公路桥梁荷载试验应变数据异常问题

商东洋

摘 要：本研究与桥梁工程实测应变数据相结合，初步分析了公路桥梁荷载试验中存在的异常应变数据问题。围绕应变片粘贴工艺、环境、采集系统及桥梁结构存在的不足等方面对其主要原因进行分析，有针对性地提出了避免桥梁荷载试验应变数据异常的几点应对措施。

关键词：荷载试验;公路桥梁;数据异常

中图分类号：U446.1 文献标识码：A

0 前言

为实现对桥梁结构承载力的评估，关键在于应变测试数据应提高准确性。在桥梁荷载试验中以电阻应变效应为基础的电阻式应变片是比较常用的一种应变测试元件，根据惠斯通电桥原理将输出与应变具有正相关关系的电信号，但少部分测点在桥梁荷载试验中常见异常应变数据的情况。为提高对桥梁结构承载力评估的准确性，应比较分析应变异常数据，分析产生异常应变数据的主要原因。本研究较深入地分析了常见于桥梁荷载试验中的异常应变数据问题，探讨主要引发原因并有针对性地提出应对措施，对于提高桥梁荷载试验准确性具有比较重要的作用。

1 应变数据异常现象表现

异常应变数据在桥梁荷载试验中比较常见的情况为：一是开始荷载试验前，持续飘移的应变数据，将其调零的难度较大。二是在具体试验中，表现出偏大或偏小的应变绝对值，卸载后只有偏大或偏小的残余应变（产生的应变异常基本可以恢复）。三是试验前和试验过程中表现出正常的应变数据，但卸载后有较大残余的应变数据。

2 应变数据异常的主要原因

环境影响、桥梁结构问题、应变片与采集系统问题等都是异常应变数据产生的主要原因。

2.1 环境影响

环境主要有桥梁试验测点周围的温湿度及磁场等，针对大跨径桥梁而言，应变数据受温度的影响比较突出。在一些相对潮湿条件的环境下，缺乏完善的防潮措施，容易产生应变片具有正常电阻值而表现出偏小的应变数据问题。磁场环境主要是指移动通信信号塔或电视塔存在于桥梁周围而产生的电磁波信号干扰，近距离对讲机信号对采集仪产生干扰等导致出现异常的应变数据。对讲机在现场试验时应最小不小于10米距离，以尽量避免产生干扰。

2.2 桥梁结构问题

因桥梁结构问题产生异常的应变数据是一个关键原因，由于异常应变数据与桥梁结构安全及承载力具有直接关系，而蜂窝麻面的混凝土表面、横纵向裂缝等都是桥梁结构中的常见问题，进而使桥梁结构承载力有所降低。混凝土材质的蜂窝麻面较多时，表面难以紧密地粘结应变片，甚至导致应变片直接发生弯曲，对测试应变数据的准确性产生不利影响。裂缝通常有显式和隐式两种类型，显式裂缝主要是指通过肉眼或裂缝观测仪在桥梁荷载试验前后可对裂缝直接进行观察。隐式裂缝主要是指通过肉眼在试验前后无法观察到，但采用裂缝观测仪在试验中可对裂缝进行观察。相对于显式裂缝而言，应变测点在准备布置荷载试验过程中，应尽可能将此类裂缝尽量避开一定距离。针对与受力方向相垂直的一些较小裂缝，应变片跨缝粘贴容易导致测试中较大的应变数据，针对较大裂缝而言，如果应变片跨缝粘贴，有较大可能在试验中直接对其造成损坏，应变片与裂缝靠近粘贴也由于粘贴区域释放的混凝土应力导致偏小的应变数据。

