中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
一、前言
在當(dāng)今土木工程行業(yè)中,應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量廣泛地應(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(guò)程以及營(yíng)運(yùn)過(guò)程的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)中,對(duì)關(guān)鍵截面的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè),為橋梁的施工、營(yíng)運(yùn)、加固提供依據(jù),確保結(jié)構(gòu)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(wèn)題。
二、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試方法
電阻式應(yīng)變片測(cè)量、光纖光柵測(cè)量、數(shù)顯千分表測(cè)量、振弦傳感器測(cè)量、光彈性測(cè)量
1、電阻式應(yīng)變片測(cè)量
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(jiǎn)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)量結(jié)構(gòu)的表面應(yīng)變， 再根據(jù)應(yīng)變—應(yīng)力關(guān)系確定構(gòu)件表面應(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)零件在載荷作用下產(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。
電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):
1)靈敏度和準(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(jiǎn)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)一般只能測(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)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。
應(yīng)變片電測(cè)技術(shù)作為一種無(wú)損檢測(cè)方法可用來(lái)了解建筑物結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，從而在各類混凝土工程結(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，通常由纖芯和外面的保護(hù)層組成。其中纖芯的直徑僅為0.125mm，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。
通過(guò)光纖光柵解調(diào)儀監(jiān)測(cè)光柵反射光的波長(zhǎng)，并通過(guò)相應(yīng)的程序?qū)y(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)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)試方法特點(diǎn)：
1)光纖光柵傳感器以光纖作為信號(hào)載體，傳感器體積小、重量輕，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，在使用傳感器密集的地方，從尺寸和重量上進(jìn)行比較，幾乎沒(méi)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(zhǎng)距離信號(hào)傳輸。
3)光學(xué)信號(hào)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(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
4)理論上，一根光纖上可以連續(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)。
3、數(shù)顯千分表測(cè)量
數(shù)顯千分表是利用數(shù)字測(cè)量顯示技術(shù),對(duì)測(cè)量桿所感測(cè)到的直線位移進(jìn)行讀數(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(lái)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)量范圍大、功能齊全、以數(shù)字形式給出測(cè)量結(jié)果、無(wú)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)受到重視,特別在高精度、批量大、檢測(cè)速度快的場(chǎng)合顯示出它的優(yōu)越性。
4、振弦傳感器測(cè)量
振弦式傳感器是目前國(guó)內(nèi)外普遍重視和廣泛應(yīng)用的一種非電量電測(cè)的傳感器。振弦傳感器直接輸出振弦的自振頻率信號(hào),通過(guò)頻率的改變來(lái)反映被測(cè)構(gòu)件的應(yīng)變大小。振弦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(zhǎng)等特點(diǎn)。
5、光彈性測(cè)量
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(chǎng)測(cè)量范圍較小，一般在1μm到1mm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)方法不能達(dá)到的全場(chǎng)測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，既可以測(cè)量表面應(yīng)力，也可測(cè)量?jī)?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)。
光彈性方法的缺點(diǎn)：
1)工藝比較復(fù)雜，測(cè)量周期比較長(zhǎng);
2)通常需要使用環(huán)氧樹(shù)脂材料在被測(cè)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行平面和曲面貼片處理;對(duì)于一些大型構(gòu)件，需要按比例制作3D 光彈性模型，制作工藝相對(duì)復(fù)雜;
3)需要將被測(cè)對(duì)象置于偏振光環(huán)境中，光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。
三、結(jié)束語(yǔ)
各種測(cè)量手段在不同的場(chǎng)合顯示出了不一樣的優(yōu)越性。因此在實(shí)際工程中,選擇測(cè)量方法時(shí)應(yīng)該因地制宜,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)做出合理的選擇,才能達(dá)到最佳的測(cè)量效果。相信隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步,各種集成化、自動(dòng)化、高精度、高速度、高穩(wěn)定性、適用范圍更廣的測(cè)量設(shè)備和測(cè)試手段將更好的為我們服務(wù)。
