橋梁中撓度、應(yīng)力、應(yīng)變的幾種測(cè)試方法

撓度、應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變測(cè)試方法法目錄撓度測(cè)試方法應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試方法結(jié)束語(yǔ)撓度測(cè)試一、撓度定義義撓度——彎曲曲變形時(shí)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(jiǎn)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(shí)，梁的的軸線將變?yōu)闉橐粭l在梁的的縱對(duì)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(cè)試試的現(xiàn)狀撓度測(cè)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(píng)價(jià)價(jià)的重要參數(shù)數(shù),因此成成為橋梁檢測(cè)測(cè)試驗(yàn)和健康康監(jiān)測(cè)的重要要指標(biāo)。橋梁梁撓度的測(cè)量量主要是對(duì)橋橋跨在恒載和和活載情況下下的撓度進(jìn)行行測(cè)量。因此此在橋梁檢測(cè)測(cè)、危橋改造造以及新橋驗(yàn)驗(yàn)收等方面都都需要準(zhǔn)確測(cè)測(cè)量橋梁的靜靜、動(dòng)態(tài)撓度度值。大跨度度橋梁撓度測(cè)測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)該該具有如下特特點(diǎn)：(1)、能夠夠進(jìn)行多點(diǎn)的的長(zhǎng)期在線、、自動(dòng)測(cè)量；；(2)、受橋橋梁現(xiàn)場(chǎng)的塵塵埃、霧氣和和濕度的影響響小；(3)、具有有較大的測(cè)量量范圍和較高高的測(cè)量精度度；(4)、有較較高的采樣頻頻率，以滿足足動(dòng)態(tài)撓度測(cè)測(cè)量的需要。。三、撓度測(cè)試試方法1、百分表法2、傾角儀測(cè)量撓度法3、連通管液位式撓度測(cè)量法4、光電成像撓度測(cè)量方法6、GPS撓度測(cè)量法5、全站儀撓度測(cè)量法百分表：一種精度較較高的比較較量具,它它只能測(cè)測(cè)出相對(duì)數(shù)數(shù)值,不能能測(cè)出絕對(duì)對(duì)數(shù)值,主主要用于于測(cè)量形狀狀和位置誤誤差,測(cè)測(cè)量精度為為0.01mm。原理：被測(cè)尺寸引引起的測(cè)桿桿微小直線線移動(dòng),經(jīng)經(jīng)過(guò)齒輪傳傳動(dòng)放大,變?yōu)橹羔樶樤诳潭缺P盤上的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng),從而讀讀出被測(cè)尺尺寸的大小小。優(yōu)缺點(diǎn):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(cè)腳手架架,而且且觀測(cè)人員員多,不不能自動(dòng)記記錄,觀測(cè)測(cè)讀數(shù)費(fèi)時(shí)時(shí),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(cè)量量中。

1、百分表法目前除了傳傳統(tǒng)的機(jī)械械式的百分分表以外,還研制制了電子位位移計(jì),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(cè)測(cè)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(cè)試撓撓度的方法法與百分表表類似,千千分表只只不過(guò)是多多了一組放放大齒輪。。2、傾角儀測(cè)量撓度原理：利用結(jié)構(gòu)有有限元模型型計(jì)算單位位荷載在不不同位置作作用時(shí)的撓撓度曲線以以此撓度曲曲線作為基基準(zhǔn)位移模模式，而真真實(shí)撓度為為基準(zhǔn)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(duì)傾角角測(cè)試數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行最小小二乘擬合合的方法，，有效的減減小了測(cè)試試誤差的影影響。優(yōu)點(diǎn)：傾角儀法具具有精度高高、價(jià)格低低廉、測(cè)量量范圍廣性性能穩(wěn)定和和方便安裝裝與維護(hù)等等優(yōu)點(diǎn)。適用范圍：采用傾角儀儀測(cè)量橋梁梁撓度不需需現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量量基準(zhǔn)及不不受日光、、雨、霧等等影響,測(cè)測(cè)量范圍圍較大,可可實(shí)現(xiàn)一一維/二二維測(cè)量,適合大大、中型剛剛構(gòu)結(jié)構(gòu)橋橋梁的撓度度測(cè)量。