QY-2型傾角儀在鐵路橋梁撓度測(cè)試中的應(yīng)用

何先龍，楊學(xué)山，李 杰

(1.中國(guó)地震局 工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080;2.吉林鐵路局 橋梁檢測(cè)隊(duì)，長(zhǎng)春 130012)

QY-2型傾角儀在鐵路橋梁撓度測(cè)試中的應(yīng)用

何先龍1，楊學(xué)山1，李 杰2

(1.中國(guó)地震局 工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080;2.吉林鐵路局 橋梁檢測(cè)隊(duì)，長(zhǎng)春 130012)

橋梁撓度測(cè)量是橋梁檢測(cè)的重要組成部分，也是安全性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文利用QY-2型傾角儀，測(cè)量了焦柳鐵路線上的融水大橋第三跨的靜態(tài)撓度。測(cè)試結(jié)果表明，傾角儀測(cè)得的靜態(tài)撓度值與水準(zhǔn)儀所測(cè)得值相差較小，其撓度曲線也相似于有限元分析所得撓度曲線，可適用于大跨度鐵路橋梁的靜態(tài)撓度測(cè)試。

鐵路橋梁 撓度 QY-2型傾角儀 測(cè)試

1 測(cè)試概述

橋梁撓度測(cè)量是鐵路橋梁檢測(cè)的重要組成部分，是其安全性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。鐵路橋梁的撓度與橋梁的承載能力及抵御地震等動(dòng)荷載的能力有密切關(guān)系。因此，鐵路橋梁動(dòng)、靜撓度測(cè)量方法的研究和儀器設(shè)備的開發(fā)研制對(duì)于橋梁承載能力的檢測(cè)和橋梁的防震減災(zāi)有著重要的意義［1］。目前常用的橋梁靜態(tài)撓度測(cè)量方法主要有懸錘法、水準(zhǔn)儀直接測(cè)量法和水準(zhǔn)儀逐點(diǎn)測(cè)量法。由于懸錘法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、費(fèi)用低廉，所以在橋梁撓度測(cè)量中被廣泛采用。但是，該方法存在一些不足，比如測(cè)量方法要求在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)有靜止的基準(zhǔn)點(diǎn)，所以，一般只適用于干河床情形，只能測(cè)量某些觀測(cè)點(diǎn)的靜撓度(一般只測(cè)跨中的靜撓度)，難以給出其它的非測(cè)點(diǎn)靜撓度值。水準(zhǔn)儀直接測(cè)量法采用水準(zhǔn)儀(或經(jīng)緯儀)和標(biāo)尺，根據(jù)加載前后設(shè)置在跨中的標(biāo)尺讀數(shù)差得到跨中的靜撓度。該方法測(cè)試精度較高，但儀器同樣要求布置在靜態(tài)基準(zhǔn)點(diǎn)，使用范圍有限。QY型傾角儀測(cè)量法是通過在測(cè)橋梁上布設(shè)QY型傾角儀［2-3］，測(cè)量橋梁各測(cè)點(diǎn)的傾角值，然后通過專用軟件給出橋梁各跨的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)撓度曲線，精度很高。QY型傾角儀是在回轉(zhuǎn)擺上利用電容傳感技術(shù)和無源伺服技術(shù)構(gòu)成的高靈敏度抗振動(dòng)干擾的傾角測(cè)量?jī)x器，其輸出電壓與所測(cè)橋梁截面的轉(zhuǎn)角成正比。

QY型傾角儀測(cè)量橋梁撓度，克服了以往橋梁撓度測(cè)量方法的不足，不僅適用于簡(jiǎn)支梁和靜載情形，而且適用于連續(xù)梁和動(dòng)載情形。實(shí)驗(yàn)室對(duì)比測(cè)量表明，該方法的精度滿足工程要求［3］。本儀器被應(yīng)用到多座公路橋梁測(cè)量中，與水準(zhǔn)儀和光電撓度儀進(jìn)行對(duì)比，所得結(jié)果的誤差在1%以內(nèi)［4］，已在北京、九江、哈爾濱、大慶、烏魯木齊等地的多座公路橋梁撓度測(cè)量中得到應(yīng)用，并引起工程界的重視［3］。鐵路橋梁、特別是大跨度鋼架連續(xù)梁的撓度變化明顯大于公路橋梁，其受力情況也明顯比公路橋梁復(fù)雜。本次測(cè)試以檢測(cè)QY傾角儀在鐵路橋梁大跨度撓度測(cè)試中的應(yīng)用效果為目的，與吉林橋檢隊(duì)合作，在焦柳鐵路線上的融水特大橋上完成了QY傾角儀與水準(zhǔn)儀的對(duì)比試驗(yàn)。

