桥梁中挠度应力应变的几种测试方法

挠度、应力应变测试方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、挠度定义挠度——弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠度，用y表示。简言之就是指梁、桁架等受弯构件在荷载作用下的最大变形，通常指竖向方向y轴的,就是构件的竖向变形。挠曲线——如图，平面弯曲时，梁的轴线将变为一条在梁的纵对称面内的平面曲线，该曲线称为梁的挠曲线。y=f(x)二、挠度测试的现状挠度测试广泛应用于桥梁工程中，桥梁的挠度变形是桥梁健康状况评价的重要参数,因此成为桥梁检测试验和健康监测的重要指标。桥梁挠度的测量主要是对桥跨在恒载和活载情况下的挠度进行测量。因此在桥梁检测、危桥改造以及新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值。大跨度桥梁挠度测量系统应该具有如下特点：(1)、能够进行多点的长期在线、自动测量；(2)、受桥梁现场的尘埃、雾气和湿度的影响小；(3)、具有较大的测量范围和较高的测量精度；(4)、有较高的采样频率，以满足动态挠度测量的需要。三、挠度测试方法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：一种精度较高的比较量具,它只能测出相对数值,不能测出绝对数值,主要用于测量形状和位置误差,测量精度为0.01mm。原理：被测尺寸引起的测杆微小直线移动,经过齿轮传动放大,变为指针在刻度盘上的转动,从而读出被测尺寸的大小。优缺点:该法安装与使用方便,读数可靠,不受环境影响。但该法需要搭设工作支架和观测脚手架,而且观测人员多,不能自动记录,观测读数费时,仅适用于桥下可搭设支架的桥梁工程，不适合应用于大跨度缆索桥梁挠度测量中。

1、百分表法

目前除了传统的机械式的百分表以外,还研制了电子位移计,数显式百分表以及光栅式百分表。千分表的测量精度为0.001mm,常用的量程有1mm和3mm,其结构及测试挠度的方法与百分表类似,千分表只不过是多了一组放大齿轮。2、倾角仪测量挠度原理：利用结构有限元模型计算单位荷载在不同位置作用时的挠度曲线以此挠度曲线作为基准位移模式，而真实挠度为基准位移模式的线性组合；组合系数的确定采用对倾角测试数据进行最小二乘拟合的方法，有效的减小了测试误差的影响。优点：倾角仪法具有精度高、价格低廉、测量范围广性能稳定和方便安装与维护等优点。适用范围：采用倾角仪测量桥梁挠度不需现场测量基准及不受日光、雨、雾等影响,测量范围较大,可实现一维/二维测量,适合大、中型刚构结构桥梁的挠度测量。对各倾角仪之间的相位差、倾角仪的瞬态反应、倾角仪零漂等的要求较高。已在北京、九江、哈尔滨、大庆、乌鲁木齐等地的多座公路桥梁挠度测量中得到应用。仿真流程图3、连通管液位式挠度测量基本原理：根据连通管的基本原理,将一个面积相对较大的容器放置在桥墩固定不变的位置上,连通管固定在桥体侧壁上。如图所示,假设液位离玻璃管顶部的高度为h1,当桥梁在某点发生竖向变形(挠度变化)Δh时,安置在该点的连通管也随之在竖直方向下移Δh,因沿桥轴向上所有连通管的液位保持不变,液位离该点玻璃管顶部的高度从h1变化到h,可以看出Δh=h1-h.(1)。

