本發(fā)明涉及橋梁主梁橫向動(dòng)撓度測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、橋梁主梁橫向動(dòng)撓度反映風(fēng)、車輛、人群、地震動(dòng)等外荷載作用下的梁體橫向動(dòng)態(tài)彎曲變形程度，對(duì)行人舒適性和橋梁的使用壽命及安全性造成了明顯影響，尤其是大跨徑人行橋橫向振動(dòng)性態(tài)表征的最直觀參數(shù)。準(zhǔn)確高效的獲取橋梁主梁橫向動(dòng)撓度已成為橋梁工程中需要關(guān)注的重要問(wèn)題之一。對(duì)橋梁主梁橫向動(dòng)撓度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量有助于評(píng)估橋梁的行走舒適性、結(jié)構(gòu)健康和安全性能。目前常用的測(cè)量橋梁主梁橫向動(dòng)撓度的方法包括直接測(cè)量法和間接測(cè)量法，如特大跨徑橋梁采用的北斗系統(tǒng)和gps、中小跨徑橋梁采用的圖形法和表式位移計(jì)法等均屬于直接測(cè)量法，普遍采用的加速度法和傾角儀法則屬于間接測(cè)量法?，F(xiàn)有各類技術(shù)方法的測(cè)量精度均與橋梁等結(jié)構(gòu)物的動(dòng)撓度無(wú)關(guān)，設(shè)備生產(chǎn)后，精度即為一定值，不能自適應(yīng)大位移值和小位移值對(duì)精度的不同需求。另外，北斗系統(tǒng)和gps需要測(cè)點(diǎn)處無(wú)遮擋、技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴。圖形法所使用到的圖像采集設(shè)備均難以適應(yīng)雨、雪、霧、以及基礎(chǔ)振動(dòng)等環(huán)境帶來(lái)的不利影響，且在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)過(guò)程中設(shè)備自身的安全防護(hù)問(wèn)題難以有效解決，質(zhì)量好的鏡頭也價(jià)格不菲，當(dāng)面對(duì)跨越大江大河及溝壑縱橫的山區(qū)時(shí)更是難以有效測(cè)量。表式位移計(jì)精度較高且物美價(jià)廉，但其測(cè)試期間需要固定的基準(zhǔn)點(diǎn)，大大限制了其使用范圍。間接測(cè)量方法均是在獲取其他物理量數(shù)值后經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算得到動(dòng)撓度值，數(shù)據(jù)的自身誤差及數(shù)據(jù)處理時(shí)的實(shí)際邊界條件難以準(zhǔn)確計(jì)入，經(jīng)驗(yàn)屬性明顯，導(dǎo)致其結(jié)果的精度不理想。近年來(lái)興起的微波雷達(dá)法，尚處于研究階段，實(shí)用價(jià)值有限，且價(jià)格異常昂貴，橫向動(dòng)撓度測(cè)試用的固定式基準(zhǔn)點(diǎn)難以確定。

2、截止2023年底，我國(guó)公路橋梁中的特大橋達(dá)到了10239座。隨著城市化水平的提高和交通建設(shè)的發(fā)展，人行橋數(shù)量逐年增加。尤其是近年來(lái)的城市景觀需求使得人行橋日益朝著結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和超大跨徑化的方向發(fā)展，已有不少人行橋跨徑超過(guò)200m甚至于達(dá)到了300m左右。該類大跨度橋梁的橫向振動(dòng)帶來(lái)的通行舒適性問(wèn)題、結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題及安全性問(wèn)題日益凸顯；對(duì)準(zhǔn)確高效的獲取橋梁橫向振動(dòng)位移提出了較高的要求。

3、因此有必要提供一種橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量方法及裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速的得到梁體橫向動(dòng)撓度這一亟需解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種可自適應(yīng)不同跨徑橋梁對(duì)橫向動(dòng)撓度精度要求不同的主梁橫向動(dòng)撓度直接測(cè)試方法及裝置，且具有安裝布設(shè)快速高效、較好的結(jié)構(gòu)形式和自然環(huán)境適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性好等顯著優(yōu)點(diǎn)。

3、本發(fā)明解決此技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置，包括殼體、彈簧、質(zhì)量塊、第一限位機(jī)構(gòu)、位移計(jì)；

4、所述質(zhì)量塊位于所述殼體內(nèi)，一對(duì)彈簧的一端均對(duì)稱固定于質(zhì)量塊的兩端，彈簧的另一端與殼體的內(nèi)壁固定，所述殼體連接有彈簧的其中一側(cè)端板設(shè)置有通孔，位移計(jì)測(cè)試端通過(guò)所述通孔測(cè)量質(zhì)量塊與殼體相對(duì)位移量，所述第一限位機(jī)構(gòu)用于抵消質(zhì)量塊的重力。

5、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案是：所述質(zhì)量塊為空心結(jié)構(gòu)。

6、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案是：所述殼體的頂板采用導(dǎo)電性材料制作而成，由此提供合適的阻尼比。

7、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案是：還包括電源組件和數(shù)據(jù)傳輸模塊；電源組件與位移計(jì)電連并為位移計(jì)持續(xù)供電，數(shù)據(jù)傳輸模塊與位移計(jì)電連并將測(cè)量數(shù)據(jù)保存并傳輸出去，由此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。

