CN208171233U - 一种桥梁挠度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利涉及一种桥梁挠度测试装置，属于土木工程桥梁检测应用技术领域。所述桥梁挠度测试装置包括测点定位片1、轻质硬杆2、位移传感器3、横向限位孔4、可调式水平台5；所述测点定位片1固定于测试梁体测点位置；轻质硬杆2包括上端段2A、中间段2B和下端段2C；横向限位孔4限制轻质硬杆2不发生横向位移；其使用方法为：按设计方案和图纸组装后使得轻质硬杆2保持铅垂，然后通过轻质硬杆将桥梁的扰度信息传递给位移传感器；通过信号采集从而实现对桥梁扰度信息的测试。

Description

一种桥梁挠度测试装置

技术领域

本实用新型专利涉及一种桥梁挠度测试装置，属于土木工程桥梁检测应用技术领域。

背景技术

桥梁是现代交通网络的关键节点和重要组成部分，其服役过程中安全性、可靠性与人类生命安全和社会经济息息相关。随着桥梁使用时间的延长以及长期交通荷载作用，桥梁结构不可避免地发生性能退化和老化，对既有桥梁进行检测、监测与状态评估将逐步常态化。而桥梁在荷载作用下挠度的测试一直以来是进行桥梁承载能力检测的关键内容。

现阶段进行挠度测试的方法主要包括适用于大跨度桥梁的倾角仪法、连通管法、GPS法，以及适用于中小跨度桥梁的精密水准仪法、全站仪法、位移传感器法等。其主要特性分别如下：

(1)倾角仪法。首先在测点布置QY型倾角仪，测量测点位置的倾角值数据，然后对数据进行处理即可拟合出桥梁的静、动挠度曲线。其优点是测试性能稳定、测试成本较低、方便安装和维护。缺点是倾角仪的使用对大气能见度的要求较高，不适合于雨雾天气的桥梁挠度测量；间接测试，测试精度有限；而且倾角仪测量的是桥梁表面高度的变化情况，不适于桥面沉降较大的桥梁。

(2)连通管法。测量前沿桥梁跨度方向布置管子，在测点位置利用三通连接一个固定的竖向管子，在管子内注入液体，测量时桥梁荷载变化会引起测点管子的相对水位的变化，对相对水位的变化值进行处理即可得到桥梁挠度。这种方法的优点是测量数据可靠，测量操作简单易行，受天气等环境因素干扰小。缺点是安装和使用较为复杂，测试精度有限。

(3)GPS传感器法。利用GPS定位系统和GPS位移传感器测试桥梁挠度，成本较高，测量精度有限，只适合于大型悬索桥等挠度变化较大的桥梁静挠度测试和长期健康监测。以上三种挠度测试方法测试精度有限，安装复杂，成本造价相对较高，主要适合于跨度较大、变形量大的大型桥梁。

(4)水准仪法。适合于中、小跨径桥梁的临时检测，测量时利用水准仪和水准尺测量加载前、后桥面指定点位的高差作为梁体挠度变形。其优点是易于安装，操作简单，精度较高。其缺点是耗时长，效率低，受桥梁跨径、坡度及天气等因素影响较大，且只能进行静态测试；由于直接测试量为桥面铺装层的高度变化，而非梁体的实际变形，当铺装层较厚时会导致一定误差。

(5)位移传感器法。是目前中小桥梁检测采用较多的挠度测试方法，一般采用高精度位移传感器(含数据线)和测试仪完成测量。其主要特征是进行相对位移测试时需要辅助设备拉近测点与传感器二者之间距离。常见的两种方法如：①悬锤法辅助测试、②搭设支架法辅助测试。

悬锤法通过对梁体进行膨胀螺栓打孔，用柔绳悬挂铅锤将梁上测点引至地面进行测量，这种方法对梁体造成有损破坏，无法避免柔绳和重锤晃动的影响，对桥下场地也有一定要求，在松软土质、浅水区域、不规则地形等区域无法布置合适的工作平台，且仅仅限于静态测试。

搭设支架进行辅助测量，把地面参考点往上引(上引的高度一般比较大)，可有效避免悬锤法的系列问题，具备较高的测试精度且能同时进行动、静挠度的测试，其主要问题在于消耗较高的经济成本和时间成本，当桥梁距离地面高度较大时保证支架安全性和稳定性所需成本较大。

