摘 要：橋梁是交通運輸網絡的重要組成部分，確保橋梁結構的安全可靠性極其重要。在橋梁的眾多參數中，橋梁的撓度是橋梁安全狀況評價的主要參數，它直接反映橋梁結構的豎向整體剛度、承載能力和抵御地震等動荷載的能力，從撓度動態數值分析中可以得出荷載的沖擊系數和結構內力分布狀態，判斷橋梁的薄弱部位及結構的整體性，在橋梁檢定、危橋改造和新橋驗收等方面都需要準確測量橋梁的靜、動態撓度值。

　　關鍵詞：橋梁,撓度,測量方法,展望

　　1 國內外橋梁撓度測量研究的現狀

　　目前,傳統的橋梁撓度測量大多采用百分表測量法、懸錘測量法的方法，在橋下有水或沒有固定點的情況下，往往采用標尺、經緯儀或用全站儀進行測量。這些方法，目前在我國橋梁檢測及驗收鑒定中仍廣泛使用，長期測量工作中，許多專業檢測人員進行的對測量技術發行和革新，也大多基于上述幾種方法。現有測量主要包括百分表測量法、懸錘測量法等機械測量法和水準儀、全站儀等光學測量法。

　　1.1 機械式測量法

　　百分表測量法是較為傳統的測量方法。該方法的優點是設備簡單，可以進行多點檢測，直接得到各測點的撓度值，測量結果穩定可靠。但是該方法比較繁瑣，一般需要在測點下面搭設架子，準備工作比較繁瑣，耗時較長，有很大的現場應用局限性。懸錘法也是該方法中比較具有代表性的一種方法。該方法用于測量陸地上的橋梁撓度，測量值中包含有橋墩在荷載作用下的沉陷量，該類方法結果可靠，在國內外早期的撓度測量中應用較為廣泛，但該方法在進行動態撓度測試時，鋼絲的抖動和鋼絲彈性變形的影響一直不能很好解決，影響動態測試精度。

　　1.2 光學儀器測量法

　　早期的撓度測量光學儀器主要有水準儀。近年來出現的高精度水準儀和全站儀大大提高了光學儀器測量法的精度。該類法是目前國內應用較為廣泛的一種方法。

　　(1)水準儀測量法。水準儀測量法原理簡單，只需要將加載前后的數值相減即可。該方法測量精度高，結果可靠。但采用該方法測量需要對橋梁交通進行封閉，封閉時間較長，不能實現動態連續。隨著科技的不斷進步，該測量方法也得到較大的改進。許多光學水準儀已采用了自動安平技術，使測量的速度得到了進一步的提高。近年來，高精度水準儀測量精度已高于±0.1mm。大多數橋梁的跨徑都在1000m以內,利用水準測量方法,一般能達到±1mm以內的精度。

　　(2)全站儀測量法。全站儀撓度測量基本原理是三角高程測量。設儀器距離地面高度為 ;棱鏡距離地面高度為L;視線與水平面的豎直角為 ;測站點P與照準點M之間的斜距S。考慮大氣折光率K，地球曲率的影響(地球半徑為R)。加載前測站點與測點相對高差h的計算式公式為： 根據上式即可得加載后相對高差h′。

　　則撓度： 該方法的誤差主要來源于測角誤差、測距誤差和大氣折光誤差。在1km的測量范圍內,全站儀的測量誤差可以達到±3mm的精度,在一定程度上能達到橋梁撓度的測量精度要求。

　　2 橋梁撓度自動測量法

　　隨著數據采集和數據處理技術的發展。橋梁撓度儀器也朝著自動化的方向發展。近年來，許多橋梁工作者提出了一些新的撓度測試方法，這些方法與傳統的測試方法相比，有所突破，其中有很多非接觸檢測橋梁撓度的方法，解決了過去的測試方法中不能解決的問題。目前具有代表性的測量方法有傾角測量法、CCD測量法、PSD測量法等。