對(duì)對(duì)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(cè)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(cè)量基本原理：根據(jù)連通管管的基本原原理,將一一個(gè)面積相相對(duì)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(dāng)橋橋梁在某點(diǎn)點(diǎn)發(fā)生豎向向變形(撓撓度變化)Δh時(shí),安置在該該點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的的結(jié)構(gòu)下沉沉量(撓度度值),通通過(guò)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(diǎn)的撓撓度值。優(yōu)缺點(diǎn)：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(chǎng)日光光、雨、霧霧影響等特特點(diǎn)。然而而,因采用用該方法只只能人工測(cè)測(cè)量,人工工測(cè)量畢竟竟采用人工工讀數(shù),且且費(fèi)時(shí)、費(fèi)費(fèi)力,只適適用于橋梁梁短期靜態(tài)態(tài)撓度測(cè)量量。在上海海徐埔大橋橋、大佛寺寺長(zhǎng)江大橋橋等就采用用了連通管管方法來(lái)測(cè)測(cè)量橋梁撓撓度。連通管式光光電液位監(jiān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4、光電成像撓度測(cè)量方法原理：橋梁撓度光光電成像測(cè)測(cè)量系統(tǒng)主主要由發(fā)光光靶標(biāo)和光光電數(shù)字?jǐn)z攝像機(jī)兩部部分組成··，發(fā)光靶靶標(biāo)固定在在橋梁梁體體的待測(cè)部部位,光電電數(shù)字?jǐn)z像像機(jī)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?jǐn)z攝像機(jī)的成成像光學(xué)系系統(tǒng),將發(fā)發(fā)光靶標(biāo)成成像在數(shù)字字?jǐn)z像機(jī)的的光敏面上上·當(dāng)橋梁梁在載荷的的作用下發(fā)發(fā)生位移ΔΔy時(shí),發(fā)發(fā)光靶標(biāo)亦亦隨橋梁從從A點(diǎn)移動(dòng)動(dòng)到B點(diǎn)產(chǎn)產(chǎn)生Δy的的位移,這這就導(dǎo)致發(fā)發(fā)光靶標(biāo)在在攝像機(jī)像像面上所成成像點(diǎn)的位位置相應(yīng)地地從A′移移動(dòng)到B′′點(diǎn)產(chǎn)生ΔΔy′的變變化量。光電成像撓撓度測(cè)量系系統(tǒng)示意圖圖優(yōu)缺點(diǎn)：具有非接觸觸、測(cè)量距距離遠(yuǎn)、測(cè)測(cè)量精度高高的優(yōu)點(diǎn),不僅可用用于橋梁建建設(shè)中的施施工監(jiān)控,還可進(jìn)行行長(zhǎng)期在線線監(jiān)測(cè),具具有非常廣廣闊的應(yīng)用用前景?？煽梢詫?shí)現(xiàn)二二維動(dòng)、靜靜撓度檢測(cè)測(cè)，與計(jì)算算機(jī)相連可可使記錄分分析實(shí)現(xiàn)自自動(dòng)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(cè)儀在在金剛橋的的成橋試驗(yàn)驗(yàn)中測(cè)量橋橋梁的動(dòng)撓撓度,取取得很好的的效果;潘權(quán)等等利用光電電測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)在東營(yíng)黃黃河公路大大橋進(jìn)行動(dòng)動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)測(cè)試動(dòng)撓度度曲線,從從而分析析了橋梁的的動(dòng)態(tài)性能能。5、全站儀法撓度測(cè)量原理：利用全站儀儀內(nèi)置的三三角高程測(cè)測(cè)量程序，，直接觀測(cè)測(cè)測(cè)站點(diǎn)和和目標(biāo)點(diǎn)之之間的高差差，由于測(cè)測(cè)站點(diǎn)保持持不動(dòng)，則則加載前后后的兩次高高差之差即即為目標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)的撓度變變化量。優(yōu)缺點(diǎn)：全站儀法法具有準(zhǔn)備備工作簡(jiǎn)單單，操作方方便的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，不受縱坡大小的影響響，測(cè)程也也比水準(zhǔn)儀儀法測(cè)量要要遠(yuǎn)。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(cè)量。。但受自然然條件限制制較大。全全自動(dòng)全站站儀測(cè)量的的方法在上上海盧浦大大橋和江陰陰長(zhǎng)江大橋橋等的監(jiān)測(cè)測(cè)系統(tǒng)中使使用過(guò)。。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(dòng)等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，因此此可以引進(jìn)進(jìn)GPS進(jìn)進(jìn)行橋梁的的撓度測(cè)量量。同時(shí)直直接測(cè)量橋橋梁的獨(dú)立立三維實(shí)時(shí)時(shí)位移，增增強(qiáng)對(duì)橋梁梁結(jié)構(gòu)健康康監(jiān)測(cè)的可可靠度。