撓度、應(yīng)力、應(yīng)變的幾種測(cè)試方法

1、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)林 試方法目錄撓度測(cè)試方法應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試方法結(jié)束語撓度測(cè)試一、撓度定義撓度 彎曲變形時(shí)橫截面形心沿與軸線垂直方向的 線位移稱為撓度，用y表不。簡言Z就是指梁、桁架等 受彎構(gòu)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(gòu)件的豎向變形。撓曲線如圖，平面彎曲時(shí)，梁的軸線將變?yōu)橐粭l 在梁的縱對(duì)稱面內(nèi)的平面曲線，該曲線稱為梁的撓曲二、撓度測(cè)試的現(xiàn)狀撓度測(cè)試廣泛應(yīng)用于橋梁工程中，橋梁的撓度 變形是橋梁健康狀況評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，因此成為橋 梁檢測(cè)試驗(yàn)和健康監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)。橋梁撓度的測(cè) 壘主要是對(duì)橋跨在恒載和活載情況下的撓度進(jìn)行測(cè) 量。因此在橋梁檢測(cè)、危橋改造以及新橋驗(yàn)收等方 面都需要準(zhǔn)確測(cè)量

2、橋梁的靜、動(dòng)態(tài)撓度值。大跨度 橋梁撓度測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：(1) 匸能夠進(jìn)行多點(diǎn)的長期在線、自動(dòng)測(cè)量；(2) 、受橋梁現(xiàn)場(chǎng)的塵埃、霧氣和濕度的影響??；(3) 、具有較大的測(cè)量范圍和較高的測(cè)量精度；(4) 、有較高的采樣頻率，以滿足動(dòng)態(tài)撓度測(cè)量的需 要。撓度測(cè)試方法廠1、百分表法、2、傾角儀測(cè)量撓度法>X連通管液位式撓度測(cè)量法 一亠一XmChH4、光電成像撓度測(cè)量方法5.全站儀撓度測(cè)量法6、GPS撓度測(cè)量法百分表：一種精度較高的比較量具，它只能測(cè)出相 對(duì)數(shù)值，不能測(cè)恤絕對(duì)數(shù)值，主要用于測(cè)量形狀和位 置誤差，測(cè)量精度為0. 01 mm。原理：被測(cè)尺寸引起的測(cè)桿微小直線移動(dòng)，經(jīng)過齒輪 傳

3、動(dòng)放大，變方指針左刻度盤上的轉(zhuǎn)動(dòng),從而讀出被狽 尺寸的大小。蘆優(yōu)缺點(diǎn):該法安裝與使用方便，讀數(shù)可靠，不受環(huán)境影 響。但該法需要搭設(shè)工作支架和觀測(cè)腳手架，而且觀 測(cè)人員號(hào),不能自動(dòng)記錄，觀測(cè)讀數(shù)費(fèi)時(shí)，僅適用于橋 下可搭設(shè)支架的橋梁工程，不適合應(yīng)用于大跨度纜 索橋梁撓度測(cè)量中。I 圖1.1百分表測(cè)雖撓度原理圖目前除了 4專統(tǒng)的機(jī)械式的百分表以外，還研制了電子位移計(jì), 數(shù)顯式百分表以及光柵式百分表。千分表的測(cè)量精度為0. 001 mm5常陰的量程有1 mm和3 mm5其結(jié)構(gòu)及測(cè)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。紐傾角儀測(cè)量撓度原理：利用結(jié)構(gòu)有限元模型計(jì)算單位荷載在不同位置

4、作用時(shí)的撓度曲線以此撓度曲線作為基準(zhǔn)位移模式, 而真實(shí)撓度為基準(zhǔn)位移模式的線性組合；組合系數(shù)的 確定采用對(duì)傾角測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合的方法， 有效的減小了測(cè)試誤差的影響。優(yōu)點(diǎn)：傾角儀法具有精度高、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍廣 性能穩(wěn)定和方便胃裝與維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。適用范圍：采用傾角儀測(cè)量橋梁撓度不需現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量基 準(zhǔn)及木受日光、雨、霧等影響，測(cè)量范圍較大，可實(shí) 現(xiàn)亡維/二維測(cè)量，適合大、中型剛構(gòu)結(jié)構(gòu)橋梁的撓 度測(cè)量。對(duì)各傾角儀之間的相位差、傾角儀的瞬態(tài) 反應(yīng)、傾角儀零漂等的要求較高。已在北京、九江、 哈爾濱、大慶、烏魯木齊等地的多座公路橋梁撓度 測(cè)量中得到應(yīng)用。仿真流程圖3.連通管液位式撓度測(cè)量基本原理：根據(jù)

