变形监测技术在桥梁监测中应用的价值研究

周 逸

重庆亚派桥梁工程质量检测有限公司 重庆市土木结构智慧监测工程技术中心

变形监测技术在桥梁监测中应用的价值研究

周 逸

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桥梁变形监测工作对于桥梁的使用、管理和维护都具有十分深远的意义，能够起到保障人民生命安全、保证公共出行交通的作用，因此，须重视变形监测技术在桥梁监测中的应用，并需通过不同的观测条件，对桥梁变形进行精确监测，根据实地观测的不同情况，再对其做出具体的布设方案，以确保实际工作应用能得以解决。基于此本文分析了变形监测技术在桥梁监测中应用的价值，并提出了一种三维位移监测方法。

变形监测技术；桥梁监测；应用

1 、变形监测技术概论

所谓变形监测，其本质内容就是测量，即通过该项技术来精确的定位被监测对象的空间位置，或者利用该项技术来研究建筑物的内部结构形态随着时间流逝而发生的变化规律，进而在进行工程施工时根据相关数据做出合理的安排，确保建筑工程的质量。因此，变形监测技术对建筑工程施工方法的正确选择有着不可忽视的作用。

2 、桥梁变形监测原理

2.1 桥梁变形的分类

桥梁变形按其类型可分为静态变形和动态变形。静态变形是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值，它是时间的函数。动态变形是指在外力影响下而产生的变形，它是表示桥梁在某个时刻的瞬时变形，是以外力为函数来表示的对于时间的变化。

2.2 桥梁墩台的变形监测

桥梁墩台的变形监测包括墩台的垂直位移监测和水平位移监测。墩台的垂直位移监测主要包括墩台特征位置的垂直位移和沿桥轴线方向(或垂直于桥轴线方向)的倾斜监测。各墩台在上、下游的水平位移监测称为横向位移监测，各墩台沿桥轴线方向的水平位移监测称为纵向监测。

2.3 塔柱变形监测

斜拉桥、悬索桥须重点关注塔柱变形监测，塔柱变形监测包括塔柱顶部水平位移监测、塔柱整体倾斜监测、塔柱体挠度监测以及塔柱体神缩量监测。

2.4 桥面变形监测

桥面变形监测包括桥面挠度监测以及桥面水平位移监测。桥面挠度是指桥面沿轴线的垂直位移情况，桥面在外界荷载的作用下将发生变形，使桥梁的实际线形与设计线形产生差异，从而影响桥梁的内部应力状态。过大的桥面线形变化不但影响行车的安全，而且对桥梁的使用寿命有直接的影响。桥梁水平位移主要是指垂直于桥轴线方向的水平位移，桥梁水平位移主要由基础的位移、倾斜以及外界荷载(风、日照、车辆等)引起。

3 、变形监测技术在桥梁监测中应用

随着计算机技术和空间科技等的迅速发展，近年来很多新技术被应用于桥梁工程检测中，变形测量技术也因之发生了巨大变革。桥梁变形监测技术开始从地面扩展到空间、从静态到动态，逐渐实现了全天候、自动化的监测，其所应用的技术也日趋与时俱进。

新型的桥梁三维位移监测系统提供一种可对桥梁进行三维位移监测的技术。该系统由LED有源光组成的正方形靶标固定于被测结构的测量点上，视频采集设备及激光测距设备安装在固定结构上(不动点)。测量时有源光发射器发出光束，视频采集设备进行图像采集形成图像，激光测距仪测量固定点与测点之间距离。当被测结构发生三维位移变化时，采集的图像上形成的光斑及固定点与测点距离也会发生位移变化，通过图像处理算法，可换算出被测结构的位移变化量。系统所有设备均由太阳能进行供电，现场采集站通过无线传输模块将采集数据实时远程传输于服务器端。

该系统采用靶标与激光测距装置能准确测量三维位移，采用正方形LED有源光靶标能自测量二维位移；采用电源控制器进行电源控制与采集频率控制能有效节能；采用无线传输技术，可以对桥梁结构的三维位移进行远程实时、全面监测；采用现代网络通信技术，可以组建大型监控网。

图1 三维位移测量系统系统组成图

如图1所示，靶标及摄像机测量被测结构体的二维位移，激光测距仪测量固定体到被测体的一维距离，电源控制器通过串口服务器对所有设备供电进行控制，激光测距仪及摄像机采集到的数据通过网络交换机传输给现场采集站进行数据处理，采集站处理得到的三维位移值通过4G/GPRS网络远程传输到服务器端。

该系统测量原理图如图2所示，利用激光测距设备可测量固定体到测点之间的距离，利用摄像机对靶标进行图像采集；当被测结构发生三维位移变化时，采集的图像上形成光斑也会位移变化，激光测距仪采集到的距离信号也会发生变化。基于靶标光斑变化前后的两幅图像，通过图像处理算法，找出两次光斑的中心位置，通过计算两次中心位置的位移变化量，可换算出被测结构的二维位移变化量。

图2 测量原理图

测量原理图如图2所示，利用激光测距设备可测量固定体到测点之间的距离，利用摄像机对靶标进行图像采集；当被测结构发生三维位移变化时，采集的图像上形成光斑也会位移变化，激光测距仪采集到的距离信号也会发生变化。基于靶标光斑变化前后的两幅图像，通过图像处理算法，找出两次光斑的中心位置，通过计算两次中心位置的位移变化量，可换算出被测结构的二维位移变化量。

图3 靶标二维位移测量流程

位移测量流程如图3所示：系统接收到位移采集指令；启动图像采集设备并获取视频图像流；按测点配置打开单测点对应的光源的电源；获取测点光斑图像；对图像进行相关处理并做位移标定；找到光斑中心坐标；与基准坐标比较根据标定值计算出偏移量；根据存储该测点的位移值至存储设备；关闭当前测点光源电源；按照以上步骤操作下一个测点；全部测点测量完毕关闭相关设备电源。

位移测量流程如图3所示：系统接收到位移采集指令；启动图像采集设备并获取视频图像流；按测点配置打开单测点对应的光源的电源；获取测点光斑图像；对图像进行相关处理并做位移标定；找到光斑中心坐标；与基准坐标比较根据标定值计算出偏移量；根据存储该测点的位移值至存储设备；关闭当前测点光源电源；按照以上步骤操作下一个测点；全部测点测量完毕关闭相关设备电源。

使用该系统具有很多优势，安装方便、节能，因此值得进一步推广使用。

总之，随着经济的稳步增长，我国的桥梁建设规模日益扩大，结构越来越复杂，出于对安全问题的考虑，对大型桥梁进行变形监测就显得十分必要。本文分析了桥梁三维位移监测系统的应用，以期提供一些借鉴。

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