8、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案是：所述第一限位機(jī)構(gòu)包括第一磁鐵和第二磁鐵，所述第一磁鐵固定于殼體底部，所述第二磁鐵固定于質(zhì)量塊底部，所述第一磁鐵和第二磁鐵為相同磁極，第一磁鐵和第二磁鐵之間的相斥磁力與質(zhì)量塊及其上布置的磁體的總重力相同。

9、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案是：還包括第二限位機(jī)構(gòu)，其包括第三磁鐵和第四磁鐵，所述第四磁鐵設(shè)置于質(zhì)量塊未設(shè)置彈簧的兩側(cè)，所述第四磁鐵相對(duì)第三磁鐵固定于殼體內(nèi)壁的側(cè)面，所述第三磁鐵和第四磁鐵為相同磁極。

10、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案是：所述第一限位機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)裝置，所述質(zhì)量塊置于滑動(dòng)裝置上，所述滑動(dòng)裝置可沿平行于彈簧軸線的方向移動(dòng)。

11、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案是：所述第一限位機(jī)構(gòu)為液體介質(zhì)，其填充于殼體中，所述液體介質(zhì)提供的浮力與質(zhì)量塊的重力相同。

12、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案是：所述質(zhì)量塊的頂部設(shè)置有第五磁鐵。

13、本發(fā)明還提供了一種利用所述的慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置的方法，包括：

14、s1、將測(cè)量裝置固定于橋梁待測(cè)梁體上，使彈簧的軸線方向與所述梁體橫向平行；

15、s2、記錄位移計(jì)測(cè)量的質(zhì)量塊的橫向位移即為橋梁橫向動(dòng)撓度。

16、本發(fā)明至少包括以下有益效果：慣性式位移計(jì)經(jīng)典理論表明當(dāng)頻率比（待測(cè)結(jié)構(gòu)頻率/設(shè)備自身頻率）＞2.5、阻尼比取0.6~0.7時(shí)，待測(cè)結(jié)構(gòu)位移的測(cè)量值與實(shí)際值基本相等，且位移測(cè)試精度隨頻率比的增加而提高。由此，提出一種慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量方法及裝置，質(zhì)量塊相對(duì)于殼體的變化量即為待測(cè)結(jié)構(gòu)位移值，該位移值由端部布置的位移計(jì)直接測(cè)量得到，并可通過(guò)構(gòu)造設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該裝置的便攜化和小型化。

17、本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

技術(shù)特征：

1.一種慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置，其特征在于，包括殼體、彈簧、質(zhì)量塊、第一限位機(jī)構(gòu)、位移計(jì)；

2.如權(quán)利要求1所述的慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置，其特征在于，所述質(zhì)量塊為空心結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置，其特征在于，所述殼體的頂板采用導(dǎo)電性材料制作而成。

4.如權(quán)利要求1所述的慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置，其特征在于，還包括電源組件和數(shù)據(jù)傳輸模塊；電源組件與位移計(jì)電連并為位移計(jì)持續(xù)供電，數(shù)據(jù)傳輸模塊與位移計(jì)電連并將測(cè)量數(shù)據(jù)保存并傳輸出去。

5.如權(quán)利要求1所述的慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一限位機(jī)構(gòu)包括第一磁鐵和第二磁鐵，所述第一磁鐵固定于殼體底部，所述第二磁鐵固定于質(zhì)量塊底部，所述第一磁鐵和第二磁鐵為相同磁極，第一磁鐵和第二磁鐵之間的相斥磁力與質(zhì)量塊及其上布置的磁鐵的總重力相同。

6.如權(quán)利要求5所述的慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置，其特征在于，還包括第二限位機(jī)構(gòu)，其包括第三磁鐵和第四磁鐵，所述第四磁鐵設(shè)置于質(zhì)量塊未設(shè)置彈簧的兩側(cè)，所述第四磁鐵相對(duì)第三磁鐵固定于殼體內(nèi)壁的側(cè)面，所述第三磁鐵和第四磁鐵為相同磁極。

7.如權(quán)利要求3所述的慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置，其特征在于，所述質(zhì)量塊的頂部設(shè)置有第五磁鐵。

8.一種利用如權(quán)利要求1~7任一所述的慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置的方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種慣性式橋梁橫向動(dòng)撓度測(cè)量裝置及方法，包括殼體、彈簧、質(zhì)量塊、第一限位機(jī)構(gòu)、位移計(jì)；所述質(zhì)量塊位于所述殼體內(nèi)，一對(duì)彈簧的一端均對(duì)稱固定于質(zhì)量塊的兩端，彈簧的另一端與殼體的內(nèi)壁固定，所述殼體連接有彈簧的其中一側(cè)端板設(shè)置有通孔，位移計(jì)測(cè)試端通過(guò)所述通孔測(cè)量質(zhì)量塊與殼體相對(duì)位移量，所述第一限位機(jī)構(gòu)用于抵消質(zhì)量塊及其上布置的磁鐵的總重力。本發(fā)明可自適應(yīng)不同跨徑橋梁對(duì)橫向動(dòng)撓度精度要求不同的主梁橫向動(dòng)撓度直接測(cè)試，具有測(cè)量精度高、安裝布設(shè)快速高效、結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)潔、較好的自然環(huán)境適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性等顯著優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：朱世峰,韓永平,桑毅彩,鄒楊,鐘志僑,高望,楊俊,劉昂,馬小云,余升友
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中交特種工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30