5、連通筲的基本原理,將一個(gè)面積相對(duì)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(cè)壁上。如圖所示,假設(shè)液 位離玻璃管頂部的高度為hi,當(dāng)橋梁在某點(diǎn)發(fā)生豎向變形（撓度變化）Ah 時(shí)，安置在該點(diǎn)的連通管也隨Z在豎直方向下移Ah,因沿橋軸向上所有 連通管的液位保持不變，液位離該點(diǎn)玻璃管頂部的高度從hi變化到h,可 以看出 h=h1-h' YAvMO49i J:即液位在玻璃管內(nèi)的上升量就是該點(diǎn)的結(jié)構(gòu)下沉量（撓度值），通過 讀取有刻度玻璃管屮液位的變化值，就得到了橋梁在該點(diǎn)的撓度值。連通管式光電液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)ss優(yōu)缺點(diǎn)：連通管法釆用全封閉式，因此，其具有不受結(jié)構(gòu)多方位變 形及橋梁現(xiàn)場(chǎng)日光、

6、雨、霧影響等特點(diǎn)。然而，因采用該方法只 能人工測(cè)量,人工測(cè)量畢竟采用人工讀數(shù)，且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,只適用 于橋梁短期靜態(tài)撓度測(cè)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(cè)量橋梁撓度。4、光電成像撓度測(cè)量方法原理：橋梁撓度光電成像測(cè)量系統(tǒng)主要由發(fā)光靶標(biāo)和光電數(shù)字 攝像機(jī)兩部分組成，發(fā)光靶標(biāo)固定在橋梁梁體的待測(cè)部位，光電 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)則通常固定在橋梁的橋墩上，如圖所示光電數(shù)字?jǐn)z像 機(jī)的成像光學(xué)系統(tǒng),將發(fā)光靶標(biāo)成像在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的光敏面上當(dāng) 橋梁在載荷的作用卜發(fā)生位移時(shí),發(fā)光靶標(biāo)亦隨橋梁從A點(diǎn)移 動(dòng)到B點(diǎn)產(chǎn)生Zky的位移，這就導(dǎo)致發(fā)光靶標(biāo)在攝像機(jī)像面上所丿必條 像點(diǎn)的位置相應(yīng)地從A移動(dòng)到H點(diǎn)產(chǎn)

7、生的變化量。F 優(yōu)缺點(diǎn)：具有非接觸、測(cè)量距離遠(yuǎn)、測(cè)量精度高的 優(yōu)點(diǎn),不僅可用于橋梁建設(shè)中的施工監(jiān)控，還可進(jìn)行 長期在線監(jiān)測(cè)，具育非常廣闊的應(yīng)用前景?？梢詫?shí)現(xiàn) 二維動(dòng)、靜撓度檢測(cè)，與計(jì)算機(jī)相連可使記錄分析 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。光電成像撓度測(cè)量系統(tǒng)示意圖徐耀宇等人利用北京光電所生產(chǎn)的BJQN-4型光 電橋梁撓度檢測(cè)儀在金剛橋的成橋試驗(yàn)中測(cè)量橋梁 的動(dòng)撓度，取得很好的效果；潘權(quán)等利用光電測(cè)試系 統(tǒng)毎東營黃河公路人橋進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試動(dòng)撓度曲 爍從而分析了橋梁的動(dòng)態(tài)性能。5.全站儀法撓度測(cè)量原理：利用全站儀內(nèi)置的三角高程測(cè)量程序，直接觀測(cè)測(cè)站點(diǎn) 和目標(biāo)點(diǎn)Z間的高差，由于測(cè)站點(diǎn)保持不動(dòng)，則加載前后的兩 次高差之差

8、即為目標(biāo)點(diǎn)的撓度變化量。fj優(yōu)缺點(diǎn):全站儀法具有準(zhǔn)備工作簡單，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，不受縱坡大小的影響，測(cè)程也比水準(zhǔn)儀法測(cè)量要遠(yuǎn)。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(cè)量。但受自然條件限制較大。全自動(dòng)全站儀測(cè)量的方法 在上海盧浦大橋和江陰:長江大橋等的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用過。尸 鑒于人造衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System or GPS)具有高效、I快速、全天候、全首動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因此可以引進(jìn)GPS進(jìn)行橋梁的撓度測(cè)量。同時(shí)直接測(cè)量橋梁的獨(dú)立三維實(shí)時(shí)位移，增強(qiáng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的可I靠度。目前，GPS測(cè)量主要有3種模式:靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)，各種測(cè)量 模式的