2.3 应变片与采集系统问题

不只是应变片质量问题可导致应变数据异常，还有因为应变片粘贴工艺中存在诸如构件表面未能进行光滑打磨，造成构件表面无法紧密粘结应变片或与应变片粘结后密封不完全，一直在潮湿环境中暴露而发生受潮，这些也会导致应变数据异常。在荷载试验过程中的某连续刚构桥，应变测点分别布置在其箱内底板与顶板共4个。试验前准备贴片等工作，试验过程中因施工污水渗入到部分箱梁顶板中，导致位于底板部位的应变测点受潮比较严重，进而影响荷载试验的应变数据。因受潮使应变测点达不到较大的应变数值，而最大的校验系数为0.11。而在不同干燥条件下，截面顶板的不同测点具有正常的应变数据。受潮的应变测点中，尽管应变片具有正常的电阻值，但测量结果得到偏小的应变值。因此，在荷载试验过程中，只根据应变片电阻值无法对试验梁的承载力进行准确判断。采集系统不仅存在参数设置问题，还有地线不能良好接触产生静电干扰或强直流电对仪器设备干扰等都将造成应变数据产生的飘移程度较大。

3 荷载试验应变数据异常的主要应对措施

在公路桥梁荷载试验中，可采取以下措施减少应变数据异常。

3.1 应变片粘贴工艺

应变片粘贴质量对于测试应变数据的结果具有直接影响，因此在应变片粘贴中，使桥梁荷载试验明显减小异常应变数据的措施为：一是选点，在测试截面对粘贴应变片的位置进行选择时，应将混凝土表面中蜂窝麻面、微裂纹及空洞等较多的表面尽可能避开;二是打磨、清洁，粘贴应变片采用打磨方法使粘贴面更光滑，清洁主要是将对打磨后的砼表面是除去灰尘;三是打底，主要是对粘贴表面存在不光滑的小孔等进行处理，提供紧密的应变片粘贴平面，也使应变片底层避免受潮;四是贴片，底基层平面光滑后，将应变片粘贴，粘贴时在应变片与环氧树脂之间避免产生气泡，要求粘贴人员具有较高的技术熟练度。应变片应预留长度适宜的引出線，并对应变片引出线避免产生短路;五是线块、焊线粘结，采用接线块实现由应变片引出线过渡到与采集仪屏蔽线连接，具有对应变片端屏蔽线的固定作用，以免屏蔽线发生摆动导致破坏应变片的情况;六是防潮处理，对应变片粘贴质量检查符合要求后，处理应变片避免受潮，一般可应用环氧树脂材料。

3.2 工具式应变计

粘贴人员技术水平对于电阻应变片粘贴质量具有直接影响。近年来逐渐普及的工具式应变计使粘贴工艺降低了影响测试数据的程度，其主要优势在于：大部分是全桥电路，试验中可对温度进行有效补偿。采用结构封装方法，环境对其几乎无影响，难以被损坏，防潮作用较好。粘贴工艺简化对粘贴人员技术明显降低依赖性，无需较高成本，重复利用性高。

3.3 试验程序

试验程序严格可有效避免产生异常应变数据，在试验设计过程中，结合桥梁结构材料性能及受力特点对应变测点应布置合理。桥梁结构加载试验中，应严格遵循试验加载制度实施，诸如结构试验前进行预压，将桥梁结构中的非弹性变形消除，残余应变减小。应变数据采用合理持荷时间确保其稳定性，新桥荷载试验中通常不超过10分钟进行载持荷。若在试验中产生不稳定的应变数据，应对其引发原因进行分析，有时应用现场立即重复试验方法可确定产生异常应变数据的主要原因。

3.4 多参数校验

异常应变数据采用多参数校验方法是一个重要的分析方法，异常应变数据存在较大的解决难度时，可采取多参数校验方法分别分析其它截面、全桥脉动频谱及测试截面挠度等相关数据，对桥梁结构性能进行评定。由于截面局部应力通过应变数据进行客观反映，存在局限性，而结构整体刚度性能主要通过挠度与频谱数据进行客观反映，全局性的优势更为明显。

4 总结

综上所述，通过分析桥梁荷载试验中产生异常应变数据问题的主要原因，结合具体工程实例探讨应变数据受到难以发现的预应力结构隐式裂缝等因素对桥梁工程的影响，对桥梁荷载试验中异常应变数据降低发生率的应对措施进行了总结，对于提高桥梁结构建设质量具有十分重要的应用价值。

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