目目前，GPS測(cè)量主主要有3種種模式:靜靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)，各各種測(cè)量模模式的觀測(cè)測(cè)時(shí)間和測(cè)測(cè)量精度有有明顯的差差異。在通通常情況下下，靜態(tài)測(cè)測(cè)量的精度度最高，一一般可達(dá)毫毫米級(jí)的精精度，但其其觀測(cè)時(shí)間間一般要1h以上。。準(zhǔn)動(dòng)態(tài)和和動(dòng)態(tài)測(cè)最最的精度一一般較低，，大量的實(shí)實(shí)測(cè)資料表表明，在觀觀測(cè)條件較較好的情況況下，其觀觀測(cè)精度為為厘米級(jí)。。因此，對(duì)對(duì)于大撓度度橋梁的檢檢測(cè)，由于于撓度值較較大，應(yīng)用用GPS觀觀測(cè)還是可可以考慮的的。動(dòng)態(tài)GPS監(jiān)測(cè)撓度度的特點(diǎn):(1)由于于GPS是是接收衛(wèi)星星運(yùn)行定位位，所以大大橋上各測(cè)測(cè)點(diǎn)只要能能接收到6顆以上GPS衛(wèi)星星基準(zhǔn)站傳傳來(lái)的GPS差分信信號(hào)，即可可進(jìn)行RTK差分定定位，各監(jiān)監(jiān)測(cè)站得到到的是相互互獨(dú)立的觀觀測(cè)值。(2)GPS定位位受外界大大氣影響小小，可以在在暴風(fēng)雨和和大霧中進(jìn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。。(3)GPS測(cè)量量位移自動(dòng)動(dòng)化程度高高。從接收收信號(hào)，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(dòng)完成，，所測(cè)結(jié)果果自動(dòng)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(cè)量缺點(diǎn)：利用GPS進(jìn)行橋梁梁撓度測(cè)量量。GPS雖然能實(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)實(shí)時(shí)、自動(dòng)動(dòng)測(cè)量，但但該系統(tǒng)價(jià)價(jià)格昂貴，，且測(cè)量精精度較低，，測(cè)點(diǎn)少、、受外界干干擾大，一一般只能對(duì)對(duì)大跨度橋橋梁進(jìn)行測(cè)測(cè)量，因此此在使用范范圍上有一一定的局限限性。在測(cè)測(cè)量大跨度度橋梁時(shí)，，易受橋梁梁纜索的遮遮擋影響，，造成GPS接收機(jī)機(jī)接收不到到部分衛(wèi)星星信號(hào)，以以及載荷變變化造成天天線氣泡易易偏離，使使觀測(cè)結(jié)果果誤差過(guò)大大。在虎門門大橋的監(jiān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中中以及香港港青馬大橋橋上就使用用了GPS進(jìn)行撓度度監(jiān)測(cè)。在當(dāng)今土木木工程行業(yè)業(yè)中,應(yīng)力力應(yīng)變測(cè)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(cè)試是工工程人員進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)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(gè)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(guò)程以以及營(yíng)運(yùn)過(guò)過(guò)程的長(zhǎng)期期健康監(jiān)測(cè)測(cè)中,對(duì)關(guān)關(guān)鍵截面的的應(yīng)力應(yīng)變變進(jìn)行監(jiān)測(cè)測(cè),為橋梁梁的施工、、營(yíng)運(yùn)、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(gè)必必不可少的的環(huán)節(jié)。如如何才能快快速、準(zhǔn)確確地測(cè)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(gè)工程程人員十分分關(guān)心的問(wèn)問(wèn)題。應(yīng)力應(yīng)變測(cè)測(cè)試1、電阻式應(yīng)變片測(cè)量2、光纖光柵測(cè)量應(yīng)力應(yīng)變測(cè)測(cè)試方法3、數(shù)顯千分表測(cè)量4、振弦傳感器測(cè)量5、光彈性測(cè)量1、電阻式應(yīng)變片測(cè)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(jì),簡(jiǎn)稱稱應(yīng)變片或或電阻片,它是非電電量電測(cè)中中最重要的的變換器。。原理：是用電阻應(yīng)應(yīng)變計(jì)測(cè)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(yàn)應(yīng)力力分析方法法。測(cè)量時(shí)時(shí)，將電阻阻應(yīng)變片粘粘貼在零件件被測(cè)點(diǎn)的的表面。