一种桥梁挠度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁挠度测量装置及测量方法，属于桥梁工程测量技术领域。

背景技术

桥梁的健康安全监测是至关重要的，不仅是避免事故的发生，而且也是保证大跨桥梁的安全运营的重要手段，可以不断完善大跨度桥梁的设计理论缺陷，降低桥梁维修加固的费用，不断提高设计的水平，为深入研究大跨度桥梁结构及其环境中的未知或不确定性问题提供科学的实测数据，所以桥梁的健康监测具有非常重要的理论意义和经济效益。桥梁挠度是桥梁结构运营状态的综合反映，桥梁动态挠度和转角是桥梁受力变形的直观体现和主要判断依据，其监测系统是桥梁健康监测系统里的一个重要子系统。

对桥梁施加静态荷载或动态荷载情况下的来检测其竖向挠度，比较成熟的检测方法主要有以下几种挠度测量方法：(1)利用百分表、千分表表等位移计测量桥梁挠度，支架的搭建以及表盘的安装和拆卸都比较繁琐，工作效率比较低，且使用时间久或者拆洗维修后需要重新进行标定。(2)采用全站仪、激光等光学测量仪器测量桥梁挠度，全站仪受人为影响干扰较大，激光则是需要在一定天气环境下才能准确测量，天气和光线会十分影响测量精度，且无法适用于桥梁动态挠度的监测，误差较大。(3)利用光电图像原理采集桥梁图像信号进行挠度测量，测量距离和分辨率之间存在着无法调和的矛盾，即当测量距离较远时，系统准确获取发光物体的能力下降；气候条件也会在某些程度上降低测量精度，即当出现大雾、阴霾、扬尘等天气，系统准确获取发光物体的能力下降，这些问题无疑都会对测量结果造成一定的误差，降低测量结果的精度。(4)基于连通管原理，根据开放式连通管内的液面的变化测量桥梁挠度，但这种方法仪器的安装和拆卸十分繁琐，并且在参数转换和动态响应的特性中涉及到非常复杂的算法，数据处理非常困难。(5)利用GPS差分定位法测量桥梁挠度，由于GPS接收机价格比较昂贵，精度也不高，性价比较低，一般难以克服大气折射的影响，在实际工程测量过程中也受到了一定的限制。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种桥梁挠度测量装置及测量方法。本发明实现其发明目的首先提供一种桥梁挠度测量装置，包括拉绳传感器，其结构特征是：所述桥梁挠度测量装置还包括将拉绳传感器水平安装在桥梁一侧桥墩处的安装支架，在拉绳传感器前方设置的使得拉绳传感器延伸出来的钢绳保持水平的定滑轮一，安装在桥跨结构底部挠度监测位点的钢绳固定装置和在钢绳固定装置旁边设置的使得钢绳垂直于桥跨结构底部的定滑轮二；拉绳传感器延伸出来的钢绳绕过定滑轮一，拉向桥跨结构底部定滑轮二，绕过定滑轮二固定于钢绳固定装置上。

定滑轮一水平放置用于辅助拉绳传感器延伸出钢绳保持水平，使得钢绳不与传感器出线口有摩擦，导致钢绳线材磨损；定滑轮二垂直放置用于辅助固定在固定装置的钢绳保持垂直，作用是使钢绳方向发生改变转换竖直位移使得挠度数值更容易计算；同时使用定滑轮能够减少钢绳与定滑轮之间的摩擦，延长钢绳使用寿命。

进一步，本发明测量装置所述钢绳固定装置为固定环扣，钢绳前端设置有环扣螺纹，用于与固定环扣进行固定。

进一步，本发明测量装置所述拉绳传感器通过安装支架水平安装在桥墩上方，靠近桥墩支撑桥跨结构的位置。这样的安装方式可以更方便的采集传感器数据和调整安装支架。

当拉绳传感器通过安装支架水平安装在桥墩上方，靠近桥墩支撑桥跨结构的位置时，采用本发明桥梁挠度测量装置测量桥梁挠度的方法的具体步骤是：

S1、在桥梁的桥墩和桥跨结构上安装桥梁挠度测量装置，保证拉绳传感器延伸出来的钢绳保持水平，与钢绳固定装置固定连接的钢绳与桥跨结构底部垂直；

S2、根据桥梁所处环境因素，调整拉绳传感器的拉力数值，使拉绳位移传感器不受风力等环境影响，精准得反映出桥梁挠度监测位点的挠度变化；

S3、记录桥梁挠度测量装置的初始尺寸数据，包括桥梁空载时拉绳传感器延伸出的初始钢绳长度l，钢绳在钢绳固定装置上的固定位置与定滑轮二最底部之间的垂直距离a，拉绳传感器出线端与定滑轮一中心轴之间的水平距离b，挠度监测位点与定滑轮一中心轴之间的水平距离x；

