橋梁撓度自動(dòng)測(cè)量方法研究綜述

梁天霄

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

[關(guān)鍵詞]橋梁撓度；自動(dòng)測(cè)量；綜述 文章編號(hào)：2095-4085（2017）05-0036-02

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

1連通管測(cè)量法

這種測(cè)量方法是利用連通管原理，在橋梁的基準(zhǔn)點(diǎn)和各測(cè)量點(diǎn)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(shí)，固定在梁體上的水管會(huì)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，因而各測(cè)點(diǎn)處的豎直水管中的液面會(huì)發(fā)生大小不等的相對(duì)移動(dòng)。根據(jù)測(cè)得的這些液面的相對(duì)位移量，即可計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的撓度值。進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要基準(zhǔn)點(diǎn)處放一個(gè)大容積容器，再將各連通管接入，并在基準(zhǔn)點(diǎn)和各測(cè)量點(diǎn)安裝撓度傳感器。通過計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)撓度傳感器的數(shù)據(jù)差，即可計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)的撓度值。連通管法，曾在2004年檢測(cè)過岳陽洞庭湖大橋。其優(yōu)點(diǎn)是可靠、易行。由于這種測(cè)量系統(tǒng)是全封閉結(jié)構(gòu)，可以避免灰塵、濕度和霧天對(duì)測(cè)量造成的影響，可以長(zhǎng)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(huì)不準(zhǔn)；（2）連通管中的液體不能有雜質(zhì)，因雜質(zhì)會(huì)造成通管道阻塞；（3）在環(huán)境溫度降到凝固點(diǎn)后，連通管中的液體會(huì)發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象，因而無法測(cè)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(cè)量法

傾角儀測(cè)量法的原理是利用傾角儀測(cè)得橋梁變形時(shí)幾個(gè)截面的傾角，用數(shù)值積分的方法求得橋梁上任意一點(diǎn)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(cè)出梁上若干指定點(diǎn)的轉(zhuǎn)角值時(shí)，就可以畫出截面轉(zhuǎn)角沿梁長(zhǎng)的近似分布圖，或稱之為近似的截面轉(zhuǎn)角函數(shù)圖，因?yàn)閷?duì)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(diǎn)至梁上某點(diǎn)截面轉(zhuǎn)角分布圖的面積，就是該點(diǎn)的撓度值-z-。傾角儀測(cè)量撓度精確度較高，不需要靜止的參考點(diǎn)，在對(duì)跨河橋、跨海橋、跨峽谷橋以及高橋的測(cè)量中，它能夠進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，顯示出很強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

3激光圖像測(cè)量法

激光圖像測(cè)量法是將激光測(cè)量法與成像式測(cè)量法結(jié)合來進(jìn)行測(cè)量的一種新型撓度測(cè)量法。該系統(tǒng)主要由激光器、攝像機(jī)、圖像采集卡、接收屏以及計(jì)算機(jī)組成。測(cè)量時(shí)，攝像機(jī)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(gè)圓形光斑。操作人員對(duì)于從攝像機(jī)輸出的模擬視頻信號(hào)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(cè)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(cè)結(jié)構(gòu)上，因而激光器也會(huì)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(jì)算機(jī)采集處理撓度變化前后兩次的圖片，比較容易計(jì)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(cè)點(diǎn)的撓度。新型激光圖像撓度測(cè)量方法，用激光器作為位移信息載體，代替成像式測(cè)量法的光靶，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量。既可以保留成像法的優(yōu)點(diǎn)，又可以克服物距過遠(yuǎn)所導(dǎo)致的測(cè)量精度下降問題。在能夠確保較高測(cè)量精度的情況下，可以實(shí)現(xiàn)大范圍撓度測(cè)量。該系統(tǒng)尤其適于大型剛構(gòu)密封梁體的多測(cè)點(diǎn)撓度測(cè)量，有較高的應(yīng)用價(jià)值與發(fā)展前景。

