淺議橋梁靜動載試驗應變測量新技術

陶 劍

(杭州市交通工程試驗檢測中心有限公司)

將靜動載試驗作用在橋梁之上，對橋梁的結構進行應力、強度、自振頻率以及沖擊系數等方面的測量，通過測量得出的數據了解橋梁工作的實際狀態以及承載能力。這樣就能夠在理論上掌握計算受力的狀態，對橋梁的承載能力有一個明確的了解，并且在試驗的過程中發現平時難以觀察到的隱藏危害。了解橋梁實際的荷載能力，掌握橋梁結構實際工作中的性能，對橋梁的工作狀態做出一個總體的評價，這樣有利于對橋梁進行維護、檢修以及加固提供信息依據。

1 對可裝配式結構應變測量傳感器的簡述

在橋梁荷載試驗過程中主要對橋梁的應變能力進行觀測，最為常見的方法就是將應變片直接作用在被檢測部位，但是應變片常常會在高空下進行檢測，所以在一般的時候操作并不是很方便，質量也能以得到保證，工作效率也受到影響，并且在測試的過程中受到的外界環境影響較大，所以產生的數值漂移很大，測量數據結果的可信度大大降低。在試驗過程中如何減少外界對實驗的影響，提升檢測效率以及數據的可信度是橋梁靜動載試驗應該解決的問題。可裝配式結構應變測量傳感器作為一種設計合理、測試誤差小、安裝方便、具有更高的穩定性、應用范圍廣等特點，成功的應用在眾多的橋梁試驗中，能夠提升橋梁動靜載試驗的應變檢測工作效率。應變測量數據更加具有科學性。在橋梁動靜載試驗應變測量中采用可裝配式結構應變測量傳感器測量構件應變，因為傳感器的穩定性，使測量得出的數據更加具有可靠性。在橋梁靜動載試驗應變測量的過程中因為受到外部環境影響較大所以要采取一定的措施提升傳感器的使用壽命，可以在應變片上添加高精度溫度，提升應變片的補償能力。經過實踐證明多層防潮措施能夠使傳感器具備更好的防濕性能保證絕緣電阻的有效實行，提升工作效率。橋梁靜動載試驗應變測量要進行大量的準備工作，影響工作進展的主要原因就是一些相對技術較強的工作只能在專業人員指導下進行，例如貼片工作等。進行高空作業時的操作難度會大大的提升。利用可裝配式結構進行應變測量傳感器安裝技術簡單，工作人員在觀看完示范之后就可以勝任工作，沒有焊線等麻煩工作產生，大大縮短了工作的時間。因為傳感器靈敏度的不同，所以在試驗的過程中可以對測試通道進行標記，輸入不同的修正系數，這樣就在數量眾多環境較差的時候就很容易發生錯誤，但是可以與裝配式結構應變測量傳感器利用相同的修正系數，這樣就可以有同一種輸出靈敏度，這就為橋梁靜動載試驗應變測量工作帶來方便，在試驗的過程中利用系數就能夠解決具有相同問題的測量通道。可以對靜動載試驗中傳感器的標距進行調控也可以節省更多的試驗時間，在靜動載試驗中采用一輛跑車產生的動應變力比較小，所以在使用應變片就很難檢測到動應變曲線。同樣的使用裝配式結構應變測量傳感器測量動應變，能夠有效的提升傳感器的靈敏度，通過調節標距，能夠增強輸入，這樣就能夠快速的檢測到動應變信號。國家已經通過了相關的可裝配式結構應變測量傳感器的專利申請

2 靜動載試驗工況以及荷載效率系數

進行橋梁靜動載試驗可以采取很多種試驗工況，對橋梁采用專業的程序進行截面的測試工作，并且對影響線路圖的干擾進行分析通過具體的線路可以對汽車的荷載工況進行位置確定:如圖1所示(L為傳感器與支座間的相對位移)

