桥梁中挠度、应力、应变的几种测试方法

挠度、应力应应变测试方法法目录挠度测试方法应力应变测试方法结束语挠度测试一、挠度定义义挠度——弯曲曲变形时横截截面形心沿与与轴线垂直方方向的线位移移称为挠度，，用y表示。。简言之就是是指梁、桁架架等受弯构件件在荷载作用用下的最大变变形，通常指指竖向方向y轴的,就是是构件的竖向向变形。挠曲线——如如图，平面弯弯曲时，梁的的轴线将变为为一条在梁的的纵对称面内内的平面曲线线，该曲线称称为梁的挠曲曲线。y=f(x)二、挠度测试试的现状挠度测试广泛泛应用于桥梁梁工程中，桥桥梁的挠度变变形是桥梁健健康状况评价价的重要参数数,因此成成为桥梁检测测试验和健康康监测的重要要指标。桥梁梁挠度的测量量主要是对桥桥跨在恒载和和活载情况下下的挠度进行行测量。因此此在桥梁检测测、危桥改造造以及新桥验验收等方面都都需要准确测测量桥梁的静静、动态挠度度值。大跨度度桥梁挠度测测量系统应该该具有如下特特点：(1)、能够够进行多点的的长期在线、、自动测量；；(2)、受桥桥梁现场的尘尘埃、雾气和和湿度的影响响小；(3)、具有有较大的测量量范围和较高高的测量精度度；(4)、有较较高的采样频频率，以满足足动态挠度测测量的需要。。三、挠度测试试方法1、百分表法2、倾角仪测量挠度法3、连通管液位式挠度测量法4、光电成像挠度测量方法6、GPS挠度测量法5、全站仪挠度测量法百分表：一种精度较较高的比较较量具,它它只能测测出相对数数值,不能能测出绝对对数值,主主要用于于测量形状状和位置误误差,测测量精度为为0.01mm。原理：被测尺寸引引起的测杆杆微小直线线移动,经经过齿轮传传动放大,变为指针针在刻度盘盘上的转动动,从而读读出被测尺尺寸的大小小。优缺点:该法安装与与使用方便便,读数数可靠,不不受环境境影响。但但该法需要要搭设工作作支架和观观测脚手架架,而且且观测人员员多,不不能自动记记录,观测测读数费时时,仅适适用于桥下下可搭设支支架的桥梁梁工程，不不适合应用用于大跨度度缆索桥梁梁挠度测量量中。

1、百分表法目前除了传传统的机械械式的百分分表以外,还研制制了电子位位移计,数数显式百百分表以及及光栅式百百分表。千千分表的测测量精度为为0.001mm,常常用的量程程有1mm和3mm,其结构构及测试挠挠度的方法法与百分表表类似,千千分表只只不过是多多了一组放放大齿轮。。2、倾角仪测量挠度原理：利用结构有有限元模型型计算单位位荷载在不不同位置作作用时的挠挠度曲线以以此挠度曲曲线作为基基准位移模模式，而真真实挠度为为基准位移移模式的线线性组合；；组合系数数的确定采采用对倾角角测试数据据进行最小小二乘拟合合的方法，，有效的减减小了测试试误差的影影响。优点：倾角仪法具具有精度高高、价格低低廉、测量量范围广性性能稳定和和方便安装装与维护等等优点。适用范围：采用倾角仪仪测量桥梁梁挠度不需需现场测量量基准及不不受日光、、雨、雾等等影响,测测量范围围较大,可可实现一一维/二二维测量,适合大大、中型刚刚构结构桥桥梁的挠度度测量。对对各倾角仪仪之间的相相位差、倾倾角仪的瞬瞬态反应、、倾角仪零零漂等的要要求较高。。已在北京京、九江、、哈尔滨、、大庆、乌乌鲁木齐等等地的多座座公路桥梁梁挠度测量量中得到应应用。仿真流程图图3、连通管液位式挠度测量基本原理：根据连通管管的基本原原理,将一一个面积相相对较大的的容器放置置在桥墩固固定不变的的位置上,连通管固固定在桥体体侧壁上。。如图所示示,假设液液位离玻璃璃管顶部的的高度为h1,当桥桥梁在某点点发生竖向向变形(挠挠度变化)Δh时,安置在该该点的连通通管也随之之在竖直方方向下移ΔΔh,因沿沿桥轴向上上所有连通通管的液位位保持不变变,液位离离该点玻璃璃管顶部的的高度从h1变化到到h,可以以看出Δh=h1-h.(1)。即液位在玻玻璃管内的的上升量就就是该点的的结构下沉沉量(挠度度值),通通过读取有有刻度玻璃璃管中液位位的变化值值,就得到到了桥梁在在该点的挠挠度值。优缺点：连通管法采采用全封闭闭式,因此此,其具有有不受结构构多方位变变形及桥梁梁现场日光光、雨、雾雾影响等特特点。然而而,因采用用该方法只只能人工测测量,人工工测量毕竟竟采用人工工读数,且且费时、费费力,只适适用于桥梁梁短期静态态挠度测量量。