淺談橋梁撓度測(cè)量方法與變形監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀
2015-06-15
引言
橋梁的撓度變形是橋梁健康狀況評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，在橋梁檢測(cè)、危橋改造以及新橋驗(yàn)收等方面都需要準(zhǔn)確測(cè)量橋梁的靜、動(dòng)態(tài)撓度值。隨著橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，人們研究了許多用于位移及撓度測(cè)量的方法。
1 建筑物變形監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)
建筑物的變形監(jiān)測(cè)屬于工程建筑物監(jiān)測(cè)內(nèi)容的一部分,但是也是不同與其他監(jiān)測(cè)同時(shí)非常重要的一類工程監(jiān)測(cè)。與一般的工程監(jiān)測(cè)相比，建筑物變形監(jiān)測(cè)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
建筑物變形監(jiān)測(cè)屬于安全監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，具體分為外部監(jiān)測(cè)和內(nèi)部監(jiān)測(cè)兩部分，內(nèi)部觀測(cè)內(nèi)容有建構(gòu)筑物的內(nèi)部應(yīng)力、溫度變化的測(cè)量，動(dòng)力特性及其加速度的測(cè)定等，一般不由測(cè)量工作者完成。外部變形觀測(cè)的內(nèi)容主要有沉降觀測(cè)、位移觀測(cè)、傾斜觀測(cè)、裂縫觀測(cè)和撓度觀測(cè)等。內(nèi)部觀測(cè)與外部觀測(cè)之間有著密切的聯(lián)系，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，以便在資料分析時(shí)可以互相驗(yàn)證與補(bǔ)充。建筑物變形監(jiān)測(cè)的精度要求很高，因?yàn)榻ㄖ锏淖冃问欠浅＜?xì)微的一種變化，一般情況下，建筑物的變形幅度都不在人眼的視力范圍內(nèi)可以觀測(cè)到，所以，相比其他的工程監(jiān)測(cè)，建筑物變形監(jiān)測(cè)的精度要求很高，同時(shí)建筑物的變形監(jiān)測(cè)直接關(guān)系到建筑物持久的安全性，同時(shí)要求建筑物的內(nèi)容監(jiān)測(cè)等一系列的安全內(nèi)容成套監(jiān)測(cè)，影響變形的原因和變形的規(guī)律等都需要精密的觀測(cè)，所以，建筑物的變形監(jiān)測(cè)具有更高的精度要求。
建筑物的變形是隨著建筑物建筑年齡和自然環(huán)境變化等隨時(shí)發(fā)生的，很多的情況下，建筑物的變形自建筑物的成型起就一直在發(fā)生，在整個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)，工程人員需要不斷地、周期性的觀測(cè)與監(jiān)測(cè)，計(jì)算出建構(gòu)筑物上同一觀測(cè)點(diǎn)在兩個(gè)觀測(cè)周期間的坐標(biāo)差和高程差（坐標(biāo)和高程的變化量）。有時(shí)為了求得瞬時(shí)變形，則應(yīng)采用各種自動(dòng)記錄儀器記錄其瞬時(shí)位置或瞬時(shí)狀態(tài)。
2 現(xiàn)階段建筑物變形監(jiān)測(cè)的基本方法
