大跨度高墩剛構(gòu)橋施工變形檢測方法研究

摘要：當前，剛構(gòu)橋施工變形檢測模型普遍存在區(qū)域性限制，導致檢測范圍受限及變形檢測的相對差值增大。針對這個問題，文章設計了一種適用于大跨度高墩剛構(gòu)橋施工變形的檢測方法，即多點位深度墩剛構(gòu)橋施工變形檢測方法。該方法通過布設感應檢測節(jié)點計算橋梁撓度，采用多點位結(jié)合深度學習技術(shù)打破傳統(tǒng)檢測范圍的限制，同時變形檢測模型采用HSV（色調(diào)、飽和度、明度）空間標定處理技術(shù)實現(xiàn)高精度的變形檢測。實驗測試在4.5 t、5 t、5.5 t、6 t 4種承壓標準下進行，結(jié)果顯示，兩個階段測定的橋梁變形檢測相對差值均控制在0.4以內(nèi)，證明了該變形檢測方法高效、精準、可靠，具有較好的應用及推廣價值。

關(guān)鍵詞：大跨度；高墩剛構(gòu)橋；施工變形；變形檢測；橋梁搭接

中圖分類號：U446" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）08-0086-04

0 引言

交通建設作為現(xiàn)代社會發(fā)展的重要支柱，為人們的生產(chǎn)生活提供了極大的便利條件。在大跨度高墩剛構(gòu)橋等復雜結(jié)構(gòu)的施工中，特別面對山區(qū)、河流等復雜地形時，解決結(jié)構(gòu)變形問題尤為關(guān)鍵。如果變形問題處理不當，將嚴重影響后期建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。近年來，關(guān)于大跨度高墩剛構(gòu)橋施工變形檢測方法的研究取得了顯著進展，學者們提出了多種技術(shù)手段以提高檢測精度與效率。例如，陳摯［1］提出的貝雷梁非彈性變形檢測方法，通過直接測量橋梁的非彈性變形為評估橋梁狀態(tài)提供了直觀的變形數(shù)據(jù)，但該方法比較復雜，對安裝校準及測量環(huán)境有較高的要求；牛向東［2］設計的基于橋梁健康檢測的沉降裝置，實現(xiàn)了對監(jiān)測橋梁的實時監(jiān)控，對安全隱患的預警具有重要意義，然而該裝置的安裝和維護成本較高，并且需要定期校準；丁鵬劍［3］提出的三維激光掃描技術(shù)能快速獲取高精度三維模型，用于全面評估橋梁的變形和損傷情況，但設備成本較高，復雜環(huán)境下的數(shù)據(jù)處理亦是難題。因此，在實際工程應用中，應根據(jù)橋梁的具體情況和檢測需求，結(jié)合多種方法，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高檢測的綜合效果。本文針對大跨度高墩剛構(gòu)橋施工變形檢測存在的問題，通過結(jié)合全球定位系統(tǒng)（GPS）、數(shù)字圖像處理技術(shù)、光纖光柵傳感技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)手段，構(gòu)建了一套綜合性的施工變形檢測模型。此模型能夠在復雜環(huán)境下實現(xiàn)快速、準確、實時的變形監(jiān)測，為施工安全預警和質(zhì)量控制提供可靠的保障。

1 大跨度高墩剛構(gòu)橋施工變形檢測方法

1.1 布設感應檢測節(jié)點

大跨度高墩剛構(gòu)橋施工變形檢測方法的關(guān)鍵步驟之一是布設感應檢測節(jié)點，該步驟旨在實現(xiàn)以下目標：①實時監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的變形情況，包括撓度、沉降、扭曲等參數(shù)的變化；②預警潛在的安全風險，以便及時采取措施避免事故發(fā)生；③確保施工質(zhì)量符合設計要求；④為施工方案的優(yōu)化及后續(xù)工作提供指導；⑤積累經(jīng)驗教訓，為類似工程提供參考。

