CN208012580U - 桥梁挠度多点同步测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种桥梁挠度多点同步测试装置，属于桥梁检测技术领域。桥梁挠度多点同步测试装置，包括多个基准连杆和数量相等的位移传感器，基准连杆的长度范围为0.5‑1m，能够满足了测试要求；基准连杆一端固定铰接在梁体侧面上，能转动，另一端滑动铰接在梁体侧面的水平滑动的连接轴上，既能转动又能滑动，梁体变形时基准连杆不会被破坏，保证测量的准确性。位移传感器设置于基准连杆的中部，包括沿竖直方向设置的测量杆，其长度为测量处梁体挠度变形预估位移量的二倍，且测量杆的朝向一致，保证了测得的数据准确，且符合标准挠度计算公式的要求。本实用新型基于基准传递原理，通过在梁体上布设分段基准连杆，可实现对较大跨径梁桥结构挠度的测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及桥梁检测技术领域，尤其涉及一种桥梁挠度多点同步测试装置。
背景技术
桥梁结构挠度是反映结构安全状态的最直观、有效的参数之一，桥梁在各种荷载和环境作用下的性能以及桥梁结构自身材料的变化，都可通过挠度反映出来。可是由于理论计算的挠度值与结构实际的挠度值之间存在不一致性，因此开发桥梁挠度的有效测试方法对于及时发现异常下挠、研究下挠机理以及分析长期挠度变形的变化规律，进而改进桥梁的设计理论和计算模式有着重要的意义。
然而，由于挠度测试通常是在桥梁处于运营时进行，其挠度成分异常复杂：包括静态挠度(混凝土的收缩、徐变、预应力钢筋的松弛、材料退化、墩台沉降等作用下产生的挠度)、拟静态挠度(温差作用下产生的挠度)和动态挠度(汽车、人群、风、波浪等作用下产生的挠度)，使得挠度的测量成为桥梁所有几何参数中最难以获得的一个参量。
对于净空较小的桥梁结构，可以通过搭设支架将动静态位移传感器布设在支架顶部与梁体底部之间进行测试；对于大跨径桥梁结构工程实际中常采用连通管或压差法进行挠度测试，其缺点主要在于这类方法只能实现静态挠度的测试、无法测试动态挠度；而对于净空较高的小跨径桥梁结构、通常采用布设拉索作为基准进行挠度测试，授权公告号CN201935794U、名称“一种挠度检测装置”；授权公告号CN1948634A、名称“一种对工程结构体测量挠度沉降的方法及装置”，授权公告号CN201438141U、名称“一种桥梁动挠度测试装置”等均提出了以拉索作为挠度测试的装置和方法，然而挠度结果输出中包含了在待测点处拉索的自振变形，对于频率高于拉索的结构，测试精度明显减低，满足不了工程需要，适用范围受到了限制，尤其对于大跨径桥梁结构，这种以拉索为基准的方式更是无法准确测试实际的挠度变形。
因此，现有桥梁挠度多点同步测试装置尤其是以拉索为基准的测试装置存在如下缺陷：(1)测试精度低、误差较大；(2)测试装置安装复杂，数据采集较复杂，工作效率低；(3)无法适用于桥梁动态挠度及大跨径桥梁挠度的测试。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种桥梁挠度多点同步测试装置，以解决现有技术中存在的桥梁挠度多点同步测试装置安装复杂、数据采集复杂，工作效率低、精度低、误差大，且无法用于大跨径桥梁挠度的测试的问题。
为实现上述目的，提供以下技术方案，
本实用新型提供的桥梁挠度多点同步测试装置，包括，
多个基准连杆，每个所述基准连杆的长度范围为0.5-1m，每个所述基准连杆一端固定铰接在梁体侧面上，另一端铰接于在所述梁体侧面水平滑动的连接轴上，且位于梁体两端的所述基准连杆的端部固定铰接于梁体端部；
多个位移传感器，每个所述位移传感器设置于每个所述基准连杆的中部，所述位移传感器包括测量杆，所述测量杆沿竖直方向设置，所有的所述测量杆朝向一致，所述测量杆的长度为所述位移传感器布设处梁体挠度变形的预估位移量的二倍。
