桥梁挠度测量的一种新方法

测量挠度的仪器和方法
挠度是在垂直于轴线（或构件轴线）的方向上，构件承受的垂直于轴线（或构件轴线）的力作用下产生的挠曲变形的大小。

测量挠度的方法有多种，下面是其中两种常见的方法：
1.百分表测量法：将测杆固定在挠度测点处，测杆上的读数装置
（百分表）可直接读出挠度的最大值。

此方法需要用到百分
表、测杆和支撑架等设备，适用于较长的构件或桥梁的挠度测量。

2.光学仪器测量法：使用光学仪器（如经纬仪、光学水准仪等）
测量构件的挠度。

将光学仪器固定在测点处，通过望远镜或光学水准仪等设备，可以读出挠度的最大值。

此方法需要用到光学仪器、支架和支撑架等设备，适用于高精度的测量要求。

需要注意的是，测量挠度时需要考虑到构件的弹性变形和塑性变形等因素，以及环境温度、湿度等因素对测量结果的影响。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的测量方法和仪器。

在线监测桥梁挠度的实用方法在桥梁工程中，监测桥梁的挠度是非常重要的，可以帮助工程师及时检测桥梁的变形情况，提前发现并解决潜在的安全隐患。

下面将介绍几种在线监测桥梁挠度的实用方法。

1.传感器监测法：使用传感器对桥梁进行监测，最常用的是应变传感器和位移传感器。

应变传感器通过检测桥梁结构中的应变变化来间接测量桥梁的挠度。

位移传感器直接测量桥梁中一些特定点的位移变化来确定桥梁的挠度。

这种方法可以实时监测桥梁的变形情况，并将数据传输给监测系统，可视化显示桥梁的挠度变化。

2.振动监测法：通过在桥梁的关键部位安装振动传感器，实时监测桥梁的振动情况。

当桥梁受到外力作用产生振动时，传感器会检测振动的频率和振幅，并将数据传输给监测系统。

监测系统可用于分析桥梁的动力特性，并根据振动参数推断桥梁的挠度情况。

3.激光扫描监测法：通过激光扫描仪在桥梁的不同位置进行测量，获取桥梁表面的三维坐标数据。

通过不同时间点的三维数据比对，可以计算出桥梁的挠度变化情况。

激光扫描监测法具有高精度和无接触的特点，可以获得桥梁全面、准确的变形数据。

4.雷达监测法：利用雷达技术对桥梁进行监测，通过测量电磁波的反射时间和强度变化来获取桥梁表面的形变信息。

雷达监测法适用于监测桥梁远距离视线不良或无法直接观察到的部位，如桥塔、桥墩等。

5.大数据分析法：将桥梁监测系统收集的大量数据存储于云端，并应用大数据分析技术对数据进行处理和分析。

通过对大数据中的挠度变化进行统计和建模，可以实现对桥梁挠度的长期监测和预测。

总之，在线监测桥梁挠度的实用方法具有多种选择，可以根据具体的桥梁情况和监测需求进行选择和组合使用。

这些监测方法可以及时提供桥梁的变形情况，在保障桥梁安全和可靠性方面起到重要作用。

随着监测技术的不断发展和创新，相信在线监测桥梁挠度的方法也会越来越先进和精确。

毫米波雷达在桥梁挠度监测场景的应用摘要：2021年末全国公路桥梁96.11万座，随着桥梁建设规模越来越大，对其结构安全监测需求也日益增长。

传统的桥梁挠度监测方法在实践中存在一些问题，例如传感器数量有限、安装位置受限、不便于远程监测等。

毫米波雷达作为一种新型无线传感器，可以实现远距离、高分辨率、实时性的挠度监测，为桥梁结构安全保障提供了新的思路和技术手段。

本文首先介绍了毫米波雷达技术基本原理和特点，其次阐述了毫米波雷达在桥梁挠度监测中的应用场景和优势，接着详细分析了毫米波雷达挠度监测数据处理方法和算法，最后讨论了毫米波雷达在桥梁结构安全监测中应用前景和发展趋势。

