一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種承載力試驗(yàn)中輸電線路桿塔構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，本系統(tǒng)運(yùn)用圖像監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控試驗(yàn)過程中構(gòu)件的變化情況，將監(jiān)控到的圖像在圖像處理系統(tǒng)上顯示，同時運(yùn)用圖像處理系統(tǒng)對構(gòu)件的撓度和位移情況進(jìn)行實(shí)時測量，可以隨時掌握屈曲試驗(yàn)中構(gòu)件的撓度變化情況，當(dāng)構(gòu)件的撓度或者位移達(dá)到構(gòu)件撓度的預(yù)定值時，即人工停止試驗(yàn)。該方法簡便可行，易于實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)η囼?yàn)中發(fā)生形態(tài)變化的構(gòu)件撓度、位移、變形情況有更好地掌握。
【專利說明】一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及輸電線路桿塔撓度測量方法，更具體涉及一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。

【背景技術(shù)】
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[0002]輸電桿塔結(jié)構(gòu)真型試驗(yàn)是檢驗(yàn)和驗(yàn)證桿塔的整體力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)合理性、指導(dǎo)桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的不可或缺的重要手段，但由于桿塔結(jié)構(gòu)真型試驗(yàn)通常要耗費(fèi)較多的人力、物力和財(cái)力，只能有限度地進(jìn)行，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初期，特別是在進(jìn)行初步探索比較或?qū)υO(shè)計(jì)理論計(jì)算進(jìn)行研究時，一般多依靠對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)分析和理論計(jì)算。因此，構(gòu)件試驗(yàn)是桿塔真型試驗(yàn)的有效補(bǔ)充，兩種試驗(yàn)手段對于保證輸電桿塔安全可靠、研究設(shè)計(jì)理論、促進(jìn)輸電桿塔優(yōu)化設(shè)計(jì)具有同等重要的作用。
[0003]雖然構(gòu)件試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行的是結(jié)構(gòu)構(gòu)件或模型塔架的試驗(yàn)，試驗(yàn)規(guī)模相對較小，但其主要試驗(yàn)設(shè)施、設(shè)備與桿塔真型試驗(yàn)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)相似，也包括試驗(yàn)大廳、試驗(yàn)臺座、反力墻、反力架、液壓加載系統(tǒng)、應(yīng)變和位移測量系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、吊裝設(shè)備、試驗(yàn)制作設(shè)備以及配套的試驗(yàn)分析軟件、試驗(yàn)機(jī)等。
[0004]工程中用到的鐵塔桿件主要是鋼鐵，木材和混凝土，隨著復(fù)合材料的興起，復(fù)合材料已經(jīng)出現(xiàn)在輸配電桿塔制造中，復(fù)合材料桿塔已在全球部分地區(qū)得到應(yīng)用，其中研制開發(fā)和應(yīng)用相對成熟的有RS和Strongwell等公司。RS公司開發(fā)的復(fù)合材料桿塔已在歐美地區(qū)投入使用。例如加拿大大湖電力公司在230kV輸電系統(tǒng)中安裝了大約300基門形復(fù)合材料桿塔，此外還有90基復(fù)合桿塔正在其它電壓等級輸電系統(tǒng)中投入使用。在挪威，一條長50公里的132kV輸電線路將使用170基RS公司生產(chǎn)的門形復(fù)合材料桿塔。由于復(fù)合材料模量小，復(fù)合材料單桿在受力時變形較大，對復(fù)合材料塔的設(shè)計(jì)帶來了影響。在鋼鐵構(gòu)件的承載力試驗(yàn)時，一般是取承載力的最高值為桿件的最大承載力，但是對于復(fù)合材料桿件，由于材料彈性模量小，未到達(dá)承載力極限的時候有可能由于桿件變形太大造成整塔破壞，所以需要對試驗(yàn)過程中構(gòu)件的撓度和轉(zhuǎn)角進(jìn)行監(jiān)控和測量，來控制試驗(yàn)的進(jìn)行，從而使測量到的復(fù)合材料等變形較大桿件承載力值對整塔設(shè)計(jì)更有參考意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的是提供一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，對輸變電桿塔構(gòu)件屈曲試驗(yàn)過程中的撓度及位移值進(jìn)行測定，既可以全程掌握構(gòu)件的變形情況，也可以通過對構(gòu)件變形的實(shí)測值對試驗(yàn)進(jìn)行控制，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測裝置包括測量裝置、監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)與測量裝置連接。
