淺談橋梁監(jiān)測(cè)及其技術(shù)發(fā)展

彭渝舒

（歐維姆結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)有限公司,廣西 柳州 545010）

淺談橋梁監(jiān)測(cè)及其技術(shù)發(fā)展

彭渝舒

（歐維姆結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)有限公司,廣西 柳州 545010）

摘要：橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展比較快，隨著計(jì)算機(jī)、無線電技術(shù)和空間技術(shù)等的快速發(fā)展，出現(xiàn)了許多先進(jìn)的橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)。本文簡(jiǎn)要說明傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)后，對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)的新發(fā)展作了簡(jiǎn)單的技術(shù)介紹，并指出了其中一些方法的優(yōu)點(diǎn)和不足。

關(guān)鍵詞：橋梁；監(jiān)測(cè)技術(shù)；發(fā)展

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，人類建設(shè)了許許多多橋梁工程。雖然橋梁建設(shè)的技術(shù)有很大發(fā)展，橋梁質(zhì)量有很大提高，但它存在變形性問題（包括外在的地震、山體滑坡等），還有荷載的長期性、疲勞性與其它因素的偶合作用都會(huì)使橋梁產(chǎn)生安全隱患。因此，對(duì)橋梁進(jìn)行變形性等方面監(jiān)測(cè)，可以安全診斷橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并依此可以對(duì)變形等情況進(jìn)行事先預(yù)報(bào)。

1　橋梁監(jiān)測(cè)的范圍

首先，監(jiān)測(cè)橋梁所處環(huán)境條件，以及檢測(cè)局部損傷。監(jiān)測(cè)所處環(huán)境的溫度、濕度、酸堿度、風(fēng)荷載、地震發(fā)生情況和日交通流量情況。它們會(huì)影響橋梁應(yīng)力，產(chǎn)生位移和腐蝕等。檢測(cè)局部損傷同樣包括檢測(cè)橋梁的裂紋、應(yīng)力（索力）和變質(zhì)等。

其次，監(jiān)測(cè)橋梁本身的整體性能。這包括位移監(jiān)測(cè)、撓度監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力的監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)材質(zhì)監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)以及裂縫監(jiān)測(cè)。

再次，對(duì)橋梁關(guān)鍵部位的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。某些部分對(duì)橋梁正常運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用，因此要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。如橋梁的拉索（纜索）或吊桿。

最后，對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)狀態(tài)進(jìn)行判斷。

2　傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)

上世紀(jì)80年代以前，橋梁監(jiān)測(cè)主要是采用常規(guī)地面測(cè)量技術(shù)。早期的常規(guī)測(cè)量一般是用濕度計(jì)測(cè)量周圍環(huán)境的濕度，PH值傳感器測(cè)量橋梁周圍水體中的酸堿度，地震儀記錄地震情況，統(tǒng)計(jì)橋梁日交通流量以推算交通荷載。后來發(fā)展為采用測(cè)距儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等常規(guī)測(cè)量設(shè)備測(cè)量定點(diǎn)位的變形值。這些可以提供橋梁整體的變形狀態(tài)，能滿足測(cè)量精度要求，適應(yīng)不同的監(jiān)測(cè)環(huán)境。但是不足這處是現(xiàn)場(chǎng)工作量大，布點(diǎn)會(huì)受橋梁地形條件影響。這一時(shí)期，也出現(xiàn)了少數(shù)特殊測(cè)量手段，如應(yīng)變測(cè)量、準(zhǔn)直測(cè)量和傾斜測(cè)量。這些測(cè)量手段具有過程簡(jiǎn)單、可測(cè)量?jī)?nèi)部的變形和自動(dòng)化測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是只能得到局部和相對(duì)的變形信息。

3　橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)的新發(fā)展

計(jì)算機(jī)、無線電技術(shù)和空間技術(shù)等的快速發(fā)展，促使橋梁測(cè)量和監(jiān)測(cè)技術(shù)也不斷發(fā)展。

3.1橋梁位移監(jiān)測(cè)技術(shù)

GPS橋梁位移監(jiān)測(cè)。它是利用導(dǎo)航衛(wèi)星獲得相位差分（RTK），實(shí)時(shí)測(cè)量橋梁位移。這一橋梁位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括接收衛(wèi)星差分信息的GPS基準(zhǔn)站、可實(shí)時(shí)差分后測(cè)得站點(diǎn)三維空間坐標(biāo)的GPS監(jiān)測(cè)站和通信系統(tǒng)。然后由監(jiān)控中心進(jìn)行橋梁位移計(jì)算。