4光電成像測(cè)量法

橋梁撓度光電成像測(cè)量系統(tǒng)，由發(fā)光靶標(biāo)和光電數(shù)字?jǐn)z像機(jī)兩部分組成，測(cè)量時(shí)要把發(fā)光靶標(biāo)固定在橋梁的待測(cè)部位，光電數(shù)字?jǐn)z像機(jī)則要固定在橋墩上。發(fā)光靶標(biāo)的圖像會(huì)顯示在光電數(shù)字?jǐn)z像機(jī)成像系統(tǒng)的光敏面上。在載荷作用下，橋梁會(huì)發(fā)生位移時(shí)，發(fā)光靶標(biāo)會(huì)隨著橋梁的移動(dòng)而產(chǎn)生位移，這就導(dǎo)致發(fā)光靶標(biāo)在攝像機(jī)像面上所成像點(diǎn)的位置相應(yīng)發(fā)生變化。據(jù)此，可計(jì)算出橋梁實(shí)際的撓度。為了使橋梁撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更為精確，當(dāng)?shù)孛媪炼鹊蜁r(shí)，可以使用發(fā)光靶標(biāo)；當(dāng)?shù)孛婀饬炼容^高時(shí)，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(duì)橋梁的撓度進(jìn)行長(zhǎng)期、在線監(jiān)測(cè)。

5機(jī)器人測(cè)量法

測(cè)量機(jī)器人是將光電測(cè)距系統(tǒng)、伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電子測(cè)角系統(tǒng)、影像傳感器和自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別機(jī)等整合于一體，它能夠進(jìn)行自動(dòng)搜索并鎖定目標(biāo)，自動(dòng)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(shí)，先在橋上安裝目標(biāo)棱鏡，然后利用機(jī)器人測(cè)量出合作目標(biāo)的幾何信息，然后計(jì)算出橋梁的撓度值。使用機(jī)器人觀測(cè)撓度時(shí)，儀器應(yīng)盡量安置在靠近目標(biāo)點(diǎn)的位置。后視點(diǎn)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(duì)應(yīng)位置的橋面上，可以避免橋梁大幅震動(dòng)對(duì)儀器電子器產(chǎn)生干擾。在加載之前，觀測(cè)后視點(diǎn)A的標(biāo)尺讀數(shù)為h_a，目標(biāo)點(diǎn)B的標(biāo)尺讀數(shù)h_b1；加載之后，再觀測(cè)后視點(diǎn)A的標(biāo)尺讀數(shù)h_a2，目標(biāo)B點(diǎn)的標(biāo)尺讀數(shù)h_b2，則目標(biāo)點(diǎn)的撓度值公式為：

f=（h_a2-h_b2）-（h_a1-h_b1）。

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

6結(jié)語

隨著測(cè)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(jī)器人式等自動(dòng)測(cè)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(shí)，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(shì)，力爭(zhēng)測(cè)出精確數(shù)據(jù)，并對(duì)撓度做出準(zhǔn)確判斷。

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

工業(yè)和信息化部、國(guó)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(hào)通知將聯(lián)合開展2017年工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展重點(diǎn)信貸項(xiàng)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(dú)或以聯(lián)合體的形式，實(shí)施節(jié)能與綠色化改造項(xiàng)目、支持重點(diǎn)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(diǎn)工業(yè)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)推行方案、揮發(fā)性有機(jī)物削減行動(dòng)計(jì)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(jì)、支持企業(yè)實(shí)施大宗工業(yè)固廢綜合利用項(xiàng)目和再生資源回收利用項(xiàng)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(xiàng)目建設(shè)。要求按照自愿原則，申請(qǐng)單位（含中央企業(yè)）向項(xiàng)目所在地省級(jí)（含計(jì)劃單列市，下同）工信部主管部門提出項(xiàng)目申請(qǐng)。工信部會(huì)同國(guó)家開發(fā)銀行組織行業(yè)專家對(duì)申報(bào)項(xiàng)目進(jìn)行審核，確定《推薦目錄》。國(guó)家開發(fā)銀行根據(jù)《推薦目錄》，獨(dú)立審貸，為滿足授信條件的項(xiàng)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)）