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結(jié)構(gòu)撓度檢測

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發(fā)布時間：2025-07-29 07:44:48 更新時間：2025-07-28 07:44:49

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

結(jié)構(gòu)撓度檢測：評估結(jié)構(gòu)變形與安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

結(jié)構(gòu)撓度檢測是土木工程、建筑工程、橋梁工程等領(lǐng)域中至關(guān)重要的一項結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測內(nèi)容。撓度，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷載作用下垂直于其軸線方向發(fā)生的線性位移或變形，是反映結(jié)構(gòu)剛度、整體工作性能、承載能力以及使用功能狀態(tài)的核心指標(biāo)之一。過大的撓度不僅會影響建筑物的正常使用（如導(dǎo)致門窗開啟困難、隔墻開裂、設(shè)備運行異常），嚴(yán)重時更會危及結(jié)構(gòu)安全，預(yù)示著潛在的失穩(wěn)或破壞風(fēng)險。因此，對新建結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗收檢測、對既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期或特殊（如超載、災(zāi)后）檢測時，撓度測量都是不可或缺的項目，旨在驗證結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計預(yù)期、現(xiàn)行規(guī)范要求，并評估其剩余承載能力和耐久性。精準(zhǔn)可靠的撓度檢測數(shù)據(jù)，為結(jié)構(gòu)的安全性評估、維修加固決策以及使用壽命預(yù)測提供了最直接的依據(jù)。

核心檢測項目

撓度檢測通常包含以下主要項目：

1. 靜載撓度檢測：在恒定或分級施加的靜力荷載（如堆載、液壓千斤頂加載）作用下，測量結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面（通常是跨中、懸臂端、支座附近）的豎向或水平位移。這是最常用、最基礎(chǔ)的檢測項目。

2. 動載撓度檢測：在移動荷載（如車輛過橋）或脈動荷載（如風(fēng)荷載、人群荷載）作用下，測量結(jié)構(gòu)的動態(tài)位移響應(yīng)，分析其振動特性（振幅、頻率）和最大動撓度。

3. 長期撓度監(jiān)測：對結(jié)構(gòu)在恒載、收縮徐變、環(huán)境溫度濕度變化等因素長期作用下的變形進(jìn)行持續(xù)或周期性的觀測，評估其長期變形發(fā)展趨勢。

4. 殘余撓度檢測：在卸載后測量結(jié)構(gòu)未能恢復(fù)的永久變形，反映結(jié)構(gòu)的塑性變形或損傷累積程度。

5. 特定工況撓度檢測：如橋梁的成橋荷載試驗撓度、大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載下的變形、重型設(shè)備安裝區(qū)域的局部撓度等。

常用檢測儀器

撓度檢測的精度和效率高度依賴于先進(jìn)的測量儀器：

1. 機(jī)械式測量儀表：

* 百分表/千分表：精度高（可達(dá)0.001mm），操作簡單，成本低，但需接觸測量，量程有限，布設(shè)和讀數(shù)依賴人工，適用于實驗室或現(xiàn)場小變形、短距離的精密測量。

* 撓度計/位移計：種類多樣（如拉線式、振弦式、LVDT電感式），可實現(xiàn)自動記錄，量程相對較大，部分可遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)。

2. 光學(xué)測量儀器：

* 精密水準(zhǔn)儀：通過測量固定測點的高程變化來計算撓度，精度較高，適用于大范圍、通視條件好的場地（如橋梁、大型建筑）。

* 全站儀：可同時測量角度和距離，通過三維坐標(biāo)變化監(jiān)測撓度，靈活性強(qiáng)，適用于通視條件復(fù)雜或需要多點同步監(jiān)測的場景。

* 激光位移傳感器/激光測距儀：非接觸測量，精度高，響應(yīng)快，尤其適合測量高速或難以接近的目標(biāo)。

3. 光電/圖像測量技術(shù)：

* 激光撓度儀/激光跟蹤儀：利用激光干涉或飛行時間原理，實現(xiàn)長距離、高精度的非接觸動態(tài)位移測量。

* 攝影測量/Vision-Based系統(tǒng)：通過高分辨率相機(jī)拍攝結(jié)構(gòu)上預(yù)設(shè)靶標(biāo)或自然特征點的圖像，利用圖像處理技術(shù)計算位移。適用于大尺度結(jié)構(gòu)、動態(tài)測量或人員難以到達(dá)的區(qū)域。