S4、实时监测拉绳传感器所测得的实际位移增量Δl，根据实际位移增量Δl和步骤s3记录的初始尺寸数据计算挠度监测位点的挠度值δ，

进一步，本发明测量装置所述拉绳传感器通过安装支架水平安装在在桥墩中间位置。

当拉绳传感器通过安装支架水平安装在在桥墩中间位置时，采用本发明桥梁挠度测量装置测量桥梁挠度的方法的具体步骤是：

S1、在桥梁的桥墩和桥跨结构上安装桥梁挠度测量装置，保证拉绳传感器延伸出来的钢绳保持水平，与钢绳固定装置固定连接的钢绳与桥跨结构底部垂直；

S2、根据桥梁所处环境因素，调整拉绳传感器的拉力数值，使拉绳位移传感器不受风力等环境影响，精准得反映出桥梁挠度监测位点的挠度变化；

S3、记录桥梁挠度测量装置的初始尺寸数据，包括桥梁空载时拉绳传感器延伸出的初始钢绳长度l，钢绳在钢绳固定装置上的固定位置与定滑轮二最底部之间的垂直距离a，拉绳传感器出线端与定滑轮一中心轴之间的水平距离b，挠度监测位点与定滑轮一中心轴之间的水平距离x；

S4、实时监测拉绳传感器所测得的实际位移增量Δl，根据实际位移增量Δl和步骤s3记录的初始尺寸数据计算挠度监测位点的挠度值δ，

与现有技术相比，本发明的测量原理和有益效果是：

拉绳位移传感器是直线位移传感器在结构上的精巧构成，充分结合了角度传感器和直线位移传感器的优点，尺寸小、结构紧凑、测量行程大、精度高的传感器，行程从几百毫米至几十米不等。拉绳传感器内部有控制拉力数值的装置可保证拉绳的拉伸收缩的张紧度不变，从而使得拉绳传感器根据外界环境干扰度不同，选择不同拉紧力，避免外界环境影响。本发明测量装置和测量方法中，当桥梁挠度发生变化时，拉绳传感器的拉绳会随之进行拉伸或是收缩，拉绳传感器输出的与位移增量相关的电信号发生变化，通过处理和分析电信号的变化量可以得到实际位移增量，结合挠度监测位点的距离、滑轮尺寸等数据计算得出实际桥梁挠度变化量。

本发明装置在桥跨结构底部设置挠度监测位点可以有效的避免桥面上的各种干扰因素，并且环境、天气等影响也会降至最低，得出更加真实有效的桥梁挠度变化信息。而且安装方式简单且灵活，只需在桥梁挠度监测位点底部布置定滑轮，桥墩上的拉绳位移传感器、安装支架、定滑轮等装置，也可以根据不同桥梁类型改变安装点位和方式。另外，本发明采用拉绳传感器，利用拉绳位移传感器的拉力数值可调节以应对不同桥梁下的风力大小，使拉绳位移传感器得出的数据更能精确地反映桥梁挠度变化。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例一桥梁挠度测量装置布置示意图。

图2为本发明实施例一桥梁挠度计算原理示意图。

图3为本发明实施例二桥梁挠度测量装置布置示意图。

图4为本发明实施例二桥梁挠度计算原理示意图。

图中，1为拉绳传感器，2为安装支架，3为定滑轮一，4为挠度监测位点，5为定滑轮二，6为钢绳固定装置。

具体实施方式

实施例一

图1示出，一种桥梁挠度测量装置，包括拉绳传感器1，其结构特征是：所述桥梁挠度测量装置还包括将拉绳传感器1水平安装在桥梁一侧桥墩处的安装支架2，在拉绳传感器1前方设置的使得拉绳传感器1延伸出来的钢绳保持水平的定滑轮一3，安装在桥跨结构底部挠度监测位点4的钢绳固定装置6和在钢绳固定装置6旁边设置的使得钢绳垂直于桥跨结构底部的定滑轮二5；拉绳传感器1延伸出来的钢绳绕过定滑轮一3，拉向桥跨结构底部定滑轮二5，绕过定滑轮二5固定于钢绳固定装置6上。

