几种桥梁挠度测量方法优缺点比较及其发展趋势
2017-08-21
国内外研究开发和使用部门对桥梁挠度的检测进行了深入研究并提出了许多实用测试方法。传统的桥梁挠度测量方法通常采用百分表、水准仪、全站仪和位移计等，这些相对简单的测量方法一般用于桥梁静挠度测量，存在费时、费力和在线检测困难等不足。近年来出现了一些新型的桥梁挠度检测方法，如倾角仪、加速度计、连通管法、光纤位移传感器或应变仪、光纤陀螺、差分GPS、数字图像法和准直激光束法等，这些方法也各有优缺点，还不能实现大型桥梁动挠度高精度、快速、实时检测和长期监测。
1 几种桥梁挠度测量方法的比较
1.1基于位移传感器的桥梁挠度检测
基于位移传感器的桥梁挠度检测，需要在测试点位的桥梁下部，搭设支架安装位移传感器。该方法的优点是：测量方法简单，能够达到较高的测量精度，主要用于桥梁静态挠度检测。当采用光、电等自动化位移传感器时，可进行桥梁的动态挠度检测。当在桥的下面布设多个百分表或位移传感器时，可进行桥梁的整体位移检测即全桥的挠度检测。该方法可用来验证其它挠度测量方法。不足之处是：由于在测量过程常常需要进行比较繁琐的辅助设施的架设，所以基本上不能用于江河湖泊上的桥梁挠度检测。因此该方法在实际应用中受到许多限制。
1.2基于水准仪的挠度检测
基于水准仪的挠度检测是在需要检测的点位安放水准尺，在前后水准尺的中间位置上安放水准仪。一般情况下，水准仪仅用于静挠度检测。
基于水准仪的静挠度检测，其优点是：可以获得较高的测量精度，是静挠度最基本的方法，可用于检验其它静挠度测试方法。不足之处是：当进行大型桥梁特别是大跨径桥梁挠度检测时，需要依次在多个观测位置上架设水准仪。由于受到桥梁动态变化的影响，水准仪所在的观测点也处在动态变化中，水准仪的水平视轴也随之变化。为保证测量精度，常常需要封闭交通。另外，由于受到人工读数和数据自动采样频率的限制，利用水准仪很难进行桥梁动态挠度的检测。
1.3基于液体连通管的挠度检测
基于液体连通管的挠度检测，在需要检测的点位安放液位测量联通器。该方法的优点是：该方法原理简单，可实现自动化测量，测量过程基本不受大气湍流和测量环境的影响，可用于大型桥梁挠度的测量。不足之处是：安装布设繁琐，由于受到连通管内液体响应频率的限制，只能用于低频或超低频桥梁静挠度的检测，实际中无法进行桥梁动态高精度挠度的检测。另外该方法也不太适用于跨径大、纵坡较大的桥梁，因为需要提供的水平面高差太大（如润扬长江 的纵坡高差达8米，挠度变形量达2.8米），不易安装布设。
1.4基于差分GPS的挠度检测
基于差分GPS的挠度检测，在需要的检测点位，安放GPS移动站。该方法的优点是：基本不受大气环境的影响，测量布设容易，可用于大型桥梁挠度的观测和监控。不足之处是：挠度测量精度低，一般只能达到厘米级。所以，对于中小型桥梁的高精度挠度检测，差分GPS通常不能满足使用要求。
1.5基于准直激光的挠度检测
基于准直激光的挠度检测，在需要检测的点位，安放光电接收器，通过测量接收器上光点位置的变化量得到挠度值。其优点是：测量原理简单，在一定条件下具有较高的测量精度，可实现自动、实时测量。不足之处是：如果测量距离太远，激光光斑的发散和大气湍流造成的光束抖动会严重影响测量精度。同时，准直激光光源本身应处在静止的位置上，否则其准直光束倾斜变化将直接影响其检测精度。
2 国内外研究现状分析
综上所述可以看出：对于中小型桥梁，由于静动挠度检测相对简单，可以根据实际的桥梁跨径大小和挠度检测精度要求，选择合适的检测方法。总的说来，加速度计不宜进行静动挠度检测，差分GPS不宜进行高精度挠度检测，液体连通管不易进行大跨径的动挠度检测。采用水准仪、准直激光、点光源成像挠度检测，仪器和测试点位之间的距离不宜太大，根据大地测量避免大气湍流干扰的要求，应小于50米，最好小于30米。
3发展趋势
（1）检测方法和技术需要满足快速高精度检测，特别是需要满足大型大跨径桥梁检测精度的要求。（2）需要满足桥梁挠度动态检测，特别是需要满足大型大跨径桥梁动挠度检测的需求。（3）满足桥梁静动挠度精细化检测需要，可进行桥梁挠度的长期监控，希望在不中断正常交通的情况下进行桥梁挠度检测。（4）检测方法和技术受外界干扰小，尽可能不受外界环境特别是大气湍流抖动的影响，实现全天候检测。（5）数据采集、处理自动化。
参考文献
[1] 徐学文，管树国.几种桥梁挠度测量方法的比较[J].林业科技情报，2005（2）.
