陶 劍

(杭州市交通工程試驗(yàn)檢測中心有限公司)

將靜動(dòng)載試驗(yàn)作用在橋梁之上，對橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力、強(qiáng)度、自振頻率以及沖擊系數(shù)等方面的測量，通過測量得出的數(shù)據(jù)了解橋梁工作的實(shí)際狀態(tài)以及承載能力。這樣就能夠在理論上掌握計(jì)算受力的狀態(tài)，對橋梁的承載能力有一個(gè)明確的了解，并且在試驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)平時(shí)難以觀察到的隱藏危害。了解橋梁實(shí)際的荷載能力，掌握橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作中的性能，對橋梁的工作狀態(tài)做出一個(gè)總體的評價(jià)，這樣有利于對橋梁進(jìn)行維護(hù)、檢修以及加固提供信息依據(jù)。

1 對可裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量傳感器的簡述

在橋梁荷載試驗(yàn)過程中主要對橋梁的應(yīng)變能力進(jìn)行觀測，最為常見的方法就是將應(yīng)變片直接作用在被檢測部位，但是應(yīng)變片常常會(huì)在高空下進(jìn)行檢測，所以在一般的時(shí)候操作并不是很方便，質(zhì)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(huán)境影響較大，所以產(chǎn)生的數(shù)值漂移很大，測量數(shù)據(jù)結(jié)果的可信度大大降低。在試驗(yàn)過程中如何減少外界對實(shí)驗(yàn)的影響，提升檢測效率以及數(shù)據(jù)的可信度是橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)應(yīng)該解決的問題?？裳b配式結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量傳感器作為一種設(shè)計(jì)合理、測試誤差小、安裝方便、具有更高的穩(wěn)定性、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，成功的應(yīng)用在眾多的橋梁試驗(yàn)中，能夠提升橋梁動(dòng)靜載試驗(yàn)的應(yīng)變檢測工作效率。應(yīng)變測量數(shù)據(jù)更加具有科學(xué)性。在橋梁動(dòng)靜載試驗(yàn)應(yīng)變測量中采用可裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量傳感器測量構(gòu)件應(yīng)變，因?yàn)閭鞲衅鞯姆€(wěn)定性，使測量得出的數(shù)據(jù)更加具有可靠性。在橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)應(yīng)變測量的過程中因?yàn)槭艿酵獠凯h(huán)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(yīng)變片上添加高精度溫度，提升應(yīng)變片的補(bǔ)償能力。經(jīng)過實(shí)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(shí)行，提升工作效率。橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)應(yīng)變測量要進(jìn)行大量的準(zhǔn)備工作，影響工作進(jìn)展的主要原因就是一些相對技術(shù)較強(qiáng)的工作只能在專業(yè)人員指導(dǎo)下進(jìn)行，例如貼片工作等。進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)的操作難度會(huì)大大的提升。利用可裝配式結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)變測量傳感器安裝技術(shù)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(chǎn)生，大大縮短了工作的時(shí)間。因?yàn)閭鞲衅黛`敏度的不同，所以在試驗(yàn)的過程中可以對測試通道進(jìn)行標(biāo)記，輸入不同的修正系數(shù)，這樣就在數(shù)量眾多環(huán)境較差的時(shí)候就很容易發(fā)生錯(cuò)誤，但是可以與裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量傳感器利用相同的修正系數(shù)，這樣就可以有同一種輸出靈敏度，這就為橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)應(yīng)變測量工作帶來方便，在試驗(yàn)的過程中利用系數(shù)就能夠解決具有相同問題的測量通道?？梢詫o動(dòng)載試驗(yàn)中傳感器的標(biāo)距進(jìn)行調(diào)控也可以節(jié)省更多的試驗(yàn)時(shí)間，在靜動(dòng)載試驗(yàn)中采用一輛跑車產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)變力比較小，所以在使用應(yīng)變片就很難檢測到動(dòng)應(yīng)變曲線。同樣的使用裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量傳感器測量動(dòng)應(yīng)變，能夠有效的提升傳感器的靈敏度，通過調(diào)節(jié)標(biāo)距，能夠增強(qiáng)輸入，這樣就能夠快速的檢測到動(dòng)應(yīng)變信號(hào)。國家已經(jīng)通過了相關(guān)的可裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量傳感器的專利申請

2 靜動(dòng)載試驗(yàn)工況以及荷載效率系數(shù)

