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第２２卷第１期 ２００２年２月 地震工程与工程振动 ＥＡＲＴＨＱＵＡＸＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ Ｖｏ１ ２２．Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．，２００２ 文童编号：１０００—１３ｏ１（２ｏｏ２）ｏｌ－００６７—０６ 实时测量桥梁挠度 侯兴民，杨学山，廖振鹏，马树林 （中国地震局工程力学研究所，黑龙江－旨尔滨１５００￣０） 摘要：本文介绍了一种实时覆ｆ量挢粱挠度的方法。大量的实验分析｛瞄据表明：采用ＱＹ型颓角仪捌量得到的 挢粱挠度时程曲线有很高的精度，从而为挢梁的安全性评价和工程验收提供了可弗的依据．该方法真正实现 了桥粱挠度的动态渊量．避免了传统静态测量方法必须采取的封挢措施．提高了检测效率．工程应用前景广 阔． 关麓词：挢梁挠度；实时测量 ＱＹ型倾角仪 中图分类号：Ｐ３１￣６ 文献标识码：Ａ Ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ＨＯＵ Ｘｉｎｇ・ｍｉｎ，ＹＡＮＧ Ｘｕｅ・ｓｈａｎ，ＬＩＡＯ Ｚｈｅｎ・ｐｅｎｇ，ＭＡ Ｓｈｕ・ｌｉｎ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎａ Ｓｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃａｌ Ｂｕｒｅａｕ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉ ５００８０，Ｃｈｉｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｌ－ｅａｌ ｔｉｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉＳ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｐｌｅｎｔｙ ｏｆ ｅｘ． ｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ＱＹ ｉｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒ ｉｓ ｈｉｇｈ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｄｅｐｅｎｄａｂｌｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｂｒｉｄｇｅ ｓａｆｅｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｖｏｉｄｓ ｃｌｏｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｔａｔｉｃ ｄｅｆｌｅｘｉｏｎ ｔｓｔｉｅｎｇ ｍｏｔｈ・ ｏｄ，ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｈａｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ． Ｋｅｙ ＷＯｉ＇ｄＳ－＂ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｆｌｃｔｉｅｏｎ；ｒｅａ１ ｔｉｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ＱＹ ｉｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒ ｌ前言 桥梁挠度是桥梁安全性评价的重要依据。桥梁的挠度与桥梁的承载能力及抵御地震等破坏性荷载的能 力有密切关系。因此，桥梁挠度测量仪器设备的开发研究对于新建桥梁工程的验收和评价现投桥粱安全性 具有重要意义ｉ‘２ｔ。 常用的桥梁挠度的测量方法主要有悬锤法、水准仪直接测量法和水准仪逐点测量法 。但是这些方法 只能实现桥梁的静态测量。也就是说，测量时必须采取散小时甚至是一天的封桥措施．如果检测现役桥 梁，尤其是运输繁忙的公路桥、铁路桥或者城市立交桥，不可避免地带来巨大的经济损失．光电法能够实 现桥梁的动态挠度测量，但是容易受雨天．雾天的影响．本文在参考文献ｆ３】的基础上，提出了利用ＱＹ型 倾角仪实现桥梁挠度实时测量的方法。利用该方法测量桥梁任意截面的挠度时程曲线不仅满足工程精度要 求，避免封桥措施．不容易受天气条件的影响，而且可以给出所测桥梁的一些重要动力学参数。大大提高 桥梁检测效率．从而为桥梁的安全性评价提供可靠的依据． 收蕊日期：２００１一】】一弛謦回日期 ２００１一Ｊ２—２８ 基盒项目：暗尔滨市重点科技攻关计划项目（００Ｉ４２ｌ１０４４）；科技部技术开发研究专项基金琅目 ｔ＇ｇ￣＇ｌｌ舟：侯 民（１９７０一），募．剧研究员．主要从事土．结构动力相互作用研究 维普资讯 http://www.cqvip.com