进一步的，所述基准连杆设置有三个，分别为第一基准连杆、第二基准连杆和第三基准连杆，三个所述基准连杆均设置于所述梁体侧面上；
所述第一基准连杆的左端固定铰接在所述梁体的左端，右端铰接于在所述梁体侧面水平滑动的第一连接轴上；所述第二基准连杆的左端固定铰接在所述梁体上，右端铰接于在所述梁体侧面水平滑动的第二连接轴上，且所述第二基准连杆的左端与所述第一基准连杆的中部位于一条竖直线上；所述第三基准连杆的右端固定铰接在所述梁体的右端，左端铰接于在所述梁体侧面水平滑动的第三连接轴上，所述第三基准连杆的左端与所述第一基准连杆的右端和所述第二基准连杆的中部位于同一竖直线上，所述第二基准连杆的右端与所述第三基准连杆的中部位于同一竖直线上。
进一步的，所述第一基准连杆、所述第三基准连杆和所述第二基准连杆在所述桥梁侧面上自下至上设置。
进一步的，所述三个位移传感器的测量杆均朝上延伸设置。
进一步的，所述位移传感器为差动变压式位移传感器，还包括套筒、安装支架、转动轴和平衡块，所述套筒连接在相应的基准连杆的中部位置处，所述安装支架安装在与所述套筒的轴线位于同一条竖直线上的所述梁体侧面上，所述转动轴与所述梁体侧面垂直设置，所述安装支架能够绕所述转动轴旋转，所述测量杆沿所述套筒的轴线穿过所述套筒，所述平衡块围绕所述安装支架的外周均匀布于在所述安装支架的外表面上。
进一步的，所述位移传感器还包括支架底座，所述支架底座固定连接在所述梁体侧面上，所述安装支架安装在所述支架底座上，所述安装支架与所述支架底座可绕所述转动轴旋转。
进一步的，所述差动变压式位移传感器还包括探头线、信号放大器和电源输出端，从左往右依次连接，所述套筒内一侧设有初级线圈，另一侧设有两个次级线圈，所述初级线圈和两个次级线圈围成的空腔内设有一铁芯。
进一步的，所述铁芯与所述测量杆相连接。
进一步的，所述初级线圈设置有输入电源，两个次级线圈设置有输出电源。
进一步的，所述输出电源与所述探头线连接。
与现有技术相比，本实用新型所述的桥梁挠度多点同步测试装置是一种基于基准传递原理的挠度测试装置，通过在梁体侧面布设多个基准连杆，可实现对较大跨径梁桥结构挠度的测试。基准连杆的长度应该满足最大不能超过1米，否则产生的低频干扰信号较多，影响测量准确性，若桥梁长度的二十分之一小于1m，则基准连杆的长度可以选为桥梁长度的二十分之一到1m之间的长度，若桥梁长度的二十分之一大于1m，则选为1m，本实用新型基准连杆的长度范围0.5-1m能够满足这样的要求。基准连杆一端固定铰接在梁体侧面上，使得基准连杆能绕平行于梁体横截面的轴线转动，另一端铰接于在梁体侧面水平滑动的连接轴上，使得基准连杆既能沿梁体轴线滑动，又能绕平行于梁体横截面的轴线转动，这样的结构使得在梁体挠度方向或者横向变形时基准连杆不会被破坏，保证桥梁挠度多点同步测试装置测量的准确性。基准连杆位于梁体两端的基准连杆的端部与梁体的端部平齐，所有的位移传感器均分别设置在基准连杆的中部，且测量杆沿竖直方向、朝向一致，这样的设置保证了测得的数据准确，且符合标准挠度计算公式的要求，代入标准公式即可求得梁体的挠度值。
且由于选择了差动变压位移传感器，其为非接触式动静态位移传感器，可进行静态、动态挠度变形的同步测试；另外由于在位移测试传感器上设置了平衡块，保证了测量杆在测试过程中处于垂直状态，使得该装置避免了受梁体截面转动和基准连杆截面转动的影响，保证了测试结果的准确性和可靠性；本实用新型整个结构简单、实用，使用效果好、准确度高，可实现长期实时监测和试验检测，在桥梁结构挠度变形测试中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型实施例一中的桥梁挠度多点同步测试装置的示意图；
图2为本实用新型实施例一中的位移传感器连接在梁体侧面上的示意图；
图3为本实用新型实施例一中的位移传感器连接在基准连杆上的示意图；
图4为本实用新型实施例一中的桥梁挠度测试测点的布设示意图；
