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浅谈桥梁挠度的测试方法

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龙行天下 发表于 2019-3-1 00:33:11 | 只看该作者 |只看大图 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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     桥梁挠度测试是桥梁静动载试验测试的关键技术参数,静载试验通过桥梁挠度的测试对桥梁的静力刚度进行评价,动载试验通过动态挠度测试对桥梁的动刚度以及冲击系数、桥梁的行车性能进行综合评价。由于桥梁结构是跨越河流、山谷等地貌地形的构造物,桥下净空的高度以及桥下河流等对桥梁挠度测试的方法的选择都有一定的限制,考虑到挠度测试方法的适用范围、影响测试精度的因素等,桥梁试验中应选择合适的方法对桥梁挠度测试,才能提高测试的精度确保试验结果的评定准确。本文对桥梁挠度测试的方法、适用范围、测试原理以及测试过程中需要注意的问题进行梳理,以期对从事桥梁检测工作的同仁有所帮助。

一、桥梁挠度测试方法有哪些分类,各有哪些具体的测试方法?

桥梁挠度测试的方法按照静动态进行分类可以分为静态挠度的测试和动态挠度的测试两大类:
1、静态挠度的测试
    静态挠度测试的方法按照测试原理可以分为:机械式挠度测试、电子式挠度测试、电阻式挠度测试、光学类挠度测试、图像式挠度测试、激光类挠度测试、GPS挠度测试以及雷达类挠度测试等。机械式挠度测试方法最典型的是机械式百分表、千分表等测量方法;电阻式挠度测试采用电阻式位移计利用静态采集系统进行挠度测试;光学类挠度测试仪器传统的有精密水准仪、全站仪等测量设备,此外还有基于光电成像的桥梁挠度仪等;激光类挠度测试主要是利用激光测距的原理,通过激光位移计对桥梁静态度进行测试;图像式桥梁挠度测试方法有基于图像的桥梁挠度仪;GPS挠度测量主要是基于全球定位系统GPS对大跨径桥梁挠度进行静态差分进行静态挠度的测试;雷达类挠度测试主要是利用毫米波雷达对桥梁挠度进行测试。
    前面介绍的静态测试方法中有的仅能进行静态测试,有些方法除进行静态测试外还可以进行动态测试。
2、动态挠度的测试
    能进行动态挠度测试的方法有:电阻式挠度计、光学类的桥梁挠度仪、基于图像的桥梁挠度仪、GPS以及激光位移计和毫米波雷达以及位移拾振器等方法。

二、桥梁挠度测试方法的原理及实现桥梁挠度测试的具体方法?

    桥梁挠度测试各种方法的测试原理如下:
1、机械式百分表、千分表
    机械式百分表和千分表(见图1)仅能进行桥梁静态挠度的测试,其测试原理是利用机械式测量杆带动齿轮转动来读取位移变化量。机械式百分表和千分表进行桥梁挠度测试都需要使用相对固定不动的支架上进行测试,或将铅锤通过细钢丝吊在测试桥梁的主梁底面,由于细钢丝的变形量可以忽略不计,因此通过测试悬挂铅锤底面的竖向变形值即为桥梁的挠度值(见图2)。
图1 机械式百分表
图2 百分表进行挠度测试
2、电子百分表或挠度计
电子百分表或挠度计的测试原理同机械式百分表、千分表测试桥梁挠度的方法类似,可以利用固定支架或悬挂铅锤法进行测试,只是电子百分表的显示不是指针式,而是数显的方式(见图3)。
图3 数显百分表
3、光学类挠度测试仪器
1)高精度全站仪
    全站仪是集电子经纬仪、光电测距仪和数据记录于一体的测量仪器,通过测站读取斜距、竖直角和水平角来计算桥梁挠度的测试方法。
2)精密水准仪
    精密水准仪能够精密的整平视线和精确的读数,目前常用于桥梁挠度测试的仪器为精密电子水准仪,其将计算机电子与精密水准仪光学技术结合的新型精密水准仪(见图4)。
图4 精密电子水准仪
3)桥梁光电挠度仪
    桥梁挠度检测仪将专用靶标固定待测桥梁被测点,使靶标与桥梁有机的结合起来形成共振,将桥梁震动转换成特定波长的光源震动,通过光学解析系统将待测光信号解析至专用高精工业CCD,检测靶标在CCD上成像的中心坐标的变化即可精确测量被测桥梁在载荷作用下产生的纵向和横向位移及其对时间的响应曲线。
    前面介绍的光学类桥梁挠度测试设备,全站仪和精密水准仪由于采样频率跟不上仅能用于桥梁静态挠度的测试,而桥梁光电挠度仪可以进行静态测试也可以进行动态挠度测试。桥梁挠度仪进行静态挠度测试时需要在桥梁测试部位安装专用靶标,可同时进行多个点静态挠度的测试。静态挠度测试前需要对每个测点进行标定,仪器自动记录测试角度和距离,标定完一个靶标后进行下个靶标的标定,测试时桥梁挠度仪安装标定的靶标位置依次进行多个测点静挠度的测试(见图5)。桥梁挠度仪进行动态挠度测试时仅能对单点的挠度进行动态挠度时程曲线的测试。
图5 桥梁挠度仪现场测试
4、基于图像测量的桥梁挠度仪
    其测量原理:利用图像散斑识别技木及图像模糊识别技术,准确跟踪被测物上标识点及被测物上点与点之间的运动轨迹,准确测量物体的动静挠度位移。其主要特点:第一无需在被测点上安装靶标或标志点即可进行测量,在特殊工况下使用更为方便;第二:可同时测量多点动态挠度或者静态挠度,效率更快,精度更高;第三:可对挠度值同时进行两位测量,即纵向、尤其是横向的位移测量,解决目前所有仪器存在的技术壁垒;第四:可以采用先拍摄视频录像,事后再进行处理分析的方式,弥补现场测量可能存在的盲点或不足;第五:只需更换个别备件,即可实现多功能测量,比如用于材料力学分析(尤其是高低温、高速冲击、疲劳测试等特殊工况),应变等等。
5、GPS测量
    GPS的定位是利用卫星基本三角定位原理,GPS接收装置以测量无线电信号的传输时间来量测距离,以距离来判定卫星在太空中的位置,这是一种高轨道与精密定位的观测方式。GPS对于桥梁挠度的测量精度较低通常用于变形较大的大跨径桥梁的挠度测试,桥梁静载测试采用静态差分计算精度相对较高,动态挠度采用实时差分计算精度相对较低。
6、毫米波雷达测试方法
    测试原理:雷达首先发射天线(TX)馈送微波信号,信号经与目标的相互作用形成后向散射信号,最终被接收天线(RX)接收,经过相关信号与数据处理步骤,即可得到此次测量的一个采样复信号,其中包含了信号强度和观测相位值φ1 。雷达系统持续对辐射场区的目标进行采样,假设第二次采样开始时目标发生了形变Δr,那么雷达得到的第二个采样复信号就包含了相应的信号强度和观测相位值φ2。利用两次测量相位的变位来计算视线上距离的变化,采用干涉测量视线上距离的变化。
毫米波雷达可进行桥梁静态挠度、动态挠度测试,此外可以进行拉索索力测试以及拉索振动副职测试等。
图6 微变形雷达进行挠度测试

来源:捡师学社

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