合理的節(jié)點布設能夠有效監(jiān)測施工過程中的變形情況，是保障工程質(zhì)量和推動可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。感應節(jié)點的科學設定有助于提升高墩剛構(gòu)橋施工監(jiān)測的針對性與精確性，為后續(xù)變形檢測工作奠定基礎［4］。此外，高墩剛構(gòu)橋施工受各種因素的影響，普遍存在變形情況。對此，應合理布設感應檢測節(jié)點，以此全面、準確地獲取橋梁變形數(shù)據(jù)，為施工控制和安全性評估提供有力依據(jù)［5］。節(jié)點位置應優(yōu)先布設在施工荷載影響顯著的部位，通過明確施工范圍和進行定點比對，計算初始的荷載值其計算公式如下：

F=[U=1AU×（1+λ2-a）] ，" " " " " " " " " " "（1）

其中：F表示初始節(jié)點荷載值；[A]表示覆蓋識別區(qū)域；[U]表示預設點位數(shù)量；[λ]表示核心節(jié)點數(shù)量；[a]表示重復識別區(qū)域。

結(jié)合當前測定結(jié)果，實現(xiàn)對初始節(jié)點荷載值的計算。依據(jù)荷載值的變化，調(diào)整節(jié)點的設定位置，確保節(jié)點處于平衡且可控的狀態(tài)。針對橋梁建造中的關(guān)鍵位置（如墩臺、主梁等）設定對應的監(jiān)測節(jié)點。節(jié)點的位置需依據(jù)類型差異進行設置，沉降式與位移式節(jié)點應設于可移動與調(diào)整的位置，傾斜式與應變式節(jié)點應設在橋梁的固定位置。這樣的設置便于采集數(shù)據(jù)，為后續(xù)變形檢測分析及滿足施工要求奠定基礎［6］。

1.2 計算橋梁撓度

將部署的節(jié)點設定為撓度計算的目標點，并使用專業(yè)的視頻拍攝裝置鎖定這些目標點，相鄰目標點的間距設置為10.25 m。同時，跨梁跨截面下緣的目標點的間距控制在32.5～36.5 m。在此基礎上，采用非接觸式視頻測量的方式，首先標定位移檢測中的撓度值與標定值，其次進行加載處理。針對不同檢測環(huán)境，合理分配測量時間［7］?；谒占臄?shù)據(jù)，分析變形情況，測算出當前持載階段的撓度值，計算公式為

[K=（m-n'l2q）+βn]，" " " " " " " " " " " "（2）

其中：[K]表示持載階段撓度值，[m]和[n]分別表示初始撓度值和實際撓度值，[l]表示截面的等效長度，[q]表示截面下緣點的移位，[β]表示承載值。結(jié)合當前持載階段撓度值的變化，對持載階段工況的撓度值進行比對，結(jié)果見表1。

通過對不同工況撓度值進行比較分析，可以全面揭示橋梁結(jié)構(gòu)在不同負荷條件下的變形特性。在實際橋梁建設中，鑒于背景環(huán)境的多樣性，必須根據(jù)具體情況調(diào)整撓度值并控制在合理范圍內(nèi)。通過與實際數(shù)據(jù)比對，驗證變形檢測結(jié)果的真實性和穩(wěn)定性。這種比較分析有助于識別潛在問題，以便及時采取措施，從而增強橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能。此外，將撓度值與相應的數(shù)據(jù)和指標相匹配，能顯著提升施工效率和質(zhì)量管理水平，進一步確保橋梁建設的順利進行。

1.3 設計檢測模型

多點位深度高墩剛構(gòu)橋施工變形檢測模型結(jié)構(gòu)圖見圖1。構(gòu)建多點位深度高墩剛構(gòu)橋施工變形檢測模型時，融合了深度學習技術(shù)，設計出更具針對性的檢測結(jié)構(gòu)。模型利用已部署的初始節(jié)點進行數(shù)據(jù)識別和數(shù)據(jù)采集，通過非接觸式方法鎖定各點位，進而測定高墩剛構(gòu)橋與支撐樁柱之間的剪應力，計算公式如下：