當(dāng)當(dāng)零件在載載荷作用下下產(chǎn)生應(yīng)變變時(shí)，電阻阻應(yīng)變計(jì)發(fā)發(fā)生相應(yīng)的的電阻變化化,用應(yīng)變變儀測(cè)出這這個(gè)變化，，即可以計(jì)計(jì)算被測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)變和和應(yīng)力。優(yōu)缺點(diǎn)：電阻應(yīng)變測(cè)測(cè)試技術(shù)的的優(yōu)點(diǎn):1)靈靈敏度(1?!)和準(zhǔn)準(zhǔn)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(cè)試試技術(shù)簡(jiǎn)單單,可以以應(yīng)用于靜靜、動(dòng)態(tài)測(cè)測(cè)量;3)便于于多點(diǎn)測(cè)量量,易于于集中,測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)據(jù)便于記錄錄,且能能遠(yuǎn)距離傳傳輸。電阻應(yīng)變測(cè)測(cè)試技術(shù)的的缺點(diǎn):1)對(duì)對(duì)于應(yīng)力集集中部位的的測(cè)量不夠夠準(zhǔn)確;2)一一般只能測(cè)測(cè)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(hào)較較小,動(dòng)動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)時(shí),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(cè)測(cè)技術(shù)作為為一種無(wú)損損檢測(cè)方法法可用來(lái)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(cè)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(hù)護(hù)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(jìn)行全反反射傳播。。當(dāng)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(guò)光纖光光柵解調(diào)儀儀監(jiān)測(cè)光柵柵反射光的的波長(zhǎng)，并并通過(guò)相應(yīng)應(yīng)的程序?qū)?duì)測(cè)試數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(cè)測(cè)試方法特特點(diǎn)：1）光纖光光柵傳感器器以光纖作作為信號(hào)載載體，傳感感器體積小小、重量輕輕，容易滿滿足被測(cè)結(jié)結(jié)構(gòu)件對(duì)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(jìn)行比比較，幾乎乎沒(méi)有其他他傳感器可可以與光纖纖光柵傳感感器進(jìn)行媲媲美。2）屬于光光學(xué)測(cè)量方方法，抗電電磁干擾，，適合用于于長(zhǎng)距離信信號(hào)傳輸。。3）光學(xué)信信號(hào)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(jiǎn)化化測(cè)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(gè)傳傳感器（被被測(cè)對(duì)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(cè)量數(shù)顯千分表表是利用數(shù)數(shù)字測(cè)量顯顯示技術(shù),對(duì)測(cè)量桿桿所感測(cè)到到的直線位位移進(jìn)行讀讀數(shù)的一種種精密測(cè)量量器具。它它可以進(jìn)行行任意的起起始值設(shè)置置,進(jìn)行絕絕對(duì)測(cè)量、、相對(duì)測(cè)量量,可滿足足特殊要求求。數(shù)顯千千分表是近近年來(lái)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(cè)測(cè)量精度高高、測(cè)量范范圍大、功功能齊全、、以數(shù)字形形式給出測(cè)測(cè)量結(jié)果、、無(wú)人為讀讀數(shù)誤差。。它的這些些特點(diǎn)讓它它在土木、、機(jī)械行業(yè)業(yè)受到重視視,特別在在高精度、、批量大、、檢測(cè)速度度快的場(chǎng)合合顯示出它它的優(yōu)越性性。4、振弦傳感器測(cè)量振弦式傳感感器是目前前國(guó)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(cè)測(cè)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(hào),通過(guò)頻率率的改變來(lái)來(lái)反映被測(cè)測(cè)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(qiáng)、受電電參數(shù)影響響小、零點(diǎn)點(diǎn)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(zhǎng)等等特點(diǎn)。5、光彈性測(cè)量原理：光彈性法是是利用光學(xué)學(xué)原理進(jìn)