2 靜態(tài)撓度對(duì)比測(cè)試

使用QY-2型橋梁撓度測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試了焦柳鐵路線的廣西柳州融水大橋第三跨的靜態(tài)撓度。此橋長(zhǎng)為305 m，建設(shè)于20世紀(jì)70年代，為剛架拱橋連續(xù)梁，共有四跨組成，長(zhǎng)為(65+3×80)m。采用 QY-2型橋梁撓度測(cè)試系統(tǒng)和水準(zhǔn)儀，對(duì)第三跨進(jìn)行靜態(tài)撓度測(cè)試。靜態(tài)荷載為長(zhǎng)55 m的帶有兩個(gè)火車頭的載物火車，質(zhì)量約為60 t。

本次測(cè)試采用同一荷載分別加載在橋梁的不同位置和采用5臺(tái)QY-2型傾角儀均勻布置在橋梁第三跨內(nèi)，水準(zhǔn)儀安裝在第三跨橋墩上，瞄準(zhǔn)安裝在跨中位置的量尺。融水大橋的結(jié)構(gòu)平面圖和各工況加載情況如圖1和表1所示;儀器布置情況如圖2所示;儀器連接情況如圖3所示。本次靜態(tài)撓度測(cè)試共進(jìn)行了4個(gè)工況的加載測(cè)試，各工況所得撓度曲線和撓度測(cè)試結(jié)果分別如圖4～圖7和表2所示。

圖1 廣西融水大橋結(jié)構(gòu)平面圖(單位：m)

表1 各工況加載情況

圖2 QY儀布置情況

圖3 儀器連接情況

圖4 工況1實(shí)測(cè)和有限元分析所得撓度曲線

表2 靜態(tài)加載時(shí)第三跨40 m處的撓度值

圖5 工況2實(shí)測(cè)和有限元分析所得撓度曲線

圖6 工況3實(shí)測(cè)和有限元分析所得撓度曲線

圖7 工況4實(shí)測(cè)和有限元分析所得撓度曲線

由圖4～圖7可得，本次測(cè)得的撓度曲線與有限元分析所得撓度曲線非常相似。由表2可得，QY-2傾角儀測(cè)得第三跨40 m處的撓度值與水準(zhǔn)儀測(cè)得值非常接近。同樣，由表2可得，水準(zhǔn)儀和QY-2傾角儀所測(cè)得的撓度值，在4個(gè)工況下都小于有限元分析所得撓度值。這是因?yàn)?，有限元分析時(shí)，把連續(xù)橋梁的每一跨當(dāng)作一個(gè)整體的簡(jiǎn)支梁來分析，而實(shí)際上，橋梁各跨都是由幾塊鋼板連接而成的，故在橋梁健康情況下，所測(cè)撓度值一般小于有限元分析所得值。

3 結(jié)語

本文系統(tǒng)地對(duì)QY-2型傾角儀在鐵路橋梁上的應(yīng)用與水準(zhǔn)儀做了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：YQ-2型傾角儀能準(zhǔn)確地測(cè)試鐵路橋梁的靜態(tài)撓度，測(cè)試誤差<1.5%;在橋梁撓度變化值較大時(shí)，測(cè)試值相差不到0.2 mm，反映了儀器具有較大的量程，其精度可達(dá)到0.2 mm。這說明利用傾角儀測(cè)試鐵路橋梁撓度的結(jié)果是可靠的，精度可保證。相比水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)撓度測(cè)試儀，利用傾角儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可計(jì)算橋梁任何一點(diǎn)的撓度值，獲得整跨的撓度變化曲線。

［1］齊法琳，孫寧.鐵路橋梁動(dòng)力學(xué)［M］.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［2］楊學(xué)山，侯興民.橋梁撓度測(cè)試的一種新方法［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2002，35(2)：92-96.

［3］楊學(xué)山，馬樹林.QY型傾角儀瞬態(tài)反映測(cè)試方法的研究［J］.地震工程與工程振動(dòng)，2002，22(2)：97-100.

［4］侯興民，楊學(xué)山.陶賴昭松花江大橋撓度測(cè)量分析［J］.地震工程與工程振動(dòng)，2003，23(2)：77-80.

U442

B

1003-1995(2011)03-0033-03

2010-08-30;

2010-12-18

何先龍(1981— )，男，湖南道縣人，博士研究生。

(責(zé)任審編 白敏華)