关键词：毫米波雷达；桥梁挠度监测；数据处理；算法；应用前景一、引言桥梁作为重要的基础设施之一，承载着大量人和货物的运输任务。

随着经济发展和人口增加，桥梁建设规模和数量持续增大。

根据2021年交通运输行业数据显示，到2021年末，中国公路桥梁共有96.11万座、7380.21万延米，其中特大桥梁7417座、1347.87万延米，大桥13.45万座、3715.89万延米。

如何保障桥梁结构安全成为桥梁建设和运营中必须考虑的重要问题。

2021年3月交通运输部办公厅颁发了《公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施方案》，提出工作目标2025年之前要在全国跨江跨河跨谷401座特大桥梁上安装结构健康监测系统。

挠度作为桥梁结构的重要参数之一，可以反映出桥梁结构的变形和承载能力，是桥梁结构安全评估和监测的重要依据。

传统的桥梁挠度监测方法主要采用连通管法、水准仪、GPS、图像式或光电式等，但这些传统方法存在传感器数量有限、安装位置受限、不便于远程监测、数据无法实时传输等问题。

因此，如何开发一种新型的挠度监测方法，以满足桥梁结构安全监测的需求，成为了一个重要的研究方向。

毫米波雷达技术作为一种新型无线传感器技术，测试精度和采样频率较高，可以实现远距离、高分辨率、实时挠度监测，不仅能够测试桥梁静挠度和动挠度，还能实现多点同时采集，桥下无需搭设支架，不影响正常交通，受环境影响小，能实现长期监测，为桥梁结构安全保障提供了新的思路和技术手段。

### 参考信息分析
[1] 提出了一种基于梁体转角的桥梁挠度测量新方法，并自主研发了一套测量装置。

该方法通过对梁体转角进行测量，间接计算出桥梁挠度，具有较好的精度和实用性。

[2] 全站仪测量法是一种常见的桥梁挠度测量方法，其基本原理是三角高程测量。

该方法操作简单，但受环境影响较大。

[3] 基于单片机的桥梁挠度测量系统，适用于大跨度铁路桥梁和公路桥梁的挠度测量。

该方法具有较好的精度和稳定性。

### 桥梁挠度测量方法及比较
1. 基于梁体转角的测量方法
- 原理：通过测量梁体转角，间接计算出桥梁挠度。

- 优点：精度高，适用于各种类型的桥梁。

- 缺点：需要自主研发测量装置，成本较高。

2. 全站仪测量法
- 原理：利用三角高程测量原理，测量两点间的水平距离和竖直角，计算两点
间高差。

- 优点：操作简单，成本较低。

- 缺点：受环境影响较大，精度相对较低。

3. 基于单片机的桥梁挠度测量系统
- 原理：利用单片机采集桥梁挠度数据，通过软件进行处理和分析。

- 优点：精度高，稳定性好，适用于大跨度桥梁。

- 缺点：需要专业的技术支持，成本较高。

### 总结
桥梁挠度测量方法的选择应根据实际需求和工程条件进行。

对于大跨度桥梁，建议采用基于单片机的桥梁挠度测量系统或基于梁体转角的测量方法，以保证测量精度和稳定性。

对于中小跨度桥梁，可考虑使用全站仪测量法，以降低成本。

在实际应用中，应根据具体情况进行综合评估，选择最合适的测量方法。

问题：怎样测量桥梁的挠度？有什么优缺点？答：1.精密水准测量:如图所示要测定、两点间的高差h AB, 可在A、B两点分别竖立水准尺, 并在A、B之间安置一台水准仪, 利用水准仪所能提供的一条水平视线, 分别在A、B两尺上读取读a和b, 则A、B的高差为h AB=a-b,若A点的高程为H a,B 点的高程为H B, 则H B=H A+h AB。