综合分析桥梁挠度测试方法，可以发现对于中小跨度桥梁而言，位移传感器法是测试精度最高的测试方法，但目前位移传感器的使用存在一定的局限性。本实用新型提出一种新的辅助装置和测试方法，可克服上述局限性，在保证测试精度的前提下，还具有安装方便、时间及经济成本较低、对主体结构无损、且能同时较好地进行静、动态测试。

实用新型内容

针对现有用于中小跨桥梁挠度测试方法“悬锤法”存在的测试精度低、适用环境有限、只能进行静态测试；以及“搭设支架法”存在的时间和经济成本高，安装不便等系列问题。本实用新型提供一种桥梁挠度测试装置。本实用新型的测试装置可以以获取较高的测试精度、降低测试成本、同时适合于静、动态测试。

一种桥梁挠度测试装置，所述桥梁挠度测试装置包括：测点定位片1、轻质硬杆2、位移传感器3、横向限位孔4、可调式水平台5；

测点定位片1用于连接桥梁和轻质硬杆2，组装后，所述轻质硬杆2的一端与定位片1相连，另一端伸入横向限位孔4内，横向限位孔4使得轻质硬杆2只能上下移动；所述位移传感器3采集轻质硬杆2的竖向位移数据；所述位移传感器3、横向限位孔4固定在可调式水平台5上。

一种桥梁挠度测试装置，轻质硬杆2为拼接延长的多段杆或非拼接直杆。当轻质硬杆2为拼接延长的多段杆时，在各段连接处设置销轴，保证延长状态下各节段间不产生竖向相对位移。

一种桥梁挠度测试装置，轻质硬杆2分为上端段2A、中间段2B和下端段2C；上端段2A顶部设有磁性接头a1，测点定位片1上设有磁性接口(含有可控强磁性物质)；上端段2A上磁性接头a1与测点定位片1上的磁性接口通过磁性连结；下端段2C的底部c3位于横向限位孔4内。

一种桥梁挠度测试装置，所述轻质硬杆2包括上端段2A、中间段2B和下端段2C；上端段2A从上至下依次包括磁性接头a1、连接球铰a2和主体杆a3；中间段2B由单段或多段轻质硬杆连接组成；下端段2C从上至下依次包括上部c1、中间凸起部分c2和底部c3；

测点定位片1上设有的磁性接口；

组装后，轻质硬杆上端段2A上磁性接头a1与测点定位片1上的磁性接口通过磁性连结(避免额外安装操作)；轻质硬杆下端段2C的底部c3伸入横向限位孔4内，横向限位孔4使得轻质硬杆2只能上下移动；所述位移传感器3采集中间凸起部分c2的竖向位移数，该数据即为轻质硬杆下端段2C的竖向位移数据。

使用时，磁性接头a1与上端段的主体部分连接通过球铰a2连接。使用时，上端段2A的主体部分a3可以自由下垂(即可以保持铅垂)。

一种桥梁挠度测试装置，组装后，下端段2C的中部位于横向限位孔4外；且下端段中部设有凸出部分c2，供位移传感器接触测试用。

一种桥梁挠度测试装置，可调式水平台5包括底部为三角架支撑的平台。

一种桥梁挠度测试装置，轻质硬杆2垂直安装于可调式水平台5上后，二者的垂直高度之和为2-15米，且等于待测点的离地高度。

一种桥梁挠度测试装置的使用方法，包括下述步骤：

步骤一

在待测桥梁上选定测试点，先将测点定位片1固定于测试点上，然后在测点下方固定可调式水平台5；

步骤二

在所搭建的水平台5上固定横向限位孔4；然后连接多段轻质硬杆至合适长度或选择合适长度的非拼接轻质硬杆，将其上端段2A的顶部与测点定位片1相连，并使连接后的轻质硬杆2垂直于测点定位片1所在水平面，同时使连接后的轻质硬杆下端段伸入固定限位装置4内，固定限位装置4使得轻质硬杆2只能在竖直方向移动；选择位移传感器3并将其固定于水平台5上用来测量轻质硬杆在竖直方向的位移数据；

