周 逸

重慶亞派橋梁工程質(zhì)量檢測有限公司 重慶市土木結(jié)構(gòu)智慧監(jiān)測工程技術(shù)中心

變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中應(yīng)用的價值研究

周 逸

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橋梁變形監(jiān)測工作對于橋梁的使用、管理和維護都具有十分深遠(yuǎn)的意義，能夠起到保障人民生命安全、保證公共出行交通的作用，因此，須重視變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用，并需通過不同的觀測條件，對橋梁變形進行精確監(jiān)測，根據(jù)實地觀測的不同情況，再對其做出具體的布設(shè)方案，以確保實際工作應(yīng)用能得以解決?；诖吮疚姆治隽俗冃伪O(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中應(yīng)用的價值，并提出了一種三維位移監(jiān)測方法。

變形監(jiān)測技術(shù)；橋梁監(jiān)測；應(yīng)用

1 、變形監(jiān)測技術(shù)概論

所謂變形監(jiān)測，其本質(zhì)內(nèi)容就是測量，即通過該項技術(shù)來精確的定位被監(jiān)測對象的空間位置，或者利用該項技術(shù)來研究建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)隨著時間流逝而發(fā)生的變化規(guī)律，進而在進行工程施工時根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)做出合理的安排，確保建筑工程的質(zhì)量。因此，變形監(jiān)測技術(shù)對建筑工程施工方法的正確選擇有著不可忽視的作用。

2 、橋梁變形監(jiān)測原理

2.1 橋梁變形的分類

橋梁變形按其類型可分為靜態(tài)變形和動態(tài)變形。靜態(tài)變形是指變形觀測的結(jié)果只表示在某一期間內(nèi)的變形值，它是時間的函數(shù)。動態(tài)變形是指在外力影響下而產(chǎn)生的變形，它是表示橋梁在某個時刻的瞬時變形，是以外力為函數(shù)來表示的對于時間的變化。

2.2 橋梁墩臺的變形監(jiān)測

橋梁墩臺的變形監(jiān)測包括墩臺的垂直位移監(jiān)測和水平位移監(jiān)測。墩臺的垂直位移監(jiān)測主要包括墩臺特征位置的垂直位移和沿橋軸線方向(或垂直于橋軸線方向)的傾斜監(jiān)測。各墩臺在上、下游的水平位移監(jiān)測稱為橫向位移監(jiān)測，各墩臺沿橋軸線方向的水平位移監(jiān)測稱為縱向監(jiān)測。

2.3 塔柱變形監(jiān)測

斜拉橋、懸索橋須重點關(guān)注塔柱變形監(jiān)測，塔柱變形監(jiān)測包括塔柱頂部水平位移監(jiān)測、塔柱整體傾斜監(jiān)測、塔柱體撓度監(jiān)測以及塔柱體神縮量監(jiān)測。

2.4 橋面變形監(jiān)測

橋面變形監(jiān)測包括橋面撓度監(jiān)測以及橋面水平位移監(jiān)測。橋面撓度是指橋面沿軸線的垂直位移情況，橋面在外界荷載的作用下將發(fā)生變形，使橋梁的實際線形與設(shè)計線形產(chǎn)生差異，從而影響橋梁的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。過大的橋面線形變化不但影響行車的安全，而且對橋梁的使用壽命有直接的影響。橋梁水平位移主要是指垂直于橋軸線方向的水平位移，橋梁水平位移主要由基礎(chǔ)的位移、傾斜以及外界荷載(風(fēng)、日照、車輛等)引起。

3 、變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)和空間科技等的迅速發(fā)展，近年來很多新技術(shù)被應(yīng)用于橋梁工程檢測中，變形測量技術(shù)也因之發(fā)生了巨大變革。橋梁變形監(jiān)測技術(shù)開始從地面擴展到空間、從靜態(tài)到動態(tài)，逐漸實現(xiàn)了全天候、自動化的監(jiān)測，其所應(yīng)用的技術(shù)也日趨與時俱進。

新型的橋梁三維位移監(jiān)測系統(tǒng)提供一種可對橋梁進行三維位移監(jiān)測的技術(shù)。該系統(tǒng)由LED有源光組成的正方形靶標(biāo)固定于被測結(jié)構(gòu)的測量點上，視頻采集設(shè)備及激光測距設(shè)備安裝在固定結(jié)構(gòu)上(不動點)。測量時有源光發(fā)射器發(fā)出光束，視頻采集設(shè)備進行圖像采集形成圖像，激光測距儀測量固定點與測點之間距離。當(dāng)被測結(jié)構(gòu)發(fā)生三維位移變化時，采集的圖像上形成的光斑及固定點與測點距離也會發(fā)生位移變化，通過圖像處理算法，可換算出被測結(jié)構(gòu)的位移變化量。系統(tǒng)所有設(shè)備均由太陽能進行供電，現(xiàn)場采集站通過無線傳輸模塊將采集數(shù)據(jù)實時遠(yuǎn)程傳輸于服務(wù)器端。

