[发明专利]磁悬浮式桥梁主塔塔顶偏位测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁水平偏位测量技术领域，尤其涉及一种磁悬浮式桥梁主塔塔顶偏位测量装置及其测量方法。

背景技术

在斜拉桥、悬索桥这类大跨度桥梁当桥，桥塔是重要的承重构件，桥塔塔顶的水平偏位大小是反映全桥受力状态的一个重要指标。在斜拉桥、悬索桥的荷载试验检测、施工控制以及桥梁健康监测当中，主塔塔顶偏位都是重要的测量指标，测量偏位值是了解结构受力状态以及保证结构安全的一个很重要的环节。

常见的主塔塔顶偏位测试方法有全站仪法、GPS法等。全站仪法需要在桥外设置水平坐标不变的固定参考点，再利用全站仪测量塔顶相对于固定参考点的水平坐标变化，利用几何坐标关系计算出塔顶的水平偏位值，但是全站仪法测量需人工对点和人工观测，精度受大气、环境及人为因素影响。GPS法测是利用GPS网络，在塔顶设置GPS接收机，对点位进行坐标解算得到塔顶的水平偏位，虽然GPS法可实现自动测量，并且不需要在桥外设置固定参考点，但是水平精度仅能达到5mm级别，偏位较小的情况下无法满足工程需要，并且GPS测量仪器设备价格很高，1个测点的单价就达几万元，整套系统需要数十万元。为此，要低成本、精准、快速测量斜拉桥、悬索桥主塔塔顶偏位变得十分困难，也是目前桥梁检测工程领域的一大技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁悬浮式桥梁主塔塔顶偏位测量装置及其测量方法，以实现低成本、精准、快速测量斜拉桥、悬索桥主塔塔顶偏位，广泛适用于桥梁荷载试验、施工监控、健康监控等技术领域。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

磁悬浮式桥梁主塔塔顶偏位测量装置，主要由磁悬浮轨道、屏蔽套筒和可调节水平的安装底座组成；磁悬浮轨道水平安装于屏蔽套筒内，屏蔽套筒置于安装底座之上；磁悬浮轨道上安装有悬浮质量块，磁悬浮轨道端部安装有测距仪，磁悬浮轨道具有控制器并由控制器控制为悬浮质量块提供等于其重力的恒定悬浮力；控制器包含悬浮质量块位置检测反馈系统。

磁悬浮轨道为电磁式直线磁悬浮轨道，最大行程大于10cm，最大负载为悬浮质量块重力的2倍以上。

安装底座具有三个脚螺旋及一个圆水准泡。

测距仪选用精度为0.01mm级的高精度测距仪，测量频率大于10Hz。

使用上述磁悬浮式桥梁主塔塔顶偏位测量装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)在桥梁主塔塔顶位置，固定安装磁悬浮式桥梁主塔塔顶偏位测量装置，磁悬浮轨道方向与待测试的主塔偏位方向平行；

(2)通过调节安装底座，使底座上表面处于水平状态，磁悬浮轨道也处于水平状态；

(3)打开控制器电源，通过控制器将悬浮质量块位置调节至磁悬浮轨道行程中部位置，保持悬浮力使悬浮质量块处于静止悬浮状态，并设置磁悬浮轨道中悬浮力保持此状态不变，悬浮质量块绝对水平坐标保持不变；

(4)测量此时悬浮质量块相对于屏蔽套筒端部的水平距离L₁；

(5)进行桥梁加载试验，主塔塔顶产生水平向的偏位d；

(6)测量此时悬浮质量块相对于屏蔽套筒端部的水平距离L₂；

(7)计算主塔塔顶偏位为d＝ΔL＝L₁-L₂。

桥梁为带有桥塔的大跨度斜拉桥、悬索桥。

针对现有桥梁主塔塔顶偏位测量方法存在的的问题，发明人设计制作了一种磁悬浮式桥梁主塔塔顶偏位测量装置，主要由磁悬浮轨道、屏蔽套筒和可调节水平的安装底座组成；磁悬浮轨道水平安装于屏蔽套筒内，屏蔽套筒置于安装底座之上；磁悬浮轨道上安装有悬浮质量块，磁悬浮轨道端部安装有测距仪，磁悬浮轨道具有控制器并由控制器控制为悬浮质量块提供等于其重力的恒定悬浮力；控制器包含悬浮质量块位置检测反馈系统。该装置基于磁悬浮原理，利用磁悬浮轨道为悬浮质量块提供恒定竖向力，使悬浮质量块悬浮于轨道之上，形成主塔塔顶偏位测试当中的固定点(即自身内部实现水平坐标不变的固定参考点设置)，磁悬浮轨道、屏蔽套筒和底座则随着桥梁塔顶偏位发生水平移动，测量悬浮质量块与屏蔽套筒相对水平距离的变化，即可得到桥梁塔顶的偏位。将本发明应用于桥梁主塔塔顶偏位测试，无需设置外部固定点，即可精确测量出桥梁塔顶的绝对偏位；且可实现塔顶偏位的动态测量，并广泛适用于桥梁荷载试验、健康监控等技术领域。据此，发明人还建立了相应测量方法。

与现有技术相比，本发明的突出优势具体在于：