摘要：在桥梁结构试验检测时,应变和挠度(变形)是必需测量的两个物理量。目前应变测量普遍采用的方法是贴应变片。使用应变片时,贴片、焊线、封片等工作常常在几米乃至几十米的高空进行,工作难度大,质量难保证,效率比较低,而且测量值受环境温度和环境湿度影响大,时常有些测点的测值飘移,测量数据可信度低;另外还有光纤应变测量方法,但仪器价格昂贵,测试成本很高;钢弦式应变测量方法,反复使用时传感器易损,仅广泛应用于长期监测中。本文旨在研究桥梁结构试验检测应变和挠度测量方法，从应变电测技术、光纤应变测试方法、钢弦式应变测量传感器以及新型的挠度测量方法的角度详细进行阐述，为我国桥梁检测的发展提供一些可行性的思路。
关键词：应变；挠度测量；桥梁结构；试验检测；方法
0前言
应变和挠度作为桥梁结构试验检测的两个物理量，直接关系着整个桥梁结构的安全和质量，具有至关重要的意义。如何提高桥梁结构试验检测应变和挠度的测量方法是我们当前所面临的主要问题，笔者结合多年的桥梁结构检测经验，从理论和实际操作两方面详细分析检测应变和挠度的新方法和新技术，为我国桥梁检测指明方向和思路。
1桥梁结构试验检测的实际意义以及应变与挠度的概念分析
科学试验是理论发展的前提，更是检测理论的最好方法。当前我国对于桥梁结构的理论分析众多，但是对于实际的桥梁结构试验检测仍处于相对落后的状态。加强桥梁结构试验检测的力度和强度不仅为推动了桥梁结构设计的理论的发展，更为实际的桥梁结构建设起到了无可替代的促进作用。我国的桥梁结构试验检测主要是针对桥梁本身设计的原型结构以及桥梁模型结构进行科学有效地检测和试验，其中主要由试验准备工作、理论计算工作、实际现场试验工作以及试验和理论分析整理工作等部分构成的，目的在于核实桥梁结构的承载能力大小以及使用和应用的具体条件;评估和测量已有桥梁的实际使用性能和基本的承载能力;分析桥梁结构中每个构件的具体受力程度，总结桥梁结构中构建受力的基本规律。
应变与挠度作为桥梁结构试验检测的两个物理量，对于整体桥梁结构的试验检测起着决定性的作用。其中，应变主要指的是桥梁构件中的任意一点由于受到外力的作用而发生构件形状或大小以及尺寸上的相应变化。应变大致分为线应变、切应变以及一点的应变状态。每一种应变方式的变化角度和变化范围都有所不同，但目的都在于测量物体本身的承受力大小以及适应能力，以保障物体的安全__运行。挠度主要强调的是桥梁、桁架等具体的受弯部件在强力的荷载作用下所产生的最大程度的变形，一般都以Y轴的变形为主，又被称为部件的竖向变形。
2桥梁结构试验检测应变的测量方法
2.1应变电测的检测技术
应变电测的检测技术主要是指:利用应变片将桥梁中所能产生的各种力学量转化为电阻变化，并通过专业的设备仪器将电阻在转化为电力、电压以及功率进行输出，依据设备仪器中所显示的读数，达到测量的目的。应变电的测量技术主要具有以下优势:测量速度快、测量结果精确且灵敏度高;自动化数据采集以及多点同步测量的应用;遥控检测以及远距离测量的应用;操作简单方便;质量较轻;使用范围广泛;适用程度广。其中应变片作为测量中的主要工具，一般由敏感栅、基底、粘合剂、引出线以及覆盖层构成，主要应用在电阻的应变测试中，呈现出特定的粘结剂粘成型，利用传感元件，测出实际的应变量。而电阻应变仪正是基于应变片的原理而形成的，分为动态电阻应变仪、静态电阻应变仪以及静动态电阻应变仪。每种应变仪的功能虽然不同，但是其构造都是一致的，即电源、测量桥路、相敏检波器、指示记录器、振荡器、放大器、滤波器组成的。电阻应变仪在实际运行中主要涉及了电桥运行原理、平衡电桥原理以及温度补偿技术。电桥运行原理中一般应用的是惠斯登电桥。其中惠斯登电桥具有桥线性能好、测量范围广、林敏度高、易于实现温度补偿的优势。同时，基于电桥输出的电压大小变化同桥臂的电阻变化程度以及应变量的比值成为正比，导致电压输出值和桥臂之间的应变指数为线性拟合关系，并使相邻之间的桥臂应变符号正好相反，但相对的桥臂应变符号却相同。根据这个原理就可充分解决在测试中所产生的灵敏度以及温度补偿的问题。
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2.2光纤应变测试法
