新型竖向位移测量系统的研究及应用(世界桥梁).doc

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1、新型竖向位移测量系统的研究及应用（世界桥梁）新型竖向位移测量系统的研究及应用赵兴雅，汪正兴，朱世峰，王波（屮铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉430034）摘要：针对现冇桥梁挠度及结构基础沉降测量方法的不足，尤其是高速铁路桥梁基础沉降的实时监测手段的欠缺，提出了一种结合液•气耦合压差挠度仪、RS-485总线及GPRS无线传输技术的封闭式/半封闭式结构竖向位移测量方法并进行了系统研发。该系统已成功应用于武汉天兴洲长江大桥、重庆朝天门长江大桥等数十座桥梁的挠度及某高速铁路桥梁基础沉降测量中。结果表明：该系统可对结构竖向位移进行高效高精度的连续远程无线测量。关键词：测量系

2、统；挠度；基础沉降；液■气耦合；无线传输；连续实吋监控中图分类号：U446.2；TP212文献标志码：A文章编号：1671-7767（2010）00-0000-001引言为适应我国社会、经济快速发展的需要，近年来高速铁路建设方兴未艾。京津、沪宁、合武、武广、郑西等高速铁路的建设并投入运行有力地促进了区域经济的发展。京沪、石武、沪昆、汉宜、石青、郑徐、商杭等高速铁路亦在紧张施工屮或已获立项建设。高铁列车一般均以200km/h以上的高速运行在较长线路上，且大部分路段均为桥梁的形式。其运行期间的安全性、舒适性均对桥梁基础沉降提出了极高要求。故对桥梁基础沉降进行连续实吋监测具

3、冇非常重要的现实意义[1-2]o同吋，在桥梁检测及健康监测过程屮，挠度的测量精度、准确性及效率亦尤为重耍。但目前的挠度测量方法如水准仪等光学仪器测量法、百分表等位移计法、光电图像原理法、连通器法，均难以同时满足高精度、高准确性及高效率的要求。为克服现有技术及仪器的不足，提出了结合液■气耦合压差位移传感器和GPRS无线传输技术的封闭式/半封闭式结构竖向位移测量方法并进行了其系统研发，位移测量系统布置见图l[3-8]o图1位移测量系统及传感器2系统组成2.1位移测量系统构成该系统由信息接收设备（位移传感器及标识码）、数据传输设备（GPRSDTU：DataTerminalU

4、nit,数据传输终端、无线通信网络及通信协议）、数据处理设备（监控中心：存储、运算、专门应用程序和操作系统）组成。其工作原理为：位移传感器输出数字信号后，由无线传输模块（GPRSDTU）依次进行TCP封装一IP封装，然后将数据发送到GPRS网络，通过路由器和网关，最后经由Internet网络以TCP/IP传输协议送到监控屮心绑定公网固定IP的路由服务器上,通过局域网内NAT端口映射技术将其映射到数据中心服务器上。监控中心通过控制管理软件对发送过来的数据实行统一的控制管理，监控中心也可以向测量现场位移传感器发送各种指令来控制监测点运行。位移测量系统结构见图2。监控中心远

5、程专家系统图2位移测量系统系统结构图2.2位移传感器位移传感器（以ATmega48为核心的数据采集控制单元）由液柱调节器、液压传输管、气柱调节器、微压差传感器、数据电力传送装置（RS・485总线）及无线发射设备（GPRS模块）组成。测量时，液压传输管两端分别连接液柱调节器、气柱调节器，根据其压差变化与竖向位移Z间的预先标定的关系（见图3）,即可计算出2个测点间相对挠度值。为保证高精度转换，采用24位基于△■工（增量累加）技术的A/D转换器。450400350实测值（mm）300250200150100500050100150200250300350400450冃标值（

6、mm）图3位移测量系统标定结果工程应用时，可根据不同的需求，采用单连通管式、串联连通管式及混合连通管连接式［9］。单连通管式一般运用于坡度较小的桥梁竖向位移测量和桥梁竖向位移长期监测，串联连通管式和混合连通管连接式可方便运用于任意跨度、任意坡度的桥梁竖向位移测量，通过选取多个基准点的方式，可使此系统成为自校正闭合式测量系统［8-10］o3研发概述及应用注意事项3.1研发概述液■气耦合压差式桥梁竖向位移测量中，其机理为液气耦合压差的改变转变为桥梁挠度变化［8］,经过结构尺寸的优化设计可使得测点处的挠度值u与气压差传感器的前后差值?P相等。同时，为解决测量系统的时漂、温漂

7、等问题，在实验室理想环境下，对位移测量系统中位移传感器的灵敏度、精度、抗噪音性能进行了实验研究。结果显示：（1）为确保在长期监测状态下测量结果的稳定性，通过进行逐点温度补偿，能冇效克服传感器温漂问题，满足测量要求;（2）根据风向、风速灵活布置附加挡风设备,为测量的精度、稳定性提供有效的保障。3.2应用注意事项为保证实际测量过程屮数据的准确及稳定，在使用过程中应注意以下4点：2）灌注传压介质时，避免管道中贯通式气泡的产生，密闭气体高度控制在5mm左右。2）测量过程中严禁人员踩踏管道。3）布设仪器过程屮确保使用时液压具有良好传递性；同时，各容器宜放置平稳