现有的几种桥梁动、静挠度测量方法和基本原理,进而深入地分析其优点和不足,并将几种方法进行对比,然后指出各种方法的应用范围和特点。最后结合国内外研究现状,对桥梁动、静挠度测量方法的发展趋势做出了预测。
关键词 桥梁 挠度 测量方法 发展趋势
国内外研究开发和使用部门对
桥梁挠度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(如润扬长江公路大桥的纵坡高差达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。