建構(gòu)筑物變形觀測(cè)的基本原理是在建構(gòu)筑物上和其地基上選擇一定數(shù)量的有代表性的點(diǎn)（觀測(cè)點(diǎn)），通過對(duì)這些點(diǎn)的重復(fù)觀測(cè)來求出有關(guān)幾何量的變化，并從中整理、分析出變形規(guī)律。變形觀測(cè)應(yīng)設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)、工作點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)三種測(cè)量點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)通常埋設(shè)在變形范圍以外穩(wěn)固的基巖上，做到盡可能穩(wěn)固并便于長期保存，以此作為分析比較變形量的依據(jù)。工作點(diǎn)一般埋設(shè)在被觀測(cè)對(duì)象附近，在工作點(diǎn)上擺設(shè)儀器直接對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，要求在觀測(cè)期間內(nèi)保持穩(wěn)定；在條件允許的情況下，也可將基準(zhǔn)點(diǎn)作為工作點(diǎn)使用。觀測(cè)點(diǎn)一般設(shè)在建構(gòu)筑物上和其地基上，要能準(zhǔn)確反映建構(gòu)筑物變形，在觀測(cè)點(diǎn)上設(shè)立照準(zhǔn)標(biāo)志。由基準(zhǔn)點(diǎn)、工作點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)變形觀測(cè)系統(tǒng)。
2.1沉陷觀測(cè)方法
高層建筑物、混凝土大壩、橋梁、重要廠房的柱基、連續(xù)生產(chǎn)和受振動(dòng)較大的設(shè)備基礎(chǔ)、工業(yè)爐（如煉鋼高爐等）、人工加固或回填土地基等沉降觀測(cè)，采用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法， 要求觀測(cè)中誤差應(yīng)不大于1mm。水準(zhǔn)線路應(yīng)形成閉合線路，按國家二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行測(cè)量。精密水準(zhǔn)測(cè)量方法是最常用的、精密的、最能直接獲得準(zhǔn)確沉陷量的一種方法，是其他方法所不能替代的基本的沉陷觀測(cè)方法。
2.2傾斜觀測(cè)方法
測(cè)定建筑物傾斜的方法有兩類：一類是直接測(cè)定建筑物的傾斜；另一類是通過測(cè)量建筑物基礎(chǔ)相對(duì)沉陷的方法來確定建筑物的傾斜。
2.3直接測(cè)定建筑物傾斜的方法
對(duì)于高層建筑、水塔、煙囪等建筑物，在建筑物本身的頂部和底部勒腳部分選定 ab兩點(diǎn)，并使ab兩點(diǎn)應(yīng)位于同一鉛垂線上，當(dāng)建筑物發(fā)生傾斜時(shí)，頂部a點(diǎn)相對(duì)底部) 點(diǎn)移動(dòng)了某一數(shù)值，則該建筑物的傾斜高度；水平偏離值可采用經(jīng)緯儀或全站儀投影，或者用測(cè)量水平角的方法測(cè)出。最簡單的方法還可用光學(xué)精密垂準(zhǔn)器測(cè)定建筑物頂部( 點(diǎn)相對(duì)于底部) 點(diǎn)的偏離值根據(jù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于#00$ 高的建筑物測(cè)定偏離值* 的精度可達(dá)%$$。測(cè)量建筑物基礎(chǔ)相對(duì)沉陷來確定建筑物傾斜的方法常用的和簡單的方法，一是按國家二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求，用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)出建筑物基礎(chǔ)兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)沉陷，由相對(duì)沉陷與兩觀測(cè)點(diǎn)間距離之比，計(jì)算出傾斜值；二是應(yīng)用氣泡式傾斜儀測(cè)量某處的傾斜度，它適用于觀測(cè)較大的傾斜角或測(cè)定局部地區(qū)的傾斜變形。
