用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測量裝置，特別是可以用于對構(gòu)件扭轉(zhuǎn)測量或懸索橋主纜等扭轉(zhuǎn)特性測量的測量裝置，本發(fā)明還涉及利于上述測量裝置進行測量的方法。本發(fā)明提供的用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置，包括固定座，其特征在于還包括與固定座連接的三個光反射器；所述固定座可以固定在被測元件上，且使與固定座連接的三個光反射器與被測元件的被測截面處于同一平面上。利用該裝置進行測量的原理是：用全站儀測量測點反射裝置三個觀測點在各階段的三維坐標；對所得的三維坐標進行數(shù)據(jù)處理，獲得主纜被測截面在各階段的中心坐標和扭轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明提供的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，實施測量成本低，效果好。
【專利說明】用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量裝置，特別是可以用于對構(gòu)件扭轉(zhuǎn)測量或懸索橋主纜等扭轉(zhuǎn)特性測量的測量裝置。
[0002]本發(fā)明還涉及利于上述測量裝置進行測量的方法。
【背景技術】
[0003]空間索面的懸索橋由于除了具有一般懸索橋的結(jié)構(gòu)特點外，還因其主纜和吊索采用三維空間的布置形式，提高了體系的橫向剛度和抗扭剛度，增加了抗風抗震能力，而將越來越被廣泛采用。然而，空間索面懸索橋的主纜由空纜豎直面狀態(tài)轉(zhuǎn)換到成橋的空間狀態(tài)過程中會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，該現(xiàn)象的出現(xiàn)會給索夾安裝和后續(xù)調(diào)整帶來麻煩，也給索夾的受力帶來不利影響。掌握其扭轉(zhuǎn)特性，有利于進一步精確分析空間主纜懸索橋受力，確保施工的順利進行。
[0004]目前，室內(nèi)試驗測量扭轉(zhuǎn)變形的方法已經(jīng)很成熟，如:文獻I (GB/T10128-2007《金屬材料室溫扭轉(zhuǎn)試驗方法》[S])利用扭轉(zhuǎn)試驗機測量試件的扭轉(zhuǎn)變形，但由于采用了扭轉(zhuǎn)試驗機這種大型設備，且需要制作標準的試件，因此，這種方法無法移植到施工現(xiàn)場應用。物理學中也有如文獻2-4 (喬彥峰，王成龍等，莫爾條紋測量扭轉(zhuǎn)變形角的方案研究[J]，光學精密工程，2008，19 (11):2132-2139[;李向榮，喬彥峰，劉微等，扭轉(zhuǎn)變形測量的干涉條紋處理技術[J]，光電工程，2005，32 (12):47-50 ;丁珍紅，吉小軍，劉月華，一種軸扭轉(zhuǎn)變形動態(tài)測量系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)[J]，中國機械工程，2011，22 (14):1672-1675)應用光學原理測量試件的扭轉(zhuǎn)方法，但試驗條件要求苛刻，施工現(xiàn)場無法滿足。也有應用百分表測量試件的扭轉(zhuǎn)方法，如文獻5 (郭學東，陳曉峰，便攜式扭轉(zhuǎn)變形試驗儀的設計與實踐[J]。寧夏工程技術，2010 (9):122-124)中的試件扭轉(zhuǎn)角的測量等。目前，土木工程中測量扭轉(zhuǎn)角的最常用方法是使用傾角儀測量扭轉(zhuǎn)角的大小，如文獻6[孫煥彬。預應力混凝上托架受扭試驗研究[J]。浙江工學院學報，1989 (4):38-43]中的構(gòu)件扭轉(zhuǎn)角的測量。該方法雖然能滿足大部分工程測量需要，但也存在很多不足:其一，儀器需要供電(一般采用電池供電)，若長時間跟蹤測量時，需要更換電池，這將增加額外的工作量，有時甚至無法到達儀器安裝位置去更換電池；其二，需要靠近觀測，一些試驗人員無法到達的地方無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取；其三，儀器需要很好的防雨防曬等保護措施；其四，測量儀器需要額外購置，增加測量成本；其五，因重量不能忽略和受安裝條件限制，它不適用于小構(gòu)件測量，如:室內(nèi)的縮尺模型試驗中的小構(gòu)件扭轉(zhuǎn)測量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種簡單、方便的適于現(xiàn)場測量被測元件扭轉(zhuǎn)和位置的測量裝置；同時提供利于該裝置進行測量的方法。