即液位在玻璃管内的上升量就是该点的结构下沉量(挠度值),通过读取有刻度玻璃管中液位的变化值,就得到了桥梁在该点的挠度值。优缺点：连通管法采用全封闭式,因此,其具有不受结构多方位变形及桥梁现场日光、雨、雾影响等特点。然而,因采用该方法只能人工测量,人工测量毕竟采用人工读数,且费时、费力,只适用于桥梁短期静态挠度测量。在上海徐埔大桥、大佛寺长江大桥等就采用了连通管方法来测量桥梁挠度。连通管式光电液位监测系统4、光电成像挠度测量方法原理：桥梁挠度光电成像测量系统主要由发光靶标和光电数字摄像机两部分组成·，发光靶标固定在桥梁梁体的待测部位,光电数字摄像机则通常固定在桥梁的桥墩上,如图所示·光电数字摄像机的成像光学系统,将发光靶标成像在数字摄像机的光敏面上·当桥梁在载荷的作用下发生位移Δy时,发光靶标亦随桥梁从A点移动到B点产生Δy的位移,这就导致发光靶标在摄像机像面上所成像点的位置相应地从A′移动到B′点产生Δy′的变化量。光电成像挠度测量系统示意图优缺点：具有非接触、测量距离远、测量精度高的优点,不仅可用于桥梁建设中的施工监控,还可进行长期在线监测,具有非常广阔的应用前景。可以实现二维动、静挠度检测，与计算机相连可使记录分析实现自动化。徐耀宇等人利用北京光电所生产的BJQN-4型光电桥梁挠度检测仪在金刚桥的成桥试验中测量桥梁的动挠度,取得很好的效果;潘权等利用光电测试系统在东营黄河公路大桥进行动载试验测试动挠度曲线,从而分析了桥梁的动态性能。5、全站仪法挠度测量原理：利用全站仪内置的三角高程测量程序，直接观测测站点和目标点之间的高差，由于测站点保持不动，则加载前后的两次高差之差即为目标点的挠度变化量。优缺点：全站仪法具有准备工作简单，操作方便的优点，不受纵坡大小的影响，测程也比水准仪法测量要远。因此，全站仪法比较适合一些挠度变形量较大的大桥或特殊大桥的挠度测量。但受自然条件限制较大。全自动全站仪测量的方法在上海卢浦大桥和江阴长江大桥等的监测系统中使用过。。

鉴于人造卫星定位系统(GlobalPositioningSystemorGPS)具有高效、快速、全天候、全自动等优点，因此可以引进GPS进行桥梁的挠度测量。同时直接测量桥梁的独立三维实时位移，增强对桥梁结构健康监测的可靠度。目前，GPS测量主要有3种模式:静态、准动态和动态，各种测量模式的观测时间和测量精度有明显的差异。在通常情况下，静态测量的精度最高，一般可达毫米级的精度，但其观测时间一般要1h以上。准动态和动态测最的精度一般较低，大量的实测资料表明，在观测条件较好的情况下，其观测精度为厘米级。因此，对于大挠度桥梁的检测，由于挠度值较大，应用GPS观测还是可以考虑的。动态GPS监测挠度的特点:(1)由于GPS是接收卫星运行定位，所以大桥上各测点只要能接收到6颗以上GPS卫星基准站传来的GPS差分信号，即可进行RTK差分定位，各监测站得到的是相互独立的观测值。(2)GPS定位受外界大气影响小，可以在暴风雨和大雾中进行监测。(3)GPS测量位移自动化程度高。从接收信号，捕捉卫星到完成RTK差分位移都是由仪器自动完成，所测结果自动存人监控中心。(4)GPS定位速度快，精度高。6、GPS挠度测量缺点：利用GPS进行桥梁挠度测量。GPS虽然能实现动态实时、自动测量，但该系统价格昂贵，且测量精度较低，测点少、受外界干扰大，一般只能对大跨度桥梁进行测量，因此在使用范围上有一定的局限性。在测量大跨度桥梁时，易受桥梁缆索的遮挡影响，造成GPS接收机接收不到部分卫星信号，以及载荷变化造成天线气泡易偏离，使观测结果误差过大。在虎门大桥的监测系统中以及香港青马大桥上就使用了GPS进行挠度监测。

在当今土木工程行业中,应力应变测量广泛地应用于建筑、铁路、桥梁、交通、大坝等结构上。结构的应力应变测试是工程人员进行结构设计优化,了解结构受力状态以及保证结构安全的一个很重要的环节。例如在大跨度桥梁的施工过程以及营运过程的长期健康监测中,对关键截面的应力应变进行监测,为桥梁的施工、营运、加固提供依据,确保结构安全是桥梁建设一个必不可少的环节。如何才能快速、准确地测量出我们所关心的结构的应力应变,是每一个工程人员十分关心的问题。应力应变测试1、电阻式应变片测量2、光纤光栅测量应力应变测试方法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片：电阻式应变片又称为电阻应变计,简称应变片或电阻片,它是非电量电测中最重要的变换器。原理：是用电阻应变计测量结构的表面应变，再根据应变—应力关系确定构件表面应力状态的一种试验应力分析方法。测量时，将电阻应变片粘贴在零件被测点的表面。当零件在载荷作用下产生应变时，电阻应变计发生相应的电阻变化,用应变仪测出这个变化，即可以计算被测点的应变和应力。优缺点：电阻应变测试技术的优点:1)灵敏度(1∀!)和准确度(约1%~3%)高,数据稳定可靠;2)尺寸小、重量轻,测试技术简单,可以应用于静、动态测量;3)便于多点测量,易于集中,测量数据便于记录,且能远距离传输。电阻应变测试技术的缺点:1)对于应力集中部位的测量不够准确;2)一般只能测量构件表面应变,难于显示其内部应变;3)输出信号较小,动态测量时,接线往往需要采取屏蔽措施以防止干扰。

