T/CCTAS 68—2023桥梁结构形变毫米波雷达法检测技术规程
1 范围
本文件规定了桥梁结构变形毫米波雷达法检测技术的检测设备、索力测试、静态挠度测试、动态挠度测试等内容。
本文件适用于公路、城镇桥梁结构的形变检测，铁路、水利等其他桥梁可参照使用。
2 规范性引用文件 规范性引用文件 规范性引用文件 规范性引用文件
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CJJ/T 233-2015 城市桥梁检测与评定技术规范
JT/T 1037 公路桥梁结构监测技术规程
JTG/T J21 公路桥梁承载能力检测评定规程
JTG/T J21-01-2015 公路桥梁荷载试验规程
3 术语和定义 术语和定义 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1 3.1
毫米波雷达 毫米波雷达 millimeter wave radarmillimeter wave radarmillimeter wave radarmillimeter wave radarmillimeter wave radarmillimeter wave radarmillimeter wave radar millimeter wave radar millimeter wave radarmillimeter wave radar millimeter wave radar millimeter wave radarmillimeter wave radar
工作在毫米波段（波长1mm～10mm）的雷达，其雷达电磁波频率范围为30GHz～300GHz。
3.2 3.2
距离像 range profilerange profile range profilerange profile range profilerange profilerange profilerange profile
用宽带雷达信号获取的目标散射点复子回波在雷达射线上投影的向量和。
3.3 3.3
空间分辨率 空间分辨率 spat ial resolutionial resolutionial resolutionial resolutionial resolutionial resolution ial resolutionial resolution ial resolutionial resolution
雷达设备能够识别的两个相邻目标的最小距离。
3.4 3.4
角反射器 角反射器 corner reflector corner reflectorcorner reflectorcorner reflector corner reflectorcorner reflector corner reflectorcorner reflector
利用金属板材制作的用于形变测试的雷达波反射器。
3.5 3.5
直达波 direct wave direct wavedirect wave direct wavedirect wavedirect wave direct wave
桥梁形变测量中沿形变方向直接传播到目标点的电磁波。
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3.6 3.6 3.6
回波 echo
雷达发射的电磁波被目标反射形成的信号，信号经雷达接收机接收和处理后在阴极射线管屏幕上产生踪迹，形成目标的图像。
4 基本规定 基本规定 基本规定
4.1 4.1 一般规定 一般规定 一般规定
4.1.1.1.1 .1.1 检测主要内容包括桥梁结构的索力、静态挠度和动态挠度等。
4.1.2.1.2 .1.2 应根据检测内容的要求选择合适的毫米波雷达设备，根据精度要求和分析参数设置合理的采样参数，并应符合JTG/T J21-01-2015的规定。
4.1.3 4.1.3 4.1.3 毫米波雷达设备应定期进行检定或校准，开展检测前应对设备功能进行核查。
4.1.4.1.4 .1.4 采用毫米波雷达技术进行桥梁形变检测时，符合下列规定：
a）测试时应保证雷达设备与目标之间的通视，不能被物体遮挡；