图5为本实用新型实施例一中的桥梁挠度测试梁体变形后基准连杆跨中距梁的距离示意图；
图6为本实用新型实施例一中的桥梁挠度测试梁体变形后基准连杆跨中的变形示意图。
附图标记：1-梁体侧面；2-第一基准连杆；3-第二基准连杆；4-第三基准连杆；5-位移传感器；51-测量杆；52-安装支架；53-平衡块；54-转动轴；6-固定铰接端；7-滑动铰接端。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-3所示，本实用新型提供的桥梁挠度多点同步测试装置，包括基准连杆，每个基准连杆均一端固定铰接在梁体侧面1上，使得基准连杆能绕平行于梁体横截面的轴线转动，另一端铰接于在梁体侧面1水平滑动的连接轴上，形成滑动铰接端7，使得基准连杆既能沿梁体轴线滑动，又能绕平行于梁体横截面的轴线转动。具体地，基准连杆的滑动铰接端7处在梁体侧面1上沿梁体轴线方向设置一滑槽，滑槽内嵌有一配合滑动的滑块，滑块上设置有垂直于梁体侧面的连接轴，基准连杆的滑动端7上开设有连接孔，连接孔间隙配合地穿接在上述连接轴上。这样的结构使得在梁体挠度方向或者横向变形时基准连杆不会被破坏，保证桥梁挠度多点同步测试装置测量的准确性。基准连杆的固定铰接端6和滑动铰接端7位于梁体的同一纵截面的同一水平线上。具体地，包括第一基准连杆2、第二基准连杆3和第三基准连杆4，三个基准连杆均设置于梁体侧面1上，且自下至上依次为第一基准连杆2、第三基准连杆4和第二基准连杆3。第一基准连杆2的左端与梁体的左端平齐，第三基准连杆4的右端与梁体的右端平齐。这样使得测量的值有正确的零点基数，符合标准挠度计算公式的要求。三个基准连杆的长度范围为0.5-1m，长度可以为0.5m、0.8m或者1m，在本实施例中三个基准连杆均为0.5m，基准连杆的长度应该满足最大不能超过1米，否则产生的低频干扰信号较多，影响测量准确性，若桥梁长度的二十分之一小于1m，则基准连杆的长度可以选为桥梁长度的二十分之一到1m之间的长度，若桥梁长度的二十分之一大于1m，则选为1m，本实施例的长度选择满足上述要求。
进一步的，第一基准连杆2的左端固定铰接在梁体上，右端铰接于在梁体侧面1水平滑动的第一连接轴上，第二基准连杆3的左端固定铰接在梁体上，右端铰接于在梁体侧面1水平滑动的第二连接轴上，且第二基准连杆3的左端与第一基准连杆2的中部位于一条竖直线上，第三基准连杆4的右端固定铰接在梁体上，左端铰接于在梁体侧面1水平滑动的第三连接轴上，第三基准连杆4的左端与第一基准连杆2的右端和第二基准连杆3的中部位于同一竖直线上，第二基准连杆3的右端与第三基准连杆4的中部位于同一竖直线上。
进一步的，桥梁挠度多点同步测试装置还包括位移传感器5，位移传感器5设置于三个基准连杆的中部位置处，位移传感器5包括测量杆51，测量杆51沿竖直方向设置，测量杆51的长度为位移传感器布设处梁体挠度变形的预估位移量的二倍，在本实施例中三个位移传感器5的测量杆51的长度均为6cm，且均朝上延伸设置。
进一步的，位移传感器5为差动变压式位移传感器，其为非接触式动静态位移传感器，可进行静态、动态挠度变形的同步测试。除了测量杆51外还包括套筒、安装支架52、转动轴54、支架底座和平衡块53，套筒连接在相应的基准连杆的中部位置处，安装支架52安装在与套筒的轴线位于同一条竖直线上的梁体侧面1上，转动轴54与梁体侧面1垂直设置，支架底座固定连接在梁体侧面1上，安装支架52安装在支架底座上，安装支架52与支架底座可绕转动轴54旋转，测量杆51沿套筒的轴线穿过套筒，平衡块53围绕安装支架52的外周均匀布于在安装支架52的外表面上，平衡块53的设置保证了测量杆51在测试过程中处于垂直状态，使得该装置避免了受梁体截面转动和基准连杆截面转动的影响，保证了测试结果的准确性和可靠性。进一步的，差动变压式位移传感器还包括探头线、信号放大器和电源输出端，从左往右依次连接，套筒内一侧设有初级线圈，另一侧设有两个次级线圈，初级线圈和两个初级线圈围成的空腔内设有一铁芯，铁芯与测量杆51相连接，初级线圈设置有输入电源，两个次级线圈设置有输出电源，输出电源与探头线连接。