進(jìn)行橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)可以采取很多種試驗(yàn)工況，對橋梁采用專業(yè)的程序進(jìn)行截面的測試工作，并且對影響線路圖的干擾進(jìn)行分析通過具體的線路可以對汽車的荷載工況進(jìn)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?qū)缯龔澗夭焕恢蒙?，將橫橋向看作偏載。

(2)按照L/4縱橋的方向?qū)缯龔澗夭焕恢蒙?，講橫橋向看作中載。

(3)在縱橋上對中正進(jìn)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(jìn)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(chǎn)生的不利位置，可以將橫橋方向看作中載。

在試驗(yàn)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(dòng)載試驗(yàn)產(chǎn)生的效率能夠充分的滿足試驗(yàn)的要求。

表1 試驗(yàn)工況荷載效率系數(shù)

3 橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)應(yīng)變測量原理

如圖1所示，將連桿的一端連接到設(shè)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(yīng)變儀連接，在使用的過程中將傳感器支座連桿設(shè)置在一起，并且利用膠粘貼在被測部分。當(dāng)構(gòu)件出現(xiàn)變化時(shí)，傳感器與支座出現(xiàn)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(jì)算出應(yīng)變數(shù)值。ΔL作為傳感器與支座產(chǎn)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(yīng)變測量傳感器構(gòu)造示意圖

根據(jù)以上的的情況我們可以得出傳感器進(jìn)行測量過程中的位移原理:傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為懸臂梁，懸臂梁受力會(huì)出現(xiàn)一定的撓度ΔL，根據(jù)材料力學(xué)可以得出懸臂梁端部截面彎矩等的表達(dá)形式。

表達(dá)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(xiàn)是懸臂梁軸力，θ是端部截面轉(zhuǎn)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(huì)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(xiàn)象關(guān)系，在理論上證明了傳感器能夠?qū)⑤斎肱c輸出保持在相同水平的線性關(guān)系，這樣有利于傳感器工作的正常開展。可以對傳感器的內(nèi)部安裝應(yīng)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(yīng)變儀。同時(shí)要在高分辨裝置上標(biāo)記位移Δ，同時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變儀作用下產(chǎn)生的的讀數(shù)要標(biāo)注ε，這樣就能夠推測數(shù)傳感器輸出靈敏度，同時(shí)可以進(jìn)行標(biāo)注工作

通過對上述公式的了解，說明ε儀是應(yīng)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(shù)值，ε=ΔL/L0=ε儀/KL0。經(jīng)過試驗(yàn)表明采取多組棱柱體進(jìn)行試驗(yàn)并且在試驗(yàn)的過程中對貼電阻片加裝應(yīng)變測量傳感器，并且經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比之后，得出的結(jié)論與之前的結(jié)論相吻合。

4 橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)闡述

4.1 橋梁靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)是橋梁在一定的位置上進(jìn)行的加載荷載試驗(yàn)，通過對橋面的控制截面進(jìn)行應(yīng)力增量，在進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)要在一定的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行，計(jì)算出在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的控制截面內(nèi)力影響線，將靜力計(jì)算產(chǎn)生的結(jié)果與荷載試驗(yàn)的結(jié)果相比較，在經(jīng)過施工控制得出橋狀態(tài)的恒載應(yīng)力確定橋的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)期望值是否相符，這樣能夠判定橋體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量以及運(yùn)行的程度。

4.2 動(dòng)載試驗(yàn)自振性試驗(yàn)

對橋梁進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)時(shí)可以采用脈動(dòng)法進(jìn)行測量。這種方法利用振動(dòng)的特點(diǎn)在結(jié)構(gòu)環(huán)境的激勵(lì)下研究的振動(dòng)特征。自振性試驗(yàn)并不需要采取振激設(shè)備，在靈敏度較高的傳感器以及相應(yīng)的譜分析軟件，就能夠得出結(jié)構(gòu)自振特性。每一個(gè)結(jié)構(gòu)都有一個(gè)固定的頻率，在相應(yīng)的位置原因下，結(jié)構(gòu)中存在的固有頻率能夠接近能力容易吸收，使物體結(jié)構(gòu)在這種頻率下的振動(dòng)能量增大。但是在結(jié)構(gòu)中存在的激勵(lì)能量確很難被吸收，甚至?xí)駝?dòng)能量，在這種情況下產(chǎn)生的振動(dòng)能量就會(huì)很小。

5 結(jié)束語

可裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量傳感器跨裂縫粘貼更加有利于對裂縫情況進(jìn)行監(jiān)測，隨時(shí)進(jìn)行情況觀察，這是普通應(yīng)變片不能做到的。

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