[0007]本發(fā)明提供的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，所述測量裝置包括固定架和依次設(shè)置在固定架間的約束裝置、荷載傳感器和加載裝置；所述約束裝置間設(shè)有構(gòu)件。
[0008]本發(fā)明提供的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，所述固定架為反力架；所述約束裝置為上端部刀口鉸支座和下端部刀口鉸支座，所述上端部刀口鉸支座和下端部刀口鉸支座分別通過法蘭板與構(gòu)件的一端連接；
[0009]所述刀口鉸的口槽方向與所述構(gòu)件的屈曲方向垂直。
[0010]本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，所述加載裝置為作動器，所述作動器量程為所述構(gòu)件極限承載力的1.2到1.5倍之間。
[0011]本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，所述控制裝置連接所述作動器。
[0012]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)和與圖像采集系統(tǒng)連接的圖像處理系統(tǒng)；
[0013]所述圖像采集系統(tǒng)垂直所述構(gòu)件發(fā)生屈曲的所在面設(shè)置并記錄所述構(gòu)件發(fā)生屈曲的圖像。
[0014]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，所述方法包括以下步驟:
[0015](I)測量構(gòu)件長度記錄到圖像處理系統(tǒng)；
[0016](2)構(gòu)件通過測量裝置進(jìn)行屈曲實(shí)驗(yàn)；
[0017](3)圖像采集系統(tǒng)采集構(gòu)件屈曲圖像；
[0018](4)圖像處理系統(tǒng)處理構(gòu)件屈曲圖像；
[0019](5)獲得構(gòu)件的撓度變化情況；
[0020]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，所述屈曲實(shí)驗(yàn)通過作動器將荷載加載到所述構(gòu)件上，所述作動器采用分級荷載方法加載，所述分級荷載按照所述構(gòu)件極限承載力的5%比例逐級遞增。
[0021]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，所述圖像采集系統(tǒng)采集作動器每一級的荷載使所述構(gòu)件發(fā)生屈曲的圖像，當(dāng)所述構(gòu)件屈曲變形達(dá)到邊界值時停止實(shí)驗(yàn)。
[0022]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明得到的有益效果是:輸電鐵塔破壞的原因一般是局部構(gòu)件失穩(wěn)造成的，而局部構(gòu)件失穩(wěn)的時候并不單單是構(gòu)件達(dá)到穩(wěn)定承載力，也有可能是變形太大但沒有達(dá)到失穩(wěn)理論值造成的，傳統(tǒng)的屈曲試驗(yàn)一般得到的是失穩(wěn)極限值，而沒有考慮變形太大造成的失穩(wěn)，本方法運(yùn)用圖像監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控試驗(yàn)過程中構(gòu)件的變化情況，將監(jiān)控到的圖像在PC機(jī)顯示屏上顯示，同時運(yùn)用PC機(jī)上的圖像處理軟件對構(gòu)件的撓度和位移情況進(jìn)行實(shí)時測量，可以隨時掌握屈曲試驗(yàn)中構(gòu)件的撓度變化情況，當(dāng)構(gòu)件的撓度或者位移達(dá)到預(yù)定的值時，即人工停止試驗(yàn)。該方法簡便可行，易于實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)η囼?yàn)中發(fā)生形態(tài)變化的構(gòu)件撓度、位移、變形情況有更好地掌握，考慮了變形太大造成的桿塔失穩(wěn)問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度數(shù)據(jù)處理示意圖；
[0026]圖4為發(fā)明中刀口鉸支座端部示意圖
[0027]其中，1-反力架，2-上端部刀口鉸支座，3-法蘭板，4-構(gòu)件，5-荷載傳感器，6_作動器，7-下端部刀口鉸支座；
[0028]a表示構(gòu)件的撓度值，b表示構(gòu)件端部位移值。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]如圖1-4所示，本例的發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)包括測量裝置、監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)與測量裝置連接。所述測量系統(tǒng)包括固定架和依次設(shè)置在固定架間的約束裝置、荷載傳感器5和加載裝置；所述約束裝置間設(shè)有構(gòu)件4。
[0032]所述固定架為反力架1 ;所述約束裝置為上端部刀口鉸支座2和下端部刀口鉸支座7，所述上端部刀口鉸支座2和下端部刀口鉸支座7分別通過法蘭板3與構(gòu)件4的一端連接；所述刀口鉸的口槽方向與構(gòu)件4的屈曲方向垂直。所述加載裝置為作動器6，根據(jù)歐拉公式大致算出構(gòu)件4的參考極限承載力，然后根據(jù)承載力選擇相應(yīng)量程的作動器6，所述作動器6量程為所述構(gòu)件4極限承載力的1.2到1.5倍之間。
[0033]所述監(jiān)測系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)和與所述圖像采集系統(tǒng)連接的圖像處理系統(tǒng)，所述圖像采集系統(tǒng)垂直于所述構(gòu)件4發(fā)生屈曲的所在面設(shè)置并記錄所述構(gòu)件4發(fā)生屈曲的圖像；所述控制裝置連接所述作動器6，所述控制裝置控制作動器6對構(gòu)件4進(jìn)行加載荷載。