b）采用一台雷达对多目标进行测试时，测点布设应根据最小分辨率保证不同测点目标能被有效识别；
c）采用多台雷达进行桥梁变形动态测试时，宜保持各测点数据的同步采集。
4.1.5 4.1.5 4.1.5 现场检测应做好测试记录和数据存储。
4.2 4.2 检测工作流程 检测工作流程 检测工作流程 检测工作流程
4.2.1 4.2.1 4.2.1 检测工作流程应包括试验准备、现场试验和数据处理与分析三个阶段，可按图1执行。
图 1 桥梁形变检测工作流程 桥梁形变检测工作流程 桥梁形变检测工作流程 桥梁形变检测工作流程
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4.2.2 4.2.2 4.2.2 试验准备阶段工作应包括以下内容：
a）资料收集。资料收集应根据形变测试的内容来确定，并符合JTG/T J21-01-2015中3.2.2的相关规定；
b）现场踏勘或调研。主要内容包括桥梁结构形变检测的现场试验条件、桥梁状况以及实际交通状况等。
c）检测方案编制。根据形变检测的要求，结合现场检测条件编制索力、静态挠度、动态挠度测试的检测方案，宜包括测点布置、试验工况、加载位置及方法、测试方案等。
4. 2.3 现场试验阶段工作内容应包括：
a）现场准备。包括测点布置，仪器设备准备、试验组织，仪器设备安装调试等。
b）预加载试验。桥梁静载试验挠度测试时，为消除非弹性变形需要在正式试验前进行预加载试验。
c）正式试验。按照预定的试验方案进行相关试验，采集并存储各测点的数据。
4. 2.4 数据处理分析阶段工作内容包括：
a）数据分析。对原始测试数据进行处理与分析，提取索力、静态挠度、动态挠度分析评估需要的参数信息；
b）编制报告。根据变形数据分析结果，结合理论计算按照JTG/T J21-01或CJJ/T 233的规定对试验结果做出判断与评价，形成检测报告。
4.3 4.3 检测方案 检测方案 检测方案
4. 3.1 制定检测方案前，应根据变形测试内容收集桥梁基本信息、设计资料、竣工资料、历次检测及维修加固资料。
4. 3.2 桥梁结构形变采用毫米波雷达法检测应根据目的、内容以及要求制订检测方案，应包括但不限于以下内容：
a）桥梁概况：包括桥梁结构的基本信息、桥梁设计及竣工资料、历次检测及维修加固资料等。
b）桥梁检测目的、项目、技术要求和检测依据。
c）桥梁结构形变检测的范围、内容及毫米波雷达检测的方法。
d）检测仪器设备及辅助设备。
e）检测进度计划。
f）检测安全保证措施及交通组织方案。
g）质量保障措施。
5 检测设备 检测设备 检测设备
5.1 5.1 一般规定 一般规定 一般规定
5.1.1 5.1.1 5.1.1 检测设备一般包括毫米波雷达设备和角反射器、三脚架等辅助设备。
5.1.2 5.1.2 5.1.2 运输过程中应保证仪器设备安全，轻拿轻放，避免碰撞或强烈震动。
5.1. 5.1. 3 检测设备需定期进行保养、维护、清洁。
5.2 5.2 毫米波雷达 毫米波雷达 毫米波雷达
5.2.1 5.2.1 5.2.1 毫米波雷达由控制模块、发射天线、接收天线、数据采集软件等组成。
5.2.2.2.2 .2.2 毫米波雷达对检测目标区域进行连续采样，通过相邻采样信号间的干涉计算提取形变相位，计算桥梁目标测点形变量，原理见附录A。
5.2.3.2.3 .2.3 桥梁结构形变检测时，为增强电磁波的回波能量可在目标点布设角反射器，角反射器规格根据测试距离进行选择。
5.2.4.2.4 .2.4 利用直达波测试桥梁结构变形或测试拉索索力时不必布设角反射器。
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5.2.5.2.5 .2.5 采用角反射器对桥梁挠度进行测试时，应记录雷达与角反射器的竖向距离h或径向距离R、水平距离L，见图2。
图 2 雷达与角反射器位置关系 雷达与角反射器位置关系 雷达与角反射器位置关系 雷达与角反射器位置关系
5.3 5.3 角反射器 角反射器 角反射器
5.3.1 5.3.1 5.3.1 采用金属材料加工制作，由3块直角三角形板材组成，见图3。
