性单元采 用压缩弹簧8，压缩弹簧8套设于拉杆9的外部，压缩弹簧8(处于压缩状态)的上端与套筒的上端连接，压缩弹簧8的下端与拉杆9下端连接，通过压缩弹簧8的回复力，能够使拉杆9 对表针16施加向下的力。
作为本发明优选的实施方案，如图12(a)至图14(d)，所述套筒包括上套筒5和下套筒， 上套筒5与下套筒之间通过螺纹连接，所述连接杆贯穿上套筒5的上底面；下套筒与百分表 13连接，百分表13的表针16贯穿下套筒的底部，这种可拆卸式的套筒便于安装和零件(尤 其是弹性元件)的更换。
作为本发明优选的实施方案，上套筒5为内部中空的圆筒状构造；上套筒5内表面有螺纹 32，顶部有设有通孔31。拉杆9或压杆10通过通孔31可实现上下滑动。上套筒5下端通过 螺纹连接第一下套筒6-1或第二下套筒6-2。
作为本发明优选的实施方案，百分表13的针套15与底座18之间可拆卸固定连接，连接 杆上设有刻度33。
进一步的，本发明的上述方案中，第一种测量装置中，拉杆9形状由杆和柱体组合而成， 采用不锈钢材料，质量不小于0.2kg，以保证拉杆9具有足够的运动惯性，提高整个装置检测 的稳定性，结构详见图7。拉杆9下部设有环形槽口11和表针槽23。拉杆9上端与旋转筒4 连接。拉伸弹簧7上端嵌入拉杆9的环形槽口11内，并用强力胶封紧实现固结。拉杆9上部 杆体通过上套筒5的通孔。拉杆9上设置有刻度32，用于标定弹簧预拉力大小。拉伸弹簧7为圆柱螺旋弹簧直径为10～30mm，采用60Mn～70Mn材料规格，刚度系数介于50N/m～200N/m之间。下套筒为16-1为中空的异形结构，设置表针孔33，详见图12。下套筒为16-1上表面 设有螺纹32，与上套筒5螺旋连接。下套筒为16-1设置有下套筒槽口12，呈圆环状。拉伸弹 簧7下端嵌入下套筒槽口12中，并用强力胶封紧实现固结。拉杆10上设置有刻度32，用于 标定弹簧预压力大小。
本发明的上述方案中，第二种测量装置中，压杆10形状由杆和柱体组合而成，采用不锈 钢材料，质量不小于0.2kg，以保证压杆10具有足够的运动惯性，提高整个装置检测的稳定性， 结构详见图8。压杆10下部设有环形槽口11和表针槽23。拉杆9上端与旋转筒4连接。拉 伸弹簧7上端嵌入拉杆9的环形槽口11内，并用强力胶口紧固结。拉杆9上部杆体通过上套 筒5的通孔。压缩弹簧8为圆柱螺旋弹簧直径为10～15mm，采用60Mn～70Mn材料规格，刚 度系数介于50N/m～200N/m之间。下套筒为16-2为中空的异形结构，设置表针孔33，详见图 13。下套筒为16-2上表面设有螺纹32，与上套筒5螺旋连接。
进一步的，本发明的上述方案中，百分表13为常用机电式百分表，下部与针套15固接； 表针16贯穿表身，插入拉杆9或压杆10的表针槽23中，接触式连接。百分表13外伸出数据 线14与信号处理器20连接。百分表13的下部针套15通过通孔31嵌入底座18中。
进一步的，本发明的上述方案中，底座18由压重体19、1个底板24、3个斜杆25、1个T形侧板26、1个夹片27、2个条形侧板28、1个T形侧板29、3个下弦杆30、1个螺栓和1 个螺母组成，详见图9～10。底座18均由聚乳酸(PLA)材料或铝合金材料制作而成。压重体19 可采用砂石、砖块或建筑废弃材料。压重体19的重量需比预先施加的弹簧拉伸力或压缩力大 5N(具体还可以根据实际情况进行现场调整)，以保证底座在系统测试过程中与地面紧密接触。 夹片27与侧板28固结，夹片27端部设有通孔31，螺栓通过其中，通过拧紧螺母将针套15夹紧固结。
进一步的，本发明的上述方案中，信号处理器20常采用KD6005信号采集仪，信号处理 器20一端连接百分表数据线14，另一端连接信号方大器21信号方大器21直接与笔记本电脑 22相连，通过Dasylab软件进行数据显示和存储。
本发明还提供了基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试方法，参照图1，该方法采用本发明 如上所述的基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统进行，包括如下过程：
