橋梁撓度測量方法及比較分析
2017-08-21
橋梁的撓度變形是橋梁健康狀況評價的重要參數(shù)，在橋梁檢測、危橋改造以及新橋驗收等方面都需要準(zhǔn)確測量橋梁的靜、動態(tài)撓度值。隨著橋梁健康監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步，人們研究了許多用于位移及撓度測量的方法。目前，國內(nèi)外測量橋梁撓度的方法有許多種，下面對常見的幾種測量方法的原理、特點(diǎn)及適用范圍做以簡要介紹。
1、傳統(tǒng)的人工測量方法
1.1百分表測量法
百分表測量法是較傳統(tǒng)的撓度測量方法。百分表的工作原理，就是利用齒輪轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)所檢測位置的位移值放大，并將檢測的直線往返運(yùn)動轉(zhuǎn)換成指針的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，以指示其位移數(shù)值。
特點(diǎn)：1）優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，可以進(jìn)行多點(diǎn)測量，直接得到各測點(diǎn)的撓度值測量結(jié)果穩(wěn)定可靠；2）缺點(diǎn)比較繁瑣，耗時較長，工作效率較低，現(xiàn)場應(yīng)用有很大局限性；3）適用于橋下可搭設(shè)支架的橋梁工程。
1.2 精密水準(zhǔn)儀測量法
水準(zhǔn)測量又名“幾何水準(zhǔn)測量”，是用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測定地面上兩點(diǎn)間高差的方法。在地面兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，觀測豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)標(biāo)尺，按尺上讀數(shù)推算兩點(diǎn)間的高差。通常由水準(zhǔn)原點(diǎn)或任一已知高程點(diǎn)出發(fā)，沿選定的水準(zhǔn)路線逐站測定各點(diǎn)的高程。
特點(diǎn)：1）具有速度快、計算方便、精度高和能夠及時比較觀測結(jié)果的特點(diǎn)；2）主要適用于測點(diǎn)附近能夠提供測站條件、范圍不大的橋梁撓度變化、觀測點(diǎn)數(shù)不多的精密水準(zhǔn)測量。
1.3 全站儀測量法
全站儀撓度測量基本原理是三角高程測量。三角高程測量通過測量兩點(diǎn)間的水平距離和豎直角求定兩點(diǎn)間高差的方法。
特點(diǎn)：1）這種測量方法簡單，不受地形條件限制，是測量橋梁撓度的一個基本方法。2）在橋梁加、卸載過程中，由于全站儀和棱鏡固定不動，這就完全消除了儀器高和棱鏡高的量測所帶來的誤差。3）采用高精度全站儀可以更加有效地提高橋梁荷載試驗撓度測量精度。
2、橋梁撓度自動檢測技術(shù)
2.1 連通管測量法
利用連通管原理，根據(jù)安裝在橋梁各處連通管內(nèi)液面高度的變化獲得橋梁撓度的變化。當(dāng)橋梁梁體發(fā)生變形時，固定在梁體上的水管也將隨之移動，此時，各豎直水管內(nèi)的液面將與基準(zhǔn)點(diǎn)處的液面保持在同一水平面，但各測點(diǎn)處的豎直水管液面卻發(fā)生了大小不等的相對移動，測得的相對位移量即是該被測點(diǎn)的撓度值。
特點(diǎn)：連通管法測量橋梁撓度的優(yōu)點(diǎn)是可靠、易行，當(dāng)撓度的絕對值大于20mm時，它1mm最小讀數(shù)至少可有5%的相對精度。
2.2 傾角儀法
使用傾角法測量橋梁的撓度，并不同于傳統(tǒng)的方法如百分表法、水準(zhǔn)儀法直接測得橋梁某一點(diǎn)的撓度值，而是首先使用傾角儀測得橋梁變形時幾個截面的的傾角，根據(jù)傾角擬合出傾角曲線，進(jìn)而得到撓度曲線，這樣就可以求得橋梁上任意一點(diǎn)的撓度值。傾角法實際上是一種間接地利用傾角儀測量得到橋梁撓度的方法。
特點(diǎn)：橋梁不需要靜止的參考點(diǎn)，特別適于測量跨河橋、跨線橋、大型的跨海、跨峽谷橋梁和高橋，大大提高了測量效率。
2.3 激光圖像撓度測量
