桥梁挠度测量的一种新方法

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1、桥梁挠度测量的一种新方法杨学山侯兴民廖振鹏黄振平(中国地震局工程力学研究所)摘要桥梁挠度测量是桥梁检测的重要组成部分是桥梁安全性评价的一项重要指标本文介绍了一种桥梁挠度测量的新方法及其应用软件的开发原理通过在所测桥梁上布设QY型倾角仪测量各测点的倾角值然后用专用软件给出关心桥梁截面的挠度倾角和曲率值从而为桥梁安全性评价提供依据本方法克服了以往桥梁挠度测量方法的不足不仅适用于简支梁和静载情形而且适用于连续梁和动载情形大量的实验室对比实验和工程实测结果表明采用倾角仪计算得到的桥梁挠度精度满足工程要求该仪器具有很强的推广价值和广阔的工程应用

2、前景关键词桥梁挠度测量倾角仪挠度曲线中图分类号U446文献标识码A1概述桥梁挠度但是该设备价格昂贵易受下雨雾天等环境条件的影响桥梁挠度测量是桥梁检测的重要组成部分是桥本文介绍一种桥梁挠度测量的新方法通过在所[1,2]梁安全性评价的一项重要指标桥梁的挠度与桥梁的测桥梁上布设QY型倾角仪测量桥梁各测点的倾承载能力及抵御地震等动荷载的能力有密切的关系角值然后通过专用软件给出桥梁各截面的挠度值因此桥梁动静挠度测量方法的研究和仪器设备的倾角值和曲率值QY型倾角仪是在回转摆上利用电开发研制对于桥梁承载能力检测和桥梁的防震减灾有容传感技术和无源伺服

3、技术构成的高灵敏度抗振动干着重要的意义扰的倾角测量仪器倾角仪的输出电压与所测桥梁截目前常用的桥梁挠度的测量方法主要有悬锤法面的转角成正比QY型倾角仪灵敏度为100mv/角分水准仪直接测量法和水准仪逐点测量法悬锤法由于最大量程为10角分漂移值小于0.2角秒该仪器可设备简单操作方便费用低廉所以在桥梁挠度测用于公路桥梁城市立交桥梁和铁路桥梁的倾角和挠量中被广泛采用但是该方法存在一些不足此法度测量要求在测量现场有静止的基准点所以一般只适用于采用QY型倾角仪测量桥梁挠度克服了以往桥梁干河床情形而且利用悬锤法只能测量某些观测点挠度测量方法的不足不

4、仅适用于简支梁和静载情形的静挠度一般只测跨中的静挠度无法实现动态的而且适用于连续梁和动载情形实验室对比测量表明[3]桥梁挠度检测也难以给出其他非测点的静挠度值该方法的精度满足工程要求本方法已在北京九另外由于测量结果中包含桥墩的下沉量和支墩的变江哈尔滨大庆乌鲁木齐等地的多座桥梁挠度测形以及由于悬锤重量滑轮的摩擦系数和钢丝直径量中得到应用并引起工程界的重视的选择不当等不可避免的因素而导致测量结果存在较大的误差水准仪直接测量法采用水准仪或经纬仪2软件开发原理及建议的倾角仪布点方案和标尺根据加载前后设置在跨中的标尺读数差得到跨中的静挠度该方法

5、难以在桥墩上空间很小的公路桥梁上进行挠度测量水准仪逐点测量法是用高精度2.1桥梁挠度测量软件的开发原理水准仪和铟钢塔尺在桥面上沿桥梁轴线对桁架各节点在待测桥梁上选定的n个测点上布设倾角仪假或桥面进行逐点水准测量此方法只能测量桥梁定桥梁变形在线性范围之内根据加载前后每一测点静挠度曲线精度较高但采用该方法测量封桥时间倾角仪输出的电压差就可以得到被测桥梁上的n个长效率较低光电法是利用CCD光电耦合器件测量倾角值θii=1,n如图1所示112in−1nn−1y(x)=∑yi(x)(2)i=1采用本方案得到的挠度曲线和倾角曲线连续光滑桥梁截面的

6、曲率连续并且精确满足所有桥梁支座的挠度边界条件和倾角的实测值ox值得指出的是利用该方法在每跨的最后一段需倾角仪布点做出合理的处理以消化由于前面各段测量误差图1用倾角仪测量桥梁挠度而引起的误差积累使得挠度曲线倾角曲线和曲率曲线更趋合理为得到桥梁变形的挠度曲线y()x并给出连续方案二分跨的最小二乘方法设被测桥梁有m跨m=1时为单跨的简支桥光滑的倾角曲线θ(x)和关心桥梁截面的曲率值可梁第i跨布设k个倾角仪适当选取第i跨桥梁的采取下述两种方案挠度曲线y(x)使之满足该跨所有支座的挠度边值i方案一分段的曲线拟合方法根据倾角仪的布点将桥梁分为n

7、−1段每段的挠约束条件度曲线在端点应满足倾角的实测值和挠度曲率的连k−1续条件支座处满足挠度约束条件含支座沉陷yi(x)=A(x)∑Xjgj(x)(3)j=1设所测桥梁起始处为坐标原点x坐标轴沿桥梁轴线方向如图1所示在第j段桥梁上适当选取的上式中g(x)为合理选取的函数组它是k−1j位置x处作用不同单位荷载fff集中荷载123维线性空间的一组基A(x)为适当选择的满足该段桥集中弯矩和分布荷载可以分别计算得到该段桥梁挠度变形的形函数N1(x)N2(x)和N3(x)设该段桥梁支座挠度边值条件的函数Xj是基函数gj(x)的梁存在m个约束条件

8、包含挠度倾角曲率的连续常系数根据实际测得的倾角值θ(j=1,k)就可j条件和支座挠度的边值条件可按下式构造该段桥梁的挠度曲线方程:以建立有k个方程组成的方程组mk−1k−1yj(x)=∑XjNl(x)(1)[A′(x)∑