下面以桥梁上的箱梁为检测对象，结合图4-6对本实用新型做进一步的描述：
基于基准传递原理的桥梁挠度测试方法首先是通过在待测梁体上装设基准连杆来实现测量基准的传递，然后在基准连杆中部与梁体相应位置安装差动变压式位移传感器，来实现对梁体实时挠度的测量。为具体说明其测试原理，下面以一多跨连续桥梁为例加以说明。
图4-6给出了基于基准传递原理的桥梁挠度测试的测点布置、梁体变形后基准连杆跨中距梁的距离及跨中的变形示意图。图中，Bi为第i个基准连杆安装后基准连杆中部与梁体相应位置之间差动变压式位移传感器的初值；Hi为梁体发生挠曲变形后第i个基准连杆中部与梁体相应位置之间差动变压式位移传感器的值；δi为由于梁动态变形引起的第i个基准连杆中部的振动变形值；fi为第i个基准连杆中部的梁体挠度值。
那么，梁体变形后第i个基准连杆跨中据梁体的距离为Δi＝Hi-Bi；Δi、δi和fi之间的关系如下式：
fi-(Δi+δi)＝(fi-1+fi+1)/2 (1)
对所有的测试基准连杆，可得到如下的矩阵表达式：
F＝KTD (2)
式中，挠度向量为F＝[f0,f1,f2,…fi…,fN-1,fN,fN+1]T；测量杆51与梁体之间相对位移向量D＝[Δ1+δ1,Δ2+δ2,…Δi+δi…,ΔN-1+δN-1,ΔN+δN]T；变换矩阵K为N行N+2列的矩阵，其形式如下：
值得注意的是，测量杆51在梁体发生动挠度时引起的振动变形δi可在测试的相对位移中通过低通滤波，这样就可以方便的在基准传递的基础上，通过差动变压式位移传感器得到梁体的挠度。
本实用新型的桥梁挠度多点同步测试装置是一种基于基准传递原理的挠度测试装置，通过在梁体侧面布设多个基准连杆，可实现对较大跨径梁桥结构挠度的测试。基准连杆的长度应该满足最大不能超过1米，否则产生的低频干扰信号较多，影响测量准确性，若桥梁长度的二十分之一小于1m，则基准连杆的长度可以选为桥梁长度的二十分之一到1m之间的长度，若桥梁长度的二十分之一大于1m，则选为1m，本实用新型基准连杆的长度范围0.5-1m能够满足这样的要求。每一个基准连杆一端固定铰接在梁体侧面1上，使得基准连杆能绕平行于梁体横截面的轴线转动，另一端铰接于在梁体侧面1水平滑动的连接轴上，使得基准连杆既能沿梁体轴线滑动，又能绕平行于梁体横截面的轴线转动，这样的结构使得在梁体挠度方向或者横向变形时基准连杆不会被破坏，保证桥梁挠度多点同步测试装置测量的准确性。基准连杆位于梁体两端的基准连杆的端部与梁体的端部平齐，所有的位移传感器均分别设置在基准连杆的中部，且测量杆沿竖直方向、朝向一致，这样的设置保证了测得的数据准确，且符合标准挠度计算公式的要求，代入标准公式即可求得梁体的挠度值。
且由于选择了差动变压位移传感器，其为非接触式动静态位移传感器，可进行静态、动态挠度变形的同步测试。另外由于在安装支架52外周设置了平衡块53，保证了测量杆51在测试过程中处于垂直状态，使得该装置避免了受梁体截面转动和基准连杆截面转动的影响，保证了测试结果的准确性和可靠性；本实用新型整个结构简单、实用，使用效果好、准确度高，可实现长期实时监测和试验检测，在桥梁结构挠度变形测试中具有广泛的应用前景。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，包括，
多个基准连杆，每个所述基准连杆的长度范围为0.5-1m，每个所述基准连杆一端固定铰接在梁体侧面(1)上，另一端铰接于在所述梁体侧面(1)水平滑动的连接轴上，且位于梁体两端的所述基准连杆的端部固定铰接于梁体端部；
多个位移传感器(5)，每个所述位移传感器(5)设置于每个所述基准连杆的中部，所述位移传感器(5)包括测量杆(51)，所述测量杆(51)沿竖直方向设置，且所有的所述测量杆(51)朝向一致，所述测量杆(51)的长度为所述位移传感器布设处梁体挠度变形的预估位移量的二倍。
