專利名稱：一種組合式多點撓度計及其測量撓度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于測量橋梁荷載試驗時結(jié)構(gòu)的豎向撓度的新型組合式多點豎向撓度計及其測量撓度的方法。
背景技術(shù)：
目前，橋梁荷載試驗中有一項重要內(nèi)容就是結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形(撓度)測量，反映結(jié)構(gòu)的剛度特性。橋梁進行撓度測試有以下方法1.水準(zhǔn)儀法或全站儀法。其原理是在結(jié)構(gòu)體上預(yù)先布置若干固定測點，將其中一點置于結(jié)構(gòu)的某不動點或另置一點在結(jié)構(gòu)外的不變形點上，然后根據(jù)水準(zhǔn)測量原理，在每次加載后用塔尺測量各點的標(biāo)高變化值，用于推算結(jié)構(gòu)在荷載作用下的撓度。優(yōu)點是可以進行多點測量，不需要在橋下安裝基座等，設(shè)備攜帶量少，費用較低。缺點是測量精度低，一般只能精確到mm(測微計聯(lián)合精度可提高到0. Imm)，且測量可視度與精度受環(huán)境溫度、濕度的影響、儀器水平的影響，測量結(jié)果還受到立尺點的精確性影響。點多時測試速度慢，對于精度要求高的結(jié)構(gòu)不適用。2.接觸式位移計法接觸式位移計如百分表(千分表)、拉線位移計，滑線變阻式位移計。位移計測量位移精度很高準(zhǔn)，可以達(dá)到0.01-0. OOlmm0儀器設(shè)備體積亦小，攜帶方便，費用底。各種接觸式位移計測量原理不同，但測量方式相似，主要是量測測點和固定參考點之間的距離的變化。用于橋梁撓度測量，則需要在橋梁結(jié)構(gòu)上選擇一測點，并在橋梁測點正下方地面上布置一個固定參考點，測量兩點的相對位移即是測點的撓度值。但是有些橋梁是跨水跨線結(jié)構(gòu)物，為位移計搭建支架耗費金錢和時間，甚至不可能。因此此類位移計不能很好的適應(yīng)于跨水橋梁結(jié)構(gòu)的撓度高精度測量。3.非接觸式激光位移計，是一種帶信號處理器的光電裝置，它利用投影原理非接觸測量物體尺寸或者一個物體長度。測量方法是將位移計固定在某一不變的參考基點上， 然后將激光束射向結(jié)構(gòu)某特定測點，量測這兩點之間的相對光束距離的變化，有些激光位移計可讀數(shù)為仰角和距離的變化(如激光斷面儀)，這樣可測出兩個方向的位移變化量。測量精度高，可達(dá)0. 01mm，且操作方便。然而這種測量方法在跨河橋下仍不可用，在其他位置采用斜測方法，則加載前后激光所照射到的測點不能確保是同一位置，微小的測點不平整就可能引起很大的誤差，不能實現(xiàn)高精度測量。4.連通液位計法。其測量原理是根據(jù)連通管水位保持在同一水平面上，根據(jù)變形前后水位的變化推求結(jié)構(gòu)撓度。測量操作是將若干連通管的其中個置于不會下?lián)系膮⒖键c上，其余各管布置在橋面測點上。這一測量技術(shù)具有不受多方位變形以及橋梁現(xiàn)場的高塵、高濕和濃霧影響，能實現(xiàn)多點撓度檢測，適用范圍廣，性價比高等優(yōu)點。缺點是系統(tǒng)體積較大，搬運擺設(shè)較為麻煩。而若采用實地購置軟管用于拼接連通管以減輕設(shè)備攜帶量，現(xiàn)場拼接又常常難以保證水密性，出現(xiàn)漏水對讀數(shù)影響極大，有時需要耗費很多時間來解決這一問題。普通的連通管采用mm刻度計數(shù)，采用人工讀取液位法，會受到豎立管的垂直度、 水的表面張力產(chǎn)生的弧面和讀數(shù)員的主管視線差的影響，故其精度較差，不適用變形小、精度要求高的結(jié)構(gòu)變形測量。