【52监测网】第83期 桥梁荷载试验新技术及设备研发
 52监测网专家报告分享-第83期 桥梁荷载试验新技术及设备研发 赵煜 旧桥检测与加固技术交通行业重点实验室 目录 一、研发背景 二、常用测试方法及新技术 三、结论与展望 内容简介 一、研发背景 •我国公路桥梁现状和发展对荷载试验测试方法提出更高要求。 •传统应变和挠度测试方法存在缺陷和不足，无法满足复杂环境下的大跨径桥梁静动力性能测试 •结合当前科技发展现状，主要开展了应变和挠度测试新方法的研究 二、常用测试方法及新技术 常用应变测试方法 机械式应变测量方法 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。其主要优点是读数直观、环境适应能力强、可重复性使用等；但缺点也是显而易见的，因此在桥梁应变测试中很少使用。 电阻式应变测量方法 •灵敏度高、尺寸小、易粘贴，易于实现数字化及其自动化测量等。 •高空作业粘贴操作不便，工作效率低，对工作人员技能要求高；应变测量值受现场环境温度、湿度影响很大；每次测量前都需要进行初平衡，不能长期观测；应变片为一次性使用，无法重复利用等。 光纤应变测量方法 •光纤传感器所传输的为波长信息，具有抗电磁干扰能力强，传输距离远，温度适应性好，灵敏度高，信号失真小等许多优点 •光纤传感器对应的解调仪价格比较昂贵，安装调试较繁琐，在桥梁静载试验中鲜见使用，主要应用于桥梁健康监测中。 •近年来在许多大桥上安装的光纤传感器失效，其原因有待深入研究 振弦式应变测量方法 •振弦式应变测量传感器是通过测量安装在传感器内部的钢弦振动频率而推算结构应变的一种应变测量方法。具有抗干扰能力强、信号失真小，测量值不受导线电阻及温度变化的影响、结构简单、制作与安装方便等优点。 •振弦式应变测量传感器的主要缺点是传感器在长期使用过程中钢弦易松弛，导致标定数值发生变化，从而产生无法估量的测试误差。 常用挠度测试方法 机械式挠度测量方法 电阻式挠度测量方法 激光挠度测量方法 水准式挠度测量方法 应用局限性 •机械式与电阻式挠度测量均需要搭设支架，效率低、费用高，适应性差。 •激光及水准式挠度测量一般只能进行桥面测量，无法进行横向多片主梁的挠度测量，且精度较差。 应变测试新技术——可装配式多用途应变测量传感器 针对目前荷载试验中应变测试存在的问题，研发的一种电阻式、全桥电路、双悬臂梁结构应变测量传感器。该传感器具有测值稳定、精度高、灵敏度高、抗干扰能力强、温度自补偿、适应性广、安装和拆卸方便等优点。 适用范围与优良性
国内外典型结构应变传感器性能比较表
无线应变测量传感器 •无线应变测量传感器是在多用途应变传感器的基础上，增加单通道应变采集器，配合对应的接收仪，可实现应变数据的无线采集和传输。 •由于不需要应变连接线，大大减轻了工作强度，提高了工作效率。单通道采集仪连续工作时间超过16小时，完全满足荷载试验需要。 应用展示
挠度测试新技术——远距离静动态挠度测试系统 基于图像技术，采用高精度图像采集器、高性能变焦长焦镜头及自动云台，可实现远距离高质量成像。经过处理得到待测目标的静、动态位移以及实时动态曲线。还可实现冲击系数、基频及阻尼比测试。 挠度测试新技术——远距离变形动态实时测量系统
基于图像技术，采用高精度图像采集器、高性能变焦长焦镜头及自动云台，可实现远距离高质量成像。经过处理得到待测目标的静、动态位移以及实时动态曲线。还可实现冲击系数、基频及阻尼比测试。 技术特征： 1） 高性能CCD，像素级解析，挠度测试精度高； 2） 高性能长焦镜头，测试距离远。 3） 静、动态测量均采用免靶标方式，测试效率高； 4） 能有效的对桥梁结构挠度实现多点动态测量； 测量模式： 横向挠度分布 通过横桥向多点静态位移同时测量方式，实现多梁式桥梁挠度远距离、非接触式精确量测。 纵向挠度分布 纵桥向自动扫描，实现桥梁纵向各个测点挠度曲线测试。 桥梁结构变形测量设备主要性能比较表
测量案例： 近距离静挠度测试 •桥梁概况：30m等截面预应力混凝土箱梁桥。 • 测试内容：跨中截面竖向挠度。 •测试距离： 35m •测试方法及主要参数：采用QBD-A型远距离桥梁挠度检测仪，无靶标测量模式，焦距150mm。斜向测试，阴天，温度1摄氏度，风力3级，交通正常通行。 •测试结果：在35m测试距离、150mm焦距、免靶标测量方式下，测点选择容易，读数稳定，测试精度高，测量速度快，测试结果良好。 中距离静挠度测试 •桥梁概况：五跨钢管混凝土系杆拱桥，跨径组合为50+50+80+50+50米。 •测试内容：80m测试孔跨中、1/4跨拱圈、加劲梁多点竖向变位。 •测试距离：150m •测试方法及主要参数：采用QBD-A型远距离桥梁挠度检测仪，无靶标测量模式，焦距250mm。斜向测试，阴天，温度3摄氏度，风力4级，交通正常通行。 •测试结果：在150m测试距离，250mm焦距时，可以同时获得80米主跨特征测点；在免靶标测量方式下，测点选择容易，不易脱靶；测试结果稳定，测试精度高，测量速度快，效率高。 远距离静挠度测试 •测试内容：数据稳定性测试 •测试距离：410m •测试方法：QBD-A型远距离桥梁挠度检测仪，无靶标测量模式，焦距600mm。阴天，温度3摄氏度，风力2级。 •测试结果：环境对测试结果有一定影响，下午及晚上测试效果好，实测精度<1mm，采用简易靶标效果略好。 超远距离静挠度测试 •测试内容：数据稳定性测试 •测试距离：1100m •测试方法：QBD-A型远距离桥梁挠度检测仪，无靶标测量模式，焦距600mm,晴天，温度12摄氏度，风力2级。 •测试结果：在环境状况良好前提下，测试精度在1mm以内。 测试案例：动态变形监测-沪通长江大桥，塔梁同步施工主塔变形实时监测 三、结论与展望 ➢ 针对荷载试验应变测试中存在的问题与不足，研发了相对应变测试的新型多用途应变传感器，可实现混凝土、钢结构、圬工结构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。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。 ➢提出了一种基于图像法的远距离挠度测试系统，可实现桥梁静、动态挠度远距离、非接触式精确测量，提高了挠度测试效率，也可应用于桥梁施工监控及运营期间挠度长期监测。
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2019-12-05
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