步骤三

位移传感器连接至测试仪器，测试、记录荷载作用下由梁体传递至轻质硬杆下端段2C的竖向位移数据信息，即得到桥梁测点的挠度数据。

作为优选；步骤二中；在所搭建的水平台5上固定横向限位孔4；然后连接多段轻质硬杆至合适长度或选择合适长度的非拼接轻质硬杆，将其上端段2A的顶部a1与测点定位片1相连，并使连接后轻质硬杆主体部分垂直于测点定位片1所在水平面。同时使连接后的轻质硬杆下端段2C的下端部分c3伸入固定限位装置4内，固定限位装置4使得轻质硬杆2只能在竖直方向移动；选择位移传感器3并将其固定于水平台5上用来测量轻质硬杆下端段2C在竖直方向的位移数据。在实际应用时，一般采用位移传感器3检测凸出部分c2的竖直位移数据。

原理和优势

本实用新型首次提出了采用轻质刚性硬质杆来传递桥梁的挠度信息，实现对桥梁静、动态扰度的精密检测。

本挠度测试装置的的实用新型原理是，装置的测点定位连接部分和可延长杆件部分进行组合然后固定在测点位置，组合之后与测点位置挠度同步变化。

装置的固定平台部分用以搭建可以适用各种地理条件的测试平台。

在桥梁上选定一定数量的测点位置固定(预埋或粘贴)测点定位片，作为长期测试点，便于实现不同时期对同一测试的试验数据进行比对，从而准确判断桥梁承载力的变化情况。

有益效果

1.本桥梁动挠度测试装置及方法对桥梁测点的设定，可通过在桥梁底部相应位置预埋测点定位片，或在桥梁底部通过胶粘方式固定测点定位片，不会造成因钻孔等操作而导致桥梁结构局部损伤，实现了无损检测。

2.本实用新型所述预埋或者粘连设置的测点具备一次设置多次(长期)使用的特点，便于实现对结构的比较监测或长期监测。有效避免针对同一桥梁不同时间段开展多次试验时测点(比较对象)不统一的问题。

3.本实用新型所述方法与柔绳“悬锤法”相比受风荷载因素的影响小，可以适应更加复杂的天气条件，由于消除了柔绳抖动的影响，在风力较大的天气环境中亦可适用。特别适合于梁高在15米以内的中小型桥梁。

4.本实用新型所述方法引入了可伸缩脚架及固定平台，可适用于桥下有积水、有(浅水)河流通过或者土质松软的复杂环境。

5.经济性。现有基于搭建支架的挠度测试费时费力、经济成本较高。而本实用新型所述方法进行挠度测试操作方便，可以节省大量的时间成本和经济成本。以一座高8米、跨度20米的单跨简支梁桥为例，使用搭设支架辅助方法对测试桥梁底部1/4、1/2、3/4截面多个测点进行挠度测试时，辅助支架所需人力、材料等总成本约为3-4万元，而使用本实用新型挠度测试装置则可节省该项费用。

6.测试精度高。本实用新型中的测试装置既可用于静挠度测试，也可用作动挠度测试。

附图说明

图1本桥梁挠度测试装置的结构示意图；

图2本桥梁挠度测试装置中测点定位片示意图；

图3本桥梁挠度测试装置中轻质硬杆示意图；

图4本桥梁挠度测试装置中位移传感器图；

图5本桥梁挠度测试装置中横向限位孔示意图；

图6本桥梁挠度测试装置中可调式平台示意图；

图7为测试现场布置简图；

从图1可以看出：整个测试装置按从上至下由五个部件组成：测点定位片1、轻质硬杆2、位移传感器3、横向限位孔4、可调式平台5。

从图2中可以看出：测点定位片1用于将本专利实用新型桥梁挠度测试装置固定在桥梁底部测点位置。测点定位片1与轻质硬杆2连接的位置为a1。

从图3中可以看出：轻质硬杆2为可拼接延长的多段杆。且分为上端段2A、中间段2B和下端段2C。上端段2A的上部包含磁性接头a1，含有可控强磁性。测试时，磁性接头a1与测点定位片1通过磁性连接，避免额外安装操作。磁性接头a1与上端段2A的主体部分a3连接通过球铰a2连接。测试时，上端段2A的主体部分a3可以自由下垂，且只发生竖向移动。轻质硬杆2的中间段2B可由分段杆件组合而成，在各段连接处设置销轴，保证延长状态下各节段间不产生竖向相对位移，可延长轻质硬杆上段的螺杆接头与内置螺母连接，下段固定在固定限位装置上。