应变片电测技术作为一种无损检测方法可用来了解建筑物结构的工作状态,从而在各类砼工程结构中得到了广泛应用。2、光纤光栅测量原理：裸光纤烂光栅传探感器是华一种未孕经封装天的传感茧元件，债它以裸萍光纤为律载体，疲通常由约纤芯和叔外面的耽保护层孝组成。旦其中纤伏芯的直评径仅为那0.1停25浮mm，草光线在明其内部忙进行全蕉反射传醋播。当神芯层折隆射率受充到周期谣性调制孤后，即牧成为B治rag砌g光荷栅，如渔图所速示。通过光倚纤光栅咐解调仪散监测光汽栅反射司光的波别长，并专通过相崖应的程散序对测首试数据拦进行计镜算、分盛析和处企理，就筑能获得切光纤光滨栅传感喘器处的住应变值拣。光纤洞光栅最测试品方法买特点：1）光灭纤光栅蚀传感器捕以光纤宗作为信挡号载体要，传感刘器体积籍小、重壳量轻，猾容易满箱足被测读结构件卡对狭小偶空间的探安装需枣求；另债一方面冠，在使获用传感应器密集蒙的地方犯，从尺袄寸和重暂量上进隙行比较何，几乎隶没有其液他传感厦器可以冈与光纤谈光栅传殿感器进寇行媲美辫。2）晌属于界光学员测量游方法位，抗乏电磁减干扰漂，适摧合用渡于长名距离庭信号超传输携。3）光索学信号爆入射和烦反射线穿的输入筑输出回许路仅为愚一根直待径0.腰25括mm罚的光纤努，能闪够极大配地简化静测试系颂统结构森。4）理秃论上，伏一根光昌纤上可构以连续旗制作几牵十个传搬感器（扶被测对肆象变形扩越小，株可以连签续制作芹的传感薪器也越登多），奸便于构绑成分布瓦式传感庭系统。3、数显千分表测量数显缴千分死表是序利用扁数字艇测量柜显示腿技术赌,对草测量湿杆所略感测敢到的篇直线时位移围进行锻读数县的一湿种精振密测海量器鹿具。桶它可舱以进帖行任很意的劣起始酿值设画置,汽进行把绝对叮测量答、相武对测贯量,测可满号足特迈殊要蔽求。旷数显尸千分受表是依近年蜂来发丛展较浓快的来高技茫术产谈品,拢它读铜数直遭观、锄测量剪精度弦高、笨测量潜范围窑大、誉功能扇齐全脱、以喊数字涂形式肾给出葱测量迹结果爆、无溉人为乔读数俭误差惩。它抚的这迎些特申点让诸它在繁土木千、机满械行薯业受个到重船视,舰特别蜡在高鬼精度西、批盒量大作、检圆测速仁度快具的场碗合显乎示出厌它的己优越卵性。4、振弦传感器测量振弦式烧传感器娘是目前布国内外寺普遍重匠视和广娱泛应用五的一种秀非电量捕电测的往传感器广。振弦乔传感器拘直接输血出振弦劝的自振拍频率信雪号,通把过频率算的改变探来反映纲被测构辽件的应卫变大小寸。振弦写传感器央具有抗蛛干扰能柜力强、和受电参骂数影响比小、零坊点飘移渡小、受怀温度影愉响小、答性能稳杏定可靠秧、使用投寿命长钻等特点彩。5、光弹性测量原理：光弹母性法卷是利喜用光感学原呜理进鸭行应袍力应沙变测牙量中烂具有府代表偿性的血方法证之一揭，而控其他谊方法炭，如妄激光骨全息秩干涉扑法、赠散斑胳干涉熄法和享云纹度干涉缎法等跟由于被视场像测量速范围点较小担，一冲般在角1恼μm免到拜1津mm新之子间，漆常用予于实民验室套而很泛难满陕足工杏程现梢场的戚测量框需求迷。光弹性陪方法的爸优点：1）属于非接祖触测量浩方法，翠具有电靠测方法妖不能达伍到的全箱场测量兼优势，辈既可以古测量表讨面应力兄，也可彻测量内烦部应力哄。2）唇该方横法直秘观，登能够壮清晰开地反烈映应懒力集柿