两个位移下基于小梁倾角或应变的桥梁挠度测试装置及测试方法与流程

本发明涉及桥梁检测，特别涉及一种两个位移下基于小梁倾角或应变的桥梁挠度测试装置及测试方法。

背景技术：

1、桥梁是公路的纽带与咽喉，桥梁的安全性关系到国民经济与人民的生命财产安全，因此，对桥梁结构进行健康检测，及时获取桥梁结构状态参数，显得尤其重要。在桥梁的众多参数中，桥梁挠度作为一种重要的评判参数，能够直接反映了桥梁结构的竖向整体刚度、承载能力和抵御地震等动荷载的能力，对检验和评价桥梁结构的真实受力特性具有重要的理论价值。因此，提高桥梁挠度测试精度，简化桥梁挠度测试方法对于桥梁检测等方面至关重要。目前桥梁挠度测试多采用在桥下架设传感器如百分表、倾角仪等，例如申请号为201810771564.3的中国发明专利提供的一种提高基于倾角仪的桥梁挠度测试精度的方法以及申请号为201610260622.7的中国发明专利提供的一种桥梁挠度的检测方法，均采用在实桥上安装倾角仪来得到实桥挠度，这些方法虽然提高了检测的精度，但需在实桥上安装检测仪器，而在实桥上安装检测仪器，会存在安装困难等问题。另有申请号为201510005413.3的中国发明专利提供的一种中小跨径桥梁挠度测量装置以及申请号为201921524783.8的中国实用新型专利提供的一种桥梁挠度测量装置，则解决了在实桥上安装传感器困难等难题，其通过设置导梁，并在导梁上安装机电百分表，表架连接支撑装置与待测试主梁接触，从而无需在实桥上安装仪器便可测得实桥挠度。但这类方法仅适合桥梁挠度测点数量较少的情况，因其无法得到桥梁变形的挠度曲线，当实桥上挠度测点过多时，则需要安装大量机电百分表才能测得实桥的挠度，而安装大量机电百分表成本较高，不经济。因此，提出一种无需在实桥上安装传感器等装置，且无需大量机电百分表或传感器的测试装置及测试方法十分必要。

技术实现思路

1、鉴于以上内容，有必要提供一种两个位移下基于小梁倾角或应变的桥梁挠度测试装置及测试方法，该测试方法是在已知实桥两端位移的前提下使用的，其配合参数采集装置实现实桥挠度的获得，具体的，通过在实桥上放置小梁，在小梁上安装倾角传感器以获得安装处的倾角值或者在小梁上安装应变片以获得安装处的应变值，根据小梁上测点倾角或者应变值，计算出小梁的挠度曲线，进而通过挠度曲线求得实桥上的挠度测点处的挠度，这样，无需在实桥上安装传感器等装置，解决了以往实桥上操作安装困难，以及测点过多，需要安装大量机电百分表等问题，在获得高精度结果的同时降低测试成本，提高经济性，并使得测试效率大大提高。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、两个位移下基于小梁倾角或应变的桥梁挠度测试装置，包括小梁、刚性支撑装置、参数采集装置和监控平台；所述小梁采用能够变形的材料制作，其放置在待测桥梁的上方，所述小梁的两端通过刚性支撑装置简支在待测桥梁的两端处，所述小梁正对待测桥梁挠度测点的位置处也通过刚性支撑装置与待测桥梁设置挠度测点的位置连接；所述刚性支撑装置，采用不能变形的材料制作，其刚度大于所述小梁的刚度，任一两相邻的刚性支撑装置之间均设置有参数采集装置，所述参数采集装置安装在小梁上，并与所述监控平台连接，所述参数采集装置为倾角传感器或者应变片。

