1 前言

　　橋梁撓度檢測是橋梁檢測的重要部分，也是橋梁安全性評價的一項重要指標。為檢驗橋梁結構的工作性能和施工是否能夠達到設計的要求，保證橋梁運營的可靠性，并為橋梁竣工驗收提供可靠依據，橋梁的撓度與橋梁的承載能力和抵御地震等動荷載能力有密切的關系，因此需對橋梁進行靜載試驗。進行橋梁的靜載試驗時的一個重要內容是對結構的變形即橋梁撓度進行觀測。橋梁撓度測量方法的研究對于橋梁承載能力的檢測和橋梁的防震減災有著重要的實際意義。目前常用的橋梁撓度水準測量方法存在數據精度不足等諸多問題。在許多的情況下變位與變形數據采集的精度，還不能夠滿足對結構物微小變位與變形的檢測的要求。數據的可靠性較低。以人工觀測和記錄為主的觀測方法，數據的出錯的環節很多，錯誤率相對比較高，因而成果可靠性較低，難以實現理想的自動化檢測。

　　針對以上問題和實際工程需要，本文闡述了使用精密水準方法進行橋梁橋面撓度測量的基本原理、方案選擇和作業要求，比較了精密水準撓度檢測三種觀測方法的誤差，以評價數字水準儀在橋梁撓度檢測中的適用性和可靠性。切實推進橋梁檢測技術成熟化。

　　2 橋梁撓度算法及原理

　　2.1 多儀器固定設站傳遞

　　多儀器固定設站傳遞加快了觀測速度，可以使儀器在變形段設站，撓度觀測結果并不受儀器移動的影響。但由于使用以前各站的傳遞轉點觀測值，這使得相對撓度的測量誤差較大，為了保證精度，必須防止與基準點的距離過大。

　　2.2 儀器基準法確定撓度

　　當觀測路線較短時，在固定點上放置水準儀，分別觀測各點的水準尺讀數。設橋梁上某一測點在i及j兩個工況下的讀數分別為ci 及cj。則測點在i與j工況間的相對撓度為： (6)

　　儀器基準法是以儀器中心所在水平面為參考面，在整個試驗過程中儀器始終位置不變。該方法可將每個點的撓度變化直接觀測，速度快、精度高、計算方便，能夠及時比較觀測結果。由于無后視并且儀器固定，所以此方法測量撓度變化精度最高，可以達到水準儀的讀數精度。這時的誤差主要是觀測誤差，氣泡居中誤差、切準誤差、讀數誤差、水準尺傾斜誤差。它們與水準儀的讀數誤差與距離成正比，與望遠鏡放大倍率成反比。還與目標亮度、觀測者熟練等因素有關，但與i角無關。

　　3 精密水準測量的主要誤差來源及其影響

　　在進行橋梁精密水準測量時， 會受到各種誤差的影響。其中有儀器誤差，還有外界因素影響而產生的觀測誤差。下面對各種誤差分別進行討論。

　　3.1 儀器誤差

　　3.1.1 視準軸與水準軸不平行的誤差

　　水準儀的視準軸與水準軸相互不平行，在垂直面上投影的交角，稱為j角，它對水準測量將產生單向性的影響。雖經檢驗校正，但使兩軸完全保持平行是困難的。當水準氣泡居中時，視準軸仍不能保持水平，使水準標尺上的讀數產生誤差，并且與視距成正比。假設儀器距前后標尺的距離分別為S1和S2。由于i角的存在，并假設i角不變的情況下，對高差的誤差影響為： (7)

　　由此可見，在i角保持不變的情況下，一個測站上的前后視距離相等，則在觀測高差中由于i角的誤差影響可以得到糾正。但在實際作業中，要求前后視距完全相等是很困難的。下面討論前后視距不等差的允許值。設 i=2″， 如果要求 對高差的影響小到可以忽略不計的程度，如為0.1mm，則前后視距之差可由上式算得，即： (8)

