幾種橋梁撓度測量方法優(yōu)缺點(diǎn)比較及其發(fā)展趨勢
2017-08-21
國內(nèi)外研究開發(fā)和使用部門對橋梁撓度的檢測進(jìn)行了深入研究并提出了許多實(shí)用測試方法。傳統(tǒng)的橋梁撓度測量方法通常采用百分表、水準(zhǔn)儀、全站儀和位移計(jì)等，這些相對簡單的測量方法一般用于橋梁靜撓度測量，存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)力和在線檢測困難等不足。近年來出現(xiàn)了一些新型的橋梁撓度檢測方法，如傾角儀、加速度計(jì)、連通管法、光纖位移傳感器或應(yīng)變儀、光纖陀螺、差分GPS、數(shù)字圖像法和準(zhǔn)直激光束法等，這些方法也各有優(yōu)缺點(diǎn)，還不能實(shí)現(xiàn)大型橋梁動(dòng)撓度高精度、快速、實(shí)時(shí)檢測和長期監(jiān)測。
1 幾種橋梁撓度測量方法的比較
1.1基于位移傳感器的橋梁撓度檢測
基于位移傳感器的橋梁撓度檢測，需要在測試點(diǎn)位的橋梁下部，搭設(shè)支架安裝位移傳感器。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：測量方法簡單，能夠達(dá)到較高的測量精度，主要用于橋梁靜態(tài)撓度檢測。當(dāng)采用光、電等自動(dòng)化位移傳感器時(shí)，可進(jìn)行橋梁的動(dòng)態(tài)撓度檢測。當(dāng)在橋的下面布設(shè)多個(gè)百分表或位移傳感器時(shí)，可進(jìn)行橋梁的整體位移檢測即全橋的撓度檢測。該方法可用來驗(yàn)證其它撓度測量方法。不足之處是：由于在測量過程常常需要進(jìn)行比較繁瑣的輔助設(shè)施的架設(shè)，所以基本上不能用于江河湖泊上的橋梁撓度檢測。因此該方法在實(shí)際應(yīng)用中受到許多限制。
1.2基于水準(zhǔn)儀的撓度檢測
基于水準(zhǔn)儀的撓度檢測是在需要檢測的點(diǎn)位安放水準(zhǔn)尺，在前后水準(zhǔn)尺的中間位置上安放水準(zhǔn)儀。一般情況下，水準(zhǔn)儀僅用于靜撓度檢測。
基于水準(zhǔn)儀的靜撓度檢測，其優(yōu)點(diǎn)是：可以獲得較高的測量精度，是靜撓度最基本的方法，可用于檢驗(yàn)其它靜撓度測試方法。不足之處是：當(dāng)進(jìn)行大型橋梁特別是大跨徑橋梁撓度檢測時(shí)，需要依次在多個(gè)觀測位置上架設(shè)水準(zhǔn)儀。由于受到橋梁動(dòng)態(tài)變化的影響，水準(zhǔn)儀所在的觀測點(diǎn)也處在動(dòng)態(tài)變化中，水準(zhǔn)儀的水平視軸也隨之變化。為保證測量精度，常常需要封閉交通。另外，由于受到人工讀數(shù)和數(shù)據(jù)自動(dòng)采樣頻率的限制，利用水準(zhǔn)儀很難進(jìn)行橋梁動(dòng)態(tài)撓度的檢測。
1.3基于液體連通管的撓度檢測
基于液體連通管的撓度檢測，在需要檢測的點(diǎn)位安放液位測量聯(lián)通器。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：該方法原理簡單，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量，測量過程基本不受大氣湍流和測量環(huán)境的影響，可用于大型橋梁撓度的測量。不足之處是：安裝布設(shè)繁瑣，由于受到連通管內(nèi)液體響應(yīng)頻率的限制，只能用于低頻或超低頻橋梁靜撓度的檢測，實(shí)際中無法進(jìn)行橋梁動(dòng)態(tài)高精度撓度的檢測。另外該方法也不太適用于跨徑大、縱坡較大的橋梁，因?yàn)樾枰峁┑乃矫娓卟钐螅ㄈ鐫檽P(yáng)長江公路大橋的縱坡高差達(dá)8米，撓度變形量達(dá)2.8米），不易安裝布設(shè)。
1.4基于差分GPS的撓度檢測
基于差分GPS的撓度檢測，在需要的檢測點(diǎn)位，安放GPS移動(dòng)站。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：基本不受大氣環(huán)境的影響，測量布設(shè)容易，可用于大型橋梁撓度的觀測和監(jiān)控。不足之處是：撓度測量精度低，一般只能達(dá)到厘米級。所以，對于中小型橋梁的高精度撓度檢測，差分GPS通常不能滿足使用要求。
1.5基于準(zhǔn)直激光的撓度檢測
基于準(zhǔn)直激光的撓度檢測，在需要檢測的點(diǎn)位，安放光電接收器，通過測量接收器上光點(diǎn)位置的變化量得到撓度值。其優(yōu)點(diǎn)是：測量原理簡單，在一定條件下具有較高的測量精度，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、實(shí)時(shí)測量。不足之處是：如果測量距離太遠(yuǎn)，激光光斑的發(fā)散和大氣湍流造成的光束抖動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響測量精度。同時(shí)，準(zhǔn)直激光光源本身應(yīng)處在靜止的位置上，否則其準(zhǔn)直光束傾斜變化將直接影響其檢測精度。
2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
綜上所述可以看出：對于中小型橋梁，由于靜動(dòng)撓度檢測相對簡單，可以根據(jù)實(shí)際的橋梁跨徑大小和撓度檢測精度要求，選擇合適的檢測方法?？偟恼f來，加速度計(jì)不宜進(jìn)行靜動(dòng)撓度檢測，差分GPS不宜進(jìn)行高精度撓度檢測，液體連通管不易進(jìn)行大跨徑的動(dòng)撓度檢測。采用水準(zhǔn)儀、準(zhǔn)直激光、點(diǎn)光源成像撓度檢測，儀器和測試點(diǎn)位之間的距離不宜太大，根據(jù)大地測量避免大氣湍流干擾的要求，應(yīng)小于50米，最好小于30米。
3發(fā)展趨勢
（1）檢測方法和技術(shù)需要滿足快速高精度檢測，特別是需要滿足大型大跨徑橋梁檢測精度的要求。（2）需要滿足橋梁撓度動(dòng)態(tài)檢測，特別是需要滿足大型大跨徑橋梁動(dòng)撓度檢測的需求。（3）滿足橋梁靜動(dòng)撓度精細(xì)化檢測需要，可進(jìn)行橋梁撓度的長期監(jiān)控，希望在不中斷正常交通的情況下進(jìn)行橋梁撓度檢測。（4）檢測方法和技術(shù)受外界干擾小，盡可能不受外界環(huán)境特別是大氣湍流抖動(dòng)的影響，實(shí)現(xiàn)全天候檢測。（5）數(shù)據(jù)采集、處理自動(dòng)化。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐學(xué)文，管樹國.幾種橋梁撓度測量方法的比較[J].林業(yè)科技情報(bào)，2005（2）.