　　2.1 傾角儀測量法

　　當橋梁受載產生撓曲變形時，撓度用公式 表達，式中 為沿線路方向的坐標軸，零點設置在支座處。由此可見，當測得各節點處的傾角后，通過積分可得橋梁梁部結構的撓度曲線。

　　現在國內已研制出了電容傳感無源伺服式傾角儀，該傾角儀與數字積分器相連，傾角儀的輸出電壓與所測橋梁截面的轉角 成正比。通過在所測橋梁上布設幾個傾角儀，測量橋梁各測點的傾角值。截面的傾角只是撓曲線中的一個參數，得到橋梁變形的撓曲線、光滑的傾角曲線和橋梁界面的曲率值。

　　使用傾角儀理論上可以測量橋梁的動靜撓度曲線，且與計算機相連實現了記錄分析自動化。現在用傾角儀來測靜載下的撓度不成問題，而要用傾角儀進行動態撓度測試，則對各傾角儀之間的相位差、傾角儀的瞬態反應、傾角儀零漂等的要求較高，現在國內還沒有這類儀器。

　　2.2 CCD圖像法

　　CCD圖像法是用CCD光電耦合器件測量橋梁撓度。電荷耦合(CCD)器件是由成百上千個相互獨立的MOS光敏像元構成。在金屬電極上加正電壓時，電極P型區內的多數載流子(空穴)被排斥，形成耗盡區;對少數載流子(電子)來說作用恰好相反，它們被吸引到耗盡區中。此時，光束從背面或正面射入光敏像元內產生“電子-空穴”對，則光生電子將被勢阱所吸收，形成一個電荷包。當放置于梁上檢測點處的激光接收器隨梁的變形而產生位移時，激光束照射在激光接收器上的位置亦產生與位移相等的變化，即可通過檢測激光接收器上的光點位置X而得到被測點處梁的變形。CCD法結合了遠距離成像技術、光電子技術、數字圖像處理和相關技術等多種高新技術，是一種遠距離、非接觸式測量方法。該設備價格昂貴，易受環境條件的影響。

　　2.3 PSD激光測量法

　　位置敏感傳感器(PSD)是利用橫向光電效應來實現光點位置探測的光電器件。將激光發射裝置或PSD檢測系統固定在橋梁上，另一部分固定在與橋梁無關的地方，激光束垂直射向透鏡鏡面，光點在PSD上成像。目標位置在與透鏡平行的平面上，目標的移動反映在成像檢測裝置上，通過光點在成像檢測裝置上的位置來獲得目標位置。通過PSD測得的成像點位置便可計算得到目標位置。對橋梁振動引起的激光光點的變化進行連續測量便可獲得橋梁動態撓度信號。

　　2.4 光電分光成像和高速線陣CCD法

　　該方法是利用特殊的光電轉換器，接收設在梁體上的發光靶標所發光中的某一特定波長的單色光，使用A/D轉換利用計算機記錄梁體的三維撓度，記錄分析自動化，采用高速線陣CCD法采樣頻率可達200HZ。采用單色光源不受氣候的影響，不產生折射，采樣頻率大大提高，可實現多點撓度同步測量，除可測量橋梁的撓度外，對橋梁的橫向振動幅值也可進行測量，對確定橋梁的橫向剛度提供了一個新的測試方法。

　　3 結語

　　隨著數據處理技術的不斷成熟，橋梁撓度檢測儀器必將朝著自動化、高精度、遠程化方向發展。尤其是各種高精度傳感器的出現，將大大提高撓度測量儀器的測量精度。遠程通信技術在橋梁撓度檢測儀器上的應用必將實現遠程化，實現對橋梁撓度的永久監測。光電分光成像和高速陣線CCD法是最有前途的一種方法，該方法將使我們橋梁撓度的測量走出傳統的模式，隨著計算機等級的提高、數據采樣技術的進步，今后橋梁的撓度測量將在此方法基礎上進一步完善。

　　參考文獻

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