2.挠度计算的计算，假设桥梁在零荷载状态下某一观测点的高程为H, 第1级荷载状态下的高程为H∗, 则桥梁在第级荷载状态下的挠度(即变形)为h=H∗−H,进行桥梁检测试验时, 每一级加载后,待结构变形稳定即可进行水准测量, 获得每个观测点的高程, 按上式计算出每个观测电的挠度。

3.几种非接触观测桥梁挠度的新方法:(1)激光准直感光法。

一束准直激束射向桥面被测点上放置的低感光度照像底片,当荷载通过时,感光底片相对激光束振动,底片上留下桥梁振动的痕迹。

测量底片上的痕迹,即可得到桥梁动态挠度数据。

该法操作简单,成本低,但无振动过程和细节。

(2)重力或惯量传感器测量法。

该法一般采用微机进行A/ D 变换,具有较高的分辨能力,可进行多点测量;缺点是下限频率只达到1～2Hz ,动载速度稍快(大于15km/ h) 时,动态挠度曲线失真。

近来有人试图采用软件滤波法进行修正,但由于限定条件多而形成多边界,难以实现。

该法还不能进行静态挠度测量。

(3)激光准直和线蒸阵CCD 器件法。

该法动静态均可测量,具有微机记录功能,对小挠度、较短的桥梁施测使用方便;不足的是难以实现多点挠度同时测量记录。

(4)光电成像和CCD 摄像法。

可实现三维动、静态挠度检测,具有微机记录功能;缺点是采用标准摄像机,采样频率为25Hz ,高频部分丢失,而且难以实现多点同步检测动态挠度。

(5)光电分光成像和高速线阵“CCD”。

该法采样频率达200Hz 以上,可以方便地完成一般桥梁大挠度及大桥、特大桥多点三维挠度的同步测量。

桥梁结构挠度监测方案与应用桥梁作为现代交通建设的重要组成部分，承担着连接两岸、畅通交通的重要任务。

然而，由于长期的使用和自然环境的影响，桥梁结构会产生一定的挠度，给其安全性和稳定性带来一定的隐患。

因此，开展桥梁结构挠度监测显得尤为重要。

一、桥梁结构挠度监测的重要性桥梁结构挠度是指桥梁在荷载作用下产生的变形量，是评估桥梁健康状况的关键指标。

准确监测桥梁挠度可以帮助我们了解桥梁受力情况，及早发现结构变形、裂缝等问题，进而采取相应的维护和修复措施，确保桥梁的安全运行。

二、桥梁结构挠度监测方案1. 传统挠度监测方法传统的挠度监测方法主要采用测量仪器进行定期现场测量，例如使用测量仪器在桥梁上设置一定的测量点，通过测量点进行实时或定期的测量。

这种方案虽然能够获得较为准确的数据，但需要长时间的人力和物力投入，并且只能提供有限的数据。

2. 激光测距法激光测距法是一种非接触式、高精度的桥梁挠度监测方法。

该方法采用激光测距仪进行测量，将测量点与监测设备相连，通过测量点上的反射物来获取桥梁挠度数据。

激光测距法具有快速、准确、自动化等优势，可以实现对整个桥梁结构的全面监测。

3. 基于传感器的挠度监测系统基于传感器的挠度监测系统是一种全自动、实时的监测方案。

该系统通过在桥梁结构上布置多个传感器，实时采集桥梁的挠度数据，并传输到监测中心进行处理和分析。

这种方案具有实时监测、数据精确、无需人工干预等特点，能够提供更全面、详细的挠度监测数据。

三、桥梁结构挠度监测的应用1. 桥梁健康评估通过准确监测桥梁结构的挠度变化，可以评估桥梁的健康状况，分析结构的受力情况和变形趋势，为桥梁的维护和修复提供科学依据。

