大跨徑拱橋多維位移的光電組合監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)在服役期間受到各種因素的影響，其可靠性不斷下降可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全問題甚至橋毀人亡的重大災(zāi)害事故，使橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的安全監(jiān)測一直受到學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視。世界各國皆投入巨資進(jìn)行研究，取得了一定成果并在各種特大型橋梁陸續(xù)試用。但橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)仍然是一個(gè)未成熟、正在發(fā)展的新技術(shù)。而世界上橋梁種類繁多、結(jié)構(gòu)各異，橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)還存在眾多亟待解決的科學(xué)與技術(shù)問題。其中，能較全面反映橋梁結(jié)構(gòu)性能退化與失效的關(guān)鍵參數(shù)——變形/位移

2、，是橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域眾多亟待解決的科學(xué)與技術(shù)問題的重要研究熱點(diǎn)之一。
　　大跨徑拱橋結(jié)構(gòu)外形美觀、跨徑大，在橋梁世界中占有一席之地。但它結(jié)構(gòu)特殊、受力關(guān)系復(fù)雜、施工工藝難度大，導(dǎo)致其成為國內(nèi)外橋梁重大垮塌事件的主要橋型之一。其次，大跨徑拱橋其特殊的拱、梁組合結(jié)構(gòu)，使得變形呈現(xiàn)多維度特點(diǎn)，迄今為止還沒有一種較為理想的監(jiān)測方法能夠滿足這一類橋梁變形/位移監(jiān)測要求。因此，針對大跨徑拱橋多維變形/位移監(jiān)測技術(shù)展開研究，解決其關(guān)鍵技術(shù)問

3、題，對于大型橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測的整體技術(shù)發(fā)展具有重要的科學(xué)價(jià)值與應(yīng)用前景。
　　鑒于此，結(jié)合重慶市科技攻關(guān)項(xiàng)目重大專項(xiàng)“菜園壩大橋運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與健康診斷系統(tǒng)研究”，根據(jù)大跨徑拱橋的結(jié)構(gòu)受力與變形特點(diǎn)，提出了基于光電全站儀和光電式連通管的多維位移組合監(jiān)測方法。研究了光電自動(dòng)全站儀在主拱三維變形監(jiān)測中存在的基準(zhǔn)漂移問題與光電式連通管監(jiān)測主梁的一維靜態(tài)及準(zhǔn)靜態(tài)變形存在的液位振蕩問題。從數(shù)學(xué)模型與監(jiān)測系統(tǒng)兩個(gè)方面進(jìn)行了相互印證，最后將取得的

4、研究成果實(shí)際應(yīng)用于重慶菜園壩大橋。
　　具體研究內(nèi)容如下：
　?、僖源罂鐝较禇U拱橋?yàn)榇恚瑢Υ罂鐝焦皹驑蚬昂椭髁旱汝P(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)受力與變形特點(diǎn)進(jìn)行了分析；結(jié)合重慶菜園壩長江大橋的特點(diǎn)，提出了采用光電自動(dòng)全站儀對橋拱進(jìn)行三維靜態(tài)位移變形監(jiān)測、采用光電式連通管系統(tǒng)對梁體進(jìn)行一維靜態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)位移監(jiān)測的多維位移變形監(jiān)測的光電組合方法；還提出了利用輕軌列車的自重長期進(jìn)行橋梁固定荷載條件下的位移監(jiān)測思路。
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5、在主拱圈三維位移監(jiān)測中因通視限制導(dǎo)致的測量基準(zhǔn)漂移，建立了全站儀基準(zhǔn)漂移的三維模型，分析了全站儀基準(zhǔn)漂移及其對觀測點(diǎn)精度的影響；提出了采用兩臺或多臺全站儀相互觀測，繼而實(shí)現(xiàn)全站儀基準(zhǔn)漂移補(bǔ)償觀測的新方法。結(jié)合補(bǔ)償觀測方法的特點(diǎn)，研究了補(bǔ)償大氣條件對變形點(diǎn)觀測精度影響的方法。還設(shè)計(jì)了適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)防護(hù)裝置，使其能夠在測量時(shí)自動(dòng)打開，未測量時(shí)關(guān)閉，有效的防止雨水、粉塵等對棱鏡鏡頭的污染。
　?、蹫榱送黄圃歼B通管撓度監(jiān)測方法的完全靜態(tài)監(jiān)測

6、瓶頸，針對利用光電式連通管方法監(jiān)測主梁撓度/線形的問題，分析了液位基準(zhǔn)對監(jiān)測精度的影響，重點(diǎn)研究了輕軌或火車等重載通過大跨徑拱橋形成的準(zhǔn)靜態(tài)位移測量過程，建立了多連通管內(nèi)液體振蕩的力學(xué)模型，分析了液位振蕩的內(nèi)在規(guī)律，提出了改進(jìn)的小波閾值去噪方法對含有液位振蕩的位移信號進(jìn)行濾波，以消除液位振蕩對準(zhǔn)靜態(tài)位移測量的影響，并通過仿真計(jì)算證明了該方法的可行性。
　　④為了滿足大跨徑拱橋多點(diǎn)、同步位移/線形監(jiān)測要求，分析了連通管式光電液位傳感

7、器的信號變異問題，改善了硬件響應(yīng)速度、采集頻率；研制出了適用于橋梁靜態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)位移測量的傳感器，將連通管式靜態(tài)撓度傳感器拓展到了準(zhǔn)靜態(tài)測量范圍。
　　⑤分別構(gòu)建了全站儀三維監(jiān)測、光電式連通管一維位移監(jiān)測兩大物理模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)。通過系列實(shí)驗(yàn)，證明了全站儀基準(zhǔn)傳遞及補(bǔ)償觀測方案可行，光電式連通管位移測量系統(tǒng)能夠滿足輕軌通過橋梁過程中的準(zhǔn)靜態(tài)位移測量要求。
　?、迣⒀芯砍晒麑?shí)際應(yīng)用于重慶菜園壩長江大橋的荷載實(shí)驗(yàn)，獲得了滿意的數(shù)據(jù)