1 前言

　　橋梁撓度檢測(cè)是橋梁檢測(cè)的重要部分，也是橋梁安全性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能和施工是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，保證橋梁運(yùn)營(yíng)的可靠性，并為橋梁竣工驗(yàn)收提供可靠依據(jù)，橋梁的撓度與橋梁的承載能力和抵御地震等動(dòng)荷載能力有密切的關(guān)系，因此需對(duì)橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)。進(jìn)行橋梁的靜載試驗(yàn)時(shí)的一個(gè)重要內(nèi)容是對(duì)結(jié)構(gòu)的變形即橋梁撓度進(jìn)行觀測(cè)。橋梁撓度測(cè)量方法的研究對(duì)于橋梁承載能力的檢測(cè)和橋梁的防震減災(zāi)有著重要的實(shí)際意義。目前常用的橋梁撓度水準(zhǔn)測(cè)量方法存在數(shù)據(jù)精度不足等諸多問(wèn)題。在許多的情況下變位與變形數(shù)據(jù)采集的精度，還不能夠滿足對(duì)結(jié)構(gòu)物微小變位與變形的檢測(cè)的要求。數(shù)據(jù)的可靠性較低。以人工觀測(cè)和記錄為主的觀測(cè)方法，數(shù)據(jù)的出錯(cuò)的環(huán)節(jié)很多，錯(cuò)誤率相對(duì)比較高，因而成果可靠性較低，難以實(shí)現(xiàn)理想的自動(dòng)化檢測(cè)。

　　針對(duì)以上問(wèn)題和實(shí)際工程需要，本文闡述了使用精密水準(zhǔn)方法進(jìn)行橋梁橋面撓度測(cè)量的基本原理、方案選擇和作業(yè)要求，比較了精密水準(zhǔn)撓度檢測(cè)三種觀測(cè)方法的誤差，以評(píng)價(jià)數(shù)字水準(zhǔn)儀在橋梁撓度檢測(cè)中的適用性和可靠性。切實(shí)推進(jìn)橋梁檢測(cè)技術(shù)成熟化。

　　2 橋梁撓度算法及原理

　　2.1 多儀器固定設(shè)站傳遞

　　多儀器固定設(shè)站傳遞加快了觀測(cè)速度，可以使儀器在變形段設(shè)站，撓度觀測(cè)結(jié)果并不受儀器移動(dòng)的影響。但由于使用以前各站的傳遞轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)值，這使得相對(duì)撓度的測(cè)量誤差較大，為了保證精度，必須防止與基準(zhǔn)點(diǎn)的距離過(guò)大。

　　2.2 儀器基準(zhǔn)法確定撓度

　　當(dāng)觀測(cè)路線較短時(shí)，在固定點(diǎn)上放置水準(zhǔn)儀，分別觀測(cè)各點(diǎn)的水準(zhǔn)尺讀數(shù)。設(shè)橋梁上某一測(cè)點(diǎn)在i及j兩個(gè)工況下的讀數(shù)分別為ci 及cj。則測(cè)點(diǎn)在i與j工況間的相對(duì)撓度為： (6)

　　儀器基準(zhǔn)法是以儀器中心所在水平面為參考面，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中儀器始終位置不變。該方法可將每個(gè)點(diǎn)的撓度變化直接觀測(cè)，速度快、精度高、計(jì)算方便，能夠及時(shí)比較觀測(cè)結(jié)果。由于無(wú)后視并且儀器固定，所以此方法測(cè)量撓度變化精度最高，可以達(dá)到水準(zhǔn)儀的讀數(shù)精度。這時(shí)的誤差主要是觀測(cè)誤差，氣泡居中誤差、切準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差、水準(zhǔn)尺傾斜誤差。它們與水準(zhǔn)儀的讀數(shù)誤差與距離成正比，與望遠(yuǎn)鏡放大倍率成反比。還與目標(biāo)亮度、觀測(cè)者熟練等因素有關(guān)，但與i角無(wú)關(guān)。