3 橋梁撓度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 3.1連通管測(cè)量法利用連通管原理，根據(jù)安裝在橋梁各處連通管內(nèi)液面高度的變化獲得橋梁撓度的變化。當(dāng)橋梁梁體發(fā)生變形時(shí)，固定在梁體上的水管也將隨之移動(dòng)，此時(shí)，各豎直水管內(nèi)的液面將與基準(zhǔn)點(diǎn)處的液面保持在同一水平面，但各測(cè)點(diǎn)處的豎直水管液面卻發(fā)生了大小不等的相對(duì)移動(dòng)，測(cè)得的相對(duì)位移量即是該被測(cè)點(diǎn)的撓度值。 特點(diǎn)：連通管法測(cè)量橋梁撓度的優(yōu)點(diǎn)是可靠、易行，當(dāng)撓度的絕對(duì)值大于20mm時(shí)，它1mm最小讀數(shù)至少可有5%的相對(duì)精度。 3.2傾角儀法使用傾角法測(cè)量橋梁的撓度，并不同于傳統(tǒng)的方法如百分表法、水準(zhǔn)儀法直接測(cè)得橋梁某一點(diǎn)的撓度值，而是首先使用傾角儀測(cè)得橋梁變形時(shí)幾個(gè)截面的的傾角，根據(jù)傾角擬合出傾角曲線，進(jìn)而得到撓度曲線，這樣就可以求得橋梁上任意一點(diǎn)的撓度值。傾角法實(shí)際上是一種間接地利用傾角儀測(cè)量得到橋梁撓度的方法。 特點(diǎn)：橋梁不需要靜止的參考點(diǎn)，特別適于測(cè)量跨河橋、跨線橋、大型的跨海、跨峽谷橋梁和高橋，大大提高了測(cè)量效率。 3.3激光圖像撓度測(cè)量 激光圖像撓度測(cè)量利用了激光良好的方向性。隨著橋梁不同程度的變形，照射在被測(cè)點(diǎn)固定不動(dòng)的光電接收器上的激光光斑中心發(fā)生等量變化，因此只要獲取光斑中心位置就可得到橋梁撓度。 特點(diǎn)：具有很高的測(cè)量精度，可達(dá)到0.1 mm，且采樣速率高、成本較低；適合于跨度不大的中小型橋梁。 3.4 gps撓度測(cè)量 利用一臺(tái)接收機(jī)(基準(zhǔn)站)安在參考點(diǎn)(岸基)上固定不動(dòng)，另一臺(tái)接收機(jī)(移動(dòng)站)設(shè)在橋梁變形較大的點(diǎn)，2臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)4顆或更多衛(wèi)星，以確定變形點(diǎn)相對(duì)岸基的位置。實(shí)時(shí)獲取變形點(diǎn)相對(duì)參考點(diǎn)的位置，可直接反映出被測(cè)點(diǎn)的空間位置變化從而得到橋梁結(jié)構(gòu)的撓度值。 特點(diǎn)：具有全球性、全天候、連續(xù)的精密三維導(dǎo)航與定位能力；具有良好的抗干擾性和保密性。 3.5光電成像撓度測(cè)量 光電成像撓度測(cè)量是在橋梁的測(cè)點(diǎn)上安裝一個(gè)目標(biāo)靶，并在靶上制作一個(gè)光學(xué)標(biāo)志點(diǎn)(光標(biāo))。通過光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)鏡頭)把標(biāo)志點(diǎn)成像在ccd接收面陣上，當(dāng)橋梁產(chǎn)生撓度/位移時(shí)，目標(biāo)靶也隨之移動(dòng)。通過測(cè)出靶上光標(biāo)點(diǎn)在ccd接收面上成像位置的變化值，就可計(jì)算出橋梁實(shí)際的撓度/位移量。撓度測(cè)量方法的比較圖 4 橋梁撓度監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向 4.1長期在線自動(dòng)動(dòng)態(tài)測(cè)量 現(xiàn)在和未來，人們對(duì)橋梁，尤其是大型橋梁的安全評(píng)估不僅要求在施工過程中進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，而且，更加注重成橋后在正常載荷下的長期在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使人們不再局限于對(duì)一座橋梁進(jìn)行集中監(jiān)控，而逐步要求實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多座大型橋梁的集群式監(jiān)控。 4.2大量程測(cè)量 隨著建筑材料和工藝的不斷成熟，現(xiàn)代橋梁呈現(xiàn)出/跨度大、結(jié)構(gòu)柔等特點(diǎn)，這就造成橋梁結(jié)構(gòu)本身在各種外界環(huán)境的影響下，會(huì)出現(xiàn)較大的形變，將來撓度測(cè)量的量程相應(yīng)地要求成倍提高。
