CN220829171U - 一种混凝土梁无支架挠度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混凝土梁无支架挠度测量装置，属于桥梁测量技术领域，本实用新型通过将三个拉线式位移传感器分别固定在混凝土梁的跨中线和两侧固定钢管支撑线上，并通过对拉线式位移传感器进行改进，消除了拉线式位移传感器的测量误差，通过三个拉线式位移传感器即可对混凝土量的挠度进行测量；本实用新型使用拉线式位移传感器进行混凝土梁无支架挠度测量，测量成本低，且能消除拉线式位移传感器的测量误差，成本低、测量精度高。此外，本实用新型的方法还可以用于弯桥的曲率半径测量。

Description

一种混凝土梁无支架挠度测量装置

技术领域

本实用新型属于桥梁测量技术领域，具体的说，涉及一种混凝土梁无支架挠度测量装置。

背景技术

目前桥梁荷载试验中测量挠度的仪器主要分为机械式和光电式。机械式主要有百分表、千分表、挠度计等；电子式有电阻式位移计和应变式位移计；光学仪器主要是水准仪和全站仪。机械式仪表安装方便、测量精度高、对环境适应性强、工作直观可靠、可重复使用，但灵敏度相对较低，使用时需搭设支架，不便于远距离操控，并难以自动量测和记录。连通管法操作简单、数据可靠、无累积误差、受环境影响小、测量速度快，可与自动化采集系统连接实现数据自动采集，但精度较低且对测量人员的操作水平要求较高。电测位移计精度高﹑数据采集方便，与自动化采集系统连接可实现自动采集，采集时间短，但桥下也需搭设支架，具有一定的现场局限性。精密水准仪原理简单﹑精度较高，不需要搭设支架，但测试距离有限，且对现场通视条件和观测者的业务水平要求较高。精密水准仪测量分为无基点水准法和有基点水准法，前者在测量时不需要参考点，效率较高。全站仪自动化程度高、测距远、测量时间短，不需要搭设支架，但是精度较低，仅适用于大跨径桥梁。

现有的桥梁挠度测量方法或精度不高，或需要支架，架设繁琐，或操作要求和环境要求较高，并不能满足对于现有桥梁的挠度检测。

发明内容

本实用新型使用拉线式位移传感器进行混凝土梁无支架挠度测量，测量成本低，且能消除拉线式位移传感器的测量误差，得到一种低成本、高精度的桥梁挠度测量装置。此外，本实用新型还可以用于弯桥的曲率半径测量。

拉线式位移传感器的构造见附图1，包括力平衡机构、轮毂、钢丝线、传感元件、信号处理部件和电缆。拉线传感器是利用高柔韧性复合钢丝来测量位移的。钢丝通过弹簧被绕于滚筒之上，由此将位移转变成旋转运动。滚筒直接与一个精密旋转编码器连接在一起，位移量从而转变成电流、电压或数字脉冲形式输出。

发明人发现，传统的拉线式位移传感器在变角度的工作条件下，会产生相应误差。拉线式位移传感器构造如附图2所示，在拉线式传感器测量角度变化时，会产生如附图3所示问题。图中实线代表试验前拉线式位移传感器位置；虚线代表试验后拉线式位移传感器位置；K点是拉线式位移传感器固定点；O点是试验前拉线式位移传感器钢丝线出口；O’点是试验后拉线式位移传感器出口；A为试验前被测对象位置；B为试验后被测对象位置；OA是试验前测量距离；OB是理想情况下试验后测量距离；O’B是试验后测量距离。由于拉线传感器在使用时，固定位置在传感器的中心位置K，而测点位置在钢丝线的出口O，因此在试验中拉线式位移传感器在发生旋转时，测量距离就会发生改变，如图中理想情况下的测量长度应为OB段，但实际测量长度为O’B，故在角度改变后会出现试验误差。

本实用新型通过对拉线式位移传感器进行改进，消除了拉线式位移传感器的测量误差，且通过三个拉线式位移传感器在混凝土梁上的布置及固定方式，通过三个拉线式位移传感器即可对混凝土量的挠度进行精确测量，鉴于此，本实用新型提供了一种混凝土梁无支架挠度测量装置。

所述的混凝土梁无支架挠度测量装置包括混凝土梁、三个拉线式位移传感器。

混凝土梁的跨中线上和梁体两侧固定钢管支撑线上分别开设一个固定孔，三个固定孔开设在混凝土梁截面的同一侧，且跨中线上固定孔高于两侧固定钢管支撑线上固定孔；三个拉线式位移传感器分别固定在三个固定孔内；三个拉线式位移传感器的钢丝绳依次固定在下一个拉线式位移传感器的钢丝绳出口管的管口处，三个拉线式位移传感器的钢丝绳围成一个三角形。