　　3 精密水準(zhǔn)測(cè)量的主要誤差來(lái)源及其影響

　　在進(jìn)行橋梁精密水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)， 會(huì)受到各種誤差的影響。其中有儀器誤差，還有外界因素影響而產(chǎn)生的觀測(cè)誤差。下面對(duì)各種誤差分別進(jìn)行討論。

　　3.1 儀器誤差

　　3.1.1 視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸不平行的誤差

　　水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸相互不平行，在垂直面上投影的交角，稱為j角，它對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量將產(chǎn)生單向性的影響。雖經(jīng)檢驗(yàn)校正，但使兩軸完全保持平行是困難的。當(dāng)水準(zhǔn)氣泡居中時(shí)，視準(zhǔn)軸仍不能保持水平，使水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)產(chǎn)生誤差，并且與視距成正比。假設(shè)儀器距前后標(biāo)尺的距離分別為S1和S2。由于i角的存在，并假設(shè)i角不變的情況下，對(duì)高差的誤差影響為： (7)

　　由此可見(jiàn)，在i角保持不變的情況下，一個(gè)測(cè)站上的前后視距離相等，則在觀測(cè)高差中由于i角的誤差影響可以得到糾正。但在實(shí)際作業(yè)中，要求前后視距完全相等是很困難的。下面討論前后視距不等差的允許值。設(shè) i=2″， 如果要求 對(duì)高差的影響小到可以忽略不計(jì)的程度，如為0.1mm，則前后視距之差可由上式算得，即： (8)

　　圖2 撓度測(cè)量誤差值分析示例

　　3.1.2 水準(zhǔn)標(biāo)尺每米長(zhǎng)度誤差的影響和水準(zhǔn)標(biāo)尺零點(diǎn)差的影響

　　在水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)中必須使用經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)矯正的水準(zhǔn)標(biāo)尺。由于橋梁檢測(cè)試驗(yàn)中， 使用同一把水準(zhǔn)標(biāo)尺， 并且所測(cè)撓度值為相對(duì)變形，故此兩項(xiàng)影響可忽略不計(jì)。

　　3.2 由于外界因素影響而產(chǎn)生的誤差

　　3.2.1 溫度變化對(duì)j角的影響

　　在精密水準(zhǔn)儀中， 水準(zhǔn)管的框架是同望遠(yuǎn)鏡相連的。為了使水準(zhǔn)軸與視準(zhǔn)軸的聯(lián)接比較穩(wěn)固，這些部件是采用銦瓦合金鋼制造的，并把鏡筒和框架整體裝置在一個(gè)隔熱性能良好的套筒中，防止由于溫度的變化，使儀器有關(guān)部件產(chǎn)生不同程度的膨脹和收縮，導(dǎo)致i角的變化。但是當(dāng)溫度變化時(shí)，完全避免i角的變化是不可能的。并且溫度的變化對(duì)i角的影響是極其復(fù)雜的。減弱這種誤差影響最有效的辦法是減少儀器受輻射熱的影響， 如觀測(cè)時(shí)要打傘，避免日光直接照射儀器，選擇陰天或夜間溫度變化幅度較小的時(shí)段進(jìn)行觀測(cè)。

　　3.2.2 大氣垂直折光的影響

　　當(dāng)視線通過(guò)近地面的大氣層時(shí)，由于近地面大氣層的密度分布一般是隨著高度而變化，即近地面大氣層的密度存在著梯度，因此，視線通過(guò)時(shí)就要在垂直方向上產(chǎn)生彎曲，并且彎向密度較大的一方，這種現(xiàn)象叫做大氣垂直折光。觀測(cè)時(shí)使前后視距離盡量相等，視線離地面應(yīng)有足夠的高度，并且選擇在陰天或者晚上進(jìn)行觀測(cè)，以減弱垂直折光對(duì)觀測(cè)高差的影響。