5.3.2 5.3.2 5.3.2 安装时应保证在测点位置与桥梁结构刚性连接，防止反射器的抖动影响测试精度。
5.3.3 5.3.3 5.3.3 应根据测试距离选择角反射器的规格尺寸，确保回波信号能量能满足测试精度的要求，可根据表1建议选取。
图 3 角反射器示意 角反射器示意
表 1 角反射器尺寸与测试距离建议值 角反射器尺寸与测试距离建议值 角反射器尺寸与测试距离建议值 角反射器尺寸与测试距离建议值 角反射器尺寸与测试距离建议值 角反射器尺寸与测试距离建议值
序号
测试距离 R（m）
角反射器尺寸 a（cm ）
1
R≤10
15
2
10
20
3
20
25
4
50
35
5
100
50
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5.4 5.4 5.4 5.4 辅助设备
5.4.1 5.4.1 5.4.1 测试三脚架由支腿、测试云台和角度调节装置组成。
5.4.2 5.4.2 5.4.2 采用毫米波雷达进行形变检测时，应配备测距、测角的相关辅助测量工具。
6 索力测试 索力测试 索力测试
6.1 6.1 一般规定 一般规定 一般规定
6.1.1 6.1.1 6.1.1 索力测试采用频率法。
6.1.2 6.1.2 6.1.2 宜保持雷达发射、反射面与索体长度方向垂直，在雷达波束宽度覆盖范围内可同时对多根拉索进行索力测试。
6.1.3 6.1.3 6.1.3 雷达反射点位置宜布设在1/3～1/2索长的范围，避开端部受阻尼、减震装置等影响区域。
6.1.4 6.1.4 6.1.4 刚度较大的拉（吊）索可采用主动激励方式增强振动信号。
6.2 6.2 准备工作
6.2.1 6.2.1 6.2.1 收集桥梁结构拉索的索长、单位长度质量、拉索构造、减震装置、施工监控以及历次索力测试等资料。
6.2.2 6.2.2 6.2.2 索力测试前宜进行现场复查，包括现场测试条件、拉索状况及交通状况等。
6.3 6.3 现场检测
6.3.1 6.3.1 6.3.1 索力检测时，根据检测方案确定的位置安装雷达设备，调节雷达主机使其扇形波束宽度范围覆盖待测拉索。并符合以下规定：
a）应保证雷达与测试拉索或吊杆之间的通视，不能被物体遮挡。
b）斜拉桥拉索测试应选择合适的位置实现多根拉索索力同时测试，并能有效识别信号与拉索的对应关系。
c）因受雷达波束角的限制时，宜逐根进行测试，并按顺序记录构件的编号。
6.3.2 6.3.2 6.3.2 将雷达主机与采集控制电脑连接后进行调试，确保测试信号正常后才能开始测量。
6.3.3 6.3.3 6.3.3 多根拉索同时测试时，应根据振动信号的距离参数确保拉索与信号的一一对应。
6.3.4 6.3.4 6.3.4 索力测试时，应做好记录和数据存储，记录应包括拉索或吊杆编号、信号通道、数据存储信息等。
6.4 6.4 6.4 数据分析
6.4.1 6.4.1 6.4.1 毫米波雷达测试的振动数据，通过傅里叶变换提取拉索或吊杆的频率特征信息，利用拉索振动的频率特征计算分析拉索或吊杆的索力值，数据分析流程见图4。
图 4 索力数据分析流程 索力数据分析流程 索力数据分析流程
6.4.2 6.4.2 6.4.2 应根据拉索或吊杆振动信号的频谱特征正确识别其各阶振动频率，可利用拉索振动的倍频关系来判断。
6.4.3 6.4.3 6.4.3 当拉索或吊杆的一阶基频信号特征显著时，可利用基频来计算索力；当基频特征信号不明显时，
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可根据多阶自振频率计算频差差值，利用频率差值或多个频率差值的平均值代替基频计算索力。
6.4.4 6.4.4 6.4.4 应根据拉索或吊杆资料得到计算索力需要的参数，利用拉索的频率按照JTG/T J21-01-2015附录B的规定计算索力。
6.4.5 6.4.5 6.4.5 索力偏差率的计算可按照CJJ/T 233-2015中4.8.3的规定计算。
7 静态挠度测试 静态挠度测试 静态挠度测试 静态挠度测试
7.1 7.1 一般规定 一般规定 一般规定
7.1.1 7.1.1 7.1.1 采样频率不应低于1Hz。
