中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、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)。
結(jié)構(gòu)的應(yīng)變測試是評估其力學(xué)性能和安全狀態(tài)的重要手段之一。結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試設(shè)備能夠精確捕捉結(jié)構(gòu)在受力過程中的微小變形，為工程師在橋梁檢測中提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。
結(jié)構(gòu)在外力作用下會產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力是反映結(jié)構(gòu)在荷載作用下構(gòu)件的局部受力與破壞狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)，也是反映結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的主要參數(shù)。實際上直接測量應(yīng)力比較困難，一般是通過測量應(yīng)變間接測量應(yīng)力。
通過結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試，不僅可以有效識別結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，預(yù)防潛在的安全隱患，還能為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和橋梁健康監(jiān)測提供科學(xué)依據(jù)。本文中交路橋科技將匯總結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試設(shè)備與大家分享，并為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實踐提供參考。
1、應(yīng)變測試系統(tǒng)
應(yīng)變測試系統(tǒng)用于測量和記錄結(jié)構(gòu)或材料荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)變，它通常包括應(yīng)變計、數(shù)據(jù)采集單元、信號放大器、數(shù)據(jù)分析軟件。應(yīng)變計是該系統(tǒng)中的最重要的設(shè)備，它是測量物體微小形變的傳感器，它的基本原理是利用某些材料的固有特性，如金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)或某些傳感材料的壓電效應(yīng)，將物體的形變轉(zhuǎn)換為電信號、光信號等，從而實現(xiàn)對微小變形的測量。
（1）振弦式應(yīng)變計
振弦式應(yīng)變計工作原理基于弦的振動頻率與弦的張力之間的關(guān)系。一定長度的鋼弦張拉在兩個端塊之間，端塊牢固安裝于待測構(gòu)件上，構(gòu)件的變形使得兩端塊相對移動并導(dǎo)致鋼弦張力變化，張力的變化又使鋼弦的諧振頻率發(fā)生變化，通過測量鋼弦諧振頻率的變化從而測出待測構(gòu)件的應(yīng)變。
（2）磁致伸縮式
利用磁致伸縮效應(yīng)，是指某些材料在外加磁場的作用下發(fā)生尺寸變化的現(xiàn)象。鎳錳合金（NiMn）是一種具有磁致伸縮效應(yīng)的合金，它能夠在應(yīng)力作用下改變其磁化狀態(tài)，這種變化與磁場強(qiáng)度成比例關(guān)系，從而實現(xiàn)應(yīng)變的測量。
（3）電阻式應(yīng)變計
基于材料的電阻隨應(yīng)變而發(fā)生變化的原理。電阻式應(yīng)變計通常由金屬箔片構(gòu)成，當(dāng)材料受到力或應(yīng)變時，箔片的長度、寬度或電阻值會發(fā)生變化。通過測量電阻值的變化，可以確定應(yīng)變的大小。
（4）光纖光柵應(yīng)變計
光纖傳感器基于光纖中的光柵對波長變化的敏感性。當(dāng)光纖光柵受到外界的應(yīng)變或溫度變化時，其反射或透射的光波長會發(fā)生變化，這種變化與應(yīng)變或溫度的變化成比例關(guān)系。具體來說：（1）通過紫外光刻技術(shù)在光纖芯上刻寫出周期性的折射率變化，形成光柵結(jié)構(gòu)。（2）當(dāng)光纖光柵受到拉伸或壓縮時，光柵的周期發(fā)生變化，導(dǎo)致反射光的波長發(fā)生變化。（3）再通過光譜分析儀等設(shè)備檢測反射光波長的變化，從而計算出應(yīng)變值。
2、應(yīng)變計應(yīng)用
每種應(yīng)變計都有其適用的領(lǐng)域和特點(diǎn)，在選擇應(yīng)變計時，需要測試需求考慮測量范圍、精度要求、環(huán)境適應(yīng)性、價格、組網(wǎng)等因素綜合確定。應(yīng)變計選型技術(shù)指標(biāo)。
（1）采集頻率：根據(jù)數(shù)據(jù)采集頻率可分為靜態(tài)應(yīng)變計和動態(tài)應(yīng)變計。
（2）分辨率：應(yīng)變計能分辨出的最小應(yīng)變，一般可達(dá)到0.1με。
（3）組網(wǎng)方式：易于實現(xiàn)全自動化數(shù)據(jù)采集、多點(diǎn)同步測量、遠(yuǎn)距離測量和遙控測試，操作方便，測試方法易于掌握。
（4）標(biāo)距：應(yīng)變計標(biāo)距一般約為100～150mm。對一些圬工橋梁需要采用大標(biāo)距應(yīng)變計。對一些節(jié)點(diǎn)局部應(yīng)變測試，需要用到小標(biāo)距應(yīng)變片。
（5）安裝方式：分為內(nèi)埋式和表貼式，內(nèi)埋式傳感器一般用于混凝土橋梁施工監(jiān)控，施工時安裝于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部。
（6）量程：應(yīng)變計能夠測量的最大應(yīng)變范圍，一般約為3000με。
（7）適用溫度范圍：電阻式受溫度影響較大，需補(bǔ)償；光纖光柵式溫度適應(yīng)性好；弦的振動頻率受溫度影響較小；磁致伸縮材料的性能可能受到溫度變化的影響。
隨著智能化、數(shù)字化技術(shù)的持續(xù)滲透，中交路橋科技先進(jìn)的檢測設(shè)備無疑將在推動交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和維護(hù)向更高質(zhì)量、更高效率轉(zhuǎn)型中發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。從智能監(jiān)測系統(tǒng)到自動化檢測裝備，每一步技術(shù)革新都是對“智慧交通”理念的生動實踐，旨在為人類社會的出行安全與便捷貢獻(xiàn)更多“中國智慧”與“中國方案。