　　3.2.3 儀器和水準(zhǔn)標(biāo)尺垂直位移的影響

　　水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)， 當(dāng)儀器的腳架逐漸下沉?xí)r， 在讀完后視讀數(shù)轉(zhuǎn)向前視標(biāo)尺的時(shí)間內(nèi)， 由于儀器的下沉，視線將有下降，從而影響前視讀數(shù)。假設(shè)儀器不動(dòng)而標(biāo)尺隨時(shí)間下沉，同樣也會(huì)影響讀數(shù)，所以在實(shí)際橋梁檢測(cè)時(shí)， 要盡量設(shè)法減少儀器和標(biāo)尺的垂直位移，待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再進(jìn)行觀測(cè)、將儀器及標(biāo)尺設(shè)置在堅(jiān)實(shí)的位置和使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)。

　　3.3 觀測(cè)誤差

　　精密水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)誤差，主要有水準(zhǔn)氣泡居中的誤差、照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上分劃的誤差以及讀數(shù)誤差，這些誤差都是屬于偶然的。由于精密水準(zhǔn)儀器都具有傾斜螺旋和水準(zhǔn)器，并有光學(xué)測(cè)微器裝置，可以提高讀數(shù)精度， 同時(shí)用楔形絲照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃線，也可以減小照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃線的誤差。因此， 這些誤差影響都可以有效地控制在很小的范圍內(nèi)。

　　4 橋梁靜載試驗(yàn)時(shí)精密水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)容

　　(1) 結(jié)構(gòu)的最大撓度和扭轉(zhuǎn)變位。(2) 支點(diǎn)處粱體的沉降與偏轉(zhuǎn)。(3)沿橋長(zhǎng)軸線的撓度分布曲線，要求在每個(gè)橋跨內(nèi)布置不少于3個(gè)撓度觀測(cè)點(diǎn)，并設(shè)置支點(diǎn)下沉的觀測(cè)點(diǎn)。(4) 檢測(cè)控制截面的撓度。(5) 行車(chē)道板跨中和支點(diǎn)截面的撓度。

　　5 變形測(cè)的目的

　　(1) 每一載位各級(jí)荷載作用下，各撓度測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值。(2) 滿載時(shí)結(jié)構(gòu)的撓度理論值與實(shí)測(cè)值比較， 檢驗(yàn)實(shí)測(cè)撓度與理論撓度的變化規(guī)律是否一致，結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)是否良好。(3) 關(guān)鍵斷面各點(diǎn)荷載-撓度關(guān)系曲線，檢驗(yàn)實(shí)測(cè)荷載-撓度曲線與理論計(jì)算的荷載-撓度曲線是否一致，荷載伸長(zhǎng)與位移增長(zhǎng)的線性關(guān)系如何，結(jié)構(gòu)是否處于彈性工作狀態(tài)。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　橋梁精密水準(zhǔn)撓度測(cè)量采用無(wú)基點(diǎn)觀測(cè)法并采用儀器基準(zhǔn)法計(jì)算撓度，能夠得到較高的準(zhǔn)確度，提高了數(shù)字水準(zhǔn)儀在橋梁撓度觀測(cè)中的適用性和可靠性。采用無(wú)基點(diǎn)觀測(cè)法測(cè)量橋梁撓度不需要靜止的參考點(diǎn)，可提高測(cè)量效率，特別適用于觀測(cè)路線較短的橋梁。對(duì)于觀測(cè)路線較長(zhǎng)的橋梁一般采用有基點(diǎn)觀測(cè)法。橋梁靜載試驗(yàn)中相對(duì)變化量撓度的測(cè)定要因地制宜，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)形式和橋址地形情況綜合分析，選用適合于橋梁的網(wǎng)點(diǎn)布沒(méi)和觀測(cè)方法。

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