也有高精度的連通液位計，如長沙金碼開發(fā)的連通液位沉降計， 是一種電感調(diào)頻類智能型位移傳感器，由精密液位計、液位罐和連通管組成，靈敏度可達(dá) 0.01mm，并且可以實現(xiàn)沉降長期監(jiān)測和自動化測量。其缺點是若用于多點測量，則系統(tǒng)體積大而且重(采用金屬質(zhì)罐體和管)，不便于攜帶，費用高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種組合式多點撓度計及其測量撓度的方法， 它能整合連通管和接觸式位移計兩者各自的優(yōu)點，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)多點撓度測量的實用儀器，且具備拼裝方便、水密性好、精度較高，維護費用較低等優(yōu)點。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種組合式多點撓度計，測量撓度的基本原理與連通管測量撓度的原理一致，但測量液位的變化不采用價格較高的精密液位計，而采用相對低廉的高靈敏度彈性變形計。 具體包括可任意拼裝的若干個的相互連通的軟式水管、硬質(zhì)豎立三通水管。其中，每個硬水管上部都固定有一個可以拆卸的特制蓋，用于固定彈性變形計，所述特制蓋頂固定的彈性變形計，下端懸吊一斷面尺寸不變，長度合適，浮力適中的浮子，具體要求以能保證浮子一半位于液面之上為準(zhǔn)，同時，在硬質(zhì)豎立三通水管安裝有水準(zhǔn)泡，以保證測管布點時的水平，軟水管端與硬水管三通接頭段有易接拼且水密性可靠的接頭連接。本發(fā)明的另一個方面是將連通管的拼接進行改良，使設(shè)備便于攜帶易于拼裝和接長，且確保其水密性。將硬質(zhì)水管下端設(shè)計成三通管接頭形式，便于和軟質(zhì)水管連接，各段軟質(zhì)水管也設(shè)計成帶接頭形式，可以相互間接長或與硬質(zhì)水管下的管接頭方便的拼接。接頭形式為卡式，連接迅速快捷。 在本發(fā)明中，硬質(zhì)水管側(cè)旁可以安裝一個水準(zhǔn)泡，用以保證管的垂直布點。在本發(fā)明中，彈性變形計設(shè)計的讀數(shù)包括浮子的升降值和浮力的變化引起的彈性變形值。本發(fā)明所述的一種組合式多點撓度計的測量方法及原理在于，在測點上布置一直徑約10cm，長度約25-30cm的硬質(zhì)豎立水管，管頂端安裝一高靈敏度的彈性變形計改裝設(shè)計的位移計，它可測量微小的力的變化，其下端垂吊一斷面均勻的重量適中的，一段垂立在水中的特制“浮子”。結(jié)構(gòu)變形前后，各硬質(zhì)水管中的水面應(yīng)始終保持水平的，管中相對水位發(fā)生變化，浮子位置升或降，其所受浮力也變化并引起彈性變形計讀數(shù)的變化。將彈性變形計設(shè)計的讀數(shù)變形包括浮子的升降值和浮力的變化引起的彈性變形值，并設(shè)計精度為 0. Olmm0其具體計算方法為f表示結(jié)構(gòu)上某測點產(chǎn)生的撓度，由幾何原理可計算得f可通過兩水管初始值和變形后的水位變化推算，其公式為f = (h' 2-h2) + (hrh' i)有益效果本發(fā)明的優(yōu)點及好處在于1.組合了連通水管的水面水平特性和高精度位移計的精讀數(shù)特性，可以將測量精度達(dá)到0. 01mm。2.每個豎立的硬水管都帶有水準(zhǔn)泡，在測量工作中能保證水管直立，從而提高讀數(shù)測量的精度。
3.彈性變形計表盤固定在特制的塑料蓋上，且變形計的彈簧可穿過塑料蓋。保證彈簧收縮自如，使得使用壽命更加長久。4.各個管件之間帶有可以方便組裝拆卸的接頭，便于小體積攜帶與野外組裝。


圖1為本發(fā)明的工作原理示意圖；