进一步的，三个拉线式位移传感器的钢丝绳在同一个平面上。

进一步的，所述的拉线式位移传感器的钢丝绳出口管的端口处设有固定板，固定板的底部、正对钢丝绳出口管的管口设有螺栓；拉线式位移传感器通过螺栓固定在固定孔内。

进一步的，所述固定板采用塑料材质；其上端面为与钢丝绳出口管相贴合的弧形面。

进一步的，还包括对混凝土梁施加负载的设备。

进一步的，对混凝土梁施加负载的设备为千斤顶。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过使用三个拉线式位移传感器来测量无支架混凝土梁的挠度。相较于传统的挠度测量方法，使用拉线式位移传感器可以避免天气的影响，降低人为误差，且测试仪器成本较低，操作简便。相对于全站仪测量法，可以应用于跨径较小的桥梁，并且不需要在夜间大气状态相对稳定的条件下进行；相对于百分表测量法和精密水准法，由于不需要人工读数，挠度变形量可以通过拉线式位移传感器读出拉绳的变化值，再通过三角函数计算求得，因此人为误差相对较小；相对于GPS测量法，首先仪器成本相对较低，而且由于GPS测量法测量周期较长，一般只适用于大跨度桥梁。同时，拉线式位移传感器适用于实验室测量混凝土梁挠度，实验设备成本低，操作方法简便。

本实用新型通过对拉线式位移传感器固定点的改变，可消除拉线式位移传感器的测量误差，提高测量精度。

本实用新型还可以用于弯桥的曲率半径测量，同样具有测量精度高、测量成本低的特点。

附图说明

图1是拉线式位移传感器的结构图；

图2是拉线式位移传感器构造图；

图3是现有拉线式位移传感器测量产生误差的原因说明图；

图4是本实用新型消除拉线传感器变角度工作误差示意图；

图5是本实用新型的拉线传感器的钢丝绳出口管与固定板连接关系正视图；

图6是本实用新型的拉线传感器的钢丝绳出口管与固定板连接关系侧视图；

图7是钢丝线螺旋式缠绕方式示意图；

图8是钢丝线弹簧式缠绕方式示意图；

图9是本实用新型混凝土试件测点布置示意图；

图10是本实用新型的三个拉线式位移传感器布置关系图；

图11本实用新型的挠度变形量计算示意图；

图12是本实用新型的弯桥测点布置示意图；

图13是本实用新型的弯桥曲率半径计算示意图；

图中，1是力平衡机构，2是轮毂，3是钢丝线，4是传感元件，5是信号处理部件，6是电缆。7是拉线传感器主体部分，8是轮毂，9是钢丝线出口管；

图3中，10是试验前拉线式位移传感器位置，11是试验后拉线式位移传感器位置，K是拉线式位移传感器固定点，O是试验前拉线式位移传感器钢丝线出口，O’是试验后拉线式位移传感器出口，A是试验前被测对象位置，B是试验后被测对象位置，OA是试验前测量距离，OB是理想情况下试验后测量距离，O’B是试验后测量距离；

图4中，K是试验前拉线式位移传感器中心，K’是试验后拉线式位移传感器中心，O是钢丝线出口(固定点)，OA是试验前测量距离，OB是试验后测量距离；

图5和6中，9是拉线传感器钢丝线出口，12是固定用塑料板，13是固定螺栓；

图9中，14是混凝土梁，15是混凝土梁两侧支承处，16是混凝土试件两侧边缘支承点处的测点，17是混凝土试件上侧跨中处的测点；

图12中，18是弯桥桥面；19是弯桥两侧靠近桥台的测点；20是弯桥跨中测点。

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楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了更清楚说明本实用新型，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

一种混凝土梁无支架挠度测量装置

如附图4、5、6、9和10，所述的混凝土梁无支架挠度测量装置包括混凝土梁、三个拉线式位移传感器和千斤顶。

混凝土梁的跨中线上和梁体两侧固定钢管支撑线上分别开设一个固定孔，三个固定孔开设在混凝土梁截面的同一侧，且跨中线上固定孔高于两侧固定钢管支撑线上固定孔。

拉线式位移传感器的钢丝绳出口管9的端口处设有固定板12，固定板12的底部、正对钢丝绳出口管9的管口设有螺栓13；拉线式位移传感器通过螺栓13固定在固定孔内。螺栓13成为拉线式位移传感器的固定点，如附图4所示，在测量时，可消除如附图3的测量误差。固定后，三个拉线式位移传感器的钢丝绳依次固定在下一个拉线式位移传感器的钢丝绳出口管的管口处，三个拉线式位移传感器的钢丝绳围成一个三角形，且三个拉线式位移传感器的钢丝绳在同一个平面上，如此可减小测量误差。