光纤应变测试法是建立在电测技术基础之上，弥补了电测技术的缺陷，实现了桥梁结构检测的远距离、高精度、长期性以及分布式的要求。同时，光纤光栅由于自身的小巧、抗干扰能力强以及制作简单等优势，促进了光纤波长的分析能力、灵敏度以及传感精度，并可以嵌入到主体内部，不对主体产生影响。光纤布拉格光栅的传感原理主要是通过光纤内部的光栅反射或者是检测布拉格光纤的波长来促进对桥梁结构应变的测量。根据波长的变化特点检测外界各参量之间的变化程度。其中，光纤光栅的发射程度以及投射中光波的长度都和光纤光栅的周期以及反向的耦合模之间有着巨大关系，任何一个参数量的改变都会使光栅的波长产生相应变化。因此，光纤布拉格的波长公式为λ=2nΛ，即光纤光栅的波长=2×光纤纤芯的折射率×光纤光栅周期。另外，影响光纤布拉格波长的外界因素中最主要的为应变量的变化。这是因为光纤光栅的折射率以及自身变化都同外界所施加的应变力有关。由此应变所产生的波长变化差值/应变所产生的波长变化数值={1－n2/2×［光弹常数－泊松比(光弹常数11+光弹常数12)］}×外加轴向应变。所以我们得出:依据此公式所得出的光纤光栅传感器的波长变化程度可达到皮米级，且波长本身就为最小的计量单位，因此，光纤光栅传感器具有灵敏度高的巨大优势。
2.3钢弦式应变测量传感器的应用技术
钢弦式应变测量传感器区别于光纤光栅传感器，主要利用钢弦作为主要的敏感原件，通过张拉力以及固有频率之间的关系，计算出外界所施加作用力的大小。钢弦传感器通过作用在弦上激励力，使振弦根据电流脉冲而散发的电磁吸力达到激励作用。即电流脉冲袭击时促使磁铁磁性降低，使钢弦受磁铁的吸引力而直接被吸引，但当又一波电流冲击到来时，这种磁性就弱化了，而钢弦脱离磁铁发生震动，形成变磁组，以实现交变电流的输出，依据检测电流电势的频率进行检测。
3桥梁结构试验检测挠度的测量方法
我国主要用于桥梁结构试验检测挠度的方法为百分表的测量方法、光电法、悬锤法以及水准仪直接测量法、钢弦法等。其中钢弦法只适用于测量冰面的桥梁挠度，适用范围受限;最为被人们广泛欢迎的要数悬锤法。这种方法操作简单、设备简单，并且具有低成本和高质量的优势，广泛应用在各种桥梁结构的测试中。但是其测量的挠度仅限于静挠度，而无法实现动挠度的测量，因此也存在一定弊端;光电法主要是应用CCD的光电耦合仪器来进行测量，由于本身测量仪器的高成本和高价格直接制约了光电法的使用条件，例如:在阴雨天气尽量少用或不用光电法，以免造成更大的偏差;水准仪直接测量法是利用水准仪器或标尺依据桥梁外力加载的前后情况，通过标尺中显示的数量差从中得出静挠度的数值。这种方法一般适合桥墩空间很大的公路桥梁，对于桥墩空间较小的桥梁实施起来就相对困难。随着我国科技水平的不断发展，应用在桥梁结构挠度测量中的方法也逐渐增多，例如:GPS观测法、精密水准法、全站仪器观测法以及专业的挠度观测法等。这种新技术和新方法都是建立在原先测量方法的基础上进行改进和完善的，具有相当程度的优势。但是在完善的同时，一般都忽略了对测量天气的考虑，所以这些方法的使用也在一定程度上受到测量天气的限制，致使测量质量和测量效率都产生相应下降。
4结束语
随着我国经济的不断发展与进步，国家对桥梁的结构以及质量给予了高度的关注和重视，不断研发和开创新型的桥梁结构试验检测方法和技术，以适应当今社会日益增长的建设需求，为国家桥梁的建设提供充足的保障。应变与挠度作为桥梁结构试验检测的两个物理量，对于整体桥梁结构试验检测起到了至关重要的作用。桥梁结构试验检测应变和挠度的测量方法既要考虑到实际的适用情况，又要根据实际的测量条件作出相应的变化。这就需要专业的工作人员不断研究和发展，开发出更适合桥梁结构试验检测的新方法，为我国桥梁结构的质量和安全提供坚实可靠的保证，以促进我国现代化建设的发展。
参考文献:
[1]曹少飞．桥梁结构试验检测应变和挠度测量新方法研究[J]．桥梁工程，2010，(3)．
[2]杜晚霞，邓苗毅．桥梁结构挠度测量装置及方法[J]．江苏桥梁，2005，(12)．
[3]王子秋，孙思思．分析桥梁结构试验检测应变与挠度测量方法[J]．桥梁工程建设管理，2010，(12)．
论文作者:王先锋
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/19
标签：应变论文; 桥梁论文; 挠度论文; 测量论文; 结构论文; 光纤论文; 光栅论文; 《基层建设》2017年5期论文;