　　圖2 撓度測量誤差值分析示例

　　3.1.2 水準標尺每米長度誤差的影響和水準標尺零點差的影響

　　在水準測量作業中必須使用經過檢驗矯正的水準標尺。由于橋梁檢測試驗中， 使用同一把水準標尺， 并且所測撓度值為相對變形，故此兩項影響可忽略不計。

　　3.2 由于外界因素影響而產生的誤差

　　3.2.1 溫度變化對j角的影響

　　在精密水準儀中， 水準管的框架是同望遠鏡相連的。為了使水準軸與視準軸的聯接比較穩固，這些部件是采用銦瓦合金鋼制造的，并把鏡筒和框架整體裝置在一個隔熱性能良好的套筒中，防止由于溫度的變化，使儀器有關部件產生不同程度的膨脹和收縮，導致i角的變化。但是當溫度變化時，完全避免i角的變化是不可能的。并且溫度的變化對i角的影響是極其復雜的。減弱這種誤差影響最有效的辦法是減少儀器受輻射熱的影響， 如觀測時要打傘，避免日光直接照射儀器，選擇陰天或夜間溫度變化幅度較小的時段進行觀測。

　　3.2.2 大氣垂直折光的影響

　　當視線通過近地面的大氣層時，由于近地面大氣層的密度分布一般是隨著高度而變化，即近地面大氣層的密度存在著梯度，因此，視線通過時就要在垂直方向上產生彎曲，并且彎向密度較大的一方，這種現象叫做大氣垂直折光。觀測時使前后視距離盡量相等，視線離地面應有足夠的高度，并且選擇在陰天或者晚上進行觀測，以減弱垂直折光對觀測高差的影響。

　　3.2.3 儀器和水準標尺垂直位移的影響

　　水準測量時， 當儀器的腳架逐漸下沉時， 在讀完后視讀數轉向前視標尺的時間內， 由于儀器的下沉，視線將有下降，從而影響前視讀數。假設儀器不動而標尺隨時間下沉，同樣也會影響讀數，所以在實際橋梁檢測時， 要盡量設法減少儀器和標尺的垂直位移，待結構穩定后再進行觀測、將儀器及標尺設置在堅實的位置和使用自動安平水準儀進行觀測。

　　3.3 觀測誤差

　　精密水準測量的觀測誤差，主要有水準氣泡居中的誤差、照準水準標尺上分劃的誤差以及讀數誤差，這些誤差都是屬于偶然的。由于精密水準儀器都具有傾斜螺旋和水準器，并有光學測微器裝置，可以提高讀數精度， 同時用楔形絲照準水準標尺分劃線，也可以減小照準水準標尺分劃線的誤差。因此， 這些誤差影響都可以有效地控制在很小的范圍內。

　　4 橋梁靜載試驗時精密水準測量的內容

　　(1) 結構的最大撓度和扭轉變位。(2) 支點處粱體的沉降與偏轉。(3)沿橋長軸線的撓度分布曲線，要求在每個橋跨內布置不少于3個撓度觀測點，并設置支點下沉的觀測點。(4) 檢測控制截面的撓度。(5) 行車道板跨中和支點截面的撓度。

　　5 變形測的目的

　　(1) 每一載位各級荷載作用下，各撓度測點的實測值。(2) 滿載時結構的撓度理論值與實測值比較， 檢驗實測撓度與理論撓度的變化規律是否一致，結構的工作狀態是否良好。(3) 關鍵斷面各點荷載-撓度關系曲線，檢驗實測荷載-撓度曲線與理論計算的荷載-撓度曲線是否一致，荷載伸長與位移增長的線性關系如何，結構是否處于彈性工作狀態。

　　6 結束語

　　橋梁精密水準撓度測量采用無基點觀測法并采用儀器基準法計算撓度，能夠得到較高的準確度，提高了數字水準儀在橋梁撓度觀測中的適用性和可靠性。采用無基點觀測法測量橋梁撓度不需要靜止的參考點，可提高測量效率，特別適用于觀測路線較短的橋梁。對于觀測路線較長的橋梁一般采用有基點觀測法。橋梁靜載試驗中相對變化量撓度的測定要因地制宜，結合橋梁結構形式和橋址地形情況綜合分析，選用適合于橋梁的網點布沒和觀測方法。

　　【參考文獻】

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