在上海海徐埔大桥桥、大佛寺寺长江大桥桥等就采用用了连通管管方法来测测量桥梁挠挠度。连通管式光光电液位监监测系统4、光电成像挠度测量方法原理：桥梁挠度光光电成像测测量系统主主要由发光光靶标和光光电数字摄摄像机两部部分组成··，发光靶靶标固定在在桥梁梁体体的待测部部位,光电电数字摄像像机则通常常固定在桥桥梁的桥墩墩上,如图图所示·光光电数字摄摄像机的成成像光学系系统,将发发光靶标成成像在数字字摄像机的的光敏面上上·当桥梁梁在载荷的的作用下发发生位移ΔΔy时,发发光靶标亦亦随桥梁从从A点移动动到B点产产生Δy的的位移,这这就导致发发光靶标在在摄像机像像面上所成成像点的位位置相应地地从A′移移动到B′′点产生ΔΔy′的变变化量。光电成像挠挠度测量系系统示意图图优缺点：具有非接触触、测量距距离远、测测量精度高高的优点,不仅可用用于桥梁建建设中的施施工监控,还可进行行长期在线线监测,具具有非常广广阔的应用用前景。可可以实现二二维动、静静挠度检测测，与计算算机相连可可使记录分分析实现自自动化。徐耀宇等人人利用北京京光电所生生产的BJQN-4型光电电桥梁挠度度检测仪在在金刚桥的的成桥试验验中测量桥桥梁的动挠挠度,取取得很好的的效果;潘权等等利用光电电测试系统统在东营黄黄河公路大大桥进行动动载试验测测试动挠度度曲线,从从而分析析了桥梁的的动态性能能。5、全站仪法挠度测量原理：利用全站仪仪内置的三三角高程测测量程序，，直接观测测测站点和和目标点之之间的高差差，由于测测站点保持持不动，则则加载前后后的两次高高差之差即即为目标点点的挠度变变化量。优缺点：全站仪法法具有准备备工作简单单，操作方方便的优点点，不受纵坡大小的影响响，测程也也比水准仪仪法测量要要远。因此此，全站仪仪法比较适适合一些挠挠度变形量量较大的大大桥或特殊殊大桥的挠挠度测量。。但受自然然条件限制制较大。全全自动全站站仪测量的的方法在上上海卢浦大大桥和江阴阴长江大桥桥等的监测测系统中使使用过。。鉴于人造卫卫星定位系系统(GlobalPositioningSystemorGPS)具具有高效、、快速、全全天候、全全自动等优优点，因此此可以引进进GPS进进行桥梁的的挠度测量量。同时直直接测量桥桥梁的独立立三维实时时位移，增增强对桥梁梁结构健康康监测的可可靠度。目目前，GPS测量主主要有3种种模式:静静态、准动态和动态，各各种测量模模式的观测测时间和测测量精度有有明显的差差异。在通通常情况下下，静态测测量的精度度最高，一一般可达毫毫米级的精精度，但其其观测时间间一般要1h以上。。准动态和和动态测最最的精度一一般较低，，大量的实实测资料表表明，在观观测条件较较好的情况况下，其观观测精度为为厘米级。。因此，对对于大挠度度桥梁的检检测，由于于挠度值较较大，应用用GPS观观测还是可可以考虑的的。动态GPS监测挠度度的特点:(1)由于于GPS是是接收卫星星运行定位位，所以大大桥上各测测点只要能能接收到6颗以上GPS卫星星基准站传传来的GPS差分信信号，即可可进行RTK差分定定位，各监监测站得到到的是相互互独立的观观测值。(2)GPS定位位受外界大大气影响小小，可以在在暴风雨和和大雾中进进行监测。。(3)GPS测量量位移自动动化程度高高。从接收收信号，捕捕捉卫星到到完成RTK差分分位移都是是由仪器自自动完成，，所测结果果自动存人人监控中心心。(4)GPS定位位速度快，，精度高。。6、GPS挠度测量缺点：利用GPS进行桥梁梁挠度测量量。GPS虽然能实实现动态实实时、自动动测量，但但该系统价价格昂贵，，且测量精精度较低，，测点少、、受外界干干扰大，一一般只能对对大跨度桥桥梁进行测测量，因此此在使用范范围上有一一定的局限限性。在测测量大跨度度桥梁时，，易受桥梁梁缆索的遮遮挡影响，，造成GPS接收机机接收不到到部分卫星星信号，以以及载荷变变化造成天天线气泡易易偏离，使使观测结果果误差过大大。在虎门门大桥的监监测系统中中以及香港港青马大桥桥上就使用用了GPS进行挠度度监测。在当今土木木工程行业业中,应力力应变测量量广泛地应应用于建筑筑、铁路、、桥梁、交交通、大坝坝等结构上上。