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一、前言

　　在當(dāng)今土木工程行業(yè)中,應(yīng)力應(yīng)變測量廣泛地應(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)安全的一個很重要的環(huán)節(jié)。例如在大跨度橋梁的施工過程以及營運(yùn)過程的長期健康監(jiān)測中,對關(guān)鍵截面的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測,為橋梁的施工、營運(yùn)、加固提供依據(jù),確保結(jié)構(gòu)安全是橋梁建設(shè)一個必不可少的環(huán)節(jié)。如何才能快速、準(zhǔn)確地測量出我們所關(guān)心的結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變,是每一個工程人員十分關(guān)心的問題。

　　二、應(yīng)力應(yīng)變測試方法

　　電阻式應(yīng)變片測量、光纖光柵測量、數(shù)顯千分表測量、振弦傳感器測量、光彈性測量

　　1、電阻式應(yīng)變片測量

　　電阻式應(yīng)變片：電阻式應(yīng)變片又稱為電阻應(yīng)變計(jì),簡稱應(yīng)變片或電阻片,它是非電量電測中最重要的變換器。

　　原理：是用電阻應(yīng)變計(jì)測量結(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。測量時(shí)，將電阻應(yīng)變片粘貼在零件被測點(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)變儀測出這個變化，即可以計(jì)算被測點(diǎn)的應(yīng)變和應(yīng)力。

　　電阻應(yīng)變測試技術(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,測試技術(shù)簡單,可以應(yīng)用于靜、動態(tài)測量;

　　3)便于多點(diǎn)測量,易于集中,測量數(shù)據(jù)便于記錄,且能遠(yuǎn)距離傳輸。

　　電阻應(yīng)變測試技術(shù)的缺點(diǎn):

　　1)對于應(yīng)力集中部位的測量不夠準(zhǔn)確;

　　2)一般只能測量構(gòu)件表面應(yīng)變,難于顯示其內(nèi)部應(yīng)變;

　　3)輸出信號較小,動態(tài)測量時(shí),接線往往需要采取屏蔽措施以防止干擾。

　　應(yīng)變片電測技術(shù)作為一種無損檢測方法可用來了解建筑物結(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。

　　通過光纖光柵解調(diào)儀監(jiān)測光柵反射光的波長，并通過相應(yīng)的程序?qū)y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。

　　光纖光柵測試方法特點(diǎn)：

　　1)光纖光柵傳感器以光纖作為信號載體，傳感器體積小、重量輕，容易滿足被測結(jié)構(gòu)件對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)測量方法，抗電磁干擾，適合用于長距離信號傳輸。

　　3)光學(xué)信號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，能夠極大地簡化測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　4)理論上，一根光纖上可以連續(xù)制作幾十個傳感器(被測對象變形越小，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)顯千分表測量

　　數(shù)顯千分表是利用數(shù)字測量顯示技術(shù),對測量桿所感測到的直線位移進(jìn)行讀數(shù)的一種精密測量器具。它可以進(jìn)行任意的起始值設(shè)置,進(jìn)行絕對測量、相對測量,可滿足特殊要求。數(shù)顯千分表是近年來發(fā)展較快的高技術(shù)產(chǎn)品,它讀數(shù)直觀、測量精度高、測量范圍大、功能齊全、以數(shù)字形式給出測量結(jié)果、無人為讀數(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、檢測速度快的場合顯示出它的優(yōu)越性。

　　4、振弦傳感器測量

　　振弦式傳感器是目前國內(nèi)外普遍重視和廣泛應(yīng)用的一種非電量電測的傳感器。振弦傳感器直接輸出振弦的自振頻率信號,通過頻率的改變來反映被測構(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、使用壽命長等特點(diǎn)。

　　5、光彈性測量

　　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測量范圍較小，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)場的測量需求。

　　光彈性方法的優(yōu)點(diǎn)：

　　1)屬于非接觸測量方法，具有電測方法不能達(dá)到的全場測量優(yōu)勢，既可以測量表面應(yīng)力，也可測量內(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，測量周期比較長;

　　2)通常需要使用環(huán)氧樹脂材料在被測結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行平面和曲面貼片處理;對于一些大型構(gòu)件，需要按比例制作3D 光彈性模型，制作工藝相對復(fù)雜;

　　3)需要將被測對象置于偏振光環(huán)境中，光學(xué)系統(tǒng)相對復(fù)雜。

　　三、結(jié)束語

　　各種測量手段在不同的場合顯示出了不一樣的優(yōu)越性。因此在實(shí)際工程中,選擇測量方法時(shí)應(yīng)該因地制宜,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來做出合理的選擇,才能達(dá)到最佳的測量效果。相信隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步,各種集成化、自動化、高精度、高速度、高穩(wěn)定性、適用范圍更廣的測量設(shè)備和測試手段將更好的為我們服務(wù)。