QY-2型倾角仪在铁路桥梁挠度测试中的应用

何先龙，杨学山，李 杰

(1.中国地震局 工程力学研究所，哈尔滨 150080;2.吉林铁路局 桥梁检测队，长春 130012)

QY-2型倾角仪在铁路桥梁挠度测试中的应用

何先龙1，杨学山1，李 杰2

(1.中国地震局 工程力学研究所，哈尔滨 150080;2.吉林铁路局 桥梁检测队，长春 130012)

桥梁挠度测量是桥梁检测的重要组成部分，也是安全性评价的一项重要指标。本文利用QY-2型倾角仪，测量了焦柳铁路线上的融水大桥第三跨的静态挠度。测试结果表明，倾角仪测得的静态挠度值与水准仪所测得值相差较小，其挠度曲线也相似于有限元分析所得挠度曲线，可适用于大跨度铁路桥梁的静态挠度测试。

铁路桥梁 挠度 QY-2型倾角仪 测试

1 测试概述

桥梁挠度测量是铁路桥梁检测的重要组成部分，是其安全性评价的一项重要指标。铁路桥梁的挠度与桥梁的承载能力及抵御地震等动荷载的能力有密切关系。因此，铁路桥梁动、静挠度测量方法的研究和仪器设备的开发研制对于桥梁承载能力的检测和桥梁的防震减灾有着重要的意义［1］。目前常用的桥梁静态挠度测量方法主要有悬锤法、水准仪直接测量法和水准仪逐点测量法。由于悬锤法设备简单、操作方便、费用低廉，所以在桥梁挠度测量中被广泛采用。但是，该方法存在一些不足，比如测量方法要求在测量现场有静止的基准点，所以，一般只适用于干河床情形，只能测量某些观测点的静挠度(一般只测跨中的静挠度)，难以给出其它的非测点静挠度值。水准仪直接测量法采用水准仪(或经纬仪)和标尺，根据加载前后设置在跨中的标尺读数差得到跨中的静挠度。该方法测试精度较高，但仪器同样要求布置在静态基准点，使用范围有限。QY型倾角仪测量法是通过在测桥梁上布设QY型倾角仪［2-3］，测量桥梁各测点的倾角值，然后通过专用软件给出桥梁各跨的静态和动态挠度曲线，精度很高。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，其输出电压与所测桥梁截面的转角成正比。

QY型倾角仪测量桥梁挠度，克服了以往桥梁挠度测量方法的不足，不仅适用于简支梁和静载情形，而且适用于连续梁和动载情形。实验室对比测量表明，该方法的精度满足工程要求［3］。本仪器被应用到多座公路桥梁测量中，与水准仪和光电挠度仪进行对比，所得结果的误差在1%以内［4］，已在北京、九江、哈尔滨、大庆、乌鲁木齐等地的多座公路桥梁挠度测量中得到应用，并引起工程界的重视［3］。铁路桥梁、特别是大跨度钢架连续梁的挠度变化明显大于公路桥梁，其受力情况也明显比公路桥梁复杂。本次测试以检测QY倾角仪在铁路桥梁大跨度挠度测试中的应用效果为目的，与吉林桥检队合作，在焦柳铁路线上的融水特大桥上完成了QY倾角仪与水准仪的对比试验。

2 静态挠度对比测试

使用QY-2型桥梁挠度测试系统，测试了焦柳铁路线的广西柳州融水大桥第三跨的静态挠度。此桥长为305 m，建设于20世纪70年代，为刚架拱桥连续梁，共有四跨组成，长为(65+3×80)m。采用 QY-2型桥梁挠度测试系统和水准仪，对第三跨进行静态挠度测试。静态荷载为长55 m的带有两个火车头的载物火车，质量约为60 t。

本次测试采用同一荷载分别加载在桥梁的不同位置和采用5台QY-2型倾角仪均匀布置在桥梁第三跨内，水准仪安装在第三跨桥墩上，瞄准安装在跨中位置的量尺。融水大桥的结构平面图和各工况加载情况如图1和表1所示;仪器布置情况如图2所示;仪器连接情况如图3所示。本次静态挠度测试共进行了4个工况的加载测试，各工况所得挠度曲线和挠度测试结果分别如图4～图7和表2所示。

图1 广西融水大桥结构平面图(单位：m)

表1 各工况加载情况

图2 QY仪布置情况

图3 仪器连接情况

图4 工况1实测和有限元分析所得挠度曲线

表2 静态加载时第三跨40 m处的挠度值

图5 工况2实测和有限元分析所得挠度曲线

图6 工况3实测和有限元分析所得挠度曲线

图7 工况4实测和有限元分析所得挠度曲线

由图4～图7可得，本次测得的挠度曲线与有限元分析所得挠度曲线非常相似。由表2可得，QY-2倾角仪测得第三跨40 m处的挠度值与水准仪测得值非常接近。同样，由表2可得，水准仪和QY-2倾角仪所测得的挠度值，在4个工况下都小于有限元分析所得挠度值。这是因为，有限元分析时，把连续桥梁的每一跨当作一个整体的简支梁来分析，而实际上，桥梁各跨都是由几块钢板连接而成的，故在桥梁健康情况下，所测挠度值一般小于有限元分析所得值。

3 结语

本文系统地对QY-2型倾角仪在铁路桥梁上的应用与水准仪做了对比试验。试验结果表明：YQ-2型倾角仪能准确地测试铁路桥梁的静态挠度，测试误差<1.5%;在桥梁挠度变化值较大时，测试值相差不到0.2 mm，反映了仪器具有较大的量程，其精度可达到0.2 mm。这说明利用倾角仪测试铁路桥梁挠度的结果是可靠的，精度可保证。相比水准仪等传统挠度测试仪，利用倾角仪实测数据，可计算桥梁任何一点的挠度值，获得整跨的挠度变化曲线。

［1］齐法琳，孙宁.铁路桥梁动力学［M］.北京：科学技术出版社，2007.

［2］杨学山，侯兴民.桥梁挠度测试的一种新方法［J］.土木工程学报，2002，35(2)：92-96.

［3］杨学山，马树林.QY型倾角仪瞬态反映测试方法的研究［J］.地震工程与工程振动，2002，22(2)：97-100.

［4］侯兴民，杨学山.陶赖昭松花江大桥挠度测量分析［J］.地震工程与工程振动，2003，23(2)：77-80.

U442

B

1003-1995(2011)03-0033-03

2010-08-30;

2010-12-18

何先龙(1981— )，男，湖南道县人，博士研究生。

(责任审编 白敏华)