基于桥梁荷载试验中应变测量方法的研究

摘要：本文针对在预应力混凝土箱梁、T梁的桥梁荷载试验中应变测量存在的应变片粘贴工序复杂麻烦、导线在风等外力作用下引起与应变片连接处的晃动而导致测量数据偏差的问题。研究了关于预应力混凝土梁桥的荷载试验中应变测量的方法。得出了在预应力混凝土梁桥的荷载试验中可以不考虑温度对应变测量结果的影响，采用惠斯登电桥中1/4桥的连接方式测量应变的方法，避免在测点较多的桥梁荷载试验中出现由于采用半桥的连接方式而增加的大量温度补偿片中可能存在应变片的损坏、应变片粘贴工艺不合理、应变片连接板处不稳定等问题，减少了要求严格且复杂的应变片粘贴工序，从而提高试验的效率。本文将对新建的预应力混凝土桥梁进行现场的荷载试验，把采集到的大量实测数据与理论计算数据对比分析，证明采用1/4桥的连接方式是切实可行的，为目前桥梁竣工荷载试验中存在的问题研究提供参考。

关键词：桥梁荷载试验；应变测量；惠斯登电桥

中图分类号：TU113文献标识码： A

1前言

在我国现行的预应力混凝土梁桥荷载试验中是将主梁所受的弯矩作为控制量来计算试验的荷载效率，选取结构的跨中截面和墩顶截面作为观测静载应变、动载应变的测点位置。在目前的试验当中测量应变使用最多的应变片为电阻式应变片。电阻式应变片是传感元件要与所测点的梁体发生一致性的物理变形，才能确切的反应构件的真实应变。因此怎样保证在现场荷载试验中将复杂麻烦且要求严格的应变片粘贴技术高效完成一直是工程师们致力推进的工作，故采用惠斯登电桥中的1/4桥的连接方式，减少贴片数量，是其中解决途径之一。作者将本文的方法运用到仁怀至赤水高速公路的石梅寺Ⅱ号大桥、元厚互通主线I号跨线桥、土城特大桥引桥、孙家坪中桥进行试验验证，效果良好。

2工程概况

石梅寺Ⅱ号大桥左幅为3×20m装配式预应力连续梁，跨中横截面由四片小箱梁组成。桥面布置为（0.5+9.65+0.5）m。元厚互通主线I号跨线桥右幅为6×20m装配式预应力连续梁，横截面由四片小箱梁组成，桥面布置为（0.5+9.65+0.5）m。土城特大桥引桥左幅为3×30m预应力混凝土连续T梁，横截面由五片T梁组，桥面布置为（0.5+10.25+0.5）m。孙家坪大桥左幅为4×30m装配式预应力连续T梁，横截面由五片T梁组成。桥面布置为（0.5+9.65+0.5）m。

3静载试验

静载试验是桥梁结构试验中最基本的结构性能试验，主要用于模拟桥梁承受静荷载作用下的工作情况。分别选取石梅寺Ⅱ号大桥左幅、元厚互通主线I号跨线桥右幅、土城特大桥引桥左幅、孙家坪大桥左幅的第一联第一跨的中跨跨中截面和墩顶截面进行荷载试验。

预应力混凝土连续梁的力学模型可以简化为平面杆系结构，采用Midas Civil进行弯矩控制值的计算，确定荷载试验的加载车数量和加载位置。根据现场试验的需要选取的仪器为静态应变仪（UCAM-60B）、电阻式应变片(BQ120-80AA)、测点平衡箱（USB-70A），在测量电路中采用惠斯登电桥中1/4桥的连接方式。

将采集到的静应变数据进行修正并与理论计算值比较如下表3.1、3.2：

表3.1箱梁理论应变值与实测值比较 表3.2 T梁理论应变值与实测值比较

实测静载应变数据总体较稳定，应变值都是在合理的范围内出现波动，可以反应出预应力混凝土连续梁桥在静载试验下的真实应变，且与理论计算值相符合，没有出现由于缺少温度补偿片而导致实测应变值变大并且超出理论计算值的情况。说明在测量电路中采用1/4桥的连接方式来测量静载试验中的应变值是合理的。

4动载试验

桥梁在实际使用过程中除了受静荷载作用外，常常还受各种动荷载作用。解决桥梁工程振动问题，通常采用结构动力分析和试验研究相结合的方法。在本次试验中主要观测桥梁在动荷载作用下跨中截面的应变时程曲线并计算冲击系数，将收集到的实测值与理论计算值进行比较分析。选取的截面为静载试验中的中跨跨中截面，测点布置为截面的3#、4#梁。在试验中使用的仪器为INV1861应变调理仪、INV-3062T数据采集器以及相应软件进行动态测试数据后期分析处理，在测量电路中采用惠斯登电桥中1/4桥的连接方式。

根据验收动载试验目的及现场具体情况，采用跑车试验进行动力特性测试，跑车及刹车制动各工况时均采用单辆重车沿车行道中线行驶进行。在理论计算中将预应力混凝土连续梁的力学模型简化为平面杆结构，采用Midas Civil建模计算其第一阶面内（竖向）弯曲振动频率，通过经验公式0.1767lnf-0.0157计算理论冲击系数，与实测的冲击系数比较如表4.1所示：

表4.1 计算冲击系数和实测冲击系数比较

在1车以不同车速跑车和制动时，可以得到不同的动应变时程曲线。在动应变时程曲线中没有因为缺少了温度补偿片而在初始时刻出现难以调零的情况，能很好的反应桥梁在整个跑车和制动过程的动力特性和动力响应。根据采集到的动应变时程曲线进行动态测试数据后期分析处理，采用动应变与相对应的静应变相比再乘以动载效率计算在不同车速下的冲击系数。由表4.1可以得出石梅寺Ⅱ号的最大实测冲击系数为0.1324

5结束语

①在现场的桥梁荷载试验中，由于测试时间较短，温度在短时间内不会出现骤升和骤降的情况，对电阻式应变片的测量数据影响甚微。

②若在预应力混凝土箱梁的静、动应变测量电路中采用半桥的连接方式，在箱梁的底板上粘贴横向的温度补偿片，但实际上箱梁在受偏载时会产生扭转和畸变，出现横向应力，影响测量结果。

③通过预应力混凝土连续梁桥的现场静载试验、动载试验，将测试数据分析发现，不考虑温度的影响采用1/4桥的连接方式测得的应变数据稳定、合理。

参考文献：

(1)周明华.土木工程结构试验与检测（第2版）.东南大学出版社.2009

(2)范立础.桥梁工程上册.人民交通出版社.2001

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(4)叶见曙.结构设计原理（第2版）.人民交通出版社。2004

(5)邱顺东.桥梁工程软件Midas Civil应用工程实例.人民交通出版社.2011