[0006]本發(fā)明提供的用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置，包括固定座，其特征在于還包括與固定座連接的三個光反射器；所述固定座可以固定在被測元件上，且使與固定座連接的三個光反射器與被測元件的被測截面處于同一平面上。
[0007]本發(fā)明提供的用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置，可以用于測量懸索橋的主纜的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。進行測量時，需要將測量裝置的固定座固定在被測元件的各個截面位置。
[0008]利用上述測量設備進行現(xiàn)場測量時，需要使用全站儀。全站儀為常規(guī)測量設備，無需贅述。而光反射器可以采用反射棱鏡片。
[0009]當測量裝置被固定到主纜的某一個截面位置后，則反映主纜某一截面的位置和扭轉(zhuǎn)角度的(一套)測點反射裝置為全站儀提供3個觀測點。此發(fā)明的總體技術原理為:研發(fā)反映主纜截面位置和扭轉(zhuǎn)角度的測點反射裝置；用全站儀測量測點反射裝置三個觀測點在各階段的三維坐標；對所得的三維坐標進行數(shù)據(jù)處理，獲得主纜被測截面在各階段的中心坐標和扭轉(zhuǎn)角度。
[0010]固定在主纜被測截面位置能隨該截面位移和轉(zhuǎn)動的帶有三個反射棱鏡片(共面不共線)，按三個反射片相對布置位置的不同，分為正交模式和非正交模式兩種，如圖1、圖2所示。無論正交模式，還是非正交模式，三個棱鏡片所在的平面在受力各階段均應垂直于被測處的主纜軸線，即三個棱鏡片所在的平面應始終在被測主纜處的橫截面上。
[0011]如果安裝空間不受限制，且觀測視野自由，測量裝置中的三個觀測點CE1、CE2、CE3按圖1所示的正交模式安裝，這樣的話，后續(xù)的計算過程相對簡單些。
[0012]如果安裝空間受限制，或觀測視野受阻擋，可根據(jù)實際情況，采用圖2所示的非正交式模式安裝。但這種安裝模式下的數(shù)據(jù)處理過程較繁瑣。
[0013]使用全站儀對三個棱鏡片進行測量后，可以獲得被測截面在不同階段的坐標，從而可以計算出被測元件的扭轉(zhuǎn)位置參數(shù)。
[0014]本發(fā)明提供的用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置和方法能根據(jù)所測得不同階段主纜截面三點的空間坐標，一并獲得主纜扭轉(zhuǎn)角度及主纜截面中心的空間位置及其變化。其組成之一的全站儀為一般橋梁工地所必需，無需額外增購；其組成之二的測點反射裝置主要為固定在主纜截面上滿足一定布置條件的三個棱鏡片(簡稱主纜截面上三點)，成本低廉，其布置的尺寸形狀和安裝方法能根據(jù)被測結(jié)構(gòu)的尺寸形狀、安裝空間和觀測條件合理采用；無需供電和靠近觀測；重量輕，對被測結(jié)構(gòu)位形影響小，尤其適用于室內(nèi)縮尺主纜模型的試驗測試，既可用于橋梁主纜扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)測量，也可推廣用于其他小尺寸構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例中光反射器布置方式I的示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實施例中光反射器布置方式2的示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明提供的用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖1 ;
[0018]圖4是本發(fā)明提供的用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020]本實施例以測量懸索橋主纜扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)為例進行說明。
[0021]本發(fā)明提供的用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置見圖3，包括固定座1，通過桿2、3、4與固定座連接的三個反射棱鏡片(即光反射器)5、6、7 ;所述固定座可以固定在被測元件上，且使與固定座連接的三個光反射器與被測元件8的被測截面處于同一平面上。
[0022]采用圖1所示的“正交模式”布置三根帶棱鏡片的帽翅，觀測點編號分別為CEl和CE2 和 CE3。
[0023]【具體實施方式】如下:
[0024](I)固定座的選型與加工:根據(jù)被測元件的幾何尺寸、材質(zhì)、截面形狀、安裝空間大小、觀測視野條件等選定測點反射裝置的固定座形式和帽翅的安裝模式，并選定好制作材料，按設計要求進行機械加工制作。