(1)按照L/4順橋的方向對跨正彎矩不利位置上，將橫橋向看作偏載。

(2)按照L/4縱橋的方向對跨正彎矩不利位置上，講橫橋向看作中載。

(3)在縱橋上對中正進行彎矩處理的不利的位置，可以將橫橋方向看作偏載。

(4)在縱橋上對中正進行彎矩處理的不利的位置，可以將橫橋方向看作中載。

(5)在縱橋上使用最大建立產生的不利位置，可以將橫橋方向看作中載。

在試驗的過程中涉及到兩輛車，第一輛車的前軸重54.4kN，中軸重13.5kN，后軸重298kN，總重為396kN;第二輛車前軸重44.3kN，中軸重121.0kN，后軸重108.2kN，總重273.5kN;兩輛車平均前軸重49.4kN，平均中軸重128kN，平均后軸重 108.3kN，平均總重 285.7kN。靜動載試驗產生的效率能夠充分的滿足試驗的要求。

表1 試驗工況荷載效率系數

3 橋梁靜動載試驗應變測量原理

如圖1所示，將連桿的一端連接到設備傳感器上，另一端與支座相互連接在一起，并且將傳感器與通用應變儀連接，在使用的過程中將傳感器支座連桿設置在一起，并且利用膠粘貼在被測部分。當構件出現變化時，傳感器與支座出現位移ΔL，并且通過傳感器能夠測量出大小情況，這樣就能夠計算出應變數值。ΔL作為傳感器與支座產生的相對位移情況，L0則是傳感器與支座之間的距離。

圖1 應變測量傳感器構造示意圖

根據以上的的情況我們可以得出傳感器進行測量過程中的位移原理:傳感器的內部結構為懸臂梁，懸臂梁受力會出現一定的撓度ΔL，根據材料力學可以得出懸臂梁端部截面彎矩等的表達形式。

表達式為M是懸臂梁端部截面彎矩，Q是懸臂梁端部截面剪力，F是懸臂梁軸力，θ是端部截面轉角，E是彈性模量，J是截面慣性矩，Δh是雙懸臂梁間距，a是梁高(厚)，A是截面積，l是懸臂梁長度，如果能夠選矩形截面梁，這樣成為的梁寬為b，就會有

b作為矩形截面寬度，將公式中的(5)代入到(1)～(4)中，整理之后就可以得出

在公式(6)到公式(9)中可以看出截面彎矩、剪力等都能夠與撓度ΔL組成現象關系，在理論上證明了傳感器能夠將輸入與輸出保持在相同水平的線性關系，這樣有利于傳感器工作的正常開展。可以對傳感器的內部安裝應變片，這樣就能夠組合成橋型，可以通過將四芯插頭連接到應變儀。同時要在高分辨裝置上標記位移Δ，同時對標準應變儀作用下產生的的讀數要標注ε，這樣就能夠推測數傳感器輸出靈敏度，同時可以進行標注工作

通過對上述公式的了解，說明ε儀是應變儀指示，K是傳感器的輸出靈敏度。

公式(11)代入到公式(1)中可以判斷出測量部位的有效數值，ε=ΔL/L0=ε儀/KL0。經過試驗表明采取多組棱柱體進行試驗并且在試驗的過程中對貼電阻片加裝應變測量傳感器，并且經過對實驗結果進行對比之后，得出的結論與之前的結論相吻合。

4 橋梁靜動載試驗闡述

4.1 橋梁靜載試驗

靜載試驗是橋梁在一定的位置上進行的加載荷載試驗，通過對橋面的控制截面進行應力增量，在進行靜載試驗時要在一定的理論基礎上進行，計算出在試驗過程中出現的控制截面內力影響線，將靜力計算產生的結果與荷載試驗的結果相比較，在經過施工控制得出橋狀態的恒載應力確定橋的實際工作狀態與設計期望值是否相符，這樣能夠判定橋體結構的施工質量以及運行的程度。

4.2 動載試驗自振性試驗

對橋梁進行動載試驗時可以采用脈動法進行測量。這種方法利用振動的特點在結構環境的激勵下研究的振動特征。自振性試驗并不需要采取振激設備，在靈敏度較高的傳感器以及相應的譜分析軟件，就能夠得出結構自振特性。每一個結構都有一個固定的頻率，在相應的位置原因下，結構中存在的固有頻率能夠接近能力容易吸收，使物體結構在這種頻率下的振動能量增大。但是在結構中存在的激勵能量確很難被吸收，甚至會消除振動能量，在這種情況下產生的振動能量就會很小。

5 結束語

可裝配式結構應變測量傳感器跨裂縫粘貼更加有利于對裂縫情況進行監測，隨時進行情況觀察，這是普通應變片不能做到的。

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