9、觀測(cè)時(shí)間和測(cè)量精度有明顯的差異。在通常情況下，靜態(tài)測(cè)量的 精度最高，一般可達(dá)亳米的精度，但其觀測(cè)時(shí)間一般要1h以上。準(zhǔn)動(dòng) 態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)最的精度一般較低，大量的實(shí)測(cè)資料表明，在觀測(cè)條件較縱 的情況下，其觀測(cè)精度為厘米級(jí)。因此，對(duì)于犬撓度橋梁的檢測(cè)，宙茅 撓度值較大，應(yīng)用GPS觀測(cè)還是可以考慮的。f 動(dòng)態(tài)G PS監(jiān)測(cè)撓度的將點(diǎn)：(1)由于GPS是接收衛(wèi)星矩行定位，所以大橋上各測(cè)點(diǎn)只要能接收到6顆 以上GPS衛(wèi)尋基準(zhǔn)站傳來的GPS差分信號(hào)，即可進(jìn)行RTK差分定位，各 監(jiān)測(cè)站得到的是相互獨(dú)立的觀測(cè)值。(2) GPS定位受外界大氣影響小，可以在暴風(fēng)雨和大霧中進(jìn)行監(jiān)測(cè)。(3) GPS測(cè)量位移目動(dòng)化程度高。從

10、接收信號(hào)，捕捉衛(wèi)星到完成RTK差 分位移都是由儀器口動(dòng)完成，所測(cè)結(jié)果自動(dòng)存人監(jiān)控中心。(4) GPS定位速度快，精度高。缺點(diǎn)：利用GPS進(jìn)行橋梁撓度測(cè)量。GPS雖然能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)、 自動(dòng)測(cè)量，但該系統(tǒng)價(jià)格昂貴，且測(cè)量精度較低，測(cè)點(diǎn)少、受 外界干擾大，一般只能對(duì)大跨度橋梁進(jìn)行測(cè)量，因此在使用范 圍上有定的局限性。在測(cè)量大跨度橋梁時(shí)，易受橋梁纜索的 遮擋影響，造成GPS接收機(jī)接收不到部分衛(wèi)星信號(hào)，以及載荷 變化造成天線氣泡易偏誘，使觀測(cè)結(jié)果誤差過大。在虎門大橋 的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中以及香港青馬大橋上就使用了 GPS進(jìn)行撓度監(jiān)測(cè)片卑r ' ; r I應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試在當(dāng)今土木工程行業(yè)中，應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量廣泛

11、地應(yīng)用于建筑、 鐵路、橋梁、交通、大壩等結(jié)構(gòu)上。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試 是工程人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，了解結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)以及保證 結(jié)構(gòu)安全的一個(gè)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(yùn)過程的長期健康監(jiān)測(cè)中，對(duì)關(guān)鍵截面的應(yīng)力應(yīng)務(wù) 變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為橋梁的施工、營運(yùn)、加固提供依據(jù)，確保結(jié)禱 安全是橋梁建設(shè)一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。如何才能快速、準(zhǔn) 確地測(cè)量出我們所關(guān)心的結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變，是每一個(gè)工程人 員十分關(guān)心的問題。應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試方法0、電阻式應(yīng)變廳測(cè)量2.光纖光柵測(cè)量測(cè)量對(duì)氏電阻應(yīng)變片電阻式應(yīng)變片：電阻式應(yīng)變片又稱為電阻應(yīng)變計(jì)，簡稱應(yīng)變片 或電阻片，它是非電量電測(cè)中最重要的變換器。原理：是用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)

12、量結(jié)構(gòu)的表面應(yīng)變,再根據(jù)應(yīng)變一 應(yīng)力關(guān)系確定構(gòu)祥表面應(yīng)力狀態(tài)的一種試驗(yàn)應(yīng)力分析方法。 測(cè)量時(shí)，將電阻應(yīng)變片粘貼在零件被測(cè)點(diǎn)的表面。當(dāng)零件在 載荷作用F產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，電阻應(yīng)變計(jì)發(fā)生相應(yīng)的電阻變化，用 應(yīng)變儀測(cè)出這個(gè)變化，即可以計(jì)算被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變和應(yīng)力。優(yōu)缺點(diǎn):電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1）靈敏度（1 V!）和準(zhǔn)確 度（約1 % 3 %）高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠；2）尺寸小、重量輕，測(cè) 試技術(shù)簡單，可以應(yīng)用于靜、動(dòng)態(tài)測(cè)量；3）便于多點(diǎn)測(cè)量，易 于集中，測(cè)量數(shù)據(jù)便于記錄，且能遠(yuǎn)距離傳輸。電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)的缺點(diǎn)：1）對(duì)于應(yīng)力集中部位的測(cè)量不夠 準(zhǔn)確;2） -般只能測(cè)量構(gòu)件表面應(yīng)變，難于顯示其內(nèi)部應(yīng)變； 3）輸出信號(hào)

