桥梁位移监测的方法有哪些?

2023年10月25日 15:20

  桥梁的位移是指桥梁结构在正常使用荷载作用下,随着时间推移发生的相对位移。桥梁结构发生位移时,会影响桥梁的使用功能和耐久性。因此,桥梁位移监测是十分重要的。传统的监测方法主要包括:静力水准法、经纬仪观测法、全站仪测量法、激光测量系统观测法和 GPS观测法。随着计算机技术和测量仪器的发展,近年来出现了基于现代计算机技术的三维激光扫描仪等测量设备,同时出现了一些新方法如基于人工智能的自动变形监测方法和基于小波理论的智能变形监测方法等,本文重点介绍了基于现代测量技术的桥梁位移监测方法。

  一、静力水准法

  静力水准法是测量桥梁结构的位移,包括桥梁挠度和横向水平位移两个方面。通常,用一个水准仪在桥塔上架设一个基准点,对基准点进行水平位移测量。通过移动基准点的位置,可以实现桥塔的纵向水平位移的监测。将基准点和被测桥梁结构连接起来,用高程差来监测桥梁的纵向水平位移。

  二、经纬仪观测法

  经纬仪观测法是采用经纬仪对桥梁进行监测,其原理是将测站和基准点通过对中装置使其在坐标系中保持一致,然后对桥梁进行监测。该方法的优点是测量精度较高,可以精确到毫米级,可以同时测量多个方向的位移。其缺点是测量过程繁琐、需要进行多次操作。

  经纬仪观测法适用于大型桥梁或跨海大桥等高精度监测,如用于跨海大桥,精度可达1 mm级。其缺点是对地形条件要求较高,需要在桥位附近架设经纬仪,并且观测过程复杂。由于经纬仪观测法测量精度较高,且可重复使用,因此在长期使用过程中无须进行维修,因此应用较为广泛。

  三、全站仪测量法

  全站仪是一种集测量、计算于一体的自动化测量仪器。其原理是根据光学测角原理,利用测角仪器和计算机组成自动测量系统,对目标进行自动测量。全站仪测量法也是一种非接触式的变形监测方法,它是在桥梁变形监测中应用较为广泛的一种方法,其优点是自动化程度高,不受天气、时间的限制,测量精度高,且可以对桥梁结构进行实时监测。全站仪测量法主要包括平面位移和高程位移两种观测方法。平面位移主要采用经纬仪观测法或几何水准法;高程位移主要采用精密水准仪观测法或全站仪测量法。此外,还可以采用三角高程测量法、坐标测量法等进行桥梁变形监测。

  四、激光测量系统观测法

  激光测量系统观测法是通过使用激光测距仪对被测物体进行激光测距,并计算出被测物体的距离。该方法的优点是精度高,适用于大型桥梁结构位移的监测。但该方法需要大量的测距仪和标石,测量成本较高,且不适用于复杂环境中的桥梁结构位移监测。此外,由于激光测距受大气环境的影响较大,当大气湿度较大时,其测量精度会下降。因此,该方法不适用于极端天气条件下桥梁位移监测。然而,在特殊环境下使用激光测距是可行的。

  五、GPS观测法

  GPS观测法是一种应用比较广泛的监测方法,其基本原理是:利用 GPS接收机接收卫星信号,经过数据处理得到桥梁位移信息。但是 GPS观测法主要存在以下问题:

  (1)测量精度受卫星信号影响大,因此只能用于对桥梁位移的定性监测;

  (2) GPS观测法需要人工观测,监测效率较低。

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