橋梁中撓度、應(yīng)力、應(yīng)變的幾種測試方法

撓度、應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變測試方法法目錄撓度測試方法應(yīng)力應(yīng)變測試方法結(jié)束語撓度測試一、撓度定義義撓度——彎曲曲變形時橫截截面形心沿與與軸線垂直方方向的線位移移稱為撓度，，用y表示。。簡言之就是是指梁、桁架架等受彎構(gòu)件件在荷載作用用下的最大變變形，通常指指豎向方向y軸的,就是是構(gòu)件的豎向向變形。撓曲線——如如圖，平面彎彎曲時，梁的的軸線將變?yōu)闉橐粭l在梁的的縱對稱面內(nèi)內(nèi)的平面曲線線，該曲線稱稱為梁的撓曲曲線。y=f(x)二、撓度測試試的現(xiàn)狀撓度測試廣泛泛應(yīng)用于橋梁梁工程中，橋橋梁的撓度變變形是橋梁健健康狀況評價價的重要參數(shù)數(shù),因此成成為橋梁檢測測試驗和健康康監(jiān)測的重要要指標。橋梁梁撓度的測量量主要是對橋橋跨在恒載和和活載情況下下的撓度進行行測量。因此此在橋梁檢測測、危橋改造造以及新橋驗驗收等方面都都需要準確測測量橋梁的靜靜、動態(tài)撓度度值。大跨度度橋梁撓度測測量系統(tǒng)應(yīng)該該具有如下特特點：(1)、能夠夠進行多點的的長期在線、、自動測量；；(2)、受橋橋梁現(xiàn)場的塵塵埃、霧氣和和濕度的影響響小；(3)、具有有較大的測量量范圍和較高高的測量精度度；(4)、有較較高的采樣頻頻率，以滿足足動態(tài)撓度測測量的需要。。三、撓度測試試方法1、百分表法2、傾角儀測量撓度法3、連通管液位式撓度測量法4、光電成像撓度測量方法6、GPS撓度測量法5、全站儀撓度測量法百分表：一種精度較較高的比較較量具,它它只能測測出相對數(shù)數(shù)值,不能能測出絕對對數(shù)值,主主要用于于測量形狀狀和位置誤誤差,測測量精度為為0.01mm。原理：被測尺寸引引起的測桿桿微小直線線移動,經(jīng)經(jīng)過齒輪傳傳動放大,變?yōu)橹羔樶樤诳潭缺P盤上的轉(zhuǎn)動動,從而讀讀出被測尺尺寸的大小小。優(yōu)缺點:該法安裝與與使用方便便,讀數(shù)數(shù)可靠,不不受環(huán)境境影響。但但該法需要要搭設(shè)工作作支架和觀觀測腳手架架,而且且觀測人員員多,不不能自動記記錄,觀測測讀數(shù)費時時,僅適適用于橋下下可搭設(shè)支支架的橋梁梁工程，不不適合應(yīng)用用于大跨度度纜索橋梁梁撓度測量量中。

1、百分表法目前除了傳傳統(tǒng)的機械械式的百分分表以外,還研制制了電子位位移計,數(shù)數(shù)顯式百百分表以及及光柵式百百分表。千千分表的測測量精度為為0.001mm,常常用的量程程有1mm和3mm,其結(jié)構(gòu)構(gòu)及測試撓撓度的方法法與百分表表類似,千千分表只只不過是多多了一組放放大齒輪。。2、傾角儀測量撓度原理：利用結(jié)構(gòu)有有限元模型型計算單位位荷載在不不同位置作作用時的撓撓度曲線以以此撓度曲曲線作為基基準位移模模式，而真真實撓度為為基準位移移模式的線線性組合；；組合系數(shù)數(shù)的確定采采用對傾角角測試數(shù)據(jù)據(jù)進行最小小二乘擬合合的方法，，有效的減減小了測試試誤差的影影響。優(yōu)點：傾角儀法具具有精度高高、價格低低廉、測量量范圍廣性性能穩(wěn)定和和方便安裝裝與維護等等優(yōu)點。適用范圍：采用傾角儀儀測量橋梁梁撓度不需需現(xiàn)場測量量基準及不不受日光、、雨、霧等等影響,測測量范圍圍較大,可可實現(xiàn)一一維/二二維測量,適合大大、中型剛剛構(gòu)結(jié)構(gòu)橋橋梁的撓度度測量。對對各傾角儀儀之間的相相位差、傾傾角儀的瞬瞬態(tài)反應(yīng)、、傾角儀零零漂等的要要求較高。。已在北京京、九江、、哈爾濱、、大慶、烏烏魯木齊等等地的多座座公路橋梁梁撓度測量量中得到應(yīng)應(yīng)用。仿真流程圖圖3、連通管液位式撓度測量基本原理：根據(jù)連通管管的基本原原理,將一一個面積相相對較大的的容器放置置在橋墩固固定不變的的位置上,連通管固固定在橋體體側(cè)壁上。。