设备安装：当对桥梁动挠度进行测试时，在主梁1底部悬挂吊绳2，吊绳2下端与连接机 构连接，调整吊绳2的长度，使得底座18刚好与地面处于接触临界状态，在重力作用下，底座18自然下垂并保持吊绳2竖直；在底座18上放置压重体19，之后通过调节连接机构，使 吊绳2处于张紧状态；数据采集：待设备安装完成后，实时采集百分表13的监测数据，利用 所述监测数据得到桥梁主梁1的动挠度时程曲线。
作为本发明优选的实施方案，当吊绳2处于张紧状态时，弹性单元的形变力比压重体19 重量小，以保证底座在系统测试过程中与地面紧密接触。
进一步的，实际动载测试中，通过人为调整连接机构中的蝶形螺栓3，使得连接机构长度 可调，能够进一步调节吊绳2悬挂长度施加弹簧预紧力，使得铁丝在工作过程中始终处于张紧 状态，增加了其横向刚度。该方法通过实时测量弹簧拉伸变形或压缩变形来获得桥梁的动态挠 度时程曲线。当弹簧以拉伸变形量为测量对象时称为拉伸弹簧法，反之称为压缩弹簧法，力学模型见图15(a)和图15(b)。
按照上述方案，以简支梁为例，依据传统车桥耦合振动理论，利用达朗贝原理推导得到的 本发明车-桥-弹簧耦合运动方程如式(1)所示。
式中：mp为连杆简化后质点质量；yp、和/>分别为连杆所简化质点的竖向位移、速度和 加速度；fP为施加的弹簧预紧力；cs预紧弹簧阻尼系数；ks为预紧弹簧刚度系数；L为铁丝悬挂 长度；α为预紧弹簧系数，当为拉伸弹簧时取1，当为压缩弹簧时取-1；其它参数同前。
利用模态叠加法，令取简支梁的振型函数为/>式(1)可 变换成如下形式：
其中：xi为第i个车轴纵桥向位置；ζn为桥梁的第阶阻尼比；ωn为桥梁的第阶固有频率。
综合考虑吊绳2抗拉刚度、拉伸弹簧7或压缩弹簧8的弹簧刚度kd和吊绳2悬挂长度L因 素，给出相应参数优化设计的经验公式如式(7)所示。将kd和L的乘积K定义为综合刚度， 将QI定义为综合指标，实际测试中，依据铁丝悬挂长度L(桥下净空高度)和综合刚度K选定 弹簧刚度系数kd，将选定的kd和L代入式综合指标QI中确定铁丝(钢丝)抗拉刚度的适用值。
其中：kd为弹簧刚度系数，单位N/m；L为吊绳2的悬挂长度，单位m；E为吊绳2的弹性模量，单位Mpa；A为吊绳2面积，单位mm2。
无风条件下，当QI≥1时，预紧弹簧法和主梁挠度冲击系数误差均在10％以内，QI值越大， 误差越小。弹簧初始预紧力宜根据试验现场风速确定，在条件允许时宜采用较大值以减小该因 素影响。
方案一(拉伸弹簧法，即采用图3所示的测量装置)：
当采用拉伸弹簧法测量桥梁动挠度时，首先在主梁1底部悬挂吊绳2，吊绳2下连接蝶形 螺栓3，蝶形螺栓3通过螺纹与旋转筒4螺旋连接。
百分表13的表针16上部与表针槽23密切接触连接，拉杆9上端与旋转筒4连接，旋转 筒4可绕拉杆9转动；拉杆9下端与拉伸弹簧7固结。第一下套筒6-1与上套筒5通过螺纹连接，组成封闭的保护套筒，拉杆9可沿该套筒上部设置通孔31的上下运动。第一下套筒6-1与百分表13固结。以上装置的连接可在仪器出厂前装配完成。
然后，将装配好的百分表13的针套15嵌入底座18的夹片27中，通过设置的螺栓将百分 表13紧固后与底座18连为一体。将吊绳2穿过拉杆9预先设置的通孔31并系结，使得底座 18刚好与地面处于接触临界状态，在重力作用下，底座18自然下垂并保持吊绳2竖直。
接着，将压重体19放入底座18的底板24内，根据主梁下的净空高度确定压重体19重量 介于1～3kg之间，梁高时采用重量较大的压重体19，反之采用较小的压重体19。
通过旋转旋转筒4使得蝶形螺栓3下部进入转筒4内，在压重体19的作用下，吊绳2处 于张紧状态。通过拉杆9上的刻度32在上套筒5顶部的相对位置控制预紧力的大小，保证预 紧值比压重体19重量小5N，防止底座18发生向上的运动。
方案二(压缩弹簧法，即采用图2所示的测量装置)：
当采用压缩弹簧法测量桥梁动挠度时，首先在主梁1底部悬挂吊绳2，吊绳2下连接蝶形 螺栓3，蝶形螺栓3通过螺纹与旋转筒4螺旋连接。
