静力水准在桥梁施工竖向位移监控中的应用

 静力水准在桥梁施工竖向位移监控中的应用
 作者：郭永东





1、静力水准原理

       静力水准 (即连通液位计) 方式测试桥梁挠度的基本原理 ,就是利用液体在连通的管道中 ,会由于重力的作用 ,在不同位置的液面高度会相同。对于最小的静力水准系统至少需要两个静力水准仪 ,一个布置在参考点 (即不会有挠度变化的点 ,通常是桥墩或桥头) ,另一个布置在待测点。两个静力水准仪通过液管连接在一起 ,并加入适当的液体使得液面高度处于量程的中间位置。这样当待测点发生挠度时 ,两个静力水准的液面相对于其筒体的位置就会变化 ,测试这种变化就可计算出待测点相对于参考点的位移 ,从而达到测试桥梁挠度的目的。

       在平衡状态下 ,每个静力水准计的液面必然处于同一水平面上 ,但当其中一点或几点 (但基准点不能动) 产生相对竖向位移时 ,在液体压差的作用下 ,静力水准计的液面必然在新的水平面上达到平衡 ,从而导致某些液位计的液面或液体深度发生改变 ,通过测量某个点的液体深度及基准点的液体深度就可计算出相应点的挠度。

       液面变化的测量方法有很多种。可分为机械式和电测式两大类 ,其中机械式的 ,如直尺人工测读是最简单的方法 ,但该类方法精度较差 ,而且不能做自动化的测量。现在通行的是机械法 ,本公司使用的是磁致伸缩式位移传感器来测试液面变化。

       磁致伸缩式液位传感器的工作原理是 :测量时，电路单元产生电流bai脉冲，该脉冲沿着磁致伸du缩线向下传输，并zhi产生一个环形的磁场。在探测杆外配有浮子，浮子沿探测杆随液位的变化而上下移动。由于浮子内装有一组永磁铁，所以浮子同时产生一个磁场。当电流磁场与浮子磁场相遇时，产生一个“扭曲”脉冲，或称“返回”脉冲。将“返回”脉冲与电流脉冲的时间差转换成脉冲信号，从而计算出浮子的实际位置，测得液位。

2、静力水准测试在漪汾桥改造施工过程中的应用

       漪汾桥是太原市横跨汾河的第二大桥梁 ,大桥全长 1 135. 0 m ,主桥长 462. 0 m ,桥面总宽度 22. 5 m ,其中车行道宽 15. 0 m ,人行道宽 2 ×3. 75 m ,主桥结构为中承式拱桥 ,拱跨 66 m ,共 7 孔。

       主拱圈为钢筋混凝土箱形拱肋结构 ,拱轴线为二次抛物线 ,矢高比为 1/ 4 ,设在行车道与人行道之间。桥面系在拱的跨中范围内为钢吊杆 ,悬吊在钢筋混凝土横梁上 ,每根钢吊杆由 48 根Φ5 的钢丝组成 ,每跨共有吊杆 30 根 ,左右各 15 根 ,在拱的跨端范围支撑在拱的立柱上。桥梁伸缩缝设于主桥各桥跨之间 ,结构形式为 TST 无缝伸缩缝。主桥桥墩为钢筋混凝土灌注桩基础 ,桥台为钢筋混凝土箱形结构 ,浅基础 ,采用振动水冲桩处理地基。

       大桥于 1992 年年底竣工 ,至今已运行 15 年。因大桥长期超载运行造成桥面系主次梁存在大量裂缝及部分吊杆锈蚀严重等原因 ,而且桥梁宽度也不能满足日益增加的交通流量的需要 ,需对桥梁进行改造施工。对拱圈变形监测采用静力水准监测拱圈的竖向位移 ,拱圈的侧向位移采用在拱圈顶 ,1/ 4 跨及 3/ 4 跨拱圈中轴线位置设置 3 个激光棱镜 ,全桥共设置 42 个激光棱镜 ,然后沿着桥梁四周设置高程网 ,利用迪马斯具备自动对中功能的全站仪监测拱圈的侧向变形。

   
         在上下游拱顶位置设置静力水准测点 ,并在东桥头引桥上设置基准点 ,测试时间选择在凌晨车辆干扰最小的时候进行 ,测试选用的是磁致伸缩式静力水准仪 ,其测试精度为 0. 01 mm。

        系统标定 : 1) 灵敏度调试。采用 10 mm 标准块规标定磁致伸缩式静力水准仪 ,提供 10 mm 纵向标准位移 ,传感器相应输出差应调整至 100 mV 调节放大器的电位器。2) 线性度测试。用 5 mm ,10 mm 标准块规 ,制造垂直向相对位移依次为5 mm ,10 mm ,15 mm ,并测量其相应输出电压值 ,计算其线性度 ,各测点线性度测试数据及计算结果 ,要符合系统设计要求 ( ≤ 3 %) 。3) 仪器标定。在灵敏度调试及线性度测试的基础上 ,在系统正常稳定工作的条件下 ,采用 10 mm 标准块规 ,对每个测点反复多次制造 0 mm ,10 mm ,0 mm ,10 mm , ……纵向位移 ,测量相应的输出电压值 ,计算出灵敏度。

3、结语

       静力水准测试系统在山西省桥梁施工监控中的应用还相对较少 ,漪汾桥静力水准系统布设的成功表明静力水准测试系统对桥梁施工竖向挠度的监测能够起到较好的作用。它以很高的测量精度 ,在测量领域获得广泛应用。具有精度高、自动化性能好、实时测量功能等特点 ,必将在桥梁施工监测过程中发挥重要作用。





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