該系統(tǒng)采用靶標(biāo)與激光測距裝置能準(zhǔn)確測量三維位移，采用正方形LED有源光靶標(biāo)能自測量二維位移；采用電源控制器進行電源控制與采集頻率控制能有效節(jié)能；采用無線傳輸技術(shù)，可以對橋梁結(jié)構(gòu)的三維位移進行遠(yuǎn)程實時、全面監(jiān)測；采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可以組建大型監(jiān)控網(wǎng)。

圖1 三維位移測量系統(tǒng)系統(tǒng)組成圖

如圖1所示，靶標(biāo)及攝像機測量被測結(jié)構(gòu)體的二維位移，激光測距儀測量固定體到被測體的一維距離，電源控制器通過串口服務(wù)器對所有設(shè)備供電進行控制，激光測距儀及攝像機采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交換機傳輸給現(xiàn)場采集站進行數(shù)據(jù)處理，采集站處理得到的三維位移值通過4G/GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)椒?wù)器端。

該系統(tǒng)測量原理圖如圖2所示，利用激光測距設(shè)備可測量固定體到測點之間的距離，利用攝像機對靶標(biāo)進行圖像采集；當(dāng)被測結(jié)構(gòu)發(fā)生三維位移變化時，采集的圖像上形成光斑也會位移變化，激光測距儀采集到的距離信號也會發(fā)生變化?；诎袠?biāo)光斑變化前后的兩幅圖像，通過圖像處理算法，找出兩次光斑的中心位置，通過計算兩次中心位置的位移變化量，可換算出被測結(jié)構(gòu)的二維位移變化量。

圖2 測量原理圖

測量原理圖如圖2所示，利用激光測距設(shè)備可測量固定體到測點之間的距離，利用攝像機對靶標(biāo)進行圖像采集；當(dāng)被測結(jié)構(gòu)發(fā)生三維位移變化時，采集的圖像上形成光斑也會位移變化，激光測距儀采集到的距離信號也會發(fā)生變化?；诎袠?biāo)光斑變化前后的兩幅圖像，通過圖像處理算法，找出兩次光斑的中心位置，通過計算兩次中心位置的位移變化量，可換算出被測結(jié)構(gòu)的二維位移變化量。

圖3 靶標(biāo)二維位移測量流程

位移測量流程如圖3所示：系統(tǒng)接收到位移采集指令；啟動圖像采集設(shè)備并獲取視頻圖像流；按測點配置打開單測點對應(yīng)的光源的電源；獲取測點光斑圖像；對圖像進行相關(guān)處理并做位移標(biāo)定；找到光斑中心坐標(biāo)；與基準(zhǔn)坐標(biāo)比較根據(jù)標(biāo)定值計算出偏移量；根據(jù)存儲該測點的位移值至存儲設(shè)備；關(guān)閉當(dāng)前測點光源電源；按照以上步驟操作下一個測點；全部測點測量完畢關(guān)閉相關(guān)設(shè)備電源。

位移測量流程如圖3所示：系統(tǒng)接收到位移采集指令；啟動圖像采集設(shè)備并獲取視頻圖像流；按測點配置打開單測點對應(yīng)的光源的電源；獲取測點光斑圖像；對圖像進行相關(guān)處理并做位移標(biāo)定；找到光斑中心坐標(biāo)；與基準(zhǔn)坐標(biāo)比較根據(jù)標(biāo)定值計算出偏移量；根據(jù)存儲該測點的位移值至存儲設(shè)備；關(guān)閉當(dāng)前測點光源電源；按照以上步驟操作下一個測點；全部測點測量完畢關(guān)閉相關(guān)設(shè)備電源。

使用該系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢，安裝方便、節(jié)能，因此值得進一步推廣使用。

總之，隨著經(jīng)濟的穩(wěn)步增長，我國的橋梁建設(shè)規(guī)模日益擴大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，出于對安全問題的考慮，對大型橋梁進行變形監(jiān)測就顯得十分必要。本文分析了橋梁三維位移監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，以期提供一些借鑒。

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