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１期 侯兴民 等：实时测量桥粱挠度 ６９ 曲线与ｘ轴之间围成的区域就分别有两个面积增量，为保证支座位移为０的条件，必须使每跨倾角曲线 与ｘ轴围成的正面积与负面积相等。所以，应将两个相应的负面积增量平均分配到另外两个半跨ｆ 和ｊ 上，才能得到满足支座挠度等于０的挠度曲线。实际上，该方法对倾角曲线进行了一次优化：挠度曲线主 要由本跨的倾角测量值确定，但是每一个倾角观测值都会影响另外一跨的挠度曲线。 ／／—＼ 龟 。 ／厂 一 一 一 Ｉ３Ｊ ４一ｌ二、｛ Ｊ 鉴一１ 。一 一 一‘ ● ＿ － —２ ｘ（“ 图Ｉ 连续粱分跨ｆＩ＝ｃ台得到的倾角曲线和挠度曲线 对于多于两跨的连续梁，可以利用上面的方法，给出一种迭代格式，直到实现多跨梁挠度曲线在各个 支座处连续的条件。利用这种方法，图１给出的倾角曲线和挠度曲线分别成为图２所示的满足倾角连续条 件的曲线。而且．由于该方法保证每跨倾角曲线与ｘ轴围成的正负面积相等，所以，支座处的挠度必然为０。 —ｌ一 ｇ ０ ｆ＝Ｉ ／／，—＼ ．？ ｌ 宝 一 一 ／ ／厂＼ ＼ 划 暖 曩； 基 √ Ｌ 。 Ｏ ２ ３ ４ ５ ６ ‘ｍ） ｘ ｎ） 图２修正后的连续粱倾角曲线和挠度曲线 ４ 简支梁动测对比实验分析 为了撞验用倾角仪测量桥梁挠度的可靠性，我们在工字钢梁上傲了大量的对比实验Ｈ。作为比较，用 位移计测得了一些观测点的实际挠度值。本节将给出筒支梁的对比实验分析结果． 实验工字钢梁全长６．０４５ｒａ，在其上共布设７台倾角仪．布 荷戴及其行进方向 点坐标分别为Ｏ．２７Ｏｒｅ．１．０６１ｍ、１．８７３ｍ．３．３０５ｍ，４．０９８ｍ、４．９１ｌｍ 和５．？０５ｍ，坐标原点及其正方向约定见图３。同时，我们在钢 梁上布设了３个位移计，以测量３个测点处钢梁与地面之间的 相对位移。位移计的坐标分别为ｌ＿８７３ｍ、３．３０５ｍ和４．０９８ｍ，具 ●倾角搜布点 ・位穆计布点 体布点如图３所示。实验选用两种荷载，质量分别为９．０ｋｇ（小 荷载）和１４．５ｋ罟（大荷载），以模拟行进在桥面上的车辆。荷载及 图３ 简支粱动荷载对比实验示意围 其行进方向见图３。为检验上面讨论算法的可靠性，我们考虑了等截面和变截面筒支梁两种情形，在图３ 中的第１和第２个位移计之间铆接了两块钢板模拟变截面梁。为考虑实际车辆通过桥梁的复杂性．在对比 实验中选取了荷载以快速和慢速通过钢粱两种情况。实际倾角仪和位移计的记录时间为５ｌ ２秒，在下面 的算伊Ｊ中，我们仅仅绐出了关心时间区段内的对比结果，下节的连续梁对比实验结果也是如此． 图４所示为采用７个布点的倾角仪时程曲线计算得到的３个位移观测点的挠度时程曲线和位移计实测 挠度时程曲线的对比情况．实验采用等截面，大荷载快速通过钢梁．在关心的时问区段内，３个观测点的 计算值和实测值的相对误差基本都在５％以内． 维普资讯 http://www.cqvip.com
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１期 侯兴民，等实时测量桥粱挠度 ７１ 量３个测点处钢粱的动挠度与地面之间的相对位移。位移计的坐标分别为１．４８６ｍ、２．０８２ｍ￣１４．５１２ｍ，￣１１［］７ 所示。实验同样选用两种荷载，质量分别为４５Ｏｋｇ（ｄ、荷载）和５４．５ｋｇ（大荷载），以模拟行进在桥面上的 车辆。 图８所示为采用１０个倾角仪记录的倾角时程曲线计算得到的３个位移观测点的挠度时程曲线和位移 计实测挠度曲线时程的对比情况。实验采用小荷载慢速通过钢粱。计算值和实测值吻合的很好。 言００ ．０４ 目００．４ 厂＼ 童００ｎ ８０ ／、 ．三一０．４ ０ 蓉 －０． ８ 嚣喜一¨ 一０．８ 蕃—一Ｉ ６ 一】．２ １．２ ｕ ｊ Ｊｕ １３ ２）卵∞州０ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ０ ５ １０ Ｉ５∞ ３０站柏 时间ｂ） 时间 ） 时问 ） 第１税测点 第２观测点 第３观测点 图８连续梁小荷载动测实验计算和实测挠度时程曲线的对比 圈９所示为大荷载快速通过连续粱实验计算时程曲线和实测时程曲线的对比。可见，采用倾角仪同样 可以很好地测量连续粱的动态挠度曲线时程．图１０给出了当 ９．６ｓ，ｔ；１５ｓ时钢粱的计算挠度曲线与在该对 刻３个观测点位移计实浏值的比较。 Ｉ ２ ０．一目ｏ ｏ４ …一计算——实捌＾／＼ ．ｏ 三一 ４ 繁： 一０ ８ 售： ８ ／，＾＼ 童１．６ ４ 嚣０船．８ 一２．０ ＿／＼／ 一０ ５ １０ １５ ２０ ０ ５ １０ １５ ２０ ０ ５ １０ １５ ２０ 耐间ｂ） 时阃‘ ） 时间ｂ） 第１观测点 第２观测点 第３观测点 图９连续粱丈菏载动测实验计算和实测挠度时程曲线的对比 ／ ０ 一一 八 ｌ ０ 嚣一ｌ ＼ 一Ｉ 一 ． 越嚣一 Ｉ ．Ｖ ０ ‘ ） ＿ ０ ０ Ｉ ２ ３ ４ ５ ６ （ｍ） ｎ】 第９．６ ｓ连续粱挠度曲线 第１５ ｓ连续桀挠度曲蛀 图ｌＯ ９．６ｓ和１５Ｓ时工字钢粱的计算挠度曲线 ６ 结语 本文介绍了一种实时测量桥梁挠度的方法。大量的对比实验证明：采用ＱＹ型倾角仪测量桥梁的 挠度曲线具有可靠的精度。利用本文提出的算法不仅可以给出单跨简支桥梁和连续梁的动态挠度曲线，而 维普资讯 http://www.cqvip.com