[S=?+v（1-γ1）2×1γ2]，" " " " " " " " " " " （3）

其中：[S]表示剪應力；[?]表示橋梁截面；[v]表示定點鎖定位置；[γ1]和[γ2]分別表示支撐樁柱初始荷載值和實際荷載值。

結(jié)合剪應力測定結(jié)果，進一步分析剪應力的變化情況，該變化情況直接反映了橋梁上方截面所受壓力的動態(tài)調(diào)整，從而初始判定橋梁施工變形的模糊范圍和具體點位。隨后，采用專業(yè)設備及裝置，以豎向受壓為背景，對劃定的區(qū)域進行探索，根據(jù)撓度變化標定裂縫位置，并將裂縫位置列為重點檢測對象。同時，測定橋梁上部分元件的初始位置和當前位置，采用如下公式計算出移位值：

[L=σ2?-（1+E）×W]，" " " " " " " " " " " （4）

其中：[L]表示移位值；[?]表示初始位置；[σ]表示可控間距；[E]表示總覆蓋范圍；[W]表示移動距離。結(jié)合當前的測定結(jié)果，根據(jù)移位情況，設計模型針對變形檢測的后續(xù)執(zhí)行環(huán)節(jié)。

在進行多點位深度高墩剛構(gòu)橋施工變形檢測模型結(jié)構(gòu)設計時，結(jié)合深度學習技術(shù)，掃描變形位置，并且構(gòu)建模型的相應表達式，采用以下公式計算最終的彎矩值：

[O=t2-π1×N=1π2N]，" " " " " " " " " " " " " （5）

其中：[O]表示橋梁彎矩值，[t]表示轉(zhuǎn)換支撐點，[π1]和[π2]分別表示標定誤差值和實際誤差值，[N]表示支撐樁柱的數(shù)量。

基于當前測定數(shù)據(jù)，計算橋梁彎矩值，并依據(jù)測試結(jié)果對橋梁彎曲變形情況進行詳盡的數(shù)值采集和分析。通過比對移位差值，明確標定變形空間和距離，從而得出最終的檢測結(jié)果。

1.4 采用HSV空間標定處理技術(shù)實現(xiàn)變形檢測

HSV空間標定處理技術(shù)是橋梁變形檢測中的一項高效技術(shù)。相較于RGB（紅色、綠色、藍色）色彩空間，HSV空間更適用于視覺感知的色彩匹配，尤其是處理與顏色有關(guān)的圖像分析任務。在橋梁變形檢測中，結(jié)構(gòu)形變往往伴隨顏色分布的變化。標定過程中，預先設定無變形狀態(tài)的圖像作為基準參考。當橋梁發(fā)生變形時，通過比較變形前后圖像的HSV值，分析并標定出顏色分布的變化。橋梁如果發(fā)生彎曲或下沉，則會導致相應的區(qū)域在HSV空間的一個或多個維度上發(fā)生變化。將該輔助處理方法與模型輸出結(jié)果相結(jié)合，可強化對變形檢測的驗證，確保檢測結(jié)果的真實性與可靠性。由于HSV空間標定覆蓋的范圍有限，所以在對變形位置進行分辨和標定的過程中，需設定對應的調(diào)整應變周期，以提升橋梁變形檢測的靈活性與穩(wěn)定性，最終消除檢測誤差，完成檢測處理。

2 實例分析

本文結(jié)合智能化和數(shù)字化技術(shù)，選擇某高速公路大跨度高墩剛構(gòu)橋施工工程作為變形檢測方法的實踐對象。根據(jù)現(xiàn)行建設標準，明確了該工程的測定范圍，并創(chuàng)新設計了一套更靈活、穩(wěn)定的檢測方案。借助專業(yè)設備與裝置采集基礎應用數(shù)據(jù)和信息，并在此基礎上，對工程情況進行簡要分析，旨在更好地把握工程背景和特性，為后續(xù)實踐研究提供有效的指導和支持。通過前沿技術(shù)和深入分析，探索適用于該工程的變形檢測方法。

