本發(fā)明屬于橋梁水平位移測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁懸浮式支座水平位移測量裝置及其測量方法。

背景技術(shù)：

在斜拉橋、懸索橋、連續(xù)剛構(gòu)這類大跨度橋梁當中，支座傳遞上部結(jié)構(gòu)主梁與橋墩之間作用的重要構(gòu)件。對于可縱向滑動的支座，不僅具備傳遞豎向力的作用，同時還可提供主梁順橋向自由伸縮滑動的功能，以滿足因溫度變化而引起的主梁縱向伸縮需求。如果支座的縱向滑動功能受限，則會影響到橋梁上部結(jié)構(gòu)的自由伸縮，進而在主梁內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力，影響結(jié)構(gòu)的整體受力。支座實際狀態(tài)下的縱向滑動水平位移是反映支座縱向滑動工作狀態(tài)的直接指標，也是評價支座滑動性能的重要指標。在大跨度橋梁的荷載試驗或健康監(jiān)測當中，支座水平位移的測量或監(jiān)測是必做項目。目前橋梁工程領(lǐng)域內(nèi)并沒有支座水平位移測試的專用傳感器，通常的測量方法是在橋墩頂面設(shè)置固定臺座，在臺座和主梁之間安裝位移計來進行測試。但是，這種方法受到位移計量程的限制，通常無法滿足具有大伸縮變形的橋梁的需求，而且這種方法需要在墩頂和梁底分別安裝臺座，涉及到現(xiàn)場鉆孔安裝，操作十分不便；同時，位移計方法是利用橋墩當做固定點，在高墩的情況下，橋墩墩頂本身就存在縱向的水平位移，對測量得到數(shù)據(jù)會有較大的影響，所測數(shù)據(jù)并非主梁在支座處的絕對水平位移。為此，要低成本、精準、快速測量支座處的絕對水平位移變得十分困難，也是目前橋梁檢測工程領(lǐng)域的一大技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種磁懸浮式支座水平位移測量裝置及其測量方法，以實現(xiàn)低成本、精準、快速測量支座處的絕對水平位移，該裝置及方法廣泛適用于橋梁荷載試驗、施工監(jiān)控、健康監(jiān)控等技術(shù)領(lǐng)域。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

磁懸浮式支座水平位移測量裝置，主要由磁懸浮軌道和屏蔽套筒組成；磁懸浮軌道水平安裝于屏蔽套筒內(nèi)，磁懸浮軌道上安裝有懸浮質(zhì)量塊，磁懸浮軌道端部安裝有測距儀，磁懸浮軌道具有控制器并由控制器控制為懸浮質(zhì)量塊提供等于其重力的恒定懸浮力。

磁懸浮軌道為電磁式直線磁懸浮軌道，最大行程大于5cm，最大負載為懸浮質(zhì)量塊重力的2倍以上。

控制器包含懸浮質(zhì)量塊位置檢測反饋系統(tǒng)。

測距儀選用精度為0.01mm級的高精度測距儀，測量頻率大于10Hz。

使用上述磁懸浮式支座水平位移測量裝置的測量方法，包括以下步驟：

(1)在橋梁支座的滑動鋼板上，固定安裝磁懸浮式支座水平位移測量裝置，磁懸浮軌道方向與待測試的支座水平位移方向平行；

(2)打開控制器電源，通過控制器將懸浮質(zhì)量塊位置調(diào)節(jié)至磁懸浮軌道行程中部位置，保持懸浮力使懸浮質(zhì)量塊處于靜止懸浮狀態(tài)，并設(shè)置磁懸浮軌道中懸浮力保持此狀態(tài)不變，懸浮質(zhì)量塊絕對水平坐標保持不變；

