浅议桥梁静动载试验应变测量新技术

陶 剑

(杭州市交通工程试验检测中心有限公司)

将静动载试验作用在桥梁之上，对桥梁的结构进行应力、强度、自振频率以及冲击系数等方面的测量，通过测量得出的数据了解桥梁工作的实际状态以及承载能力。这样就能够在理论上掌握计算受力的状态，对桥梁的承载能力有一个明确的了解，并且在试验的过程中发现平时难以观察到的隐藏危害。了解桥梁实际的荷载能力，掌握桥梁结构实际工作中的性能，对桥梁的工作状态做出一个总体的评价，这样有利于对桥梁进行维护、检修以及加固提供信息依据。

1 对可装配式结构应变测量传感器的简述

在桥梁荷载试验过程中主要对桥梁的应变能力进行观测，最为常见的方法就是将应变片直接作用在被检测部位，但是应变片常常会在高空下进行检测，所以在一般的时候操作并不是很方便，质量也能以得到保证，工作效率也受到影响，并且在测试的过程中受到的外界环境影响较大，所以产生的数值漂移很大，测量数据结果的可信度大大降低。在试验过程中如何减少外界对实验的影响，提升检测效率以及数据的可信度是桥梁静动载试验应该解决的问题。可装配式结构应变测量传感器作为一种设计合理、测试误差小、安装方便、具有更高的稳定性、应用范围广等特点，成功的应用在众多的桥梁试验中，能够提升桥梁动静载试验的应变检测工作效率。应变测量数据更加具有科学性。在桥梁动静载试验应变测量中采用可装配式结构应变测量传感器测量构件应变，因为传感器的稳定性，使测量得出的数据更加具有可靠性。在桥梁静动载试验应变测量的过程中因为受到外部环境影响较大所以要采取一定的措施提升传感器的使用寿命，可以在应变片上添加高精度温度，提升应变片的补偿能力。经过实践证明多层防潮措施能够使传感器具备更好的防湿性能保证绝缘电阻的有效实行，提升工作效率。桥梁静动载试验应变测量要进行大量的准备工作，影响工作进展的主要原因就是一些相对技术较强的工作只能在专业人员指导下进行，例如贴片工作等。进行高空作业时的操作难度会大大的提升。利用可装配式结构进行应变测量传感器安装技术简单，工作人员在观看完示范之后就可以胜任工作，没有焊线等麻烦工作产生，大大缩短了工作的时间。因为传感器灵敏度的不同，所以在试验的过程中可以对测试通道进行标记，输入不同的修正系数，这样就在数量众多环境较差的时候就很容易发生错误，但是可以与装配式结构应变测量传感器利用相同的修正系数，这样就可以有同一种输出灵敏度，这就为桥梁静动载试验应变测量工作带来方便，在试验的过程中利用系数就能够解决具有相同问题的测量通道。可以对静动载试验中传感器的标距进行调控也可以节省更多的试验时间，在静动载试验中采用一辆跑车产生的动应变力比较小，所以在使用应变片就很难检测到动应变曲线。同样的使用装配式结构应变测量传感器测量动应变，能够有效的提升传感器的灵敏度，通过调节标距，能够增强输入，这样就能够快速的检测到动应变信号。国家已经通过了相关的可装配式结构应变测量传感器的专利申请

2 静动载试验工况以及荷载效率系数

进行桥梁静动载试验可以采取很多种试验工况，对桥梁采用专业的程序进行截面的测试工作，并且对影响线路图的干扰进行分析通过具体的线路可以对汽车的荷载工况进行位置确定:如图1所示(L为传感器与支座间的相对位移)

