撓度、應力、應變的幾種測試方法

1、撓度、應力應變測試方法目錄撓度測試方法應力應變測試方法結束語撓度測試一、撓度定義一、撓度定義撓度彎曲變形時橫截面形心沿與軸線垂直方向的線位移稱為撓度，用y表示。簡言之就是指梁、桁架等受彎構件在荷載作用下的最大變形，通常指豎向方向y軸的,就是構件的豎向變形。 撓曲線如圖，平面彎曲時，梁的軸線將變?yōu)橐粭l在梁的縱對稱面內的平面曲線，該曲線稱為梁的撓曲線。y = f ( x )二、撓度測試的現狀 撓度測試廣泛應用于橋梁工程中，橋梁的撓度變形是橋梁健康狀況評價的重要參數, 因此成為橋梁檢測試驗和健康監(jiān)測的重要指標。橋梁撓度的測量主要是對橋跨在恒載和活載情況下的撓度進行測量。因此在橋梁檢測、危橋改造以及新

2、橋驗收等方面都需要準確測量橋梁的靜、動態(tài)撓度值。大跨度橋梁撓度測量系統(tǒng)應該具有如下特點：(1)、能夠進行多點的長期在線、自動測量；(2)、受橋梁現場的塵埃、霧氣和濕度的影響??；(3)、具有較大的測量范圍和較高的測量精度；(4)、有較高的采樣頻率，以滿足動態(tài)撓度測量的需要。三、撓度測試方法 1、百分表法百分表法2、傾角儀測量撓度法、傾角儀測量撓度法3、連通管液位式撓度測量法4、光電成像撓度測量方法、光電成像撓度測量方法6、GPS撓度測量法撓度測量法5、全站儀撓度測量法 百分表百分表：一種精度較高的比較量具, 它只能測出相對數值,不能測出絕對數值, 主要用于測量形狀和位置誤差, 測量精度為0. 0

3、1 mm。原理原理：被測尺寸引起的測桿微小直線移動,經過齒輪傳動放大,變?yōu)橹羔樤诳潭缺P上的轉動,從而讀出被測尺寸的大小。優(yōu)缺點優(yōu)缺點:該法安裝與使用方便, 讀數可靠, 不受環(huán)境影響。但該法需要搭設工作支架和觀測腳手架, 而且觀測人員多, 不能自動記錄,觀測讀數費時, 僅適用于橋下可搭設支架的橋梁工程，不適合應用于大跨度纜索橋梁撓度測量中。 1、百分表法百分表法 目前除了傳統(tǒng)的機械式的百分表以外, 還研制了電子位移計, 數顯式百分表以及光柵式百分表。千分表的測量精度為0. 001 mm, 常用的量程有1 mm 和3 mm, 其結構及測試撓度的方法與百分表類似, 千分表只不過是多了一組放大齒輪。2

4、、傾角儀測量撓度、傾角儀測量撓度原理原理：利用結構有限元模型計算單位荷載在不同位置作用時的撓度曲線以此撓度曲線作為基準位移模式，而真實撓度為基準位移模式的線性組合；組合系數的確定采用對傾角測試數據進行最小二乘擬合的方法，有效的減小了測試誤差的影響。優(yōu)點優(yōu)點：傾角儀法具有精度高、價格低廉、測量范圍廣性能穩(wěn)定和方便安裝與維護等優(yōu)點。適用范圍適用范圍：采用傾角儀測量橋梁撓度不需現場測量基準及不受日光、雨、霧等影響, 測量范圍較大, 可實現一維/ 二維測量, 適合大、中型剛構結構橋梁的撓度測量。對各傾角儀之間的相位差、傾角儀的瞬態(tài)反應、傾角儀零漂等的要求較高。已在北京、九江、哈爾濱、大慶、烏魯木齊等地

5、的多座公路橋梁撓度測量中得到應用。仿真流程圖3、連通管液位式撓度測量基本原理基本原理：根據連通管的基本原理,將一個面積相對較大的容器放置在橋墩固定不變的位置上,連通管固定在橋體側壁上。如圖所示,假設液位離玻璃管頂部的高度為h1,當橋梁在某點發(fā)生豎向變形(撓度變化)h時,安置在該點的連通管也隨之在豎直方向下移h,因沿橋軸向上所有連通管的液位保持不變,液位離該點玻璃管頂部的高度從h1變化到h,可以看出h=h1-h. (1)。 即液位在玻璃管內的上升量就是該點的結構下沉量(撓度值),通過讀取有刻度玻璃管中液位的變化值,就得到了橋梁在該點的撓度值。優(yōu)缺點優(yōu)缺點：連通管法采用全封閉式,因此,其具有不受結