(3)測量此時懸浮質(zhì)量塊相對于屏蔽套筒端部的水平距離L₁；

(4)支座滑動鋼板隨著主梁產(chǎn)生水平向的位移d；

(5)測量此時懸浮質(zhì)量塊相對于屏蔽套筒端部的水平距離L₂；

(6)計算支座水平位移為d＝ΔL＝L₁-L₂。

橋梁為大跨度橋梁。

大跨度橋梁為斜拉橋、懸索橋、連續(xù)剛構(gòu)橋。

針對現(xiàn)有橋梁支座水平位移測量方法存在的問題，發(fā)明人設(shè)計制作了一種磁懸浮式支座水平位移測量裝置，主要由磁懸浮軌道和屏蔽套筒組成；磁懸浮軌道水平安裝于屏蔽套筒內(nèi)，磁懸浮軌道上安裝有懸浮質(zhì)量塊，磁懸浮軌道端部安裝有測距儀，磁懸浮軌道具有控制器并由控制器控制為懸浮質(zhì)量塊提供等于其重力的恒定懸浮力。該裝置基于磁懸浮原理，利用磁懸浮軌道為懸浮質(zhì)量塊提供恒定豎向力，使懸浮質(zhì)量塊懸浮于軌道之上，形成支座水平位移測試當中的固定點(即自身內(nèi)部實現(xiàn)水平坐標不變的固定參考點設(shè)置)，磁懸浮軌道、屏蔽套筒則隨著支座滑動鋼板的滑動發(fā)生水平移動，測量懸浮質(zhì)量塊與屏蔽套筒相對水平距離的變化，即可得到橋梁支座水平位移。將本發(fā)明應用于橋梁支座水平位移測試，無需設(shè)置外部固定參考點，即可精確測量出橋梁支座水平位移的絕對值；且可實現(xiàn)支座水平位移的動態(tài)測量，并廣泛適用于橋梁荷載試驗、健康監(jiān)控等技術(shù)領(lǐng)域。據(jù)此，發(fā)明人還建立了相應測量方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出優(yōu)勢具體在于：

(1)通過磁懸浮原理，在裝置內(nèi)部形成水平坐標不變的固定參考點，無需如傳統(tǒng)測量方法在橋梁以外或墩頂設(shè)置固定點，簡化支座水平位移測試過程，在長斜拉橋、懸索橋當中應用優(yōu)勢明顯；

(2)磁懸浮式支座水平位移測量裝置直接安裝于支座的上滑動鋼板上，現(xiàn)場安裝及操作十分便捷，提高了支座水平位移測試效率；

(3)選用高精度磁懸浮軌道及測距儀，可實現(xiàn)0.1mm精度的位移測量，滿足工程的需要，并且儀器密封于屏蔽套筒內(nèi)，不受外界環(huán)境因素的干擾。

附圖說明

圖1是本發(fā)明磁懸浮式支座水平位移測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明磁懸浮式支座水平位移測量裝置中懸浮質(zhì)量塊的受力示意圖。

圖3是本發(fā)明磁懸浮式支座水平位移測量裝置的使用狀態(tài)參考圖(水平移動前)。

圖4是本發(fā)明磁懸浮式支座水平位移測量裝置的使用狀態(tài)參考圖(水平移動后)。

圖中：1磁懸浮軌道，2懸浮質(zhì)量塊，3控制器，4測距儀，5屏蔽套筒，6支座，7橋梁，8橋墩。

具體實施方式

1.基本結(jié)構(gòu)

如圖1所示，磁懸浮式支座水平位移測量裝置，主要由磁懸浮軌道1和屏蔽套筒5組成；磁懸浮軌道水平安裝于屏蔽套筒內(nèi)，磁懸浮軌道上安裝有懸浮質(zhì)量塊2，磁懸浮軌道端部安裝有測距儀4，磁懸浮軌道具有控制器3并由控制器控制為懸浮質(zhì)量塊提供等于其重力的恒定懸浮力。

其中，磁懸浮軌道為電磁式直線磁懸浮軌道，最大行程大于5cm，最大負載為懸浮質(zhì)量塊重力的2倍以上?？刂破靼瑧腋≠|(zhì)量塊位置檢測反饋系統(tǒng)，對懸浮質(zhì)量塊恒定懸浮力控制精度小于0.1N，對懸浮質(zhì)量塊位置控制精度小于0.01mm。測距儀選用精度為0.01mm級的高精度測距儀，測量頻率大于10Hz，用于測量懸浮質(zhì)量塊的相對距離變化。