百分表13的表针16上部与表针槽23密切接触连接，压杆10上端与旋转筒4连接，旋转 筒4可绕拉杆9转动；压杆10下端与压缩弹簧8固结。压缩弹簧8的另一端与上套筒5接触连接。
第二下套筒6-2与上套筒5通过螺纹连接，组成封闭的保护套筒，压杆10可沿该套筒上 部设置通孔31的上下运动，进而实现弹簧的压缩运动。第二下套筒6-2与百分表13固结。以 上装置的连接可在仪器出厂前装配完成。
然后，将装配好的百分表13的针套15嵌入底座18的夹片27中，通过设置的螺栓将百分 表13紧固后与底座18连为一体。将吊绳2穿过压杆10预先设置的通孔31并系结，使得底座 18刚好与地面处于接触临界状态，在重力作用下，底座18自然下垂并保持吊绳2竖直。
接着，将压重体19放入底座18的底板24内，根据主梁下的净空高度确定压重体19重量 介于1～3kg之间，梁高时采用重量较大的压重体19，反之采用较小的压重体19。
通过旋转旋转筒4使得蝶形螺栓3下部进入转筒4内，在压重体19的作用下，吊绳2处 于张紧状态。通过压杆10上的刻度32在上套筒5顶部的相对位置控制预紧力的大小，保证预 紧值比压重体19重量小5N，防止底座18发生向上的运动。
为了验证测量方法的准确性，以G70福银高速陕西段渭河大桥为4×30m预应力砼连续小 箱梁桥边跨跨中左幅2#梁为试验对象，桥下净空6m。选用支架法、悬锤法、压缩弹簧法和拉 伸弹簧法4种方法，在随机车载激励下测试桥梁动挠度响应，以此对比验证各测试方法差异。 经测试，吊绳2刚度EA＝1.532×105N(直径d＝1mm，弹性模量E＝1.95×105Mpa)，拉伸弹簧7 和压缩弹簧8刚度均为150N/m，预紧力为20N，压重体19重25N。受采集设备通道数量限制， 设置两种对比工况：①支架法、拉伸弹簧法和悬锤法对比；②支架法、压缩弹簧法和悬锤法对 比。各工况均采集三次桥梁动载激励响应，测得的典型动挠度时程曲线结果如图16(a)-图 16(f)所示。以冲击系数(以下用μ表示)作为动挠度测试准确性的评价标准，采用式(7) 计算得到各测量方法冲击系数计算结果如表1、表2所示，其中表1为拉伸弹簧法实测冲击系数对比，表2为压缩弹簧法实测冲击系数对比表。
式中：Adyn为车辆荷载过桥时桥梁跨中挠度最大值；Ast为同一车辆荷载在静力作用下桥梁 跨中截面挠度最大值。
表1
表2
从表1中可以看出，拉伸弹簧法与支架法计算结果接近，两者之间的动挠度冲击系数最大 相差0.002，最大误差为4.3％，平均误差2％。悬锤法与支架法计算结果误差变异性较大，两 者之间的动挠度冲击系数最大相差0.045，误差介于7.3％～28.2％之间，平均误差16.0％；表2 中，压缩弹簧法与支架法两者之间的动挠度冲击系数相差介于0.003～0.01之间，最小误差为 4.1％，最大误差为6.3％，平均误差为4.8％。悬锤法与支架法计算结果误差依然较大，两者之 间的动挠度冲击系数最大相差0.066，最小误差为19.6％，最大误差为39.8％，平均误差29.2％。 将两个工况得到的悬锤法冲击系数结果进行汇总可知，悬锤法与支架法在6次试验中的总平均 误差为22.6％。
综上，本发明基于应力刚化效应，提出了一种动挠度测试系统及方法，该方法通过施加预 紧拉力，增加了吊绳的横向刚度，时减小迎风面积进而降低风荷载的影响，该发明与悬锤法、 支架法及其它非接触式测量方法相比成本低廉，轻量化设计，易于携带，不易受外界因素的干扰，能够准确测量桥下净空高度介于3～30m的结构的真实动挠度响应。
Claims (8)
1.基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统，其特征在于，包括测量装置、底座（18）以及能够与桥梁主梁（1）连接的长度可调的连接机构；
测量装置包括百分表（13）、套筒、连接杆以及弹性单元；套筒的下端与百分表（13）连接，百分表（13）的表针（16）贯穿套筒并伸入套筒的内腔，连接杆的下端贯穿套筒的上端并伸入套筒的内腔，连接杆的下端与表针（16）的端部连接；弹性单元设置于套筒的内腔，并能够为连接杆施加力，该力能够使连接杆具有向表针（16）一侧具有运动的趋势；
