基于连通管原理的桥梁挠度自动测量方法

摘要：基于连通管原理，采用RS485通讯技术等手段，给出了一种桥梁挠度自动测量的方法。该方法具有实时、在线、远程、精确等特点，且不受人为因素和环境因素的影响。通过重庆石板坡长江大桥应用该方法测量挠度的案例证明，其测量结果的相对误差小于5％，表明该系统稳定可靠。这种测量方法能用于更多桥梁挠度的自动监测。
关键词：连通管；桥梁监测；挠度测量；液位传感器

0 引言
为适应社会经济快速发展的需要，近年来全世界的桥梁技术得到了迅猛的发展。在跨度方面，我国已位居世界先进水平。桥梁的大跨度及结构复杂多样等特性对主梁挠度、应力、环境荷载、承载力等安全参数均提出了较高要求。其中，主梁挠度变化是反映大桥安全状态及进行内力状态评估分析的重要参数，也是结构安全预警的重要指标。因此，无论是健康监测项目还是常规检查项目，对桥梁挠度参数变化的测量，都具有非常重要的意义。
目前，常用的桥梁挠度测量方法主要有精密水准仪法、全站仪法、百分表法等人工测量方法和以倾角仪法、光电成像法、激光靶标法、GPS法等为主的自动测量方法。本文将重点介绍连通管法测量桥梁挠度变化的连通管系统的构成、测量原理、方法特点、现场实施及其注意事项等。

1 连通管法的测量原理
连通管法测量桥梁挠度的原理是在挠度测量点和基准点之间安装连通管，利用同一系统保持相同水平液面的原理，将两点间竖直方向上的相对位置变化转换成连通管内液面的变化，然后利用连通管原理由测得的液面变化反算出测量点相对于基准点竖直方向的位置变化(即挠度)。
为确保测量点处的挠度变化不影响连通管内的液面高度，在基准点处将连通管接入大容积容器，并在该容器和测量点各点安装挠度传感器，这样便形成了连通管法桥梁挠度测量系统，该系统模型如图1所示。

在桥梁挠度测量项目中，将大容积容器置于基准点(如大桥的桥台处)，在基准点和测量点均安装挠度传感器，通过计算基准点和测量点挠度传感器的数据差，这样所得到的结果，就是桥梁挠度测量点的挠度值。
说明：h为基准点处液位传感器的读数：h1为在桥梁没有形变时，测量点A处挠度传感器的读数；h2为在桥梁有形变时，测量点A处挠度传感器的读数。

从图2可得，该桥梁测量点A处的挠度变化为：
△h=(h2-h)-(h1-h)=h2-h1
当△h>0时，说明桥梁处于上挠状态：当△h0时，说明桥梁处于下挠状态。