橋梁撓度自動測量方法研究綜述

梁天霄

[摘要]橋梁撓度的自動測量法主要有連通管、傾角儀、激光圖像、光電成像以及機器人式等。在測量時，要根據(jù)客觀與主觀上的不同條件慎重選擇，力爭測出精確數(shù)據(jù)，并對撓度做出準(zhǔn)確判斷。

[關(guān)鍵詞]橋梁撓度；自動測量；綜述 文章編號：2095-4085（2017）05-0036-02

目前，橋梁撓度的人工測量法主要有百分表測量法、精密水準(zhǔn)儀測量法和全站式測量法等。但人工測量法耗時長、效率低，且有不少現(xiàn)場的局限性。隨著測量技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不少自動測量技術(shù)，本文將對這些測量技術(shù)的原理、操作注意事項及應(yīng)用情況等進(jìn)行綜述。

1連通管測量法

這種測量方法是利用連通管原理，在橋梁的基準(zhǔn)點和各測量點處安裝好連通管，根據(jù)連通管內(nèi)液面高度的變化以獲得橋梁撓度的變化。橋梁的梁體在荷載物的作用下發(fā)生變形時，固定在梁體上的水管會隨之移動。此時，各豎直水管內(nèi)的液面將與基準(zhǔn)點處的液面保持在同一水平面，因而各測點處的豎直水管中的液面會發(fā)生大小不等的相對移動。根據(jù)測得的這些液面的相對位移量，即可計算出被測點的撓度值。進(jìn)行測量時，需要基準(zhǔn)點處放一個大容積容器，再將各連通管接入，并在基準(zhǔn)點和各測量點安裝撓度傳感器。通過計算基準(zhǔn)點和測量點撓度傳感器的數(shù)據(jù)差，即可計算出測量點的撓度值。連通管法，曾在2004年檢測過岳陽洞庭湖大橋。其優(yōu)點是可靠、易行。由于這種測量系統(tǒng)是全封閉結(jié)構(gòu)，可以避免灰塵、濕度和霧天對測量造成的影響，可以長期使用。但需要注意以下情況：（1）連通管中不能存在氣泡，否則撓度值會不準(zhǔn)；（2）連通管中的液體不能有雜質(zhì)，因雜質(zhì)會造成通管道阻塞；（3）在環(huán)境溫度降到凝固點后，連通管中的液體會發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，因而無法測量出數(shù)據(jù)；（4）如果連通管中液體揮發(fā)過多，撓度傳感器就接觸不到液體，數(shù)值為零。

2傾角儀測量法

傾角儀測量法的原理是利用傾角儀測得橋梁變形時幾個截面的傾角，用數(shù)值積分的方法求得橋梁上任意一點的撓度值。這是由于橋梁的撓度、截面轉(zhuǎn)角和中面曲率，都是微分和積分的關(guān)系，即梁撓曲函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)就是梁截面的轉(zhuǎn)角函數(shù)；二階導(dǎo)數(shù)就是梁中面的曲率函數(shù)。中面曲率函數(shù)的一次積分就是截面轉(zhuǎn)角函數(shù)；截面轉(zhuǎn)角函數(shù)的一次積分就是梁撓度函數(shù)。當(dāng)我們用傾角儀測出梁上若干指定點的轉(zhuǎn)角值時，就可以畫出截面轉(zhuǎn)角沿梁長的近似分布圖，或稱之為近似的截面轉(zhuǎn)角函數(shù)圖，因為對轉(zhuǎn)角函數(shù)的一次積分就是梁撓度函數(shù)，求出自起始點至梁上某點截面轉(zhuǎn)角分布圖的面積，就是該點的撓度值-z-。傾角儀測量撓度精確度較高，不需要靜止的參考點，在對跨河橋、跨海橋、跨峽谷橋以及高橋的測量中，它能夠進(jìn)行多點測量，顯示出很強的工程實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

3激光圖像測量法

激光圖像測量法是將激光測量法與成像式測量法結(jié)合來進(jìn)行測量的一種新型撓度測量法。該系統(tǒng)主要由激光器、攝像機、圖像采集卡、接收屏以及計算機組成。測量時，攝像機置于接收屏正后方不遠(yuǎn)處，從激光器發(fā)出的準(zhǔn)直激光束照射在遠(yuǎn)處固定的半透射接收屏上形成一個圓形光斑。操作人員對于從攝像機輸出的模擬視頻信號采集后進(jìn)行處理，得到接收屏上光斑中心的坐標(biāo)位置。被測結(jié)構(gòu)在外界環(huán)境影響下沿Y方向發(fā)生了撓度△y，由于激光器固定在被測結(jié)構(gòu)上，因而激光器也會隨之發(fā)生位移，使得投射在接收屏上的激光光斑，也發(fā)生相同的位移量△Y。通過計算機采集處理撓度變化前后兩次的圖片，比較容易計算出光斑在接收屏上中心位置的變化量，經(jīng)比較能直觀反映出橋梁被測點的撓度。新型激光圖像撓度測量方法，用激光器作為位移信息載體，代替成像式測量法的光靶，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量。既可以保留成像法的優(yōu)點，又可以克服物距過遠(yuǎn)所導(dǎo)致的測量精度下降問題。在能夠確保較高測量精度的情況下，可以實現(xiàn)大范圍撓度測量。該系統(tǒng)尤其適于大型剛構(gòu)密封梁體的多測點撓度測量，有較高的應(yīng)用價值與發(fā)展前景。

