桥梁挠度测量方法及比较分析
2017-08-21
桥梁的挠度变形是桥梁健康状况评价的重要参数，在桥梁检测、危桥改造以及新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值。随着桥梁健康监测技术的进步，人们研究了许多用于位移及挠度测量的方法。目前，国内外测量桥梁挠度的方法有许多种，下面对常见的几种测量方法的原理、特点及适用范围做以简要介绍。
1、传统的人工测量方法
1.1百分表测量法
百分表测量法是较传统的挠度测量方法。百分表的工作原理，就是利用齿轮转动机构所检测位置的位移值放大，并将检测的直线往返运动转换成指针的回转转动，以指示其位移数值。
特点：1）优点是设备简单，可以进行多点测量，直接得到各测点的挠度值测量结果稳定可靠；2）缺点比较繁琐，耗时较长，工作效率较低，现场应用有很大局限性；3）适用于桥下可搭设支架的桥梁工程。
1.2 精密水准仪测量法
水准测量又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。
特点：1）具有速度快、计算方便、精度高和能够及时比较观测结果的特点；2）主要适用于测点附近能够提供测站条件、范围不大的桥梁挠度变化、观测点数不多的精密水准测量。
1.3 全站仪测量法
全站仪挠度测量基本原理是三角高程测量。三角高程测量通过测量两点间的水平距离和竖直角求定两点间高差的方法。
特点：1）这种测量方法简单，不受地形条件限制，是测量桥梁挠度的一个基本方法。2）在桥梁加、卸载过程中，由于全站仪和棱镜固定不动，这就完全消除了仪器高和棱镜高的量测所带来的误差。3）采用高精度全站仪可以更加有效地提高桥梁荷载试验挠度测量精度。
2、桥梁挠度自动检测技术
2.1 连通管测量法
利用连通管原理，根据安装在桥梁各处连通管内液面高度的变化获得桥梁挠度的变化。当桥梁梁体发生变形时，固定在梁体上的水管也将随之移动，此时，各竖直水管内的液面将与基准点处的液面保持在同一水平面，但各测点处的竖直水管液面却发生了大小不等的相对移动，测得的相对位移量即是该被测点的挠度值。
特点：连通管法测量桥梁挠度的优点是可靠、易行，当挠度的绝对值大于20mm时，它1mm最小读数至少可有5%的相对精度。
2.2 倾角仪法
使用倾角法测量桥梁的挠度，并不同于传统的方法如百分表法、水准仪法直接测得桥梁某一点的挠度值，而是首先使用倾角仪测得桥梁变形时几个截面的的倾角，根据倾角拟合出倾角曲线，进而得到挠度曲线，这样就可以求得桥梁上任意一点的挠度值。倾角法实际上是一种间接地利用倾角仪测量得到桥梁挠度的方法。
特点：桥梁不需要静止的参考点，特别适于测量跨河桥、跨线桥、大型的跨海、跨峡谷桥梁和高桥，大大提高了测量效率。
2.3 激光图像挠度测量
激光图像挠度测量利用了激光良好的方向性。随着桥梁不同程度的变形，照射在被测点固定不动的光电接收器上的激光光斑中心发生等量变化，因此只要获取光斑中心位置就可得到桥梁挠度。
特点：具有很高的测量精度，可达到0.1 mm，且采样速率高、成本较低；适合于跨度不大的中小型桥梁。
2.4 GPS挠度测量
利用一台接收机(基准站)安在参考点(岸基)上固定不动，另一台接收机(移动站)设在桥梁变形较大的点，2台接收机同步观测4颗或更多卫星，以确定变形点相对岸基的位置。实时获取变形点相对参考点的位置，可直接反映出被测点的空间位置变化从而得到桥梁结构的挠度值。
特点：具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力；具有良好的抗干扰性和保密性。
2.5 光电成像挠度测量
光电成像挠度测量是在桥梁的测点上安装一个目标靶，并在靶上制作一个光学标志点(光标)。通过光学系统(光学镜头)把标志点成像在CCD接收面阵上，当桥梁产生挠度/位移时，目标靶也随之移动。通过测出靶上光标点在CCD接收面上成像位置的变化值，就可计算出桥梁实际的挠度/位移量。
挠度测量方法的比较图
3、桥梁挠度监测的发展方向
(1)长期在线自动动态测量
现在和未来，人们对桥梁，尤其是大型桥梁的安全评估不仅要求在施工过程中进行严格的检测，而且，更加注重成桥后在正常载荷下的长期在线自动监测。成熟的网络技术使人们不再局限于对一座桥梁进行集中监控，而逐步要求实现区域内多座大型桥梁的集群式监控。
(2)大量程测量
随着建筑材料和工艺的不断成熟，现代桥梁呈现出/跨度大、结构柔等特点，这就造成桥梁结构本身在各种外界环境的影响下，会出现较大的形变，将来挠度测量的量程相应地要求成倍提高。
总之，随着计算机等级的提高、数据采样技术的进步，今后桥梁的挠度测量将在此方法基础上进一步完善。未来桥梁挠度监测将会沿着/高度集中自动化、大量程测量的方向继续发展.
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