6、構多方位變形及橋梁現場日光、雨、霧影響等特點。然而,因采用該方法只能人工測量,人工測量畢竟采用人工讀數,且費時、費力,只適用于橋梁短期靜態(tài)撓度測量。在上海徐埔大橋、大佛寺長江大橋等就采用了連通管方法來測量橋梁撓度。連通管式光電液位監(jiān)測系統(tǒng)4、光電成像撓度測量方法、光電成像撓度測量方法原理原理：橋梁撓度光電成像測量系統(tǒng)主要由發(fā)光靶標和光電數字攝像機兩部分組成，發(fā)光靶標固定在橋梁梁體的待測部位,光電數字攝像機則通常固定在橋梁的橋墩上,如圖所示光電數字攝像機的成像光學系統(tǒng),將發(fā)光靶標成像在數字攝像機的光敏面上當橋梁在載荷的作用下發(fā)生位移y時,發(fā)光靶標亦隨橋梁從A點移動到B點產生y的位移,這就導致發(fā)光

7、靶標在攝像機像面上所成像點的位置相應地從A移動到B點產生y的變化量。光電成像撓度測量系統(tǒng)示意圖優(yōu)缺點優(yōu)缺點：具有非接觸、測量距離遠、測量精度高的優(yōu)點,不僅可用于橋梁建設中的施工監(jiān)控,還可進行長期在線監(jiān)測,具有非常廣闊的應用前景?？梢詫崿F二維動、靜撓度檢測，與計算機相連可使記錄分析實現自動化。 徐耀宇等人利用北京光電所生產的BJQN-4 型光電橋梁撓度檢測儀在金剛橋的成橋試驗中測量橋梁的動撓度, 取得很好的效果 ; 潘權等利用光電測試系統(tǒng)在東營黃河公路大橋進行動載試驗測試動撓度曲線, 從而分析了橋梁的動態(tài)性能。5、全站儀法撓度測量原理原理：利用全站儀內置的三角高程測量程序，直接觀測測站點和目標點

8、之間的高差，由于測站點保持不動，則加載前后的兩次高差之差即為目標點的撓度變化量。優(yōu)缺點優(yōu)缺點：全站儀法具有準備工作簡單，操作方便的優(yōu)點，不受縱坡大小的影響，測程也比水準儀法測量要遠。因此，全站儀法比較適合一些撓度變形量較大的大橋或特殊大橋的撓度測量。但受自然條件限制較大。全自動全站儀測量的方法在上海盧浦大橋和江陰長江大橋等的監(jiān)測系統(tǒng)中使用過。 鑒于人造衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System or GPS)具有高效、快速、全天候、全自動等優(yōu)點，因此可以引進GPS進行橋梁的撓度測量。同時直接測量橋梁的獨立三維實時位移，增強對橋梁結構健康監(jiān)測的可靠度。目前，GPS測量主要有

9、3種模式:靜態(tài)、準動態(tài)和動態(tài)，各種測量模式的觀測時間和測量精度有明顯的差異。在通常情況下，靜態(tài)測量的精度最高，一般可達毫米級的精度，但其觀測時間一般要1h以上。準動態(tài)和動態(tài)測最的精度一般較低，大量的實測資料表明，在觀測條件較好的情況下，其觀測精度為厘米級。因此，對于大撓度橋梁的檢測，由于撓度值較大，應用GPS觀測還是可以考慮的。 動態(tài)GPS監(jiān)測撓度的特點: (1)由于GPS是接收衛(wèi)星運行定位，所以大橋上各測點只要能接收到6顆以上GPS衛(wèi)星基準站傳來的GPS差分信號，即可進行RTK差分定位，各監(jiān)測站得到的是相互獨立的觀測值。 (2) GPS定位受外界大氣影響小，可以在暴風雨和大霧中進行監(jiān)測。 (

10、3) GPS測量位移自動化程度高。從接收信號，捕捉衛(wèi)星到完成RTK差 分位移都是由儀器自動完成，所測結果自動存人監(jiān)控中心。 (4) GPS定位速度快，精度高。6、GPS撓度測量撓度測量缺點缺點：利用GPS進行橋梁撓度測量。GPS雖然能實現動態(tài)實時、自動測量，但該系統(tǒng)價格昂貴，且測量精度較低，測點少、受外界干擾大，一般只能對大跨度橋梁進行測量，因此在使用范圍上有一定的局限性。在測量大跨度橋梁時，易受橋梁纜索的遮擋影響，造成GPS接收機接收不到部分衛(wèi)星信號，以及載荷變化造成天線氣泡易偏離，使觀測結果誤差過大。在虎門大橋的監(jiān)測系統(tǒng)中以及香港青馬大橋上就使用了GPS進行撓度監(jiān)測。 在當今土木工程行業(yè)中

11、,應力應變測量廣泛地應用于建筑、鐵路、橋梁、交通、大壩等結構上。結構的應力應變測試是工程人員進行結構設計優(yōu)化,了解結構受力狀態(tài)以及保證結構安全的一個很重要的環(huán)節(jié)。例如在大跨度橋梁的施工過程以及營運過程的長期健康監(jiān)測中,對關鍵截面的應力應變進行監(jiān)測,為橋梁的施工、營運、加固提供依據,確保結構安全是橋梁建設一個必不可少的環(huán)節(jié)。如何才能快速、準確地測量出我們所關心的結構的應力應變,是每一個工程人員十分關心的問題。應力應變測試應力應變測試1、電阻式應變片測量2、光纖光柵光纖光柵測量應力應變測試方法應力應變測試方法3、數顯千分表數顯千分表測量4、振弦傳感器振弦傳感器測量5、光彈性測量1、電阻式應變片測量