如圖所示示,假設(shè)液液位離玻璃璃管頂部的的高度為h1,當橋橋梁在某點點發(fā)生豎向向變形(撓撓度變化)Δh時,安置在該該點的連通通管也隨之之在豎直方方向下移ΔΔh,因沿沿橋軸向上上所有連通通管的液位位保持不變變,液位離離該點玻璃璃管頂部的的高度從h1變化到到h,可以以看出Δh=h1-h.(1)。即液位在玻玻璃管內(nèi)的的上升量就就是該點的的結(jié)構(gòu)下沉沉量(撓度度值),通通過讀取有有刻度玻璃璃管中液位位的變化值值,就得到到了橋梁在在該點的撓撓度值。優(yōu)缺點：連通管法采采用全封閉閉式,因此此,其具有有不受結(jié)構(gòu)構(gòu)多方位變變形及橋梁梁現(xiàn)場日光光、雨、霧霧影響等特特點。然而而,因采用用該方法只只能人工測測量,人工工測量畢竟竟采用人工工讀數(shù),且且費時、費費力,只適適用于橋梁梁短期靜態(tài)態(tài)撓度測量量。在上海海徐埔大橋橋、大佛寺寺長江大橋橋等就采用用了連通管管方法來測測量橋梁撓撓度。連通管式光光電液位監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)4、光電成像撓度測量方法原理：橋梁撓度光光電成像測測量系統(tǒng)主主要由發(fā)光光靶標和光光電數(shù)字攝攝像機兩部部分組成··，發(fā)光靶靶標固定在在橋梁梁體體的待測部部位,光電電數(shù)字攝像像機則通常常固定在橋橋梁的橋墩墩上,如圖圖所示·光光電數(shù)字攝攝像機的成成像光學系系統(tǒng),將發(fā)發(fā)光靶標成成像在數(shù)字字攝像機的的光敏面上上·當橋梁梁在載荷的的作用下發(fā)發(fā)生位移ΔΔy時,發(fā)發(fā)光靶標亦亦隨橋梁從從A點移動動到B點產(chǎn)產(chǎn)生Δy的的位移,這這就導致發(fā)發(fā)光靶標在在攝像機像像面上所成成像點的位位置相應(yīng)地地從A′移移動到B′′點產(chǎn)生ΔΔy′的變變化量。光電成像撓撓度測量系系統(tǒng)示意圖圖優(yōu)缺點：具有非接觸觸、測量距距離遠、測測量精度高高的優(yōu)點,不僅可用用于橋梁建建設(shè)中的施施工監(jiān)控,還可進行行長期在線線監(jiān)測,具具有非常廣廣闊的應(yīng)用用前景?？煽梢詫崿F(xiàn)二二維動、靜靜撓度檢測測，與計算算機相連可可使記錄分分析實現(xiàn)自自動化。徐耀宇等人人利用北京京光電所生生產(chǎn)的BJQN-4型光電電橋梁撓度度檢測儀在在金剛橋的的成橋試驗驗中測量橋橋梁的動撓撓度,取取得很好的的效果;潘權(quán)等等利用光電電測試系統(tǒng)統(tǒng)在東營黃黃河公路大大橋進行動動載試驗測測試動撓度度曲線,從從而分析析了橋梁的的動態(tài)性能能。5、全站儀法撓度測量原理：利用全站儀儀內(nèi)置的三三角高程測測量程序，，直接觀測測測站點和和目標點之之間的高差差，由于測測站點保持持不動，則則加載前后后的兩次高高差之差即即為目標點點的撓度變變化量。優(yōu)缺點：全站儀法法具有準備備工作簡單單，操作方方便的優(yōu)點點，不受縱坡大小的影響響，測程也也比水準儀儀法測量要要遠。因此此，全站儀儀法比較適適合一些撓撓度變形量量較大的大大橋或特殊殊大橋的撓撓度測量。。但受自然然條件限制制較大。全全自動全站站儀測量的的方法在上上海盧浦大大橋和江陰陰長江大橋橋等的監(jiān)測測系統(tǒng)中使使用過。。鑒于人造衛(wèi)衛(wèi)星定位系系統(tǒng)(GlobalPositioningSystemorGPS)具具有高效、、快速、全全天候、全全自動等優(yōu)優(yōu)點，因此此可以引進進GPS進進行橋梁的的撓度測量量。同時直直接測量橋橋梁的獨立立三維實時時位移，增增強對橋梁梁結(jié)構(gòu)健康康監(jiān)測的可可靠度。目目前，GPS測量主主要有3種種模式:靜靜態(tài)、準動態(tài)和動態(tài)，各各種測量模模式的觀測測時間和測測量精度有有明顯的差差異。