基于連通管原理的橋梁撓度自動測量方法

摘要：基于連通管原理，采用RS485通訊技術等手段，給出了一種橋梁撓度自動測量的方法。該方法具有實時、在線、遠程、精確等特點，且不受人為因素和環境因素的影響。通過重慶石板坡長江大橋應用該方法測量撓度的案例證明，其測量結果的相對誤差小于5％，表明該系統穩定可靠。這種測量方法能用于更多橋梁撓度的自動監測。
關鍵詞：連通管；橋梁監測；撓度測量；液位傳感器

0 引言
為適應社會經濟快速發展的需要，近年來全世界的橋梁技術得到了迅猛的發展。在跨度方面，我國已位居世界先進水平。橋梁的大跨度及結構復雜多樣等特性對主梁撓度、應力、環境荷載、承載力等安全參數均提出了較高要求。其中，主梁撓度變化是反映大橋安全狀態及進行內力狀態評估分析的重要參數，也是結構安全預警的重要指標。因此，無論是健康監測項目還是常規檢查項目，對橋梁撓度參數變化的測量，都具有非常重要的意義。
目前，常用的橋梁撓度測量方法主要有精密水準儀法、全站儀法、百分表法等人工測量方法和以傾角儀法、光電成像法、激光靶標法、GPS法等為主的自動測量方法。本文將重點介紹連通管法測量橋梁撓度變化的連通管系統的構成、測量原理、方法特點、現場實施及其注意事項等。

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

在橋梁撓度測量項目中，將大容積容器置于基準點(如大橋的橋臺處)，在基準點和測量點均安裝撓度傳感器，通過計算基準點和測量點撓度傳感器的數據差，這樣所得到的結果，就是橋梁撓度測量點的撓度值。
說明：h為基準點處液位傳感器的讀數：h1為在橋梁沒有形變時，測量點A處撓度傳感器的讀數；h2為在橋梁有形變時，測量點A處撓度傳感器的讀數。

從圖2可得，該橋梁測量點A處的撓度變化為：
△h=(h2-h)-(h1-h)=h2-h1
當△h>0時，說明橋梁處于上撓狀態：當△h0時，說明橋梁處于下撓狀態。