本例中所述钢绳固定装置6为固定环扣，钢绳前端设置有环扣螺纹，用于与固定环扣进行固定。

本例中所述拉绳传感器1通过安装支架2水平安装在桥墩上方，靠近桥墩支撑桥跨结构的位置。

图1是为了表现测量装置结构的示意图，实际情况中，定滑轮尺寸相比与桥梁尺寸十分小。

采用上述桥梁挠度测量装置测量桥梁挠度的方法，包括以下步骤：

S1、在桥梁的桥墩和桥跨结构上安装桥梁挠度测量装置，保证拉绳传感器1延伸出来的钢绳保持水平，与钢绳固定装置6固定连接的钢绳与桥跨结构底部垂直；

S2、根据桥梁所处环境因素，调整拉绳传感器1的拉力数值，使拉绳位移传感器不受风力等环境影响，精准得反映出桥梁挠度监测位点4的挠度变化；

S3、记录桥梁挠度测量装置的初始尺寸数据，包括桥梁空载时拉绳传感器1延伸出的初始钢绳长度l，钢绳在钢绳固定装置6上的固定位置与定滑轮二5最底部之间的垂直距离a，拉绳传感器1出线端与定滑轮一3中心轴之间的水平距离b，挠度监测位点4与定滑轮一3中心轴之间的水平距离x；

S4、实时监测拉绳传感器1所测得的实际位移增量Δl，根据实际位移增量Δl和步骤s3记录的初始尺寸数据计算挠度监测位点4的挠度值δ，

图2为本例桥梁挠度计算原理示意图，本例中实际位移增量Δl为正值。实线代表挠度变化前拉绳传感器延伸出的钢绳状态(初始值，桥梁空载时)，虚线代表桥梁挠度变化后拉绳传感器延伸出的钢绳的状态，忽略定滑轮上绕的钢绳的长度，因为在实际情况中，定滑轮尺寸相比于桥梁尺寸是十分小的，在定滑轮上的钢绳长度忽略不计。

实施例二

图3示出，一种桥梁挠度测量装置，包括拉绳传感器1，其结构特征是：所述桥梁挠度测量装置还包括将拉绳传感器1水平安装在桥梁一侧桥墩处的安装支架2，在拉绳传感器1前方设置的使得拉绳传感器1延伸出来的钢绳保持水平的定滑轮一3，安装在桥跨结构底部挠度监测位点4的钢绳固定装置6和在钢绳固定装置6旁边设置的使得钢绳垂直于桥跨结构底部的定滑轮二5；拉绳传感器1延伸出来的钢绳绕过定滑轮一3，拉向桥跨结构底部定滑轮二5，绕过定滑轮二5固定于钢绳固定装置6上。

本例中所述钢绳固定装置6为固定环扣，钢绳前端设置有环扣螺纹，用于与固定环扣进行固定。

本例中所述拉绳传感器1通过安装支架2水平安装在桥墩中间位置。

图3是为了表现测量装置结构的示意图，实际情况中，定滑轮尺寸相比与桥梁尺寸是十分小的。

采用上述桥梁挠度测量装置测量桥梁挠度的方法，包括以下步骤：

S1、在桥梁的桥墩和桥跨结构上安装桥梁挠度测量装置，保证拉绳传感器1延伸出来的钢绳保持水平，与钢绳固定装置6固定连接的钢绳与桥跨结构底部垂直；

S2、根据桥梁所处环境因素，调整拉绳传感器1的拉力数值，使拉绳位移传感器不受风力等环境影响，精准得反映出桥梁挠度监测位点4的挠度变化；

S3、记录桥梁挠度测量装置的初始尺寸数据，包括桥梁空载时拉绳传感器1延伸出的初始钢绳长度l，钢绳在钢绳固定装置6上的固定位置与定滑轮二5最底部之间的垂直距离a，拉绳传感器1出线端与定滑轮一3中心轴之间的水平距离b，挠度监测位点4与定滑轮一3中心轴之间的水平距离x；

S4、实时监测拉绳传感器1所测得的实际位移增量Δl，根据实际位移增量Δl和步骤s3记录的初始尺寸数据计算挠度监测位点4的挠度值δ，

图4为本例桥梁挠度计算原理示意图，本例中实际位移增量Δl为负值。实线代表挠度变化前拉绳传感器延伸出的钢绳状态(初始值，桥梁空载时)，虚线代表桥梁挠度变化后拉绳传感器延伸出的钢绳的状态，忽略定滑轮上绕的钢绳的长度，因为在实际情况中，定滑轮尺寸相比于桥梁尺寸是十分小的，在定滑轮上的钢绳长度忽略不计。