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。參見圖1 一種組合式多點撓度計的實施例中，其硬質(zhì)水管2管體側(cè)旁安裝有一個用于保證水平位置的水準(zhǔn)泡5，同時，在硬質(zhì)水管2底部還有安裝有一水密接頭8，水密接頭 8側(cè)旁連接軟管4，用于連接其他管體。在本實施例的硬質(zhì)水管2的內(nèi)部設(shè)置有一浮子3，浮子3上部通過彈簧穿過管頂固定蓋6連接到彈性變形計1上，同時，在管頂固定蓋6還開有一個孔結(jié)構(gòu)7，用于進水以及通氣。本發(fā)明在使用時，可以根據(jù)水位的變化引起水中浮子3的浮力的變化進行撓度測量，浮力的變化反應(yīng)到彈性變形計1上，則可間接建立水位變量-浮力變化——彈性變形計讀數(shù)之間的關(guān)系，通過科學(xué)標(biāo)定，直接將變形計的讀數(shù)變化值表達(dá)為水位的變化值。其具體的演算方式在所附圖中可表示為f表示結(jié)構(gòu)上某測點產(chǎn)生的撓度，由幾何原理可計算得f可通過兩水管初始值和變形后的水位變化推算，其公式為f = (h' 2-h2) + (h「h' i)以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種組合式多點撓度計，包括可任意拼裝的若干個的相互連通的軟式水管、硬質(zhì)豎立三通水管，其特征在于，每個硬水管上部都固定有一個可以拆卸的特制蓋，用于固定彈性變形計，所述特制蓋頂固定的彈性變形計，下端懸吊一斷面尺寸不變的浮子，同時，在硬質(zhì)豎立三通水管安裝有水準(zhǔn)泡，軟水管端與硬水管三通接頭段有易接拼且水密性可靠的接頭連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式多點撓度計，其特征在于，所述硬質(zhì)水管下端為三通管接頭形式，各段軟質(zhì)水管都具有接頭，可以相互間接長或與硬質(zhì)水管下的管接頭方便的拼接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合式多點撓度計，其特征在于，所述硬質(zhì)水管側(cè)旁安裝有一個水準(zhǔn)泡。
4.一種組合式多點撓度計測量撓度的方法，其特征在于，將組合式多點撓度計置于水中可測量微小的力的變化，結(jié)構(gòu)變形前后，各硬質(zhì)水管中的水面應(yīng)始終保持水平的，管中相對水位發(fā)生變化，浮子位置升或降，其所受浮力也變化并引起彈性變形計讀數(shù)的變化，將彈性變形計設(shè)計的讀數(shù)變形包括浮子的升降值和浮力的變化引起的彈性變形值，并根據(jù)值的變換轉(zhuǎn)換成撓度值。
全文摘要
一種組合式多點撓度計及其測量撓度的方法，綜合運用三通水管水平原理與機械彈性變形測試原理，可用于進行高精度位移測量的新型多點式撓度計，它包括可任意拼裝的若干個的相互連通的軟式水管、硬質(zhì)豎立三通水管，硬水管上安裝有水準(zhǔn)泡，以保證測管布點時的水平，軟水管端與硬水管三通接頭段有易接拼且水密性可靠的接頭連接；硬水管亦可分段接長，上段從頂部垂置一個下端帶浮子的彈性變形計。根據(jù)當(dāng)結(jié)構(gòu)變形前后，放置在結(jié)構(gòu)上特定測點的各硬質(zhì)水管中的水面應(yīng)始終保持水平的，管中相對水平發(fā)生變化，浮子位置升或降，其所受浮力也變化并引起彈性變形計讀數(shù)的變化，讀數(shù)精度高。
文檔編號G01B13/24GK102322827SQ201110204309
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者沈明燕, 肖洋, 舒小娟, 陳杰東 申請人:舒小娟