GPS橋梁位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量自動(dòng)化程度高，受大氣、天氣因素影響較小，GPS 定位速度快、精度高。

3.2橋梁撓度監(jiān)測(cè)技術(shù)

GPS法。類似GPS橋梁位移監(jiān)測(cè)，這時(shí)只是通過GPS差分定位待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算撓度。系統(tǒng)也是由基準(zhǔn)站、監(jiān)測(cè)站和通信系統(tǒng)組成，同時(shí)選取多顆衛(wèi)星作為測(cè)量基準(zhǔn)，以提高監(jiān)測(cè)效率。

傾角儀法。在橋面縱向上不同的被測(cè)點(diǎn)，安裝可以根據(jù)電壓和測(cè)量物傾斜角度的比例關(guān)系來測(cè)量角度的傾角儀，測(cè)得不同點(diǎn)的傾斜角度，再用擬合撓度曲線積分和最小二乘法求出不同點(diǎn)的撓度值。如下圖所示, k1、k2…是傾角儀。

傾角儀測(cè)量撓度

激光圖像撓度測(cè)量方法。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用由固定于橋體的光源發(fā)出激光束到標(biāo)靶，再用面陣CCD成像，圖像采集卡采集圖像，并將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理和計(jì)算，也就是通過CCD傳感器之間的不同比例關(guān)系得出橋梁撓度值。

3.3橋梁其他方面的監(jiān)測(cè)技術(shù)

采用紅外熱像儀檢測(cè)技術(shù)或神經(jīng)脈絡(luò)仿生裂紋監(jiān)測(cè)方法對(duì)橋梁裂紋檢測(cè)。紅外熱像儀把紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，然后對(duì)其特征分析，得出目標(biāo)表面溫度分布。當(dāng)橋梁有裂紋或損傷時(shí)，發(fā)出的紅外線不同于周圍的紅外線，通過熱圖像可以知道橋梁縫隙和損傷部位。神經(jīng)脈絡(luò)仿生裂紋監(jiān)測(cè)方法是在橋梁的某部位貼上一張導(dǎo)線網(wǎng)，當(dāng)裂紋發(fā)生時(shí)，通過中間處理器判斷和確定裂紋的位置和長度。

采用電測(cè)法或磁通量傳感器方法檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變。電測(cè)法是通過檢測(cè)傳感器中不斷改變的振動(dòng)頻率，來分析局部的應(yīng)力變化。磁通量傳感器方法是根據(jù)鐵磁材料的導(dǎo)磁性能大小與應(yīng)變力、溫度的關(guān)系，得到磁導(dǎo)率變化情況，以此測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變力。

采用超聲波檢測(cè)技術(shù)、雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋梁局部變質(zhì)的檢測(cè)。超聲波是一種波，服從波的傳輸規(guī)律，在同一材料中直線行進(jìn)，在不同材料的界面處發(fā)生反射，而且在堅(jiān)硬材料中行進(jìn)的速度快，在松軟材料中行進(jìn)速度相對(duì)要慢。因此測(cè)出介質(zhì)材料體內(nèi)波速，可知道材料強(qiáng)度及是否局部變質(zhì)。雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)是物體激振產(chǎn)生雷達(dá)波，以此發(fā)射高頻電磁波，這種電磁波在傳播過程中，也一樣會(huì)發(fā)生透射和反射。從而得到電磁波反射信號(hào)的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理，可知結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變質(zhì)情況。

4　結(jié)語

橋梁監(jiān)測(cè)包括監(jiān)測(cè)橋梁所處環(huán)境條件、檢測(cè)局部損傷和監(jiān)測(cè)橋梁本身的整體性能等。傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)包括測(cè)距儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等測(cè)量方法，但隨著計(jì)算機(jī)、無線電技術(shù)和空間技術(shù)等的快速發(fā)展，出現(xiàn)了許多先進(jìn)的橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)。如GPS法、激光圖像撓度測(cè)量方法、紅外熱像儀檢測(cè)技術(shù)、神經(jīng)脈絡(luò)仿生裂紋監(jiān)測(cè)方法、超聲波檢測(cè)技術(shù)和雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)等等。前文對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)的新發(fā)展作了簡(jiǎn)單的技術(shù)介紹，并指出了其中一些方法的優(yōu)點(diǎn)和不足。

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