7.1.2 7.1.2 7.1.2 当桥梁结构测点正下方便于布设仪器时宜采用直达波法进行测试，当直达波法不适用时需在测点安装角反射器。
7.1.3 7.1.3 7.1.3 毫米波雷达法利用直达波进行静态挠度测试，应符合以下规定：
a）雷达利用直达波对挠度进行测试，每台雷达对应一个测点；
b）测试时，雷达主机与目标间的视线方向与水平方向的夹角宜为90°。
7.1.4 7.1.4 7.1.4 测点采用角反射器进行静态挠度测试，应符合以下规定：
a）测点位于雷达设备波束角扇形区域内，一台雷达不能覆盖所有测点时可增加雷达数量;
b）角反射器具有一定刚度且与测点进行刚性连接，避免角反射器的抖动会产生测量误差;
c）角反射器的喇叭口朝向雷达主机方向，以获得较强的电磁波反射信号。
7.2 7.2 准备工作 准备工作 准备工作
7.2.1.2.1 .2.1 角反射器的安装应满足雷达设备最小空间分辨率的要求，测试断面两个测点不能位于雷达同一个径向分辨单元内，两个测点径向差Δr应大于最小空间分辨率。
7.2.2.2.2 .2.2 现场测点布设时，应根据最小空间分辨率调整雷达位置和角度，使两个测点间距为ΔL时，两个测点径向差Δr大于最小空间分辨率，见图5。
图 5 测点布设空间分辨率的要求 测点布设空间分辨率的要求 测点布设空间分辨率的要求 测点布设空间分辨率的要求 测点布设空间分辨率的要求
7. 2.3 加载测试前应通过测试软件确定测点位置，必要时通过其他测距设备进行校核。
7.3 7.3 现场检测 现场检测 现场检测
7.3.1 7.3.1 7.3.1 桥梁静载试验预加载过程中应对加载前、加载过程及卸载的挠度数据进行测试，以检验桥梁结构和设备的工作状态。
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7.3.2 7.3.2 7.3.2 采用直达波测试挠度时，宜使多台雷达设备时钟同步，系统调试正常后方可进行静态挠度的测试。
7.3.3 7.3.3 7.3.3 采用角反射器对桥梁静态挠度测试时，应通过软件确定测点对应关系，系统调试正常后方可进行静态挠度的测试。
7.4 7.4 数据分析 数据分析 数据分析
7. 4.1 利用直达波测试的数据不需要转换。利用角反射器测试的数据，小变形宜按直接投影法进行计算，大变形则应按几何关系法进行变换，见附录B。
7. 4.2 桥梁静载试验各级加载的数据应从雷达测试数据稳定部分提取。
7. 4.3 根据各加载工况测试的挠度值，按JTG/T J21-01-2015、CJJ/T 233计算桥梁挠度弹性值、挠度校验系数、残余变形。
7. 4.4 根据各级加载的荷载效率绘制荷载-挠度变形曲线。
8 动态挠度测试 动态挠度测试 动态挠度测试 动态挠度测试
8.1 8.1 一般规定 一般规定 一般规定
8.1.1 8.1.1 8.1.1 采用毫米波雷达测试主要用于桥梁动力特性和动力响应的分析。
8.1.2 8.1.2 8.1.2 利用测试数据分析桥梁动力响应时，采样频率应满足尼奎斯特定理；测试数据用于分析桥梁自振特性（自振频率和阻尼比）时，采样频率不宜小于分析频率的10倍。
8.1. 8.1. 3 桥梁动态挠度的测点应根据需要测试分析的参数来确定，其测点布设应满足JTG/T J21-01-2015的要求。
8.2 8.2 准备工作 准备工作 准备工作
8.2.1 8.2.1 8.2.1 动态挠度测试时准备工作按7.2进行。
8.2.2 8.2.2 8.2.2 根据分析参数选择合适的激励方式，准备激励设备，确定激励位置并作出相应的标记。
8.3 8.3 现场检测 现场检测 现场检测
8. 3.1 采集数据应包括整个动态测试过程。
8. 3.2 利用跑车试验对桥梁进行激励时，试验前应封闭交通以保证能采集到初始状态的数据，在车辆激励引起的振动完全衰减后方可停止采样。
8.4 8.4 数据分析 数据分析 数据分析
8. 4.1 自振频率宜采用波形分析法或频谱分析法；结构阻尼比宜采用波形分析法或半功率带宽法。
8. 4.2 采用波形分析法分析自振频率时，通过滤波的方法得到单一频率的波形。主要步骤应包括：
a）在动态挠度时程曲线上截取合适的测试数据；
