基于連通管原理的橋梁撓度自動(dòng)測(cè)量方法

摘要：基于連通管原理，采用RS485通訊技術(shù)等手段，給出了一種橋梁撓度自動(dòng)測(cè)量的方法。該方法具有實(shí)時(shí)、在線、遠(yuǎn)程、精確等特點(diǎn)，且不受人為因素和環(huán)境因素的影響。通過(guò)重慶石板坡長(zhǎng)江大橋應(yīng)用該方法測(cè)量撓度的案例證明，其測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差小于5％，表明該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。這種測(cè)量方法能用于更多橋梁撓度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
關(guān)鍵詞：連通管；橋梁監(jiān)測(cè)；撓度測(cè)量；液位傳感器

0 引言
為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，近年來(lái)全世界的橋梁技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。在跨度方面，我國(guó)已位居世界先進(jìn)水平。橋梁的大跨度及結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣等特性對(duì)主梁撓度、應(yīng)力、環(huán)境荷載、承載力等安全參數(shù)均提出了較高要求。其中，主梁撓度變化是反映大橋安全狀態(tài)及進(jìn)行內(nèi)力狀態(tài)評(píng)估分析的重要參數(shù)，也是結(jié)構(gòu)安全預(yù)警的重要指標(biāo)。因此，無(wú)論是健康監(jiān)測(cè)項(xiàng)目還是常規(guī)檢查項(xiàng)目，對(duì)橋梁撓度參數(shù)變化的測(cè)量，都具有非常重要的意義。
目前，常用的橋梁撓度測(cè)量方法主要有精密水準(zhǔn)儀法、全站儀法、百分表法等人工測(cè)量方法和以傾角儀法、光電成像法、激光靶標(biāo)法、GPS法等為主的自動(dòng)測(cè)量方法。本文將重點(diǎn)介紹連通管法測(cè)量橋梁撓度變化的連通管系統(tǒng)的構(gòu)成、測(cè)量原理、方法特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及其注意事項(xiàng)等。

1 連通管法的測(cè)量原理
連通管法測(cè)量橋梁撓度的原理是在撓度測(cè)量點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)之間安裝連通管，利用同一系統(tǒng)保持相同水平液面的原理，將兩點(diǎn)間豎直方向上的相對(duì)位置變化轉(zhuǎn)換成連通管內(nèi)液面的變化，然后利用連通管原理由測(cè)得的液面變化反算出測(cè)量點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)豎直方向的位置變化(即撓度)。
為確保測(cè)量點(diǎn)處的撓度變化不影響連通管內(nèi)的液面高度，在基準(zhǔn)點(diǎn)處將連通管接入大容積容器，并在該容器和測(cè)量點(diǎn)各點(diǎn)安裝撓度傳感器，這樣便形成了連通管法橋梁撓度測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)模型如圖1所示。

在橋梁撓度測(cè)量項(xiàng)目中，將大容積容器置于基準(zhǔn)點(diǎn)(如大橋的橋臺(tái)處)，在基準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)均安裝撓度傳感器，通過(guò)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)撓度傳感器的數(shù)據(jù)差，這樣所得到的結(jié)果，就是橋梁撓度測(cè)量點(diǎn)的撓度值。
說(shuō)明：h為基準(zhǔn)點(diǎn)處液位傳感器的讀數(shù)：h1為在橋梁沒(méi)有形變時(shí)，測(cè)量點(diǎn)A處撓度傳感器的讀數(shù)；h2為在橋梁有形變時(shí)，測(cè)量點(diǎn)A處撓度傳感器的讀數(shù)。

從圖2可得，該橋梁測(cè)量點(diǎn)A處的撓度變化為：
△h=(h2-h)-(h1-h)=h2-h1
當(dāng)△h>0時(shí)，說(shuō)明橋梁處于上撓狀態(tài)：當(dāng)△h0時(shí)，說(shuō)明橋梁處于下?lián)蠣顟B(tài)。