连接杆的上端与所述连接机构转动连接；
百分表（13）的针套（15）与底座（18）固定连接，底座（18）上能够设置压重体（19）；
所述基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统还包括吊绳（2），吊绳（2）的一端与所述连接机构连接，吊绳（2）的一端能够与桥梁主梁连接；
所述连接杆采用拉杆（9），拉杆（9）的下端与表针（16）的端部连接，拉伸弹簧（7）套设于表针（16）外部，拉伸弹簧（7）的上端与拉杆（9）的下端连接，拉伸弹簧（7）的下端与套筒下端连接；
吊绳（2）为绳索类结构，采用弹性模量≥2.05×1011Pa的铁丝、钢丝或碳纤维束材料，直径在1~1.8mm之间；
所述弹性单元采用拉伸弹簧（7）；
拉伸弹簧（7）和吊绳（2）满足如下要求：
其中：为综合刚度，/>为综合指标，/>为弹簧刚度系数，单位N/m；/>为吊绳（2）的悬挂长度，单位m；/>为吊绳（2）的弹性模量，单位Mpa；/>为吊绳（2）面积，单位mm2；
拉伸弹簧（7）为圆柱螺旋弹簧，拉伸弹簧（7）的直径为10~30mm，采用60Mn～70Mn材料规格，刚度系数介于50N/m~200N/m之间。
2.根据权利要求1所述的基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统，其特征在于，所述连接机构包括旋转筒（4）和调节螺栓，旋转筒（4）的下端与连接杆的上端转动连接，旋转筒（4）的上端与调节螺栓螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统，其特征在于，所述调节螺栓的上端开设有用于穿过吊绳（2）的通孔。
4.根据权利要求1所述的基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统，其特征在于，将所述弹性单元替换为压缩弹簧（8），压缩弹簧（8）套设于拉杆（9）的外部，压缩弹簧（8）的上端与套筒的上端连接，压缩弹簧（8）的下端与拉杆（9）下端连接。
5.根据权利要求1所述的基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统，其特征在于，所述套筒包括上套筒（5）和下套筒，上套筒（5）与下套筒之间通过螺纹连接，所述连接杆贯穿上套筒（5）的上底面；下套筒与百分表（13）连接，百分表（13）的表针（16）贯穿下套筒的底部。
6.根据权利要求1所述的基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统，其特征在于，百分表（13）的针套（15）与底座（18）之间可拆卸固定连接，连接杆上设有刻度（33）。
7.基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-6任意一项所述的基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统进行，包括如下过程：
设备安装：当对桥梁动挠度进行测试时，在主梁（1）底部悬挂吊绳（2），吊绳（2）下端与连接机构连接，调整吊绳（2）的长度，使得底座（18）刚好与地面处于接触临界状态，在重力作用下，底座（18）自然下垂并保持吊绳（2）竖直；在底座（18）上放置压重体（19），之后通过调节连接机构，使吊绳（2）处于张紧状态；
数据采集：待设备安装完成后，实时采集百分表（13）的监测数据，利用所述监测数据得到桥梁主梁（1）的动挠度时程曲线。
8.根据权利要求7所述的基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试方法，其特征在于，当吊绳（2）处于张紧状态时，弹性单元的形变力比压重体（19）重量小。
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