簡論橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測應(yīng)變和撓度測量方法.pdf

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1、簡論橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測應(yīng)變和撓度測量方法姚育文(中鐵十八局軌道交通公司)摘要：應(yīng)變與撓度作為橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測的兩個(gè)物理量，對(duì)于整體橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測起到了至關(guān)重要的作用。本文旨在研究橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測應(yīng)變和撓度測量方法．從應(yīng)變電測技術(shù)、光纖應(yīng)變測試方法、鋼弦式應(yīng)變測量傳感器以及新型的撓度測量方法的角度詳細(xì)進(jìn)行闡述，為我國橋梁檢測的發(fā)展提供一些可行性的思路。關(guān)鍵詞：應(yīng)變；撓度烈量；橋梁結(jié)構(gòu)；試驗(yàn)檢泓；方法中圖分類號(hào)：U‘輯6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672—4011(2012)05一0087—020前言隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展

2、與進(jìn)步，國家對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量給予了高度的關(guān)注和重視，不斷研發(fā)和開創(chuàng)新型的橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測方法和技術(shù)，以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)日益增長的建設(shè)需求，為國家橋梁的建設(shè)提供充足的保障。應(yīng)變和撓度作為橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測的兩個(gè)物理量，直接關(guān)系著整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量，具有至關(guān)重要的意義。如何提高橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測應(yīng)變和撓度的測量方法是我們當(dāng)前所面臨的主要問題，筆者結(jié)合多年的橋梁結(jié)構(gòu)檢測經(jīng)驗(yàn)，從理論和實(shí)際操作兩方面詳細(xì)分析檢測應(yīng)變和撓度的新方法和新技術(shù)，為我國橋梁檢測指明方向和思路。l橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測的實(shí)際意義以及應(yīng)變與撓度的概念分析科學(xué)

3、試驗(yàn)是理論發(fā)展的前提，更是檢測理論的最好方法。當(dāng)前我國對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的理論分析眾多，但是對(duì)于實(shí)際的橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測仍處于相對(duì)落后的狀態(tài)。加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測的力度和強(qiáng)度不僅為推動(dòng)了橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論的發(fā)展，更為實(shí)際的橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)起到了無可替代的促進(jìn)作用。我國的橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測主要是針對(duì)橋梁本身設(shè)計(jì)的原型結(jié)構(gòu)以及橋梁模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)有效地檢測和試驗(yàn)，其中主要由試驗(yàn)準(zhǔn)備工作、理論計(jì)算工作、實(shí)際現(xiàn)場試驗(yàn)工作以及試驗(yàn)和理論分析整理工作等部分構(gòu)成的，目的在于核實(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力大小以及使用和應(yīng)用的具體條件；評(píng)估和測量已有橋梁的

4、實(shí)際使用性能和基本的承載能力；分析橋梁結(jié)構(gòu)中每個(gè)構(gòu)件的具體受力程度，總結(jié)橋梁結(jié)構(gòu)中構(gòu)建受力的基本規(guī)律。應(yīng)變與撓度作為橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測的兩個(gè)物理量，對(duì)于整體橋梁結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)檢測起著決定性的作用。其中，應(yīng)變主要指的是橋梁構(gòu)件中的任意一點(diǎn)由于受到外力的作用而發(fā)生構(gòu)件形狀或大小以及尺寸上的相應(yīng)變化。應(yīng)變大致分為線應(yīng)變、切應(yīng)變以及一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)。每一種應(yīng)變方式的變化角度和變化范圍都有所不同，但目的都在于測量物體本身的承受力大小以及適應(yīng)能力，以保障物體的安全運(yùn)行。撓度主要強(qiáng)調(diào)的是橋梁、桁架等具體的受彎部件在強(qiáng)力的荷載作用下所產(chǎn)生的

5、最大程度的變形，一般都以Y軸的變形為主，又被稱為部件的豎向變形。2橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測應(yīng)變的測量方法2．1應(yīng)變電測的檢測技術(shù)應(yīng)變電測的檢測技術(shù)主要是指：利用應(yīng)變片將橋梁中所能產(chǎn)生的各種力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻變化，并通過專業(yè)的設(shè)備儀器將電阻在轉(zhuǎn)化為電力、電壓以及功率進(jìn)行輸出，依據(jù)設(shè)備儀器中所顯示的讀數(shù)，達(dá)剄測量的目的。具體操作轉(zhuǎn)化流程見圖1。電阻應(yīng)變片l[測量線路l[效大器l臣指示儀表或者記錄儀器圖l電阻應(yīng)變片測量轉(zhuǎn)化流程應(yīng)變電的測量技術(shù)主要具有以下優(yōu)勢：測量速度快、測量結(jié)果精確且靈敏度高；自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集以及多點(diǎn)同步測量的應(yīng)用；

6、遙控檢測以及遠(yuǎn)距離測量的應(yīng)用；操作簡單方便；質(zhì)量較輕；使用范圍廣泛；適用程度廣。其中應(yīng)變片作為測量中的主要工具，一般由敏感柵、基底、粘合裁、引出線以及覆蓋層構(gòu)成，主要應(yīng)用在電阻的應(yīng)變測試中，呈現(xiàn)出特定的粘結(jié)劑粘成型，利用傳感元件，測出實(shí)際的應(yīng)變量。而電阻應(yīng)變儀正是基于應(yīng)變片的原理而形成的，分為動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀以及靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀。每種應(yīng)變儀的功能雖然不同，但是其構(gòu)造都是一致的，即電源、測量橋路、相敏檢波器、指示記錄器、振蕩器、放大器、濾波器組成的。電阻應(yīng)變儀在實(shí)際運(yùn)行中主要涉及了電橋運(yùn)行原理、平衡電橋原

7、理以及溫度補(bǔ)償技術(shù)。電橋運(yùn)行原理中一般應(yīng)用的是惠斯登電橋(如圖2)。其中惠斯登電橋具有橋線性能好、測量范圍廣、林敏度高、易于實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢。同時(shí)，基于電橋輸出的電壓大小變化同橋臂的電阻變化程度以及應(yīng)變量的比值成為正比，導(dǎo)致電壓輸出值和橋臂之間的應(yīng)變指數(shù)為線性擬合關(guān)系，并使相鄰之間的橋臂應(yīng)變符號(hào)正好相反，但相對(duì)的橋臂應(yīng)變符號(hào)卻相同。根據(jù)這個(gè)原理就可充分解決在測試中所產(chǎn)生的靈敏度以及溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。B圖2惠斯登電橋鋼弦傳感器通過作用在弦上激勵(lì)力，使振弦根據(jù)電流脈沖而散發(fā)的電磁吸力達(dá)到激勵(lì)作用。即電流脈沖襲擊時(shí)促使磁鐵

8、磁性降低，使鋼弦受磁鐵的吸引力而直接被吸引，但當(dāng)又一波電流沖擊到來時(shí)，這種磁性就弱化了，而鋼弦脫離磁鐵發(fā)生震動(dòng)，形成變磁組，以實(shí)現(xiàn)交變電流的輸出，m依據(jù)檢測電流電勢的頻率進(jìn)行檢測。2．2光纖應(yīng)變測試法光纖應(yīng)變測試法是建立在電測技術(shù)基礎(chǔ)之上，彌補(bǔ)了電測技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)檢測的遠(yuǎn)距離、高精度、長期性以及分布式的要求。同時(shí)，光纖光柵由于自身的