[发明专利]一种半封闭单支连通管式桥梁挠度测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试桥梁挠度的装置及方法，适用于任意桥跨长度的任意坡度的多个控制测点的静、动态挠度测试，属于桥梁检测及监测技术领域，具体地说是涉及桥梁检测及健康监测过程中的一种高精度及高效率的桥梁静、动态挠度测试装置及方法。

技术背景

在桥梁检测及健康监测过程中，桥梁的挠度值及线形状况作为一种重要的评判参数，对评价桥梁结构的长期和瞬态运营状态，检验该桥的真实受力特性具有重要的理论价值，因此，挠度测量的精度及准确性显得至关重要；同时，运营期中的桥梁在检测过程中一般需短时段封闭交通，且荷载试验工况较多，整个工作过程时效性要求高，由此，在桥梁检测过程中，高效率的桥梁挠度测试同样显得至关重要。在当前桥梁检测及健康监测过程中，桥梁挠度测试一般采取如下方法：1、采用采用水准仪等光学测量仪器测量桥梁挠度，虽然操作简便，但测量精度较低，尤其桥梁检测常在夜间进行，其测量结果受人为影响干扰较大，误差较大，而且当桥梁纵坡较大时，需转点操作，工作效率非常低。2、采用百分表、千分表等位移计测试桥梁挠度，虽精度较高，但固定底座安装不便，且数据采集较为困难，工作效率略低。3、运用光电图像原理，通过采集的图像信号，采用数据处理方法，得出桥梁的挠度值，如专利号为ZL200610095083.2、授权公告号为CN100395515C、名称为“张力线视频挠度测量装置及方法”的发明专利，以及申请号为200710103777.0、公开号为CN101055218、名称为“桥梁挠度和位移的监测装置及监测方法”的发明专利申请，其工作原理复杂，图像数据采集受视距、光线等特定条件的限制，数据处理困难，而且成本较高，尤其在夜间测试时，实际可操作性差。4、基于连通器原理，根据开放式连通管内的液面的变化直接测量桥梁挠度，当桥梁纵坡较大时，通常在每两个测点之间分别连一根连通管，此方法原理简单，但实际测试效果表明：由于液体与管壁之间的粘滞阻力及水与管壁之间的毛细作用，导致测试精度不高，卸载后，回零读数也存在较大误差，同时，由于液体表面张力作用，液面呈非水平面状，其读数也存在较大误差。5、基于连通器原理，直接将挠度转化为管内液体的压力，采用压力变送器将压力变化换成挠度的改变，如专利号为200310108447.2、授权公告号为CN100385201C、名称为“大跨径桥梁挠度监测方法”的发明专利，其方法理论上具有可行性，但实际操作过程中尤其在桥梁跨度较大或测点较多时，由于管内液体与管壁之间的相对流动而产生粘滞阻力，液体的压力会有一定程度的损失，导致测量精度具有一定的误差，并且其仅在长期的桥梁监控中具有一定的实用价值，而在桥梁检测过程中其成本较高，在不封闭交通的情况下，装置现场安装困难。因此，现有桥梁挠度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，数据采集困难，工作效率低下；3、实用性不强，操作困难，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度、高效率且可操作性强的桥梁挠度测试装置及方法，克服现有挠度测试装置及方法的不足，在每两个测点之间仅需连接单支连通管，连通管两端分别连接液柱调节器、气柱调节器，通过在测点端部密闭小段气体，将液、气耦合压差的改变转变为桥梁挠度的变化，即当某测点位置产生挠度变形时，可将该测点相应的连通管两端液面的液压差转化为该测点端部密闭气柱的气压差，据此推算出两测点间相对挠度值的大小。本挠度测试装置既可实现桥梁静态挠度测试，也可实现桥梁的瞬态挠度测试，具有较高的实用价值。

本发明的技术方案是这样实现的：

桥梁挠度测试装置由测点仪表安装支架a、液柱调节器b、单支连通管c、气柱调节器d、气压差传感器e及信号传送装置f组成，测点仪表安装支架a设置于各拟定的挠度测点处，液柱调节器b、气柱调节器d和气压差传感器e均固定于测点仪表安装支架a上，气柱调节器d的上端与气压差传感器e连接，气压差传感器e再与信号传送装置f连接，由信号传送装置f连接至数据采集系统，两两相邻测点之间通过单支连通管c连接，单支连通管c的一端连接于一个测点的液柱调节器b，另一端连接于另一测点的气柱调节器d。测量方法为：

1、为了消除温度变化等因素导致的液面较大变化，同时使得气压差传感器e读数稳定性好，各气柱调节器d的截面积远大于气柱调节器d和气压差传感器e间的连接管截面积，各液柱调节器b的截面积远大于单支连通管c截面积；