结构的的应力应变变测试是工工程人员进进行结构设设计优化,了解结构构受力状态态以及保证证结构安全全的一个很很重要的环环节。例如如在大跨度度桥梁的施施工过程以以及营运过过程的长期期健康监测测中,对关关键截面的的应力应变变进行监测测,为桥梁梁的施工、、营运、加加固提供依依据,确保保结构安全全是桥梁建建设一个必必不可少的的环节。如如何才能快快速、准确确地测量出出我们所关关心的结构构的应力应应变,是每每一个工程程人员十分分关心的问问题。应力应变测测试1、电阻式应变片测量2、光纤光栅测量应力应变测测试方法3、数显千分表测量4、振弦传感器测量5、光弹性测量1、电阻式应变片测量电阻式应变变片：电阻式应变变片又称为为电阻应变变计,简称称应变片或或电阻片,它是非电电量电测中中最重要的的变换器。。原理：是用电阻应应变计测量量结构的表表面应变，，再根据据应变—应应力关系确确定构件表表面应力状状态的一种种试验应力力分析方法法。测量时时，将电阻阻应变片粘粘贴在零件件被测点的的表面。当当零件在载载荷作用下下产生应变变时，电阻阻应变计发发生相应的的电阻变化化,用应变变仪测出这这个变化，，即可以计计算被测点点的应变和和应力。优缺点：电阻应变测测试技术的的优点:1)灵灵敏度(1∀!)和准准确度(约约1%~3%)高高,数据据稳定可靠靠;2)尺寸小小、重量轻轻,测试试技术简单单,可以以应用于静静、动态测测量;3)便于于多点测量量,易于于集中,测测量数据据便于记录录,且能能远距离传传输。电阻应变测测试技术的的缺点:1)对对于应力集集中部位的的测量不够够准确;2)一一般只能测测量构件表表面应变,难于显显示其内部部应变;3)输输出信号较较小,动动态测量时时,接线线往往需要要采取屏蔽蔽措施以防防止干扰。。应变片电测测技术作为为一种无损损检测方法法可用来了了解建筑物物结构的工工作状态,从而在各各类砼工程程结构中得得到了广泛泛应用。2、光纤光栅测量原理：裸光纤光栅栅传感器是是一种未经经封装的传传感元件，，它以裸光光纤为载体体，通常由由纤芯和外外面的保护护层组成。。其中纤芯芯的直径仅仅为0.125mm，光线线在其内部部进行全反反射传播。。当芯层折折射率受到到周期性调调制后，即即成为Bragg光光栅，如如图所示示。通过光纤光光栅解调仪仪监测光栅栅反射光的的波长，并并通过相应应的程序对对测试数据据进行计算算、分析和和处理，就就能获得光光纤光栅传传感器处的的应变值。。光纤光栅测测试方法特特点：1）光纤光光栅传感器器以光纤作作为信号载载体，传感感器体积小小、重量轻轻，容易满满足被测结结构件对狭狭小空间的的安装需求求；另一方方面，在使使用传感器器密集的地地方，从尺尺寸和重量量上进行比比较，几乎乎没有其他他传感器可可以与光纤纤光栅传感感器进行媲媲美。2）属于光光学测量方方法，抗电电磁干扰，，适合用于于长距离信信号传输。。3）光学信信号入射和和反射线的的输入输出出回路仅为为一根直径径0.25mm的的光纤，，能够极极大地简化化测试系统统结构。4）理论上上，一根光光纤上可以以连续制作作几十个传传感器（被被测对象变变形越小，，可以连续续制作的传传感器也越越多），便便于构成分分布式传感感系统。3、数显千分表测量数显千分表表是利用数数字测量显显示技术,对测量杆杆所感测到到的直线位位移进行读读数的一种种精密测量量器具。它它可以进行行任意的起起始值设置置,进行绝绝对测量、、相对测量量,可满足足特殊要求求。数显千千分表是近近年来发展展较快的高高技术产品品,它读数数直观、测测量精度高高、测量范范围大、功功能齐全、、以数字形形式给出测测量结果、、无人为读读数误差。。它的这些些特点让它它在土木、、机械行业业受到重视视,特别在在高精度、、批量大、、检测速度度快的场合合显示出它它的优越性性。4、振弦传感器测量振弦式传感感器是目前前国内外普普遍重视和和广泛应用用的一种非非电量电测测的传感器器。振弦传传感器直接接输出振弦弦的自振频频率信号,通过频率率的改变来来反映被测测构件的应应变大小。。振弦传感感器具有抗抗干扰能力力强、受电电参数影响响小、零点点飘移小、、受温度影影响小、性性能稳定可可靠、使用用寿命长等等特点。5、光弹性测量原理：光弹性法是是利用光学学原理进