[0025](2)測量裝置的安裝:無論采用何種固定座和帽翅(即桿與固定在桿一端的棱鏡片)安裝模式，安裝時必須保證三個帽翅上所粘貼的反射式棱鏡片處在同一平面內(nèi)(為了提高三個帽翅上所粘貼的反射式棱鏡片共面效果，可先在水平的工作平臺上調(diào)試好，然后再安裝到主纜測試位置處)，且均面向測站的全站儀；必須保證安裝穩(wěn)固，無相對移動或轉(zhuǎn)動；為了簡化數(shù)據(jù)處理過程，要求三個帽翅采用相同的長度，且編號為CE2的帽翅與水平面的初始夾角盡量小。
[0026](3)全站儀的安裝調(diào)試:按全站儀操作規(guī)程要求執(zhí)行。
[0027](4)觀測點編號:按“技術方案”中關于坐標系和觀測點要求:X軸為橋橫向，且指向吊索張拉方向一側(cè)為正；Y軸為橋縱向；ζ軸為橋豎向，且豎直向上為正。且要求測點反射裝置上的三個觀測點CE1、CE2、CE3的χ坐標滿足X2≥X3≥X1,按此要求將三個帽翅上的棱鏡片分別編為CE1、CE2、CE3，并繪制好數(shù)據(jù)記錄表格，便于后續(xù)的測量數(shù)據(jù)記錄和處理。
[0028](5)數(shù)據(jù)測量與記錄。
[0029](6)數(shù)據(jù)處理，獲取截面中心坐標值和截面扭轉(zhuǎn)角的大小。
[0030](7)完成測量工作。
[0031]數(shù)據(jù)處理方法與計算公式
[0032]設坐標系的X軸為橋橫向，且沿吊桿張拉方向一側(cè)為正方向；Y軸為橋縱向；Ζ軸為橋豎向，且豎直向上為正方向，測點反射裝置上的三個觀測點CE1、CE2、CE3和主纜橫截面中心 O 的坐標分別為(X1, Y1, Z1)、(x2, j2, ζ2)、(x3, y3, z3)和(χ。, y0, z0),且 X2 ≥ X3 ≥ X1 ;觀測點CE1、CE2、CE3到主纜橫截面中心距離相等且共面，該面與主纜的橫截面平行。主纜被測截面的中心坐標和扭轉(zhuǎn)角計算方法如下。
[0033]主纜被測截面的中心坐標
[0034]如果安裝空間不受限制，且觀測視野自由，建議測點反射裝置的三個觀測點CE1、CE2、CE3按圖1所示的正交模式安裝(CE1、CE2必需共線)，該種方式可簡化數(shù)據(jù)處理過程。按照觀測點的設定要求(即測點CE1、CE2、CE3到主纜橫截面中心距離相等且共面)，則主纜中心的三維坐標可由測點CE1、CE2求得:
【權利要求】
1.用于元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的測量裝置，包括固定座，其特征在于還包括與固定座連接的三個光反射器；所述固定座可以固定在被測元件上，且使與固定座連接的三個光反射器與被測元件的被測截面處于同一平面上。
2.根據(jù)權利要求1所述的測量裝置，其特征在于三個光反射器各通過一桿固定在固定座上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的測量裝置，其特征在于三個光反射器的位置關系為共面但不共線。
4.根據(jù)權利要求3所述的測量裝置，其特征在于三個光反射器的位置為正交位置，即其中某一反射器到固定座的連線方向與另外兩個光反射器位置的連線相垂直。
5.根據(jù)權利要求3所述的測量裝置，其特征在于三個光反射器的位置為非正交位置。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的測量裝置，其特征在于所述的光反射器為反射棱鏡片。
7.測量元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的方法，包括如下步驟: 1)將多個權利要求1-6之一的測量裝置固定在被測元件上，使被測元件上的被測截面與測量裝置中的三個光反射器同一平面； 2)用全站儀測量上述測量裝置中的三個光反射器的第I位置，及被測截面的第I位置； 3)用全站儀測量上述測量裝置中的三個光反射器的第2位置，及被測截面的第2位置； 4)根據(jù)上述步驟2)和步驟3)中獲得的被測元件不同位置數(shù)值，對所得數(shù)據(jù)進行處理，獲得被測元件的被測截面在各階段的中心坐標和扭轉(zhuǎn)角度。
8.根據(jù)權利要求7所述的測量元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的方法，其特征在于:步驟I)中使三個光反射器的位置設置為位置為正交位置。
9.根據(jù)權利要求7所述的測量元件扭轉(zhuǎn)及位置參數(shù)的方法，其特征在于:步驟I)中使三個光反射器的位置設置為位置為非正交位置。
【文檔編號】G01C1/00GK103808502SQ201410040953
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權日:2014年1月28日
【發(fā)明者】曹水東, 李傳習, 柯紅軍, 劉智侃, 肖光清, 鄭亮亮 申請人:長沙理工大學