12、電阻式應變片電阻式應變片：電阻式應變片又稱為電阻應變計,簡稱應變片或電阻片,它是非電量電測中最重要的變換器。原理原理：是用電阻應變計測量結構的表面應變， 再根據應變應力關系確定構件表面應力狀態(tài)的一種試驗應力分析方法。測量時，將電阻應變片粘貼在零件被測點的表面。當零件在載荷作用下產生應變時，電阻應變計發(fā)生相應的電阻變化,用應變儀測出這個變化，即可以計算被測點的應變和應力。優(yōu)缺點優(yōu)缺點：電阻應變測試技術的優(yōu)點: 1) 靈敏度( 1 !) 和準確度( 約1 % 3 %) 高, 數據穩(wěn)定可靠; 2) 尺寸小、重量輕, 測試技術簡單, 可以應用于靜、動態(tài)測量; 3) 便于多點測量, 易于集中, 測量數據

13、便于記錄, 且能遠距離傳輸。電阻應變測試技術的缺點: 1) 對于應力集中部位的測量不夠準確; 2) 一般只能測量構件表面應變, 難于顯示其內部應變; 3) 輸出信號較小, 動態(tài)測量時, 接線往往需要采取屏蔽措施以防止干擾。 應變片電測技術作為一種無損檢測方法可用來了解建筑物結構的工作狀態(tài),從而在各類砼工程結構中得到了廣泛應用。2、光纖光柵光纖光柵測量原理原理：裸光纖光柵傳感器是一種未經封裝的傳感元件，它以裸光纖為載體，通常由纖芯和外面的保護層組成。其中纖芯的直徑僅為0.125 mm，光線在其內部進行全反射傳播。當芯層折射率受到周期性調制后，即成為Bragg 光柵，如圖 所示。 通過光纖光柵解調

14、儀監(jiān)測光柵反射光的波長，并通過相應的程序對測試數據進行計算、分析和處理，就能獲得光纖光柵傳感器處的應變值。光纖光柵測試方法特點光纖光柵測試方法特點：1）光纖光柵傳感器以光纖作為信號載體，傳感器體積小、重量輕，容易滿足被測結構件對狹小空間的安裝需求；另一方面，在使用傳感器密集的地方，從尺寸和重量上進行比較，幾乎沒有其他傳感器可以與光纖光柵傳感器進行媲美。2）屬于光學測量方法，抗電磁干擾，適合用于長距離信號傳輸。3）光學信號入射和反射線的輸入輸出回路僅為一根直徑0.25 mm 的光纖， 能夠極大地簡化測試系統(tǒng)結構。4）理論上，一根光纖上可以連續(xù)制作幾十個傳感器（被測對象變形越小，可以連續(xù)制作的傳感

15、器也越多），便于構成分布式傳感系統(tǒng)。3、數顯千分表數顯千分表測量 數顯千分表是利用數字測量顯示技術,對測量桿所感測到的直線位移進行讀數的一種精密測量器具。它可以進行任意的起始值設置,進行絕對測量、相對測量,可滿足特殊要求。數顯千分表是近年來發(fā)展較快的高技術產品,它讀數直觀、測量精度高、測量范圍大、功能齊全、以數字形式給出測量結果、無人為讀數誤差。它的這些特點讓它在土木、機械行業(yè)受到重視,特別在高精度、批量大、檢測速度快的場合顯示出它的優(yōu)越性。4、振弦傳感器測量 振弦式傳感器是目前國內外普遍重視和廣泛應用的一種非電量電測的傳感器。振弦傳感器直接輸出振弦的自振頻率信號,通過頻率的改變來反映被測構件

16、的應變大小。振弦傳感器具有抗干擾能力強、受電參數影響小、零點飄移小、受溫度影響小、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長等特點。5、光彈性測量原理：原理：光彈性法是利用光學原理進行應力應變測量中具有代表性的方法之一，而其他方法，如激光全息干涉法、散斑干涉法和云紋干涉法等由于視場測量范圍較小，一般在1 m 到1 mm 之間，常用于實驗室而很難滿足工程現場的測量需求。光彈性方法的優(yōu)點光彈性方法的優(yōu)點：1）屬于非接觸測量方法，具有電測方法不能達到的全場測量優(yōu)勢，既可以測量表面應力，也可測量內部應力。2）該方法直觀，能夠清晰地反映應力集中現象，不僅很容易找到應力集中的部位， 而且可以確定應力集中系數。光彈性方法的缺點光彈性方法的缺點：1）工藝比較復雜