在通通常情況下下，靜態(tài)測測量的精度度最高，一一般可達毫毫米級的精精度，但其其觀測時間間一般要1h以上。。準動態(tài)和和動態(tài)測最最的精度一一般較低，，大量的實實測資料表表明，在觀觀測條件較較好的情況況下，其觀觀測精度為為厘米級。。因此，對對于大撓度度橋梁的檢檢測，由于于撓度值較較大，應(yīng)用用GPS觀觀測還是可可以考慮的的。動態(tài)GPS監(jiān)測撓度度的特點:(1)由于于GPS是是接收衛(wèi)星星運行定位位，所以大大橋上各測測點只要能能接收到6顆以上GPS衛(wèi)星星基準站傳傳來的GPS差分信信號，即可可進行RTK差分定定位，各監(jiān)監(jiān)測站得到到的是相互互獨立的觀觀測值。(2)GPS定位位受外界大大氣影響小小，可以在在暴風雨和和大霧中進進行監(jiān)測。。(3)GPS測量量位移自動動化程度高高。從接收收信號，捕捕捉衛(wèi)星到到完成RTK差分分位移都是是由儀器自自動完成，，所測結(jié)果果自動存人人監(jiān)控中心心。(4)GPS定位位速度快，，精度高。。6、GPS撓度測量缺點：利用GPS進行橋梁梁撓度測量量。GPS雖然能實實現(xiàn)動態(tài)實實時、自動動測量，但但該系統(tǒng)價價格昂貴，，且測量精精度較低，，測點少、、受外界干干擾大，一一般只能對對大跨度橋橋梁進行測測量，因此此在使用范范圍上有一一定的局限限性。在測測量大跨度度橋梁時，，易受橋梁梁纜索的遮遮擋影響，，造成GPS接收機機接收不到到部分衛(wèi)星星信號，以以及載荷變變化造成天天線氣泡易易偏離，使使觀測結(jié)果果誤差過大大。在虎門門大橋的監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)中中以及香港港青馬大橋橋上就使用用了GPS進行撓度度監(jiān)測。在當今土木木工程行業(yè)業(yè)中,應(yīng)力力應(yīng)變測量量廣泛地應(yīng)應(yīng)用于建筑筑、鐵路、、橋梁、交交通、大壩壩等結(jié)構(gòu)上上。結(jié)構(gòu)的的應(yīng)力應(yīng)變變測試是工工程人員進進行結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計優(yōu)化,了解結(jié)構(gòu)構(gòu)受力狀態(tài)態(tài)以及保證證結(jié)構(gòu)安全全的一個很很重要的環(huán)環(huán)節(jié)。例如如在大跨度度橋梁的施施工過程以以及營運過過程的長期期健康監(jiān)測測中,對關(guān)關(guān)鍵截面的的應(yīng)力應(yīng)變變進行監(jiān)測測,為橋梁梁的施工、、營運、加加固提供依依據(jù),確保保結(jié)構(gòu)安全全是橋梁建建設(shè)一個必必不可少的的環(huán)節(jié)。如如何才能快快速、準確確地測量出出我們所關(guān)關(guān)心的結(jié)構(gòu)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變,是每每一個工程程人員十分分關(guān)心的問問題。應(yīng)力應(yīng)變測測試1、電阻式應(yīng)變片測量2、光纖光柵測量應(yīng)力應(yīng)變測測試方法3、數(shù)顯千分表測量4、振弦傳感器測量5、光彈性測量1、電阻式應(yīng)變片測量電阻式應(yīng)變變片：電阻式應(yīng)變變片又稱為為電阻應(yīng)變變計,簡稱稱應(yīng)變片或或電阻片,它是非電電量電測中中最重要的的變換器。。原理：是用電阻應(yīng)應(yīng)變計測量量結(jié)構(gòu)的表表面應(yīng)變，，再根據(jù)據(jù)應(yīng)變—應(yīng)應(yīng)力關(guān)系確確定構(gòu)件表表面應(yīng)力狀狀態(tài)的一種種試驗應(yīng)力力分析方法法。測量時時，將電阻阻應(yīng)變片粘粘貼在零件件被測點的的表面。