13、較小，動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，接線往往需要采取屏蔽措施 以防止干擾。弓I釵換毀爲(wèi)干圖I電阻應(yīng)變片安裝示意圖應(yīng)變片電測(cè)技術(shù)作為一種無損檢測(cè)方法可用來了解建筑物 結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，從而在各類殮工程結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用。2.光纖光柵測(cè)量原理：裸光纖光柵傳感器是一種未經(jīng)封裝的傳感元件，它以裸光 纖為載體，通常由纖芯和卜面的保護(hù)層組成。其中纖芯的直徑僅 為0.125 mm,光線在其內(nèi)部進(jìn)行全反射傳播。當(dāng)芯層折射率受 到周期性調(diào)制后，即成為Bragg光柵，如圖所示。光纖了三2瓦陽櫥包層纖芯（力）紫外光干 涉圖案入射I4圖2光纖Bragg光柵測(cè)輦原理圖通過光纖光柵解調(diào)儀監(jiān)測(cè)光柵反射光的波長，并通過相應(yīng)的 程序?qū)y(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)

14、行計(jì)算、分析和處理，就能獲得光纖光柵傳感 器處的應(yīng)變值。光纖光柵測(cè)試方趙點(diǎn)：1）光纖光柵傳感愿以光纖作為信號(hào)載體，傳感器體積小、重鑿 容易滿足被測(cè)結(jié)構(gòu)件對(duì)狹小空間的安裝需求；另一方面，在使臚 傳感器密集的地方，從尺寸和重量上進(jìn)行比較，幾乎沒有其他傳 感器可以與光纖光柵傳感器進(jìn)行媲美。2）屬于光學(xué)測(cè)量方法/抗電磁干擾，適合用于長距離信號(hào)傳輸。3）光學(xué)倚發(fā)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(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4）理論上根光纖上可以連續(xù)制作幾十個(gè)傳感器（被測(cè)對(duì)象變 形越小，可以連續(xù)制作的傳感器也越多），便于構(gòu)成分布式傳感 系統(tǒng)。5.光彈性測(cè)量數(shù)顯千分表是利用數(shù)字測(cè)

15、量顯示技術(shù)，對(duì)測(cè)量桿所感測(cè)到 的直線位移進(jìn)行蟻數(shù)的一種精密測(cè)量器具。它可以進(jìn)行任意 的起始值設(shè)置，進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量、相對(duì)測(cè)量，可滿足特殊要求。數(shù) 顯千分表是近年來發(fā)展較快的高技術(shù)產(chǎn)品，它讀數(shù)直觀、測(cè)量 精度高、測(cè)量范囲大A功能齊全、以數(shù)字形式給出測(cè)量結(jié)果、 無人為讀數(shù)誤差。它的這些特點(diǎn)讓它在土木、機(jī)械行業(yè)率幾 重視，特別在高精度、批量大、檢測(cè)速度快的場(chǎng)合顯示出前 優(yōu)越性。7匚振廡感器測(cè)量“振弦武;傳感器是目前國內(nèi)外普遍重視和廣泛應(yīng)用的一 種非L電里由測(cè)的傳感器。振眩傳感器直接輸出振弦的自振 頻率信號(hào)，通過頻率的改變來反映被測(cè)構(gòu)件的應(yīng)變大小。 振眩傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)、受電參數(shù)影響小、零點(diǎn)飄 移小、受溫度影響小、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長等特點(diǎn)。原理：光彈性法是利用光學(xué)原理進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量中具有代表性 的方法之一，而箕他方法，如激光全息干涉法、散斑干涉法和云 紋干涉法等由于視場(chǎng)測(cè)量范圍較小，一般吞1 pm到1 mm之間， 常用于實(shí)驗(yàn)室而很難滿足工程現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量需求。光彈性方法的優(yōu)點(diǎn)：1）屬于非接觸測(cè)量方法，具有電測(cè)方 弗 法不能達(dá)到的全場(chǎng)測(cè)量優(yōu)勢(shì)，既可以測(cè)量表面應(yīng)力，也可測(cè) 量內(nèi)部應(yīng)力。2）該方法直觀，能夠清晰地反映應(yīng)力集中現(xiàn)象，不僅很容易 找到應(yīng)力集中的部位，而且可以確定應(yīng)力集中系數(shù)。光彈性罐的缺點(diǎn)：1）工藝比較復(fù)雜，測(cè)量周期