4、优选地，所述刚性支撑装置与待测桥梁可拆卸连接。

5、优选地，所述小梁初端处的刚性支撑装置和与之相邻的刚性支撑装置之间间隔设置有两个参数采集装置。

6、进一步地，本发明还给出了两个位移下基于小梁倾角或应变的桥梁挠度测试方法，包括如下步骤：

7、s1：根据待测桥梁的具体要求，确定待测桥梁的挠度测点的数量n及位置，从而确定参数采集装置的数量、所需刚性支撑装置的数量及位置；其中，从小梁的初端至末端起算，所有挠度测点与小梁初端之间的间距依次为x1、x2、x3、...、xn；

8、s2：根据上述测量装置中参数采集装置的设置方式在小梁上安装参数采集装置，并且得到参数采集装置安装后的位置信息，该位置信息计为，所述小梁的两端和参数采集装置所在处均设为节点，从小梁的初端至末端起算，相邻两个节点之间的间距依次为s1、s2、s3、...、sn+2；

9、s3：在小梁上安装放置刚性支撑装置，将安装好参数采集装置的小梁放到待测实桥上，并通过刚性支撑装置架设在待测实桥上；

10、s4：根据小梁上安装的参数采集装置测得的数值，及步骤s1和s2中确定的各个参数，求得小梁各节段的挠度曲线，进而求得实桥上各个挠度测点的挠度值，其中，小梁的节段是由其所连的挠度测点所在处为界分隔而成的。

11、进一步地，在步骤s4中，通过如下方法求得小梁各节段的挠度曲线：

12、首先，设小梁上从初端至末端方向的第j节段的挠度曲线为yj,yj为关于x的三次函数，即，yj＝ajx3+bjx2+cjx+dj，其中，j为1、2、3、...、n+1，x为所求挠度测点与小梁初端之间的间距；则，小梁上所有节段的挠度曲线为

13、

14、其次，根据如下两组公式之一得到所有挠度曲线的各个常数从而得到小梁各节段的挠度曲线：

15、公式一：

16、

17、公式二：

18、

19、其中，公式一为所述参数采集装置为倾角传感器时使用，公式二为所述参数采集装置为应变片时使用；在上述两组公式中，δ1为待测实桥初端处的挠度值，δ2为待测实桥末端处的挠度值，θp为小梁上从初端至末端方向第p个倾角传感器所测得的倾角值，εq为小梁上从初端至末端方向第q个应变片所测得的应变值，hq为小梁上从初端至末端方向第q个应变片所贴位置距小梁顶部的高度，p和q均为1、2、3、...、n+2，l为小梁的长度；

20、然后，根据所求挠度测点所在的挠度曲线及该挠度测点距离小梁初端的水平间距求得该挠度测点的挠度，即，待测实桥第n个挠度测点的挠度＝yn(xn)＝yn+1(xn)。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、(1)本发明公开的一种两个位移下基于小梁倾角或应变的桥梁挠度测试装置及测试方法，是在已知待测实桥两端位移的前提下使用，其中，该测试装置主要是通过在实桥上放置小梁，小梁通过刚性支撑装置简支在待测实桥上，利用刚性支撑装置不易变形、刚度大的特点，将待测实桥上的挠度变形情况传递至小梁上，小梁由于易变形、刚度小会随之发生挠度变形，通过小梁上安装的参数采集装置测量其布设位置处的参数值，如倾角值或者应变值，配合本发明所给出的测试方法中的公式可计算出小梁各段的挠度曲线，进而求得待测实桥上的测点挠度；该方法计算简便，所计算出的结果高精度，同时该方法可以大大提高了测试效率，效果好。

23、(2)本发明公开的一种两个位移下基于小梁倾角或应变的桥梁挠度测试装置及测试方法，相比较以往桥梁挠度测试的方法，本发明无需在待测实桥上安装传感器等装置，解决了以往实桥上应变片或传感器安装、拆卸操作困难等问题，且相较以往设置导梁的方法，本发明解决了其测点过多，需要安装大量机电百分表等仪器而带来的安装繁琐、不经济的问题，且，在结果高精度的同时，提高了挠度测试的速度，进而大大提高了工作效率。

24、(3)本发明能够适用于多种桥梁，且装置安装方便，计算简单便利，具有很高的推广价值。