广东盛翔交通工程检测有限公司
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摘要：为了检验新建桥梁承载力是否符合设计要求，为桥梁交竣工验收提供基础资料；或者检验在役旧桥承载力是否满足目标荷载要求，为在役桥梁维修、养护和加固决策提供决策依据，均需要对桥梁进行荷载试验。截至目前，桥梁荷载试验是唯一一种能够准确评定桥梁承载力的方法。
关键词：桥梁 荷载试验 新技术
引言
改革开放以来，我国公路桥梁建设取得了长足的进步，对国民经济发展起到巨大推动作用。截至 2017年底，我国公路桥梁 83.25 万座，比上年增加 2.72 万座。其中特大桥梁 4646 座，大桥 91777 座。桥梁体系不断创新，各类桥梁规模和跨径居于国际前列，涌现出杭州湾跨海大桥、青岛海湾大桥、舟山连岛工程、港珠澳大桥等跨海世纪工程，也出现了苏通大桥、西堠门大桥、沪通长江大桥、虎门二桥等已建成和在建的单体超级桥梁工程，为我国从桥梁大国迈向桥梁强国奠定了坚实基础。
一、桥梁荷载试验的意义
桥梁结构与生物的生长、衰亡周期一样，具有其独特的生命周期。而在桥梁结构的生命周期内发生的结构缺陷和损伤将不可避免地影响桥梁的使用性能。为此，在桥梁的寿命周期内需对桥梁的使用状况、缺陷及损伤进行全面检查，明确缺陷和损伤的性质、部位、严重程度及发展趋势，以便分析、评价缺陷及损伤对桥梁性能和承载力的影响。精确有效地评估桥梁的实际承载能力具有重大的社会经济价值：一方面它可以减少不必要的加固、维修费用；另一方面，也可以确保交通基础设施的安全性能。桥梁荷载试验是判定桥梁承载力性能时所不可忽略的重要步骤之一。桥梁荷载试验利用荷载作用引起桥梁结构的变位和振动从而测试桥梁结构指定部位
的应力、应变、位移及加速度等数据。
二、应变测试技术
（一）传统应变测试方法
1．机械式应变测量方法
机械式应变测量已经有很长的历史，其主要利用百分表或千分表测量变形前后测试标距内的距离变化而得到构件测试标距内的平均应变。工程测量中使用的机械式应变测量仪器主要包括手持应变仪和千分表引伸计。机械式应变测量方法主要优点是读数直观、环境适应能力强、可重复性使用等。但需要人工读数、费时费力、精度差，对于应变测点数量众多的桥梁静载试验显然不合适。因此，除了少数室内模型试验的特殊需要，工程结构中很少使用。
2.电阻式应变测量方法
目前工程检测中应用最多的是电阻式应变测量方法。英国物理学家首次发现了可以利用惠斯通电桥来测量电阻，奠定了应变电测技术的基础，通过试验验证了金属丝在应变作用下其电阻会产生变化，即应变-电阻效应，这就是电阻应变计的工作原理。美国物理学家成功研发了电阻丝绕式纸基应变片，938年粘贴式电阻应变片正式诞生。至今电阻应变片的种类已达两万多种。常用应变片外观如图 1～2 所示。
三、应变测试新技术
在桥梁静动载试验时，如何减小应变测试中的各种干扰因素，提高检测效率和测量数据的可信度，是长期以来工程师们一直在苦苦探索的问题。长安大学经过多年的技术攻关，研发成功了一种可装配式多用途应变测量传感器，成功地应用在了多座桥梁的静动载试验中，有效地解决了桥梁静动载试验中应变测量时遇到的一系列问题，特别是恶劣环境下的应变测试问题。
多用途电阻式应变测量传感器工作原理
连杆的一端与应变传感器相联接、另一端与支座相联接，传感器与应变仪连接。使用时将传感器和支座用胶粘贴在构件上被测部位，当构件发生变形时，传感器与支座间发生相对位移ΔL，则可推算出构件被测部位的平均应变值。为了测量ΔL，在传感器内部设计了双悬臂梁结构，梁表面粘贴若干枚高精度应变片，组成了全桥电路，经过封装设计，就形成了如图 7 所示传感器。
技术特点及应用
该传感器标距可以根据需要选取，因此可用来测量石拱桥拱圈的应变；可以组成应变花，测量结构平面应变；可以跨裂缝粘贴，监测裂缝的变化情况；可装配式结构设计有效地保证了其良好工作性能的长期稳定性。
四、挠度测试技术
（一）传统挠度测试方法
1．机械式挠度测量方法
国内外早期的挠度测量主要为机械式挠度测量方法，如百分表测量法。百分表测量法在桥梁挠度测量中应用的不足之处主要表现在以下几个方面。采用百分表测量挠度时，需要在各测试截面搭设临时支架或吊拉钢丝，然后在支架上或钢丝另一端安装百分表。安装繁琐，
耗时较长，现场使用具有一定的局限性；机械式百分表只能人工读数，占用人力较多，使用不便；受铁路、公路行车限界及桥下障碍物的影响，对跨线桥、跨越山谷及跨越河流的桥梁无法采用百分表法进行测量。
2．电阻式挠度测量方法
电阻式挠度测量方法是将电阻测量与变形测量相结合，将变形测试转换为弯曲应变测试，再利用应变测试技术，实现挠度的测量。电阻式挠度仪常与机械式百分表相结合，形成机电式百分表，广泛应用在结构变形测试中。机电百分表的突出优点是既可直接进行目视读数，也可与应变仪配合电测，进行多点挠度的快速测量。
3．激光式挠度测量方法
激光式挠度测量方法主要利用激光良好的方向性来实现结构变形测量。当进行桥梁变形测试时，将激光器安装在桥梁上。随着桥梁的变形，固定在桥梁上的激光器可通过激光光斑位置变化而间接得到桥梁的挠度变化。
激光器固定在桥梁被测结构上，从激光器发出的准直激光束照射在远处固定的半透射接收屏上形成一个圆形光斑。任一时刻，从 CCD 摄像机输出的模拟视频信号经图像采集卡采集后可即时进行处理得到光斑在接收屏上的中心位置。被测结构受外界环境的影响，沿竖向移动了ΔY，由于激光器固定在被测结构上，其结果使得照射在接收屏上的激光光斑也发生相同的位移，通过采集处理前后两次的图片，能够计算出前后两次光斑在接收屏上中心位置的变化，经比较即得到桥梁被测点的挠度变化值。激光图像挠度测量方法的原理如图所示。
结束语
本文主要对桥梁荷载试验中的应变与变形测试方法进行了分析，针对荷载试验应变测试中存在的问题与不足，研发了一种新型多用途应变测量传感器，具有精度高、稳定性好、受环境影响小、安装方便、反复使用等突出优点，可实现预应力混凝土、钢筋混凝土、钢结构、圬工结构的单向及多向应变测试，也可应用于裂缝监测及微小位移监测。
参考文献
[1]某跨海大桥荷载试验研究[A].朱军，高鹏飞.《工业建筑》2017年增刊[C].2017
[2]桥梁荷载试验智能布载算法研究[A].常皓程，吕建鸣.大数据时代工程建设与管理2016
[3]基于荷载试验的桥梁技术状态评估研究[J].曾金雄. 工程与建设.2018
论文作者:周镜岳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/16
标签：应变论文; 桥梁论文; 挠度论文; 荷载论文; 测量论文; 百分表论文; 电阻论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;