从图4中可以看出：位移传感器3选用市场上现有的传感器，根据测试目的和测试精度进行选择。测试时位移传感器3抵在下端段2C的凸出部分c2处。测试时，桥梁挠度的变化通过轻质硬杆2传递，轻质硬杆2的c2处位置的竖向位移变化与桥梁挠度变化一致，通过位移传感器3测试轻质硬杆2下端段c2位置的位移变化，以此表征桥梁的挠度变化。

从图5中可以看出：横向限位孔4限制轻质硬杆2的横向运动，使其只能发生竖向移动。

从图6中可以看出：可调式平台5位于整个装置的最下部，用以构建一个工作平台，在工作平台上固定横向限位孔4和挠度传感器3。

从图7可以看出：测试现场布置的基本情况。由图7可以看出，本实用新型测试现场比较简单，方便对现场的控制。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清晰，下面结合具体图示，对本实用新型的技术方法进行进一步阐述。在附图中，相同标号表示相同或类似的原件，所描述的实施例是本专利的全部实施例中的一个。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，术语“上部”、“下部”、“端部”、“竖向”、“横向”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，同时也是表示装置使用的是位置关系，但是并不表示元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例1

按照图1-6设计各部件，按图7的方式组装；

在本实施例中，轻质硬杆2的总长约为7.8米、位移传感器3为“L”型动位移传感器；可调式平台5的高度约为1米；桥梁的高度为8.5米、跨度为30米。

采用质量为35吨的测试车辆进行测试；收集桥梁挠度数据；同时搭设支架法测试数据，作为验证数据；所收集的数据和验证数据相比较；可信度大于95％。

以上显示和描述了本实用新型专利的基本原理、主要特征和本实用新型专利的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型专利的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型专利范围内。本实用新型专利要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种桥梁挠度测试装置，其特征在于：所述桥梁挠度测试装置包括：测点定位片1、轻质硬杆2、位移传感器3、横向限位孔4、可调式水平台5；

测点定位片1用于连接桥梁和轻质硬杆2，组装后，所述轻质硬杆2的一端与定位片1相连，另一端伸入横向限位孔4内，横向限位孔4使得轻质硬杆2只能上下移动；所述位移传感器3采集轻质硬杆2的竖向位移数据；所述位移传感器3、横向限位孔4固定在可调式水平台5上。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁挠度测试装置，其特征在于：轻质硬杆2为拼接延长的多段杆或非拼接直杆。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁挠度测试装置，其特征在于：轻质硬杆2分为上端段2A、中间段2B和下端段2C；上端段2A顶部设有磁性接头a1，测点定位片1上设有磁性接口；上端段2A上磁性接头a1与测点定位片1上的磁性接口通过磁性连结；下端段2C的底部c3位于横向限位孔4内。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁挠度测试装置，其特征在于：

所述轻质硬杆2包括上端段2A、中间段2B和下端段2C；上端段2A从上至下依次包括磁性接头a1、连接球铰a2和主体杆a3；中间段2B由单段或多段轻质硬杆连接组成；下端段2C从上至下依次包括上部c1、中间凸起部分c2和底部c3；

测点定位片1上设有的磁性接口；

组装后，轻质硬杆上端段2A上磁性接头a1与测点定位片1上的磁性接口通过磁性连结；轻质硬杆下端段2C的底部c3伸入横向限位孔4内，横向限位孔4使得轻质硬杆2只能上下移动；所述位移传感器3采集中间凸起部分c2的竖向位移数，该数据即为轻质硬杆下端段2C的竖向位移数据。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁挠度测试装置，其特征在于：可调式水平台5包括底部为三角架支撑的平台。

6.根据权利要求1所述的一种桥梁挠度测试装置，其特征在于：轻质硬杆2垂直安装于可调式水平台5上后，二者的垂直高度之和为2-15米，且等于待测点的离地高度。