2.1 工程現(xiàn)狀簡述

某高速公路大跨度高墩橋是預應力連續(xù)剛構(gòu)橋。針對當前施工需求，對橋梁的外部結(jié)構(gòu)進行檢測，發(fā)現(xiàn)橋梁變形情況十分嚴重，并且維護修復難度逐年升高，為確保施工過程的穩(wěn)定與安全，需要對變形位置進行檢測處理。為此，擬采取以下策略：首先，在現(xiàn)有檢測識別程序中接入Ribbon 檢測硬件和Geomagic Qualify仿真測定程序，以此構(gòu)建施工檢測基礎系統(tǒng)。其次，利用此集成系統(tǒng)對橋梁進行掃描，通過調(diào)整參數(shù)，構(gòu)建高度仿真的測試環(huán)境。最后，在仿真環(huán)境中，通過調(diào)整承壓參數(shù)，模擬橋梁在不同負荷下的形變情況。此過程涵蓋輔助測試指標與關(guān)鍵參數(shù)的設置（見表2）。

通過合理設置輔助測試指標，可以更全面地評估橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和變形情況，增強監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。隨后，運用深度學習技術(shù)和智能化技術(shù)，對該橋梁形變施工檢測進行后續(xù)的比對與驗證。深度學習算法的應用，可以實現(xiàn)對大量復雜數(shù)據(jù)的智能化處理與分析，進一步提升變形檢測的效率和準確性。智能化技術(shù)的融入，能確保橋梁變形數(shù)據(jù)得以快速識別和反饋，為施工工藝的調(diào)整和優(yōu)化提供有效指導。此綜合方法不僅強化了橋梁施工檢測的精準度與可靠性，更有助于保障工程質(zhì)量，推動工程建設領域向智能化方向邁進。

2.2 檢測驗證與分析

針對該大跨度高墩剛構(gòu)橋的施工變形，設定了4項標準的承壓參數(shù)（4.5 t、5 t、5.5 t、6 t）進行比對測試，并隨機選取3個變形位置作為測定對象。在測試開始前，已采集了必要的應用測試數(shù)據(jù)，其中卸載撓度的波動比為3.5，綜合移位值為0.6 m，并且變形跟蹤識別的頻率為175 Hz。隨后，進行變形測定與信息的整合處理工作。變形測定與信息整合圖見圖2。

針對采集的數(shù)據(jù)，將當前的變形值與初始移位值進行比對。在4個測試承壓標準下，測定出兩個檢測階段的變形檢測相對差值，結(jié)果見表3。

結(jié)合表3中的數(shù)據(jù)，綜合分析4種測試承壓標準下的橋梁變形檢測結(jié)果，最終測試結(jié)論如下：在各承壓標準下，兩個階段測定所得橋梁變形檢測相對差值均控制在0.4以下，表明本文設計的變形檢測方法在不同載荷條件下均表現(xiàn)出高效、精準、可靠的特點。此結(jié)果證明了檢測方法的實用性和有效性。

3 結(jié)語

綜上所述，大跨度高墩剛構(gòu)橋施工變形檢測方法的設計與驗證分析是解決當前橋梁施工中變形問題的重要途徑。本文通過結(jié)合智能化與信息化輔助技術(shù)，定位并處理潛在隱患和異常區(qū)域，排除了各種影響因素，提出更穩(wěn)定、更具針對性的檢測方法。檢測環(huán)節(jié)的不斷完善和優(yōu)化有力推動了大跨度高墩剛構(gòu)橋施工技術(shù)的持續(xù)進步與發(fā)展。研究結(jié)果可為我國交通建設領域提供技術(shù)支撐，提升我國橋梁施工的質(zhì)量與安全標準，推動交通建設行業(yè)向更安全、高效、可持續(xù)的方向發(fā)展。未來可通過引入更先進的技術(shù)手段，實現(xiàn)對大跨度高墩剛構(gòu)橋施工變形的精準監(jiān)測和控制，助力交通基礎設施建設的可持續(xù)發(fā)展。

4 參考文獻

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