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微变形雷达在桥梁静载试验中应用

原作者: 朱尚清 来自: 检师学社 收藏 分享 邀请
 桥梁静载试验的挠度测试采用悬垂法(百分表)和微变形雷达两种方法进行测试,通过挠度校验系数对桥梁的承载能力进行评价。
 1、桥梁概况
 某桥梁跨径组合为6×30+30+60+120+60+30+4×30m(见图1),全长为606.08m,引桥全宽为10.50m,主桥全宽为12.5m,行车道宽为9.50m。该桥上部跨径为6×30m连续箱梁+(30+60+120+60+30)矮塔斜拉桥+4×30m连续箱梁,主桥为预应力钢筋混凝土斜拉桥,引桥为预应力混凝土连续箱梁,本文采用微变形雷达进行测试的桥梁为4×30m连续箱梁。

 图1 测试桥梁立面照
 2 桥梁静载试验方案
 本次静载试验采用弯矩等效方法进行,本桥引桥为连续箱梁,根据桥梁跨中截面的影响线进行等效换算。本次试验选取第14跨跨中截面为最大正弯矩工况,测试截面弯矩影响线见图2。加载荷载标准为公路-I级。荷载试验采用重车进行加载,跨中对称加载工况采用6辆重车分为4级进行加载,墩顶对称加载工况采用6辆重车分为4级进行加载,最大荷载效率系数控制在0.95~1.05范围内。

 图2  第14跨跨中截面弯矩影响线
 百分表挠度测试主要测试最不利位置桥梁跨中截面的挠度以及横向分布,每个断面布置7个挠度测点,挠度测点间距为1.0m,挠度测点布置如图3所示。微变形雷达挠度主要分析与图3中挠度测点4对应的挠度,其对应测点见图4中测点2。由于桥梁上部结构为连续箱梁,桥梁整体性较好,经理论分析桥梁在静载试验加载过程中横向挠度测点数值相差较小,本文挠度对比试验仅分析1个微变形雷达(观测点2)测点的对比数据。

 静载加载试验采用自卸式载重车进行加载,加载车辆为6辆300kN,其计算轴距及轴重见图5。桥梁加载分为四级加载,一级卸载方式进行静载试验,图6为第4级加载车辆布置图。

 图6 跨中对称4级加载车辆布置图(单位:cm)
 3、挠度测试原理
 (1)悬垂法测试
 悬垂法测试的原理就是在梁底粘贴木块,将自攻螺丝固定在木块上,通过细钢丝将铅锤悬挂在自攻螺丝上,为防止测量过程中铅锤受风的影响,将铅锤深入桥下挠度测试架。测试百分表通过磁性表座固定在挠度架底部钢板上,调节百分表位置使其与悬挂的铅锤底部接触。由于细钢丝的变形量可以忽略不计,铅锤的竖向变形即为桥梁挠度的变化,悬垂法测试见图7。

 图7 悬垂法测试挠度
 (2)微变形雷达测试原理
 对桥梁进行静载试验时,先将仪器置于桥底下面,调整仪器测量方向。在桥梁静载测试控制截面安装角反射器,仪器能测量出其中心到该测点(角反射器)的视线向长度(斜距)R及该视线向上长度的微小变化r(如图2所示)。要得到该测点在垂直方向的微小变化d,还需要进行必要的变换。为此,需要测量出仪器到桥底面的高度h,然后通过三角形相似关系,将视线向的变化量 r转换到垂直方向的变化量d,(见图8)即:

 图8 微变形雷达桥梁测试示意图
 静载加载过程分为四级加载后一次卸载的方式,试验过程中分别记录挠度数据为:加载前初读数、1级加载读数、2级加载读数、3级加载读数、4级加载读数以及卸载后读数总共6级读数。由于微变形雷达测试采用连续的方式,测试过程应分别记录在加载过程中6次读数的稳定时间,在测试过程中能实时显示整个加载过程中的挠度值。在后处理过程中结合现场记录的测试加载前、4次分级加载以及卸载的时间结合对雷达测试的挠度时程曲线,能明显发现各级加载后时程曲线呈明显的台阶状分布,选取对应时间点附近稳定波动曲线的平均值作为该级静载的挠度读数。图9为连续梁采用微变形雷达进行静载的现场测试场景图,角反射器布置在连续箱梁底面,在桥底对桥梁静载加载过程进行连续测试。

 图9 连续箱梁雷达静载测试现场
 4、挠度测试结果分析
 (1)悬垂法测试结果
 第14跨跨中最大正弯矩加载工况,各级荷载作用下测点的挠度实测值见表1。
 表1 第14跨跨中最大正弯矩加载各级荷载的测点实测挠度值

 (2)微变形雷达测试结果
 微变形雷达观测点2(同表1中4#测点同位置)的挠度测试数据见表2。

 表 2 微变形雷达测点在实测挠度值
 (3)挠度测试对比分析
 两种测试方法在各级荷载作用下的实测弹性挠度值见表3,各级加载挠度差值最大为0.15mm,第4级加载挠度值(以悬垂法测试结果为基准)偏差为2.4%。两种测试方法的挠度校验系数的结果见表4。

 从表4中可以看出,第14跨跨中最大正弯矩加载工况加载满载时跨中截面两种测试方法对应测点的挠度校验系数分别为0.76和0.78,测试结果吻合其偏差率为2.6%,挠度校验系数处于规范推荐区间[0.7,1.0],说明桥梁上部结构的刚度能够满足公路-I级荷载承载能力的要求。
 根据微变形雷达在实桥静载试验测试结果对比分析,其测试精度较高,满足静载试验的要求。微变形雷达采用的一种非接触测量方式同传统的挠度测试方法相比尤其广泛的适用范围,对于大跨径桥梁、桥下净空较高的桥梁,微变形雷达更能显示其优越性。

   本文来源:检师学社  作者:朱尚清    有删减,如涉及侵权请联系删除!

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