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)動機構(gòu)所檢測位置的位移值放大，并將檢測的直線往返運動轉(zhuǎn)換成指針的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，以指示其位移數(shù)值。
特點：1）優(yōu)點是設(shè)備簡單，可以進行多點測量，直接得到各測點的撓度值測量結(jié)果穩(wěn)定可靠；2）缺點比較繁瑣，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 精密水準儀測量法
水準測量又名“幾何水準測量”，是用水準儀和水準尺測定地面上兩點間高差的方法。在地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按尺上讀數(shù)推算兩點間的高差。通常由水準原點或任一已知高程點出發(fā)，沿選定的水準路線逐站測定各點的高程。
特點：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；2）主要適用于測點附近能夠提供測站條件、范圍不大的橋梁撓度變化、觀測點數(shù)不多的精密水準測量。
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間的水平距離和豎直角求定兩點間高差的方法。
特點：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)的液面將與基準點處的液面保持在同一水平面，但各測點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的撓度值。
特點：連通管法測量橋梁撓度的優(yōu)點是可靠、易行，當撓度的絕對值大于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、水準儀法直接測得橋梁某一點的撓度值，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，進而得到撓度曲線，這樣就可以求得橋梁上任意一點的撓度值。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：橋梁不需要靜止的參考點，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：具有很高的測量精度，可達到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(基準站)安在參考點(岸基)上固定不動，另一臺接收機(移動站)設(shè)在橋梁變形較大的點，2臺接收機同步觀測4顆或更多衛(wèi)星，以確定變形點相對岸基的位置。實時獲取變形點相對參考點的位置，可直接反映出被測點的空間位置變化從而得到橋梁結(jié)構(gòu)的撓度值。
特點：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上安裝一個目標靶，并在靶上制作一個光學(xué)標志點(光標)。通過光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)鏡頭)把標志點成像在CCD接收面陣上，當橋梁產(chǎn)生撓度/位移時，目標靶也隨之移動。通過測出靶上光標點在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行嚴格的檢測，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，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，隨著計算機等級的提高、數(shù)據(jù)采樣技術(shù)的進步，今后橋梁的撓度測量將在此方法基礎(chǔ)上進一步完善。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：
[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.
