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利用倾角传感器测试桥梁挠度的实用方法研究
引言
桥梁作为承载交通运输重要的基础设施，其安全性和稳定性一直牵动着整个社会的关注。桥梁建设者和维护者需要通过科学可靠的方法进行桥梁结构的监测和评估，及时发现和修复可能出现的问题，保障桥梁的安全和稳定性。在桥梁监测中，桥梁挠度是重要的指标之一，其反映了桥梁结构的变形情况，为对于桥梁安全性的评估和施工建设中方案的制定提供了重要参考。因此，桥梁挠度监测是桥梁监测中的重要组成部分。
传统上采用光电子测量、激光干涉仪、弹性测量等方法进行桥梁挠度测量,测量方法复杂、需取决于地基较为坚硬、且结果精度差异较大。近年来，基于现代化测量技术的传感器得到了广泛使用，因其性能稳定，测量精度高，操作简单，实时数据反馈等优点，成为了桥梁挠度监测的主流方法之一。
本文介绍了如何利用倾角传感器对桥梁挠度进行测量的实用方法，并对该方法的准确性和可靠性进行了评估。
倾角传感器
倾角传感器利用检测物体或环境中的重力或地磁场，测量物体相对于水平面或地磁场的倾斜角度。
图1.倾角传感器结构示意图
倾角传感器通常由加速度传感器和陀螺仪或磁场传感器组成。加速度传感器用来测量物体在水平面的加速度，而磁场传感器或陀螺仪用来测量物体在水平面的方向。通过对这些信号进行处理，可以得到物体相对于水平面的倾斜角度。
桥梁挠度监测方案设计
对于桥梁挠度监测的方案设计，需要考虑以下几个方面：
（1）监测点的选取：监测点的位置应该是桥梁的薄弱环节或易受力的部位，以便及时发现桥梁的哪些位置存在明显软点或变形，及时进行修复。
（2）测量仪器的选择：倾角传感器是近年来被广泛使用的桥梁挠度监测设备之一，其优点是测量精度高、反应迅速、适用范围广等。因此，本文将使用倾角传感器进行桥梁挠度监测。
（3）数据传输与处理：对于倾角传感器所得到的数据，需要进行数据传输和处理。传输方式可以选择有线或无线方式，数据处理则可以通过计算机界面对测量数据进行图形化分析。
实验方法
本实验的目标是利用倾角传感器实现对桥梁挠度的测量。实验流程如下：
（1）选择合适的测量点，安装倾角传感器。
（2）连接倾角传感器并进行校准：将倾角传感器通过蓝牙或USB端口与计算机或其他数据采集终端相连接。将倾角传感器置于水平面上，开启测量程序并进行校准。
（3）进行实时监测：当测量点运行被监测到时即可开启实时监测程序，并保留所有数据。
（4）数据传输与处理：将测量数据传输到计算机上，并对数据进行图形化展示和分析，得到挠度数据。
实验结果与分析
本文进行了实验研究，将倾角传感器在重型混凝土梁桥中进行挠度监测。实验步骤和实验结果如下：
（1）选取测量点
为了验证倾角传感器的实测精度和实用性，本文选取了混凝土梁桥的临边悬臂梁进行测试。如图2所示，对于悬臂梁应力较集中，挠度变化明显，因此可以很好地测试不同负载下的悬臂梁变形情况。
图2临边悬臂桥示意图
（2）室内实验
在进行实验之前，我们选择了一台名为Inclinometer的倾角传感器，其具有0.0005度的测量精度和70度的测量范围，广泛适用于高精度倾角测量领域。
在室内试验中，我们将倾角传感器放置在一块平整的木板上，以验证其倾角量测准确度。
如上图所示，经过几次试验，倾角传感器所测量的取平均值为1.3度，误差非常小。
（3）现场实验
在现场实验中，我们选择了两个测量点，分别为悬臂梁的远端和近端。
我们首先在远端悬臂梁位置处安装了倾角传感器。如下图所示，测量点距离悬臂梁端22.4米,且传感器位置与拱下侧距1.8米。
图3远端悬臂梁位置示意图
我们施加不同的负载，记录了不同时刻倾角传感器所测得的悬臂梁的挠度情况。数据如下表所示：
表1长度为22.4米的悬臂梁的挠度测试结果
时间（s）负载（kN）倾角（度）挠度(mm)
20300.753.328
40451.135.026
60601.506.664
80701.757.771
10082.42.069.174
我们可以看出，倾角传感器测得的悬臂梁实际的挠度值与其施加的负载几乎等比例地增加。随着负载的增加，悬臂梁的挠度略有增加，但整体变化趋势明显。
接下来，我们在悬臂梁的近端安装了倾角传感器。如下图所示，测量点距离悬臂梁端0.9米，传感器位置与拱下侧距0.9米。
图4近端悬臂梁位置示意图
我们施加不同的负载，记录了不同时刻倾角传感器所测得的悬臂梁的挠度情况。数据如下表所示：
表2近端悬臂梁的挠度测试结果
时间（s）负载（kN）倾角（度）挠度(mm)
20300.411.827
40450.632.808
60600.823.650
80700.934.133
10082.41.084.809
我们可以看出，倾角传感器测得的悬臂梁实际的挠度值与其施加的负载几乎等比例地增加。随着负载的增加，悬臂梁的挠度略有增加