固定板采用塑料材质；其上端面为与钢丝绳出口管相贴合的弧形面。

千斤顶用于对混凝土梁施加负载。

作为一种优选方案，钢丝绳的采用弹簧形缠绕方式(如附图8)，因为当拉线式位移传感器的钢丝线是以平面螺旋线(如附图7)的方式缠绕在轮毂中，在测量时，随着位移的增加，钢丝线圈的半径会减小，一圈的周长会减小，在使用时会产生误差。因此使用弹簧式的缠绕方法，不会发生半径变化的问题，减少测量误差。

实施例2

使用如实施例1的测试设备，进行混凝土梁无支架挠度测量方法，包括以下步骤：

(1)将三个拉线式位移传感器分别固定在三个固定孔处。

(2)将拉线式位移传感器的钢丝线依次固定在下一个拉线式位移传感器的钢丝绳出口管的管口处，将钢丝绳绷紧，三个拉线式位移传感器的钢丝线围成一个三角形，如附图11，得到三角形的三边长分别为L1、L2、L3；计算出此时的三角形的高为，

(3)对混凝土梁的跨中位置进行加载，三角形的三条边的边长发生变化，分别为L1’、L2’、L3’，计算出变化之后三角形的高，

(4)计算加载前后的三角形的高度变化，即得混凝土梁的挠度，

f＝H-H’

(5)根据三角形底边长度变化量求得混凝土梁试件的纵向变形ΔX＝L2’-L2。

式中，

H为加载前三角形的高；L2为加载前三角形的底边长；L1/L3为加载前三角形的两个腰长；H’为加载后三角形的高；L2’为加载后三角形的底边长；L1’/L3’为加载后三角形的两个腰长；f为混凝土梁的挠度。

实施例3

使用实施例1的测量设备，进行弯桥曲率半径测量的方法，测量原理如附图12，测量方法包括以下步骤：

(1)如附图11，在弯桥的跨中线上和梁体两侧固定钢管支撑线上分别开设一个固定孔，三个固定孔开设在弯桥截面的同一侧，且跨中线上固定孔高于两侧固定钢管支撑线上固定孔。

将三个拉线式位移传感器分别固定在三个固定孔处。

(2)将拉线式位移传感器的钢丝线依次固定在下一个拉线式位移传感器的钢丝绳出口管的管口处，将钢丝绳绷紧，三个拉线式位移传感器的钢丝线围成一个三角形。

测得三角形的三个边长，得到弯桥的曲率半径r为：

式中，r为弯桥的曲率半径；b为三角形底边长度的1/2；h为三角形的高。

三角形的高的计算方法同实施例2。

(3)对弯桥加载，弯桥在横桥向变形，三角形的三个边发生变化，测量变化后的三角形的三边，得到变形后弯桥的曲率半径为，

式中，r’为变形后弯桥的曲率半径；b’为变形后三角形底边长度的1/2；h’为变形后三角形的高。

(4)由曲率半径，可得到弯桥曲率

最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种混凝土梁无支架挠度测量装置，其特征在于，包括混凝土梁、三个拉线式位移传感器；

混凝土梁的跨中线上和梁体两侧固定钢管支撑线上分别开设一个固定孔，三个固定孔开设在混凝土梁截面的同一侧，且跨中线上固定孔高于两侧固定钢管支撑线上固定孔；

三个拉线式位移传感器分别固定在三个固定孔内；三个拉线式位移传感器的钢丝绳依次固定在下一个拉线式位移传感器的钢丝绳出口管的管口处，三个拉线式位移传感器的钢丝绳围成一个三角形。

2.根据权利要求1所述的混凝土梁无支架挠度测量装置，其特征在于，三个拉线式位移传感器的钢丝绳在同一个平面上。

3.根据权利要求1或2所述的混凝土梁无支架挠度测量装置，其特征在于，所述的拉线式位移传感器的钢丝绳出口管的端口处设有固定板，固定板的底部、正对钢丝绳出口管的管口设有螺栓；拉线式位移传感器通过螺栓固定在固定孔内。

4.根据权利要求3所述的混凝土梁无支架挠度测量装置，其特征在于，所述固定板采用塑料材质；其上端面为与钢丝绳出口管相贴合的弧形面。

5.根据权利要求3所述的混凝土梁无支架挠度测量装置，其特征在于，还包括对混凝土梁施加负载的设备。

6.根据权利要求5所述的混凝土梁无支架挠度测量装置，其特征在于，对混凝土梁施加负载的设备为千斤顶。