激光圖像撓度測量利用了激光良好的方向性。隨著橋梁不同程度的變形，照射在被測點(diǎn)固定不動的光電接收器上的激光光斑中心發(fā)生等量變化，因此只要獲取光斑中心位置就可得到橋梁撓度。
特點(diǎn)：具有很高的測量精度，可達(dá)到0.1 mm，且采樣速率高、成本較低；適合于跨度不大的中小型橋梁。
2.4 GPS撓度測量
利用一臺接收機(jī)(基準(zhǔn)站)安在參考點(diǎn)(岸基)上固定不動，另一臺接收機(jī)(移動站)設(shè)在橋梁變形較大的點(diǎn)，2臺接收機(jī)同步觀測4顆或更多衛(wèi)星，以確定變形點(diǎn)相對岸基的位置。實時獲取變形點(diǎn)相對參考點(diǎn)的位置，可直接反映出被測點(diǎn)的空間位置變化從而得到橋梁結(jié)構(gòu)的撓度值。
特點(diǎn)：具有全球性、全天候、連續(xù)的精密三維導(dǎo)航與定位能力；具有良好的抗干擾性和保密性。
2.5 光電成像撓度測量
光電成像撓度測量是在橋梁的測點(diǎn)上安裝一個目標(biāo)靶，并在靶上制作一個光學(xué)標(biāo)志點(diǎn)(光標(biāo))。通過光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)鏡頭)把標(biāo)志點(diǎn)成像在CCD接收面陣上，當(dāng)橋梁產(chǎn)生撓度/位移時，目標(biāo)靶也隨之移動。通過測出靶上光標(biāo)點(diǎn)在CCD接收面上成像位置的變化值，就可計算出橋梁實際的撓度/位移量。
撓度測量方法的比較圖
3、橋梁撓度監(jiān)測的發(fā)展方向
(1)長期在線自動動態(tài)測量
現(xiàn)在和未來，人們對橋梁，尤其是大型橋梁的安全評估不僅要求在施工過程中進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，而且，更加注重成橋后在正常載荷下的長期在線自動監(jiān)測。成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使人們不再局限于對一座橋梁進(jìn)行集中監(jiān)控，而逐步要求實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多座大型橋梁的集群式監(jiān)控。
(2)大量程測量
隨著建筑材料和工藝的不斷成熟，現(xiàn)代橋梁呈現(xiàn)出/跨度大、結(jié)構(gòu)柔等特點(diǎn)，這就造成橋梁結(jié)構(gòu)本身在各種外界環(huán)境的影響下，會出現(xiàn)較大的形變，將來撓度測量的量程相應(yīng)地要求成倍提高。
總之，隨著計算機(jī)等級的提高、數(shù)據(jù)采樣技術(shù)的進(jìn)步，今后橋梁的撓度測量將在此方法基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善。未來橋梁撓度監(jiān)測將會沿著/高度集中自動化、大量程測量的方向繼續(xù)發(fā)展.
參考文獻(xiàn)：
[1]余加勇，朱建軍，鄒崢嶸，張坤[J]. 大跨徑橋梁撓度測量新方法研究.湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，34(10):31-34
[2]吳暉.利用新型傾角儀測量橋梁撓度方法的理論分析研究(碩士學(xué)位論文).蘭州：蘭州交通大學(xué).2009.
[3]謝浩元. 基于無線傾角傳感器的橋梁撓度測量研究(碩士學(xué)位論文).大連：大連理工大學(xué).2010.
[4]徐學(xué)文，管樹國.幾種撓度測量方法的比較.林業(yè)科技情報.2005(37):85
[5]鄭玉福.橋梁撓度測量方法的探討.黑河科技，2002（4）:47-48
[6]曹少飛.橋梁結(jié)構(gòu)試驗檢測應(yīng)變和撓度測量新方法研究(碩士學(xué)位論文).西安：長安大學(xué).2007.
[7]楊建春，陳偉民.橋梁結(jié)構(gòu)撓度自動監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展.傳感器與微系統(tǒng)，2006(25):1-3
[8]楊瑩浩.橋梁結(jié)構(gòu)撓度測量方法研究(碩士學(xué)位論文).西安：長安大學(xué).2009.