2.根据权利要求1所述的桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，所述基准连杆设置有三个，分别为第一基准连杆(2)、第二基准连杆(3)和第三基准连杆(4)；
所述第一基准连杆(2)的左端固定铰接在所述梁体的左端，右端铰接于在所述梁体侧面(1)水平滑动的第一连接轴上；所述第二基准连杆(3)的左端固定铰接在所述梁体上，右端铰接于在所述梁体侧面(1)水平滑动的第二连接轴上，且所述第二基准连杆(3)的左端与所述第一基准连杆(2)的中部位于一条竖直线上；所述第三基准连杆(4)的右端固定铰接在所述梁体的右端，左端铰接于在所述梁体侧面(1)水平滑动的第三连接轴上，所述第三基准连杆(4)的左端与所述第一基准连杆(2)的右端和所述第二基准连杆(3)的中部位于同一竖直线上，所述第二基准连杆(3)的右端与所述第三基准连杆(4)的中部位于同一竖直线上。
3.根据权利要求2所述的桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，所述第一基准连杆(2)、所述第三基准连杆(4)和所述第二基准连杆(3)在所述梁体侧面(1)上自下至上依次设置。
4.根据权利要求2所述的桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，三个所述位移传感器(5)的测量杆(51)均朝上延伸设置。
5.根据权利要求4所述的桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，所述位移传感器(5)为差动变压式位移传感器，还包括套筒、安装支架(52)、转动轴(54)和平衡块(53)，所述套筒连接在相对应的所述基准连杆的中部位置处，所述安装支架(52)安装在与所述套筒的轴线位于同一条竖直线上的所述梁体侧面(1)上，所述转动轴(54)与所述梁体侧面(1)垂直设置，所述安装支架(52)能够绕所述转动轴(54)旋转，所述测量杆(51)沿所述套筒的轴线穿过所述套筒，所述平衡块(53)围绕所述安装支架(52)的外周均匀布于在所述安装支架(52)的外表面上。
6.根据权利要求5所述的桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，所述差动变压式位移传感器还包括支架底座，所述支架底座固定连接在所述梁体侧面(1)上，所述安装支架(52)安装在所述支架底座上，所述安装支架(52)与所述支架底座可绕所述转动轴(54)旋转。
7.根据权利要求5所述的桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，所述差动变压式位移传感器还包括依次连接的探头线、信号放大器和电源输出端，所述套筒内的一侧设有初级线圈，另一侧设有两个次级线圈，所述初级线圈和两个次级线圈围成的空腔内设有一铁芯。
8.根据权利要求7所述的桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，所述铁芯与所述测量杆(51)相连接。
9.根据权利要求7所述的桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，所述初级线圈设置有输入电源，两个次级线圈设置有输出电源。
10.根据权利要求9所述的桥梁挠度多点同步测试装置，其特征在于，所述输出电源与所述探头线连接。
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Granted publication date: 20181026 Termination date: 20200313 |
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