[0034]該系統(tǒng)的監(jiān)測方法為先測量構(gòu)件4長度并記錄到圖像處理系統(tǒng)中；開始對構(gòu)件通過測量裝置進(jìn)行屈曲實(shí)驗(yàn)；圖像采集系統(tǒng)采集構(gòu)件4的屈曲圖像并傳送到圖像處理系統(tǒng)，所述圖像處理系統(tǒng)處理構(gòu)件4屈曲圖像；最后得到構(gòu)件4的撓度變化情況。
[0035]所述屈曲實(shí)驗(yàn)中，上端部刀口鉸支座2的位移為0，不發(fā)生平動，只能發(fā)生轉(zhuǎn)動，構(gòu)件4的另外一端下端部刀口鉸支座7隨作動器6上下移動。
[0036]所述作動器6采用分級荷載方法加載，每級加載為所述構(gòu)件4參考極限承載力值的5%逐級遞增，分別為5%、10%、15%……，逐級加載。
[0037]所述圖像采集系統(tǒng)將采集到的圖像傳送到PC機(jī)上進(jìn)行實(shí)時顯示。PC機(jī)上安裝了圖像處理軟件。調(diào)整PC機(jī)圖像處理系統(tǒng)的顯示功能，使之構(gòu)件4能夠在PC機(jī)顯示屏上完全顯示。打開圖像處理軟件，通過圖像處理軟件測得構(gòu)件4的長度與構(gòu)件4實(shí)測值來確定標(biāo)尺，通過標(biāo)尺在軟件界面制定柵格，柵格的每個邊長單元對應(yīng)了實(shí)際長度。移動?xùn)鸥瘢瑢?gòu)件4的活動端下端部刀口鉸支座7初始位置正好在柵格邊上，設(shè)置圖像處理軟件界面的透明度，打開圖像監(jiān)控頁面，設(shè)置透明度，使打開監(jiān)控頁面也能清楚的看到柵格，試驗(yàn)結(jié)束時在構(gòu)件4的位移和撓度位置處做標(biāo)記。不改變監(jiān)控系統(tǒng)的圖像顯示比例和位置，作動器6每級加載完后圖像采集系統(tǒng)將采集到的作動器6每一級的荷載使所述構(gòu)件4發(fā)生屈曲的圖像傳入圖像處理軟件，測量構(gòu)件4的撓度和位移a和b，當(dāng)構(gòu)件4屈曲變形到達(dá)預(yù)定的邊界值或者作動器不能繼續(xù)對構(gòu)件4增大載荷后停止試驗(yàn)，所述邊界值為構(gòu)件4長度的二十分之一，此時的構(gòu)件4荷載值即為桿塔中構(gòu)件4的極限承載力，同時測量的構(gòu)件4的撓度值和位移值為桿塔中構(gòu)件破壞的實(shí)際值，并監(jiān)測到構(gòu)件4的撓度變化過程。
[0038]最后應(yīng)該說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測裝置包括測量裝置、監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)與測量裝置連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述測量裝置包括固定架和依次設(shè)置在固定架間的約束裝置、荷載傳感器和加載裝置；所述約束裝置間設(shè)有構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求2所述的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述固定架為反力架；所述約束裝置為上端部刀口鉸支座和下端部刀口鉸支座，所述上端部刀口鉸支座和下端部刀口鉸支座分別通過法蘭板與構(gòu)件的一端連接； 所述刀口鉸的口槽方向與所述構(gòu)件的屈曲方向垂直。
4.如權(quán)利要求3所述的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述加載裝置為作動器，所述作動器量程為所述構(gòu)件極限承載力的1.2到1.5倍之間。
5.如權(quán)利要求4所述的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述控制裝置連接所述作動器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種承載力試驗(yàn)中構(gòu)件撓度的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)和與圖像采集系統(tǒng)連接的圖像處理系統(tǒng)； 所述圖像采集系統(tǒng)垂直所述構(gòu)件發(fā)生屈曲的所在面設(shè)置并記錄所述構(gòu)件發(fā)生屈曲的圖像。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: (1)測量構(gòu)件長度記錄到圖像處理系統(tǒng)； (2)構(gòu)件通過測量裝置進(jìn)行屈曲實(shí)驗(yàn)； (3)圖像采集系統(tǒng)采集構(gòu)件屈曲圖像； (4)圖像處理系統(tǒng)處理構(gòu)件屈曲圖像； (5)獲得構(gòu)件的撓度變化情況。
8.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)測方法，其特征在于:所述屈曲實(shí)驗(yàn)通過作動器將荷載加載到所述構(gòu)件上，所述作動器采用分級荷載方法加載，所述分級荷載按照所述構(gòu)件極限承載力的5%比例逐級遞增。
9.如權(quán)利要求8所述的監(jiān)測方法，其特征在于:所述圖像采集系統(tǒng)采集作動器每一級的荷載使所述構(gòu)件發(fā)生屈曲的圖像，當(dāng)所述構(gòu)件屈曲變形達(dá)到邊界值時停止實(shí)驗(yàn)。
【文檔編號】G01B11/16GK104344789SQ201310311789
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】王旭明, 楊靖波, 邢海軍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 江蘇省電力公司