QY-2型傾角儀在鐵路橋梁撓度測試中的應(yīng)用

何先龍，楊學(xué)山，李 杰

(1.中國地震局 工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080;2.吉林鐵路局 橋梁檢測隊(duì)，長春 130012)

QY-2型傾角儀在鐵路橋梁撓度測試中的應(yīng)用

何先龍1，楊學(xué)山1，李 杰2

(1.中國地震局 工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080;2.吉林鐵路局 橋梁檢測隊(duì)，長春 130012)

橋梁撓度測量是橋梁檢測的重要組成部分，也是安全性評價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文利用QY-2型傾角儀，測量了焦柳鐵路線上的融水大橋第三跨的靜態(tài)撓度。測試結(jié)果表明，傾角儀測得的靜態(tài)撓度值與水準(zhǔn)儀所測得值相差較小，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)撓度測試。

鐵路橋梁 撓度 QY-2型傾角儀 測試

1 測試概述

橋梁撓度測量是鐵路橋梁檢測的重要組成部分，是其安全性評價(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荷載的能力有密切關(guān)系。因此，鐵路橋梁動、靜撓度測量方法的研究和儀器設(shè)備的開發(fā)研制對于橋梁承載能力的檢測和橋梁的防震減災(zāi)有著重要的意義［1］。目前常用的橋梁靜態(tài)撓度測量方法主要有懸錘法、水準(zhǔn)儀直接測量法和水準(zhǔn)儀逐點(diǎn)測量法。由于懸錘法設(shè)備簡單、操作方便、費(fèi)用低廉，所以在橋梁撓度測量中被廣泛采用。但是，該方法存在一些不足，比如測量方法要求在測量現(xiàn)場有靜止的基準(zhǔn)點(diǎn)，所以，一般只適用于干河床情形，只能測量某些觀測點(diǎn)的靜撓度(一般只測跨中的靜撓度)，難以給出其它的非測點(diǎn)靜撓度值。水準(zhǔn)儀直接測量法采用水準(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型傾角儀測量法是通過在測橋梁上布設(shè)QY型傾角儀［2-3］，測量橋梁各測點(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干擾的傾角測量儀器，其輸出電壓與所測橋梁截面的轉(zhuǎn)角成正比。

QY型傾角儀測量橋梁撓度，克服了以往橋梁撓度測量方法的不足，不僅適用于簡支梁和靜載情形，而且適用于連續(xù)梁和動載情形。實(shí)驗(yàn)室對比測量表明，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量中，與水準(zhǔn)儀和光電撓度儀進(jìn)行對比，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。本次測試以檢測QY傾角儀在鐵路橋梁大跨度撓度測試中的應(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)儀的對比試驗(yàn)。

2 靜態(tài)撓度對比測試

使用QY-2型橋梁撓度測試系統(tǒng)，測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，長為(65+3×80)m。采用 QY-2型橋梁撓度測試系統(tǒng)和水準(zhǔn)儀，對第三跨進(jìn)行靜態(tài)撓度測試。靜態(tài)荷載為長55 m的帶有兩個(gè)火車頭的載物火車，質(zhì)量約為60 t。

本次測試采用同一荷載分別加載在橋梁的不同位置和采用5臺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)撓度測試共進(jìn)行了4個(gè)工況的加載測試，各工況所得撓度曲線和撓度測試結(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)測和有限元分析所得撓度曲線

圖6 工況3實(shí)測和有限元分析所得撓度曲線

圖7 工況4實(shí)測和有限元分析所得撓度曲線

由圖4～圖7可得，本次測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傾角儀測得第三跨40 m處的撓度值與水準(zhǔn)儀測得值非常接近。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)椋邢拊治鰰r(shí)，把連續(xù)橋梁的每一跨當(dāng)作一個(gè)整體的簡支梁來分析，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QY-2型傾角儀在鐵路橋梁上的應(yīng)用與水準(zhǔn)儀做了對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：YQ-2型傾角儀能準(zhǔn)確地測試鐵路橋梁的靜態(tài)撓度，測試誤差<1.5%;在橋梁撓度變化值較大時(shí)，測試值相差不到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)撓度測試儀，利用傾角儀實(shí)測數(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)反映測試方法的研究［J］.地震工程與工程振動，2002，22(2)：97-100.

［4］侯興民，楊學(xué)山.陶賴昭松花江大橋撓度測量分析［J］.地震工程與工程振動，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)