變形監測技術在橋梁監測中應用的價值研究

周 逸

重慶亞派橋梁工程質量檢測有限公司 重慶市土木結構智慧監測工程技術中心

變形監測技術在橋梁監測中應用的價值研究

周 逸

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橋梁變形監測工作對于橋梁的使用、管理和維護都具有十分深遠的意義，能夠起到保障人民生命安全、保證公共出行交通的作用，因此，須重視變形監測技術在橋梁監測中的應用，并需通過不同的觀測條件，對橋梁變形進行精確監測，根據實地觀測的不同情況，再對其做出具體的布設方案，以確保實際工作應用能得以解決。基于此本文分析了變形監測技術在橋梁監測中應用的價值，并提出了一種三維位移監測方法。

變形監測技術；橋梁監測；應用

1 、變形監測技術概論

所謂變形監測，其本質內容就是測量，即通過該項技術來精確的定位被監測對象的空間位置，或者利用該項技術來研究建筑物的內部結構形態隨著時間流逝而發生的變化規律，進而在進行工程施工時根據相關數據做出合理的安排，確保建筑工程的質量。因此，變形監測技術對建筑工程施工方法的正確選擇有著不可忽視的作用。

2 、橋梁變形監測原理

2.1 橋梁變形的分類

橋梁變形按其類型可分為靜態變形和動態變形。靜態變形是指變形觀測的結果只表示在某一期間內的變形值，它是時間的函數。動態變形是指在外力影響下而產生的變形，它是表示橋梁在某個時刻的瞬時變形，是以外力為函數來表示的對于時間的變化。

2.2 橋梁墩臺的變形監測

橋梁墩臺的變形監測包括墩臺的垂直位移監測和水平位移監測。墩臺的垂直位移監測主要包括墩臺特征位置的垂直位移和沿橋軸線方向(或垂直于橋軸線方向)的傾斜監測。各墩臺在上、下游的水平位移監測稱為橫向位移監測，各墩臺沿橋軸線方向的水平位移監測稱為縱向監測。

2.3 塔柱變形監測

斜拉橋、懸索橋須重點關注塔柱變形監測，塔柱變形監測包括塔柱頂部水平位移監測、塔柱整體傾斜監測、塔柱體撓度監測以及塔柱體神縮量監測。

2.4 橋面變形監測

橋面變形監測包括橋面撓度監測以及橋面水平位移監測。橋面撓度是指橋面沿軸線的垂直位移情況，橋面在外界荷載的作用下將發生變形，使橋梁的實際線形與設計線形產生差異，從而影響橋梁的內部應力狀態。過大的橋面線形變化不但影響行車的安全，而且對橋梁的使用壽命有直接的影響。橋梁水平位移主要是指垂直于橋軸線方向的水平位移，橋梁水平位移主要由基礎的位移、傾斜以及外界荷載(風、日照、車輛等)引起。

3 、變形監測技術在橋梁監測中應用

隨著計算機技術和空間科技等的迅速發展，近年來很多新技術被應用于橋梁工程檢測中，變形測量技術也因之發生了巨大變革。橋梁變形監測技術開始從地面擴展到空間、從靜態到動態，逐漸實現了全天候、自動化的監測，其所應用的技術也日趨與時俱進。

新型的橋梁三維位移監測系統提供一種可對橋梁進行三維位移監測的技術。該系統由LED有源光組成的正方形靶標固定于被測結構的測量點上，視頻采集設備及激光測距設備安裝在固定結構上(不動點)。測量時有源光發射器發出光束，視頻采集設備進行圖像采集形成圖像，激光測距儀測量固定點與測點之間距離。當被測結構發生三維位移變化時，采集的圖像上形成的光斑及固定點與測點距離也會發生位移變化，通過圖像處理算法，可換算出被測結構的位移變化量。系統所有設備均由太陽能進行供電，現場采集站通過無線傳輸模塊將采集數據實時遠程傳輸于服務器端。

該系統采用靶標與激光測距裝置能準確測量三維位移，采用正方形LED有源光靶標能自測量二維位移；采用電源控制器進行電源控制與采集頻率控制能有效節能；采用無線傳輸技術，可以對橋梁結構的三維位移進行遠程實時、全面監測；采用現代網絡通信技術，可以組建大型監控網。

圖1 三維位移測量系統系統組成圖

如圖1所示，靶標及攝像機測量被測結構體的二維位移，激光測距儀測量固定體到被測體的一維距離，電源控制器通過串口服務器對所有設備供電進行控制，激光測距儀及攝像機采集到的數據通過網絡交換機傳輸給現場采集站進行數據處理，采集站處理得到的三維位移值通過4G/GPRS網絡遠程傳輸到服務器端。

該系統測量原理圖如圖2所示，利用激光測距設備可測量固定體到測點之間的距離，利用攝像機對靶標進行圖像采集；當被測結構發生三維位移變化時，采集的圖像上形成光斑也會位移變化，激光測距儀采集到的距離信號也會發生變化。基于靶標光斑變化前后的兩幅圖像，通過圖像處理算法，找出兩次光斑的中心位置，通過計算兩次中心位置的位移變化量，可換算出被測結構的二維位移變化量。

圖2 測量原理圖

測量原理圖如圖2所示，利用激光測距設備可測量固定體到測點之間的距離，利用攝像機對靶標進行圖像采集；當被測結構發生三維位移變化時，采集的圖像上形成光斑也會位移變化，激光測距儀采集到的距離信號也會發生變化。基于靶標光斑變化前后的兩幅圖像，通過圖像處理算法，找出兩次光斑的中心位置，通過計算兩次中心位置的位移變化量，可換算出被測結構的二維位移變化量。

圖3 靶標二維位移測量流程

位移測量流程如圖3所示：系統接收到位移采集指令；啟動圖像采集設備并獲取視頻圖像流；按測點配置打開單測點對應的光源的電源；獲取測點光斑圖像；對圖像進行相關處理并做位移標定；找到光斑中心坐標；與基準坐標比較根據標定值計算出偏移量；根據存儲該測點的位移值至存儲設備；關閉當前測點光源電源；按照以上步驟操作下一個測點；全部測點測量完畢關閉相關設備電源。

位移測量流程如圖3所示：系統接收到位移采集指令；啟動圖像采集設備并獲取視頻圖像流；按測點配置打開單測點對應的光源的電源；獲取測點光斑圖像；對圖像進行相關處理并做位移標定；找到光斑中心坐標；與基準坐標比較根據標定值計算出偏移量；根據存儲該測點的位移值至存儲設備；關閉當前測點光源電源；按照以上步驟操作下一個測點；全部測點測量完畢關閉相關設備電源。

使用該系統具有很多優勢，安裝方便、節能，因此值得進一步推廣使用。

總之，隨著經濟的穩步增長，我國的橋梁建設規模日益擴大，結構越來越復雜，出于對安全問題的考慮，對大型橋梁進行變形監測就顯得十分必要。本文分析了橋梁三維位移監測系統的應用，以期提供一些借鑒。

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