连通管式光电液位传感器在桥梁挠度监测中的应用*_解决方案_行业资讯

[摘要]：挠度是评价桥梁安全性的重要指标。根据桥梁各自的结构特点，选用连通管式光电液位传感器进行实际工程应用。介绍了该传感器的基本原理，阐述了实际的连通管式光电液位监测系统的构成，并将该系统实际应用于大佛寺长江大桥的状态监测中，监测结果表明：连通管式光电液位传感器的监测数据能够有效地反映桥梁结构状态变化，监测系统运行正常有效。关键词：连通管；光电液位传感器；挠度监测；大佛寺长江大桥 0 引言桥梁是交通运输网络的重要组成部分，在国民经济生活中具有十分重要的地位，因此，确保桥梁结构的安全可靠性极其重要。为了有效维护桥梁和确保其安全运行，监测桥梁结构的关键状态参数，对于全面分析和了解桥梁工作状态或异常变化和进一步开展安全性评估极为重要。挠度是评价桥梁安全性的重要指标，直接反映桥梁结构形变是否超出危险范围。目前，常用的挠度测量方法有经纬仪、水准仪、百分表等，已广泛用于桥梁现场检测及验收鉴定中，但这些廉价、结构简单的测量方法只能用于桥梁短期、人工测量，存在费时费力、使用不便、实时测量困难等不足。因此，一些新型挠度测量方法，如，倾角仪、GPS、激光图像法及连通管式光电液位传感器等逐渐应用于大型桥梁结构挠度监测中，可实现长期远程自动测量…。然而，在选用测量方法时，对于大型桥梁，其构件太多、自身荷载巨大、受力情况复杂、地基情况又千差万别，难以找到完全相同的结构，从一座桥的测量方法难以推论到其他桥梁结构。因此，必须根据桥梁各自的结构特点，采用适应其特点的方法进行结构挠度测量。本文以大佛寺长江大桥为应用对象，选用连通管式光电液位传感器用于该桥结构挠度监测。 1 连通管式光电液位传感器 1．1基本原理

即液位在玻璃管内的上升量就是该点的结构下沉量（挠度值），通过读取有刻度玻璃管中液位的变化值，就得到了桥梁在该点的挠度值。由于连通管法采用全封闭式，因此，其具有不受结构多方位变形及桥梁现场日光、雨、雾影响等特点。然而，因采用该方法只能人工测量，人工测量毕竟采用人工读数，且费时、费力，只适用于桥梁短期静态挠度测量。要实现连通管液位的长期自动测量，必须采用与连通管配套的光电液位传感器，光电液位传感器的结构有很多类型，本文采用的是如图2所示的结构，半集成发光组件LS和半集成光电接收组件PDS沿管轴对称置于玻璃管的两侧，半集成发光组件发出的光通过透明液体照射到半集成光电接收组件上，未被浮子挡住的光电接收组件接收到较大的光强，被浮子挡住的光电接收组件接收到接近于零的光强。随着液位的变化，浮子的位置也随之变化，相应的凹谷位置也上下移动。因此，只要进一步对半集成光电接收组件输出数据进行处理，便可得到浮子（液位）的位置及挠度值。

1.2 传感器监测系统要将光电液位传感器用于实际工程应用而完成大桥主梁多点自动监测，必须构建出实际的连通管式光电液位监测系统，其主要包括连通管、与连通管配套的光电液位传感器、数字发送与相应的外围电路、计算机等组成，如图3所示。其基本工作原理是当连通管沿主梁轴线布置时，主梁的挠度通过连通管各点的液位反映出来，这样，在各连通管上的光电液位传感器输出信号经RS—485总线，实现数据长线传输至计算机，从而测出该点的液位变化，实时测出主梁的挠度。

由于大佛寺长江大桥跨度大，主梁上的传感器距离现场计算机较远，为了将各液位传感器的测量结果无失真地长距离传输至北桥塔处的现场监测室，系统采用具有抗干扰、多传感器串连、长距离传输、可靠性好、价格便宜等特点的标准RS—485总线实现数据的长线、数字发送、编码传输，以满足各测点数据不受传输线长短的影响和不受传输数据互相影响的要求。 2 应用实例 2.1 传感器的安装要实现大佛寺长江大桥结构挠度现场监测，需进行传感器的安装，如图4所示。大佛寺长江大桥为双塔双索面漂浮体系P.C混凝土斜拉桥，位于渝黔高速公路童家院子至界石段，横跨长江，连接着数条高速公路。大桥主跨为450m，主索塔高206.68m。根据相关分析计算，对大桥主梁挠度监测采用了42只光电液位传感器，所有传感器输出信号线都连接到安装在北桥塔4号墩横梁的计算机上。传感器具体位置布设在斜拉索与桥面相接的铆头部位，当上游、下游侧各布设21个测点时，传感器之间的距离为42.3m（5根斜拉索间距）。其埋设传感器的编号分别为1#，2#，3#…41#，42#（其中，16#和37#为主跨跨中传感器编号）。

2.2 桥梁挠度监测数据为了验证监测系统的有效性、合理性，还需在实际工程应用中进行检验与完善。因此，监测系统已实际应用于大佛寺长江大桥结构挠度现场监测，历经桥梁通车的全过程，得出了相应的监测数据及结果。图5（a），（b），（c）是某年3月10日至3月20日期间主梁挠度与温度监测数据曲线。

（1）从图5（a）可知，主跨（北面）1／4处（下游19#传感器、上游40#传感器）和主跨（南面）1／4处（下游13#传感器、上游34#传感器，此图未列出，参见文献[3]）的挠度变化相同，故说明该桥主梁的斜拉索是对称的。（2）环境温度变化使斜拉索温度升高，从而使斜拉索伸长，导致主梁挠度发生变化，如图5（b），（c）所示。由于大桥边跨桥墩对主梁的支撑，因而，边跨斜拉索伸长对主梁挠度不会有影响，而主塔两边相对的斜拉索的总伸长量一定，主梁上游、下游几乎完全对称，没有主梁扭曲现象。（3）环境温度升高斜拉索伸长时，使跨中挠度变化增大，越向跨中，挠度变化越大，同样，在跨中变化值zui大，约160mm左右，如图5（c）所示。相比较而言，1／4跨部位挠度变动较小，约70～80mm左右，如图5（a）所示。根据相关分析计算，这与跨中挠度变化zui大，且大约比1／4跨部位变化量大1倍的情况吻合。同时也表明：边跨的挠度受温度的影响较小，而在中跨，越向跨中方向，挠度随温度的变化增加越明显，并在跨中挠度变化zui大，其测量值与桥梁结构的实际变化一致，表明测量的挠度值能够反映桥梁挠度的实际变化。 3 结论连通管式光电液位监测系统在桥梁现场进行运行考核得出的监测结果表明：传感器能够准确、可靠、真正地获取有效数据，其挠度测量值能够有效地反映桥梁结构的实际变化，从而证明了光电液位监测系统完全可胜任大佛寺长江大桥结构挠度的长期、远程、自动监测。

连通管式光电液位传感器在桥梁挠度监测中的应用*

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