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桥梁挠度影响线的测试
引 言
影响线是土木工程中的重要概念，桥梁挠度影响线基本概念就是单位力（广义力P=1）沿桥梁移动时，桥梁确定控制截面式位置竖向挠度与移动荷载位置的函数关系式曲线。桥梁挠度影响线综合反映了结构的边界条件、几何信息与物理信息，其中也反映了结构材料（如弹模）损伤等集中与结构刚度有关的信息。因此桥梁结构的挠度影响线可以用于桥梁结构的损伤诊断与评估，以及结构承载能力评估。桥梁影响线的指标有内力影响线，应力/应变以及挠度影响线等，内力影响线如弯矩影响线、剪力在桥梁结构设计中有广泛的应用。在实际运营桥梁评估中，挠度相对于应变而言，应变主要反映的局部指标，而挠度则是反映整体刚度的指标。从影响线涵义来讲，由力和位移互等定理，挠度影响线可以反映移动荷载在不同位置移动局部损伤信息。
而挠度影响线测试需要设备测试精度高、采样频率高，以及多点同时测试提取全桥控制截面测点才能真正用于桥梁结构损伤和承载能力评估。以前一直受制于传统挠度测试方法限制，难以同时对桥梁多个测点的进行挠度影响线的测试。中小跨径桥梁在我国桥梁中占有相当大的比例，其结构形式多以预制板梁、T梁等构成。采用挠度影响线测试方法对各主梁在不同车道上行驶下状态下测试，各主梁挠度影响线还可以反映桥梁横向荷载状况。
因此，毫米波雷达微变形技术发展为桥梁尤其是中、小跨径桥梁多主梁同时测试影响线提供了技术支持。
毫米波雷达挠度测试系统
毫米波雷达对于桥梁挠度影响线测试，可以在现场组成局域网，每台测试雷达实现对一片主梁进行测试，多台雷达通过控制采集系统可以实现对对台设备进行控制采集，实现对多点同步、实时动态采集，采样频率可达50Hz。采用毫米波雷达技术对多点桥梁挠度影响线进行测试现场组成见图1，图中桥梁上部结构由5片T梁组成的简支梁结构。
图1 影响线测试毫米波雷达系统布置
挠度影响线的测试流程
采用毫米波雷达对桥梁挠度影响线测试的流程见图2，主要包括桥梁基本资料收集、确定挠度影响线的控制断面和测点、制定影响线测试的方案、影响线的测试及影响线的提取。
图2 挠度影响线测试流程
挠度影响线测试
根据影响线测试的流程，其测试步骤主要包括5个步骤，具体如下：
1）桥梁基本资料收集
收集测试桥梁的基本资料，具体包括桥梁长度、宽度、桥梁上、下部结构型式，桥梁设计荷载等级基本资料。桥梁上部结构具体可以包括结构型式、主梁详细尺寸、连接方式等。
2）确定挠度影响线的控制断面和测点
根据收集资料对桥梁进行结构计算分析，具体分析桥梁结构理论影响线测试需要控制的截面，（如简支梁跨中控制截面），以及控制截面需要测点的数量及位置，具体来说对于预制拼装的桥梁（如预制板梁、T梁），测点数量可选择与主梁数量相同，对于其他结构的体系可根据计算分析来确定。对于图3中预制简支板梁，挠度影响线控制断面为跨中截面，测点选择5个测点。
图3 板梁影响线测点布置示意图
3）确定影响线的测试方案
确定影响线的测试方案，应根据已确定的控制截面和测点数和影响线测试的目的来进一步确定。如要对桥梁结构的损伤进行评估，可以根据桥梁外观检测结果，对损伤明显主梁对应位置进行车辆加载测试；对于桥梁承载能力荷载横向分布进行评定，可以对桥梁所有行车道作为测试车道。影响线测试时，测试车辆沿测试车道沿桥梁缓慢匀速行驶，采用毫米波雷达对测点挠度时程曲线进行测试。
4）影响线的测试
根据确定的方案对桥梁控制截面各测点的挠度影响线进行测试。具体测试方法：首先根据测点位置在现场布设毫米波雷达测试系统，依据确定方案实施测试。如利用桥梁挠度影响线对铰缝的工作性能进行评价，该桥上部结构由5片T梁组成的上部结构（见图4），其中桥面沿铰缝对用位置出现纵向裂缝，桥面为双向2车道，测试方案对2车道均作为测试位置来进行测试。
图4 T梁挠度影响线测试示意图
挠度影响线测点布设5个测点，利用加载车对车道1和车道2分别进行影响线测试。测试车道1行驶车辆的情况：首先布设5个毫米波雷达测点，设备布设完毕后进行系统调试，使系统处于正常工作状态；准备好测试影响线车辆，车辆停在测试桥梁一端，并使车辆停止在车道1对应位置处，做好测试准备工作；测试前打开毫米波雷达测试系统进入测试状态，5个测点数据进行调零；测试数据显示正常后将加载车沿车道1缓慢、匀速从桥梁一端驶入桥梁；待车辆驶出桥梁测试数据受车辆影响消除后停止采集。在车道1测试完毕后按照同样的方法对车道2行驶车辆的5片主梁跨中挠度影响线进行测试。
5）挠度影响线的提取
提取桥梁挠度影响线，需要对每一个测点的曲线进行数据拟合。在数据拟合时应考虑桥梁结构型式、理论影响线形状以边界的约束条件。将挠度时程曲线转化为以桥长（或跨径）为横坐标，挠度为纵坐标的曲线，然后采用曲线拟合方法来提取影响线，具体影响线坐标可以将挠度值除以车重，将挠度影响线数值变换为（mm/km）。图5为某简支T梁影响线测试提取的4片主要受力主梁的挠度影响线，将实测影响线同结构理论计算的挠度影响线进行对比可以判断桥梁结构工作状况。
图5 某简支梁4片主梁的实测挠度影响线
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