* 光纖光柵傳感器：通過測量光纖中光柵波長的變化感知應(yīng)變，進(jìn)而換算成撓度?？闺姶鸥蓴_、耐久性好，適用于長期監(jiān)測和惡劣環(huán)境。

4. 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)：

* GNSS接收機(jī)：利用GPS、北斗等衛(wèi)星信號進(jìn)行高精度定位（毫米級），適用于大型橋梁、大壩、高層建筑等特大跨度或超高結(jié)構(gòu)的整體位移和長期變形監(jiān)測，可全天候工作。

5. 慣性測量單元：

* IMU：通過加速度計和陀螺儀測量角速度和線加速度，經(jīng)積分運算得到位移（撓度）。常用于移動荷載（如過橋車輛）或結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的動態(tài)響應(yīng)測量，需與其他方法配合校正積分漂移。

主要檢測方法

根據(jù)現(xiàn)場條件、精度要求和設(shè)備可用性，選擇合適的檢測方法：

1. 接觸式直接測量法：使用百分表、千分表、位移計等直接接觸測點進(jìn)行測量。方法直接，精度高，但布設(shè)工作量大，易受支撐系統(tǒng)變形影響，且難以實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動監(jiān)測。

2. 水準(zhǔn)測量法：在結(jié)構(gòu)上設(shè)置固定測點（或安裝鉚釘、棱鏡），利用精密水準(zhǔn)儀或電子水準(zhǔn)儀定期測量測點高程，通過比較加載前后或不同時期的高差計算撓度。適用于大型結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測。

3. 全站儀極坐標(biāo)法：在結(jié)構(gòu)測點上安裝棱鏡，利用全站儀測量其三維坐標(biāo)，通過坐標(biāo)差計算撓度。靈活高效，可實現(xiàn)非接觸、多點、遠(yuǎn)距離測量。

4. 激光準(zhǔn)直/測距法：利用激光束作為基準(zhǔn)線，測量測點相對于該基準(zhǔn)線的偏離量；或直接用激光測距儀測量到固定靶標(biāo)的距離變化。精度高，適用于直線形結(jié)構(gòu)（如梁、長橋）的監(jiān)測。

5. 傾角儀法：在結(jié)構(gòu)上安裝高精度傾角傳感器，測量轉(zhuǎn)角，通過積分或幾何關(guān)系（適用于特定梁、柱）推算撓度。簡便易行，常用于橋梁、高聳結(jié)構(gòu)，但精度相對較低，且對傳感器位置敏感。

6. 影像/攝影測量法：通過相機(jī)（固定或移動）拍攝結(jié)構(gòu)變形前后的圖像，利用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)或特征點匹配算法計算位移場和撓度。非接觸、全場測量，特別適合動態(tài)變形、復(fù)雜形狀或大尺度結(jié)構(gòu)，但數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，精度受鏡頭畸變、光照等影響。

7. 光纖傳感法：將光纖光柵傳感器粘貼或埋設(shè)在結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部，通過解調(diào)儀讀取波長漂移量換算應(yīng)變，再根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何和力學(xué)特性（如彎矩-曲率-撓度關(guān)系）計算出撓度?？垢蓴_強(qiáng)，適合長期、分布式監(jiān)測。

8. GNSS實時動態(tài)測量法：在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點安裝GNSS接收機(jī)，利用載波相位差分技術(shù)（RTK或PPK）實時獲取高精度三維坐標(biāo)，直接獲得絕對位移（包含撓度）。適用于大型結(jié)構(gòu)的長期、自動化、全天候監(jiān)測，成本相對較高。

9. 組合測量法：為提高精度和可靠性，常將多種方法組合使用，如GNSS提供絕對基準(zhǔn)，全站儀或攝影測量補(bǔ)充密集測點，傾角儀或光纖傳感器提供局部細(xì)節(jié)。