浅谈桥梁挠度测量方法与变形监测现状
2015-06-15
引言
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。
1 建筑物变形监测的特点
建筑物的变形监测属于工程建筑物监测内容的一部分,但是也是不同与其他监测同时非常重要的一类工程监测。与一般的工程监测相比，建筑物变形监测具有以下几个特点：
建筑物变形监测属于安全监测的内容，具体分为外部监测和内部监测两部分，内部观测内容有建构筑物的内部应力、温度变化的测量，动力特性及其加速度的测定等，一般不由测量工作者完成。外部变形观测的内容主要有沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测和挠度观测等。内部观测与外部观测之间有着密切的联系，应同时进行，以便在资料分析时可以互相验证与补充。建筑物变形监测的精度要求很高，因为建筑物的变形是非常细微的一种变化，一般情况下，建筑物的变形幅度都不在人眼的视力范围内可以观测到，所以，相比其他的工程监测，建筑物变形监测的精度要求很高，同时建筑物的变形监测直接关系到建筑物持久的安全性，同时要求建筑物的内容监测等一系列的安全内容成套监测，影响变形的原因和变形的规律等都需要精密的观测，所以，建筑物的变形监测具有更高的精度要求。
建筑物的变形是随着建筑物建筑年龄和自然环境变化等随时发生的，很多的情况下，建筑物的变形自建筑物的成型起就一直在发生，在整个时间范围内，工程人员需要不断地、周期性的观测与监测，计算出建构筑物上同一观测点在两个观测周期间的坐标差和高程差（坐标和高程的变化量）。有时为了求得瞬时变形，则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置或瞬时状态。
2 现阶段建筑物变形监测的基本方法
建构筑物变形观测的基本原理是在建构筑物上和其地基上选择一定数量的有代表性的点（观测点），通过对这些点的重复观测来求出有关几何量的变化，并从中整理、分析出变形规律。变形观测应设置基准点、工作点和观测点三种测量点。基准点通常埋设在变形范围以外稳固的基岩上，做到尽可能稳固并便于长期保存，以此作为分析比较变形量的依据。工作点一般埋设在被观测对象附近，在工作点上摆设仪器直接对观测点进行测量，要求在观测期间内保持稳定；在条件允许的情况下，也可将基准点作为工作点使用。观测点一般设在建构筑物上和其地基上，要能准确反映建构筑物变形，在观测点上设立照准标志。由基准点、工作点和观测点构成一个变形观测系统。
2.1沉陷观测方法
高层建筑物、混凝土大坝、桥梁、重要厂房的柱基、连续生产和受振动较大的设备基础、工业炉（如炼钢高炉等）、人工加固或回填土地基等沉降观测，采用精密水准测量方法， 要求观测中误差应不大于1mm。水准线路应形成闭合线路，按国家二等水准测量的要求进行测量。精密水准测量方法是最常用的、精密的、最能直接获得准确沉陷量的一种方法，是其他方法所不能替代的基本的沉陷观测方法。
2.2倾斜观测方法
测定建筑物倾斜的方法有两类：一类是直接测定建筑物的倾斜；另一类是通过测量建筑物基础相对沉陷的方法来确定建筑物的倾斜。
2.3直接测定建筑物倾斜的方法
对于高层建筑、水塔、烟囱等建筑物，在建筑物本身的顶部和底部勒脚部分选定 ab两点，并使ab两点应位于同一铅垂线上，当建筑物发生倾斜时，顶部a点相对底部) 点移动了某一数值，则该建筑物的倾斜高度；水平偏离值可采用经纬仪或全站仪投影，或者用测量水平角的方法测出。最简单的方法还可用光学精密垂准器测定建筑物顶部( 点相对于底部) 点的偏离值根据实验，对于#00$ 高的建筑物测定偏离值* 的精度可达%$$。测量建筑物基础相对沉陷来确定建筑物倾斜的方法常用的和简单的方法，一是按国家二等水准测量的要求，用精密水准测量方法测出建筑物基础两个观测点之间的相对沉陷，由相对沉陷与两观测点间距离之比，计算出倾斜值；二是应用气泡式倾斜仪测量某处的倾斜度，它适用于观测较大的倾斜角或测定局部地区的倾斜变形。
3 桥梁挠度自动检测技术 3.1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。 3.2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。 3.3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。 3.4 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。 3.5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 4 桥梁挠度监测的发展方向 4.1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。 4.2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。
