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准直点激光投射式挠度监测方法的应用

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：屈苗迪1 李达峰2

[导读] 摘要：桥梁挠度是桥梁结构健康状态的综合反映，是判定桥梁竖向刚度、结构承载力和结构整体性能最为重要的技术参数。

        浙江中成建工集团有限公司浙江省绍兴市 312000
        摘要：桥梁挠度是桥梁结构健康状态的综合反映，是判定桥梁竖向刚度、结构承载力和结构整体性能最为重要的技术参数。基于视频采集的准直点激光挠度监测系统具有操作方便，测量精度高的优点，能够满足高精度、大量程、实时、在线测量的需要，尤其适用于高落差、长跨径桥梁线形的测量。
        关键词：桥梁；挠度监测；激光投射式
        0 引言
        挠度健康监测是在役桥梁安全评估的重要组成部分。传统的桥梁挠度监测方法主要有悬垂法、水准仪直接测量法、水准仪逐点测量法、钢悬百分比表测量法等。以上方法主要测量桥梁在静态中的挠度，用于测量桥梁动态时的挠度必然引起较大的偏差。近年来一些学者认识到这个问题，研究和开发了新的桥梁监测的方法，如激光准直感光法、重力或惯量传感器测量法等。
        1 准直点激光投射式挠度监测
        1.1 准直点激光投射挠度系统监测原理
        该系统结构待测点在外界环境影响下沿Y轴方向发生了位移△Y，激光器也会相应发生位移，使得投射在标靶上的激光光斑也发生相同的位移量△Y。通过计算机采集处理挠度变化前后两次的光斑，计算出光斑在接收屏上中心位置的变化量可得该测点的挠度变。
        2 土坎乌江大桥挠度监测
        2.1 工程概况
        土坎乌江大桥属于渝湘高速公路（重庆至长沙）武隆至水江路段，位于重庆市武隆县羊角镇饿岭村。该桥采用连续钢构形式，主桥长420米，主梁采用单箱单室，箱顶宽12.0米，箱底宽6.0米，单侧悬臂宽度3.0米。箱梁根部梁高12.5米，跨中梁高保持4米。
        2.2 挠度监测情况
        由于监控系统的安装是随着施工的进展逐步完成和完善的，对于监控的过程可以分为桥梁施工正常监测阶段正式通车阶段。
        2.2.1 正常监测阶段
        大桥正常监测阶段主要包括：荷载实验阶段和通车后监测阶段。
        图2.1为土坎乌江大桥主跨正常监测的初始阶段（4.25-6.6），主跨跨中的挠度001、挠度002变化稳定，正负变化在1.5cm以内。

        图2.1 大桥正常监测阶段主跨挠度温度数据
        1）正常监测通车阶段
        图2.2为土坎乌江大桥右幅正式通车阶段（10.1.22-10.11.18）监测的主跨跨中上游侧和下游侧相对桥墩的挠度001、挠度002变化稳定，正负变化在-1.2～1.3cm之间。

        图2.2 大桥通车后主跨挠度温度数据
        由上图可知土坎乌江大桥右幅正式通车阶段（10.1.22-10.11.18），武隆侧桥台上游侧和下游侧相对桥墩的挠度003、挠度004变化稳定，正负变化在-2.4～0.8cm之间。
        从以上土坎乌江大桥右幅各个阶段的挠度数据分析可以看出，土坎乌江大桥右幅挠度变化较小，主跨跨中相对桥墩的挠度001、挠度002及武隆侧桥台相对桥墩的挠度003、挠度004在正常监测期间均变化稳定，只有在加载期间，主跨跨中相对桥墩的挠度变化有少许增加。
        3讨论
        激光投射式位移传感技术应用于桥梁挠度检测长期以来都被列为桥梁挠度检测的重点研究方向，但由于该技术受目前点激光光源汇聚效果差和光接受芯片标靶测量面积小的影响，且监测过程中无桥梁振动细节的挠度测量，限制了该技术的应用与推广。
        4结语
        本文介绍了激光投射式挠度传感器在工程中的成功应用，效率和精度都较好，尤其是在大桥这类高落差、大跨度桥梁的挠度测量中，性能明显优于传统的水准仪测量方法。采用该技术测量桥梁挠度受光线影响小，夜间无需另外照明就能进行正常观测，其精度比白天更高。另外，由于激光投射式挠度传感器本身具有结构简单，施工安装方便，后期维护成本低，精度高的特点，因此相对其他挠度测量方法具有极大的优势。
        参考文献：（References）：
        [1]杨学山，侯兴民，廖振鹏，等.桥梁挠度测量的一种新方法[J].土木工程学报，2002，35（2）：92-93.
        [2]杨学山，侯兴民，廖振鹏，等.桥梁挠度测量的一种新方法[J].土木工程学报，2002，35（2）：92-93.
        [3]文学中.大型桥梁挠度监测的方法比较及实践[J].测绘地理信息，2016，41（5）：70-71.
        [4]张奔牛，石玲莉，周志祥，等.许某某，土坎乌江大桥准直点激光投射式挠度监测系统[J].建筑科学，2011，27（3）：14-15.