2. 预警和减灾及早发现桥梁结构的挠度异常情况，可以提前采取措施进行修复和加固，避免发生桥梁倒塌等严重事故，减少人员伤亡和财产损失。

3. 桥梁安全管理挠度监测数据为桥梁的安全管理提供重要依据，可以及时发现潜在风险和结构问题，做好桥梁的日常维护和管理工作。

由中国地震局工程力学研究所开发研制的QY倾角仪是一种测量桥梁挠度的新方法。

QY型倾角仪是在回转摆上利用电容传感技术和无源伺服技术构成的高灵敏度抗振动干扰的倾角测量仪器。

倾角仪的输出电压与所测桥梁截面的转角成正比。

通过在所测桥梁上布设QY型倾角仪，测量桥梁各测点的倾角值，然后通过专用软件给出桥梁各截面的挠度值、倾角值和曲率值。

主要技术指标灵敏度 100mv/角分最大量程 10角分漂移值小于0.2角秒电压±12vcd倾角仪测量桥梁挠度的优点∙仪器布置在桥面上，不需要静止的参考点。

利用倾角仪测量桥梁的挠度不需要任何静止的参考点，降低了对环境条件的依赖，尤其适于测量跨河桥、跨线桥、大型的跨海、跨峡谷桥梁和高桥的挠度；∙大大提高了测量效率。

由于在桥面上工作，所以倾角仪布设十分方便。

对于现役桥梁，这意味着大大缩短封桥时间，所以利用该方法特别适于检测运输繁忙的铁路桥、公路桥；∙不仅可以测量静挠度，而且可以测量动挠度。

根据桥梁动态检测数据可以得到荷载冲击系数和结构内力分布，以及桥梁的振型等动力学参数，所以桥梁动态检测数据越来越引起桥梁工作者的重视；∙倾角仪具有良好的低频特性和良好的瞬态反应能力。

倾角仪实际上是一种超低频加速度传感器，低频段幅值、相位频率特性满足低通型动挠度信号测量的不失真条件，所以测量结果不需要软件修正。

而且已经证明，倾角仪对大于3秒持续时间的单个正弦波和方波幅值反应都有较高的精度；∙具有很高的精度。

在实验室内已经进行了大量的动、静实验，结果具有很高的精度。

利用倾角仪已经在北京、哈尔滨、九江、乌鲁木齐和大庆等城市的十余座桥梁上进行了静挠度和动挠度实测，包括铁路桥、公路桥、铁路公路两用桥和城市立交桥，都取得了很好的实测结果；∙利用倾角仪实测数据可以计算桥梁任何一点的静挠度或者动挠度时程，方便地实现桥梁挠度的多点监测；∙倾角仪非常适合预埋在新建桥梁中。

倾角仪体积小，质量轻，寿命长，非常适合作为桥梁健康诊断的硬件设施预先埋在新建桥梁中；∙倾角仪成本较低。

专利名称：一种半封闭单支连通管式桥梁挠度测试装置及方法专利类型：发明专利
发明人：汪正兴,王波,陈开利,童智洋,程宝辉,朱世峰,徐海鹰,马远刚,李荣庆,安群慧
申请号：CN200810237454.5
申请日：20081226
公开号：CN101451903A
公开日：
20090610
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种桥梁挠度监测装置及方法，在桥台无变形处设定为初始测点，而后沿有变形主梁依次设定各主梁测点，各测点处的测点仪表安装支架上均固定有相同的气柱调节器，初始测点处不设置液柱调节器，各主梁测点处的测点仪表安装支架上均固定有相同的液柱调节器，注有液体的各单支连通管的前端连接于前一测点的气柱调节器，后端连接于后一测点的液柱调节器，各气柱调节器经连接管连接到各自测点的气压差传感器的一极，各气压差传感器也固定于各自测点的测点仪表安装支架上，各气压差传感器通过信号传送装置将测试数据传送至数据采集系统，再根据压强与挠度之间的转换关系，将其转换为桥梁各测点的挠度值。

申请人：中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司,中铁大桥局股份有限公司
地址：430034 湖北省武汉市硚口区建设大道103号
国籍：CN
代理机构：武汉开元专利代理有限责任公司
更多信息请下载全文后查看。