當當零件在載載荷作用下下產(chǎn)生應(yīng)變變時，電阻阻應(yīng)變計發(fā)發(fā)生相應(yīng)的的電阻變化化,用應(yīng)變變儀測出這這個變化，，即可以計計算被測點點的應(yīng)變和和應(yīng)力。優(yōu)缺點：電阻應(yīng)變測測試技術(shù)的的優(yōu)點:1)靈靈敏度(1?!)和準準確度(約約1%~3%)高高,數(shù)據(jù)據(jù)穩(wěn)定可靠靠;2)尺寸小小、重量輕輕,測試試技術(shù)簡單單,可以以應(yīng)用于靜靜、動態(tài)測測量;3)便于于多點測量量,易于于集中,測測量數(shù)據(jù)據(jù)便于記錄錄,且能能遠距離傳傳輸。電阻應(yīng)變測測試技術(shù)的的缺點:1)對對于應(yīng)力集集中部位的的測量不夠夠準確;2)一一般只能測測量構(gòu)件表表面應(yīng)變,難于顯顯示其內(nèi)部部應(yīng)變;3)輸輸出信號較較小,動動態(tài)測量時時,接線線往往需要要采取屏蔽蔽措施以防防止干擾。。應(yīng)變片電測測技術(shù)作為為一種無損損檢測方法法可用來了了解建筑物物結(jié)構(gòu)的工工作狀態(tài),從而在各各類砼工程程結(jié)構(gòu)中得得到了廣泛泛應(yīng)用。2、光纖光柵測量原理：裸光纖光柵柵傳感器是是一種未經(jīng)經(jīng)封裝的傳傳感元件，，它以裸光光纖為載體體，通常由由纖芯和外外面的保護護層組成。。其中纖芯芯的直徑僅僅為0.125mm，光線線在其內(nèi)部部進行全反反射傳播。。當芯層折折射率受到到周期性調(diào)調(diào)制后，即即成為Bragg光光柵，如如圖所示示。通過光纖光光柵解調(diào)儀儀監(jiān)測光柵柵反射光的的波長，并并通過相應(yīng)應(yīng)的程序?qū)y試數(shù)據(jù)據(jù)進行計算算、分析和和處理，就就能獲得光光纖光柵傳傳感器處的的應(yīng)變值。。光纖光柵測測試方法特特點：1）光纖光光柵傳感器器以光纖作作為信號載載體，傳感感器體積小小、重量輕輕，容易滿滿足被測結(jié)結(jié)構(gòu)件對狹狹小空間的的安裝需求求；另一方方面，在使使用傳感器器密集的地地方，從尺尺寸和重量量上進行比比較，幾乎乎沒有其他他傳感器可可以與光纖纖光柵傳感感器進行媲媲美。2）屬于光光學測量方方法，抗電電磁干擾，，適合用于于長距離信信號傳輸。。3）光學信信號入射和和反射線的的輸入輸出出回路僅為為一根直徑徑0.25mm的的光纖，，能夠極極大地簡化化測試系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4）理論上上，一根光光纖上可以以連續(xù)制作作幾十個傳傳感器（被被測對象變變形越小，，可以連續(xù)續(xù)制作的傳傳感器也越越多），便便于構(gòu)成分分布式傳感感系統(tǒng)。3、數(shù)顯千分表測量數(shù)顯千分表表是利用數(shù)數(shù)字測量顯顯示技術(shù),對測量桿桿所感測到到的直線位位移進行讀讀數(shù)的一種種精密測量量器具。它它可以進行行任意的起起始值設(shè)置置,進行絕絕對測量、、相對測量量,可滿足足特殊要求求。數(shù)顯千千分表是近近年來發(fā)展展較快的高高技術(shù)產(chǎn)品品,它讀數(shù)數(shù)直觀、測測量精度高高、測量范范圍大、功功能齊全、、以數(shù)字形形式給出測測量結(jié)果、、無人為讀讀數(shù)誤差。。它的這些些特點讓它它在土木、、機械行業(yè)業(yè)受到重視視,特別在在高精度、、批量大、、檢測速度度快的場合合顯示出它它的優(yōu)越性性。4、振弦傳感器測量振弦式傳感感器是目前前國內(nèi)外普普遍重視和和廣泛應(yīng)用用的一種非非電量電測測的傳感器器。振弦傳傳感器直接接輸出振弦弦的自振頻頻率信號,通過頻率率的改變來來反映被測測構(gòu)件的應(yīng)應(yīng)變大小。。振弦傳感感器具有抗抗干擾能力力強、受電電參數(shù)影響響小、零點點飄移小、、受溫度影影響小、性性能穩(wěn)定可可靠、使用用壽命長等等特點。5、光彈性測量原理：光彈性法是是利用光學學原理進