(1)按照L/4顺桥的方向对跨正弯矩不利位置上，将横桥向看作偏载。

(2)按照L/4纵桥的方向对跨正弯矩不利位置上，讲横桥向看作中载。

(3)在纵桥上对中正进行弯矩处理的不利的位置，可以将横桥方向看作偏载。

(4)在纵桥上对中正进行弯矩处理的不利的位置，可以将横桥方向看作中载。

(5)在纵桥上使用最大建立产生的不利位置，可以将横桥方向看作中载。

在试验的过程中涉及到两辆车，第一辆车的前轴重54.4kN，中轴重13.5kN，后轴重298kN，总重为396kN;第二辆车前轴重44.3kN，中轴重121.0kN，后轴重108.2kN，总重273.5kN;两辆车平均前轴重49.4kN，平均中轴重128kN，平均后轴重 108.3kN，平均总重 285.7kN。静动载试验产生的效率能够充分的满足试验的要求。

表1 试验工况荷载效率系数

3 桥梁静动载试验应变测量原理

如图1所示，将连杆的一端连接到设备传感器上，另一端与支座相互连接在一起，并且将传感器与通用应变仪连接，在使用的过程中将传感器支座连杆设置在一起，并且利用胶粘贴在被测部分。当构件出现变化时，传感器与支座出现位移ΔL，并且通过传感器能够测量出大小情况，这样就能够计算出应变数值。ΔL作为传感器与支座产生的相对位移情况，L0则是传感器与支座之间的距离。

图1 应变测量传感器构造示意图

根据以上的的情况我们可以得出传感器进行测量过程中的位移原理:传感器的内部结构为悬臂梁，悬臂梁受力会出现一定的挠度ΔL，根据材料力学可以得出悬臂梁端部截面弯矩等的表达形式。

表达式为M是悬臂梁端部截面弯矩，Q是悬臂梁端部截面剪力，F是悬臂梁轴力，θ是端部截面转角，E是弹性模量，J是截面惯性矩，Δh是双悬臂梁间距，a是梁高(厚)，A是截面积，l是悬臂梁长度，如果能够选矩形截面梁，这样成为的梁宽为b，就会有

b作为矩形截面宽度，将公式中的(5)代入到(1)～(4)中，整理之后就可以得出

在公式(6)到公式(9)中可以看出截面弯矩、剪力等都能够与挠度ΔL组成现象关系，在理论上证明了传感器能够将输入与输出保持在相同水平的线性关系，这样有利于传感器工作的正常开展。可以对传感器的内部安装应变片，这样就能够组合成桥型，可以通过将四芯插头连接到应变仪。同时要在高分辨装置上标记位移Δ，同时对标准应变仪作用下产生的的读数要标注ε，这样就能够推测数传感器输出灵敏度，同时可以进行标注工作

通过对上述公式的了解，说明ε仪是应变仪指示，K是传感器的输出灵敏度。

公式(11)代入到公式(1)中可以判断出测量部位的有效数值，ε=ΔL/L0=ε仪/KL0。经过试验表明采取多组棱柱体进行试验并且在试验的过程中对贴电阻片加装应变测量传感器，并且经过对实验结果进行对比之后，得出的结论与之前的结论相吻合。

4 桥梁静动载试验阐述

4.1 桥梁静载试验

静载试验是桥梁在一定的位置上进行的加载荷载试验，通过对桥面的控制截面进行应力增量，在进行静载试验时要在一定的理论基础上进行，计算出在试验过程中出现的控制截面内力影响线，将静力计算产生的结果与荷载试验的结果相比较，在经过施工控制得出桥状态的恒载应力确定桥的实际工作状态与设计期望值是否相符，这样能够判定桥体结构的施工质量以及运行的程度。

4.2 动载试验自振性试验

对桥梁进行动载试验时可以采用脉动法进行测量。这种方法利用振动的特点在结构环境的激励下研究的振动特征。自振性试验并不需要采取振激设备，在灵敏度较高的传感器以及相应的谱分析软件，就能够得出结构自振特性。每一个结构都有一个固定的频率，在相应的位置原因下，结构中存在的固有频率能够接近能力容易吸收，使物体结构在这种频率下的振动能量增大。但是在结构中存在的激励能量确很难被吸收，甚至会消除振动能量，在这种情况下产生的振动能量就会很小。

5 结束语

可装配式结构应变测量传感器跨裂缝粘贴更加有利于对裂缝情况进行监测，随时进行情况观察，这是普通应变片不能做到的。

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