2.工作原理

如圖2至圖4所示，磁懸浮式支座水平位移測量裝置直接安裝于橋梁支座6的上滑動鋼板，控制器控制磁懸浮軌道，在磁懸浮軌道的有效行程內(nèi)，為懸浮質(zhì)量塊提供等于質(zhì)量塊重力的恒定懸浮力F。此時，懸浮質(zhì)量塊只受到自身重力G和磁懸浮軌道提供的豎直向上的恒定懸浮力F兩個力的作用，當懸浮力始終與質(zhì)量塊自身重力相等時(F＝G)，質(zhì)量塊處于一個豎向平衡狀態(tài)，懸浮質(zhì)量塊與磁懸浮軌道不發(fā)生接觸，其絕對水平位置不會因磁懸浮軌道的移動而改變，進而形成支座水平位移測試用固定參考點。固定于支座滑動鋼板上的磁懸浮軌道、屏蔽套筒隨著鋼板滑動產(chǎn)生水平位移d，此時由于質(zhì)量塊與軌道脫離接觸，不承受任何水平力，質(zhì)量塊處于受力平衡狀態(tài)，懸浮質(zhì)量塊的絕對水平位置并不隨磁懸浮軌道改變，只是質(zhì)量塊與屏蔽套筒的水平相對位置發(fā)生改變，相對位置的改變量與屏蔽套筒水平向的位移量是相等的，即與支座上鋼板的水平位移相等。通過安裝于磁懸浮軌道端部的測距儀測量出位移前后質(zhì)量塊與屏蔽套筒相對位置的變化量ΔL，即得到支座的水平位移。如產(chǎn)生縱向位移前質(zhì)量塊與屏蔽套筒端部的水平距離為L₁，產(chǎn)生縱向位移后質(zhì)量塊與屏蔽套筒端部的水平距離為L₂，則支座水平位移值即為d＝ΔL＝L₁-L₂。利用動態(tài)測距儀連續(xù)測量，即可實現(xiàn)支座水平位移動態(tài)測試。

3.操作步驟

(1)進行支座水平位移測試前，在橋梁支座的滑動鋼板上，固定安裝磁懸浮式支座水平位移測量裝置，磁懸浮軌道方向與待測試的支座水平位移方向平行；

(2)打開控制器電源，通過控制器將懸浮質(zhì)量塊位置調(diào)節(jié)至磁懸浮軌道行程中部位置，保持懸浮力使懸浮質(zhì)量塊處于靜止懸浮狀態(tài)，并設(shè)置磁懸浮軌道中懸浮力保持此狀態(tài)不變，懸浮質(zhì)量塊絕對水平坐標保持不變；

(3)測量此時懸浮質(zhì)量塊相對于屏蔽套筒端部的水平距離L₁；

(4)支座滑動鋼板隨著主梁產(chǎn)生水平向的位移d，帶動屏蔽套筒和磁懸浮軌道水平向移動d，而懸浮質(zhì)量塊始終處于受力平衡狀態(tài)，絕對位置并未隨磁懸浮軌道水平移動而改變，即懸浮絕對水平坐標為x，y；

(5)測量此時懸浮質(zhì)量塊相對于屏蔽套筒端部的水平距離L₂；

(6)計算支座水平位移為d＝ΔL＝L₁-L₂。

4.應用實例

對某193m+330m+113m半漂浮體系斜拉橋的輔助墩墩頂處支座縱向位移隨溫度的變化情況進行測試，使用前述磁懸浮式支座水平位移測量裝置，參照上述操作步驟進行。

在進行支座水平位移測試前，在支座的滑動鋼板上固定安裝磁懸浮式支座水平位移測量裝置，磁懸浮軌道方向與待測試的支座水平位移方向平行。打開控制器電源，通過控制器將懸浮質(zhì)量塊位置調(diào)節(jié)至磁懸浮軌道行程中部位置，保持懸浮力使懸浮質(zhì)量塊處于靜止懸浮狀態(tài)，并設(shè)置磁懸浮軌道中懸浮力保持此狀態(tài)不變，懸浮質(zhì)量塊絕對水平坐標保持不變。測量此時懸浮質(zhì)量塊相對于屏蔽套筒端部的水平距離L₁＝50.3mm。支座滑動鋼板隨著主梁產(chǎn)生水平向的位移，測量此時懸浮質(zhì)量塊相對于屏蔽套筒端部的水平距離L₂＝31.2mm，計算出支座水平位移為d＝ΔL＝L₁-L₂＝19.1mm。