4光電成像測量法

橋梁撓度光電成像測量系統(tǒng)，由發(fā)光靶標(biāo)和光電數(shù)字?jǐn)z像機兩部分組成，測量時要把發(fā)光靶標(biāo)固定在橋梁的待測部位，光電數(shù)字?jǐn)z像機則要固定在橋墩上。發(fā)光靶標(biāo)的圖像會顯示在光電數(shù)字?jǐn)z像機成像系統(tǒng)的光敏面上。在載荷作用下，橋梁會發(fā)生位移時，發(fā)光靶標(biāo)會隨著橋梁的移動而產(chǎn)生位移，這就導(dǎo)致發(fā)光靶標(biāo)在攝像機像面上所成像點的位置相應(yīng)發(fā)生變化。據(jù)此，可計算出橋梁實際的撓度。為了使橋梁撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)更為精確，當(dāng)?shù)孛媪炼鹊蜁r，可以使用發(fā)光靶標(biāo)；當(dāng)?shù)孛婀饬炼容^高時，則可以用反射靶標(biāo)來代替發(fā)光靶標(biāo)。這樣就使系統(tǒng)更加完善，可以對橋梁的撓度進(jìn)行長期、在線監(jiān)測。

5機器人測量法

測量機器人是將光電測距系統(tǒng)、伺服馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)、電子測角系統(tǒng)、影像傳感器和自動目標(biāo)識別機等整合于一體，它能夠進(jìn)行自動搜索并鎖定目標(biāo)，自動將獲取的角度、距離、坐標(biāo)及影像等信息資料記錄下來。操作時，先在橋上安裝目標(biāo)棱鏡，然后利用機器人測量出合作目標(biāo)的幾何信息，然后計算出橋梁的撓度值。使用機器人觀測撓度時，儀器應(yīng)盡量安置在靠近目標(biāo)點的位置。后視點要布設(shè)在穩(wěn)定的位置上，這樣可以讓檢核儀器保持穩(wěn)定。在條件允許情況下，應(yīng)盡量布置在橋垮以外橋墩對應(yīng)位置的橋面上，可以避免橋梁大幅震動對儀器電子器產(chǎn)生干擾。在加載之前，觀測后視點A的標(biāo)尺讀數(shù)為h_a，目標(biāo)點B的標(biāo)尺讀數(shù)h_b1；加載之后，再觀測后視點A的標(biāo)尺讀數(shù)h_a2，目標(biāo)B點的標(biāo)尺讀數(shù)h_b2，則目標(biāo)點的撓度值公式為：

f=（h_a2-h_b2）-（h_a1-h_b1）。

在具體操作時需要注意以下幾方面：（1）測量機器人適且于跨徑大、縱坡大的橋梁，其觀測速度較高，精準(zhǔn)度也較為可靠。（2）為了提高觀測的精確度，可以對同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)觀測。目前，湖南大學(xué)已采用這種測量法對100多座橋梁的撓度進(jìn)行了測試，它正在橋梁撓度測量中發(fā)揮著越來越重要的作用。

6結(jié)語

隨著測量科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，連通管、傾角儀、激光圖像、光電成像以及機器人式等自動測量適用得越來越廣，但它們各有不同的操作規(guī)范與適用范圍。在具體操作時，要根據(jù)客觀與主觀的不同條件慎重選擇，發(fā)揮主、客觀優(yōu)勢，力爭測出精確數(shù)據(jù)，并對撓度做出準(zhǔn)確判斷。

工信部、國開行支持開展水泥窯協(xié)同處置生活垃圾等固體廢物項目建設(shè)

工業(yè)和信息化部、國家開發(fā)銀行2017年4月2，4日下發(fā)工信廳聯(lián)節(jié)函[20171234號通知將聯(lián)合開展2017年工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展重點信貸項目推薦工作。支持企業(yè)、節(jié)能服務(wù)公司、節(jié)能環(huán)保裝備企業(yè)單獨或以聯(lián)合體的形式，實施節(jié)能與綠色化改造項目、支持重點用能企業(yè)建設(shè)能源管控中心、支持企業(yè)采用大氣、水、涉重金屬重點工業(yè)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)推行方案、揮發(fā)性有機物削減行動計劃和路線圖中的技術(shù)進(jìn)行清潔生產(chǎn)技術(shù)改造。支持企業(yè)開展綠色設(shè)計、支持企業(yè)實施大宗工業(yè)固廢綜合利用項目和再生資源回收利用項目。其中支持開展水泥窯協(xié)同處置生活垃圾等固體廢物項目建設(shè)。要求按照自愿原則，申請單位（含中央企業(yè)）向項目所在地省級（含計劃單列市，下同）工信部主管部門提出項目申請。工信部會同國家開發(fā)銀行組織行業(yè)專家對申報項目進(jìn)行審核，確定《推薦目錄》。國家開發(fā)銀行根據(jù)《推薦目錄》，獨立審貸，為滿足授信條件的項目提供差異化的融資支持，貸款期限一般為5-10年。

（來源：數(shù)字水泥網(wǎng)）