b）按照JTG/T J21-01-2015中6.3.1的规定确定不同结构型式的桥梁需要分析频率的振动阶次；
c）根据桥梁结构需要分析的振动阶次以及对应的理论计算频率，选择合适的滤波器对振动信号进行滤波，得到仅含待分析频率的单一信号的振动波形；
d）在仅含待分析频率的单一振动信号提取多个周期波形的起、止时间坐标，计算其自振频率。
8. 4.3 采用频谱分析法分析自振频率时，主要步骤应包括：
a）在动态挠度时程曲线上截取合适的测试数据；
b）对截取的动挠度时程数据进行傅里叶变换，得到振动信号的频谱曲线；
c）根据桥梁结构理论计算的自振频率来从频谱信息中确定不同振动阶次对应的自振频率。
8. 4.4 采用波形分析法分析桥梁结构的阻尼比时，应根据待分析阶次的振动频率对振动信号进行滤波，
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得到仅含该阶振动的单一频率振动信号，按照振动幅值的对数衰减法计算阻尼比，见公式（1）。
D=12πnlnAi−Ai′ Ai+n−Ai+n′ ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… ………………………………………… （1）
式中 ：? —— 阻尼比 阻尼比 ；
? —— 参与计算的波个数，不小于 参与计算的波个数，不小于 参与计算的波个数，不小于 参与计算的波个数，不小于 参与计算的波个数，不小于 参与计算的波个数，不小于 3；
A i —— 参与计算的首波峰值； 参与计算的首波峰值； 参与计算的首波峰值； 参与计算的首波峰值； 参与计算的首波峰值；
Ai′ —— 参与计算的首波谷值； 参与计算的首波谷值； 参与计算的首波谷值； 参与计算的首波谷值； 参与计算的首波谷值； 参与计算的首波谷值；
Ai+n —— 参与计算的尾波峰值； 参与计算的尾波峰值； 参与计算的尾波峰值； 参与计算的尾波峰值； 参与计算的尾波峰值；
Ai+n′ —— 参与计算的尾波谷值。 参与计算的尾波谷值。 参与计算的尾波谷值。 参与计算的尾波谷值。 参与计算的尾波谷值。
8. 4.5 采用半功率带宽法分析桥梁结构的阻尼比，主要步骤应包括：
a）在动态挠度时程曲线上截取合适的测试数据，应截取车辆加载或其他激振方法激振后自由衰减的部分；
b）对选取的动挠度测试数据进行傅里叶变换，得到振动的频谱图；
c）根据桥梁结构理论计算的结果，结合待分析阶次阻尼在频谱曲线上确定其对应的自振频率；
d）在频谱图中利用半功率带宽法计算分析对应振动阶次的阻尼比。
8. 4.6 冲击系数可根据JTG/T J21-01-2015中6.6.5的规定利用单波形来计算，也可采用多个波形加权计算。
8. 4.7 采用单波形进行冲击系数分析时，其计算按照JTG/T J21-01-2015中6.6.5的规定计算。
8. 4.8 当采用单个波形计算冲击系数误差较大时，可以对多个波形进行计算，采用加权的方法进行计算，计算图示见图6。
图 6 加权平均法计算冲击系数示意 加权平均法计算冲击系数示意 加权平均法计算冲击系数示意 加权平均法计算冲击系数示意 加权平均法计算冲击系数示意
计算见公式（2）。 μ =ΣμiymeaniΣymeanini=1ni=1…………………………………… …………………………………… …………………………………… …………………………………… …………………………………… …………………………………… （2）
式中： ni—为动力效应时程曲线上第 个冲击系数 i处所对应的局部静态效应值（或局部最大值
与最小值的平均值）；
?—时程曲线上出现的有规律的波形峰值个数。
9 检测报告 检测报告 检测报告
9.1 9.1 报告应结论明确、用词规范、文字简练，对于容易混淆的术语和概念，以文字解释或图例、图像、图表说明。
9.2 9.2 报告应包括但不限于以下内容：
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a）项目概况；
b）桥梁结构形变检测目的、范围、内容、依据；
c）检测方法及设备；
d）检测实施情况；
e）检测数据和结果，包括典型的测点布置、挠度时程和频谱图、检测结果图表等。
