中小跨径桥梁挠度监测的一种低成本方法（激光位移计法）

于城市道路上常见的中小跨径桥梁，长期监测应该怎么做？

设备并不是装得越多越好。监测哪些参数、测点布在哪里、数据如何获取和管理，才是实际工程中需要考虑的问题。

以某城市生命线桥梁监测项目为例，项目涉及4座桥梁，主要为简支T梁和简支小箱梁，跨径约20米。

结合桥梁结构特点及运营监测需求，项目配置了无线激光位移计、一体式无线裂缝计、无线应变监测设备、无线振动倾斜仪、无线GNSS以及视频摄像头等传感器，并统一接入结构监测云平台，形成多参数、轻量化的监测配置。

一、监测什么？先明确结构需求

对于中小跨径简支梁桥，监测重点通常围绕主梁受力、结构变形和关键部位状态展开。

本次项目主要涉及7类监测参数：

不同参数有不同的监测目的，测点位置和设备数量也应结合桥梁实际条件确定。

轻量化监测不是简单减少设备，而是让每个测点都有明确的用途。

二、现场怎么布？以主梁挠度监测为例

挠度是桥梁结构变形监测中的重要指标。对于中小跨径桥梁，常规做法是使用机器视觉位移计（也叫桥梁挠度仪）监测或者连通管原理的静力水准仪监测，但是设备成本比较高，安装也比较麻烦（静力水准仪），有没有一种低成本的解决方案？这里重点介绍下激光位移计法

在部分桥梁现场，传统接触式测量装置可能受到桥下空间、安装位置等条件限制。采用激光位移计进行非接触式挠度测量，为现场布点提供了另一种选择。

本次项目采用武汉建博分体式激光位移计监测。现场将激光位移计通过金属支架固定在主梁两端的桥墩或盖梁处，单通道4G采集仪独立布设。并在对主梁跨中梁底安装一个45°的斜板靶标。通过测量激光位移计与靶标之间的距离变化，结合实际测量方向及几何关系，获取主梁挠度监测数据。（将竖向挠度通过三角函数关系转换成水平测距）。数学原理图如下：

为了验证这个原理在现实应用中是否可信，我们也进行了实物测试的验证，验证视频如下：

实际桥梁的安装应用，案例图片如下：

这种方式减少了被测位置的直接布线施工，供电可以采用内置锂电池（低功耗长续航设计），也可以外接小尺寸太阳能板补能，也方便根据现场条件整合测量与采集设备。

当然，激光测量并非安装后就可以忽略现场条件。测量方向、参考基准、支架稳定性及光路条件，仍然关系到数据的可靠性。

除了长期监测，激光位移计也可用于桥梁静载试验。

针对短期检测场景，武汉建博还提供一体式无线激光位移计，将传感器与无线采集功能集成，可配合便携支架快速布点，用于分级加载过程中的挠度测量。

一体式侧重现场短期检测的便捷部署，分体式侧重长期监测的固定安装与持续数据获取，不同配置对应不同的工程需求。

三、应用延伸：激光位移计如何监测隧道拱顶沉降？

除了桥梁挠度，激光测距技术也可用于隧道拱顶沉降监测。

隧道拱顶沉降是反映隧道结构竖向变形的重要指标之一。对于具备合适测量空间和稳定参考基准的监测位置，可采用固定激光测量装置与反射靶板相结合的方式，获取拱顶沉降数据。

以倾斜激光测量方式为例，将激光测距仪安装在经过稳定性校核的基座上，激光束以一定仰角指向拱顶测点连接的反射靶板，使靶板板面与激光束垂直。当拱顶发生竖向沉降时，靶板随测点移动，激光测量距离随之改变。

在测量基准稳定、光束方向固定、靶板仅发生竖向平移且不转动的条件下，可根据测距变化量和激光仰角计算拱顶沉降量：

沉降量 s = ΔL / sinθ

其中，ΔL为激光测距缩短量，θ为激光束与水平面的夹角。

当布设仰角为45°时，沉降量约为测距缩短量的1.414倍。

需要注意的是，这一计算关系有明确的适用条件。若测量基座发生位移、拱顶同时存在水平变形，或靶板出现转动，则需要进一步校核或修正，不能直接将测距变化换算为竖向沉降。

从桥梁主梁挠度到隧道拱顶沉降，两类应用虽然监测对象不同，但技术思路具有相通之处：利用非接触式激光测距仪获取距离变化，再结合稳定测量基准和实际布设关系，计算目标变形。

四、多参数监测，设备之间如何配合？

桥梁运营状态不能只靠一项数据判断。

除主梁挠度外，本次项目还采用一体式裂缝计跟踪重点裂缝宽度变化，通过应变设备采集主梁关键位置的应变数据，并结合振动倾斜仪、GNSS及环境传感器获取其他监测信息。

设备配置上，尽量采用集成化、便于安装的监测产品，减少部分现场布线和设备连接工作。

不同监测参数之间形成补充，也为后期分析结构变化提供更多参考。

 无线裂缝计与无线应变计布设示意图

五、多座桥梁的数据，如何统一管理？

对于涉及多座桥梁的长期监测项目，设备安装只是其中一个环节，后续的数据管理同样重要。

本次项目将各类监测数据统一接入武汉建博结构监测云平台，便于集中查看、历史查询、趋势分析及预警管理。

相比将不同设备的数据分散保存和整理，统一平台管理更有利于长期监测资料的积累与使用。

不过，远程管理不能代替现场检查。设备状态、通信质量和测量基准仍需要定期维护与核查。

结语

对于城市生命线中的中小跨径桥梁，监测系统不必一味追求复杂配置。

从结构需求出发确定参数，结合现场条件选择设备，再通过统一平台管理数据，才是这类工程值得关注的实施思路。

本次4座简支梁桥的监测设备配置，为同类型城市道路桥梁开展轻量化监测提供了一种应用参考。特别是一种主梁挠度监测的低成本解决方案的实现。