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1、公路与汽运总第108期Highways&AutomotiveApplications93电阻应变测试技术在土木工程中的应用刘斐(湖南省高速公路建设开发总公司,湖南长沙410023)摘要:应变计电测作为一种无损检测技术在各类工程结构中得到广泛应用。但是电阻应变片的测试结果受温度、湿度、导线长短等环境因素的影响很大,文中概述了电阻应变片在土木工程中的一些应用及存在的问题。关键词:公路;电阻应变片;电测技术;智能监测中图分类号:U416.06文献标识码:B文章编号:1671-2668(2005)03-0093-02电阻应变计测量法是目前最常用的实测法,简行测量,这种方法简单,但不够精确。称
2、电测法。应变片电测技术作为一种无损检测方法另一种方法是将应变片粘贴在弹性元件上制成可用来了解建筑物结构的工作状态,从而在各类砼传感器,受载后建立载荷与电阻变化间的函数关系,工程结构中得到了广泛应用。电测法使用方便、操通过预先确定的载荷标定曲线获得测量的载荷值。作简单且灵敏度高,能反映结构受力后出现的微小所获得的测量结果比较精确。变形。应用电测技术在外力远小于结构容许荷载时2电阻应变片在土木工程中的作用就能掌握结构的受力情况,通过连续加载跟踪观测还可了解被测结构的受力变化过程。然而电阻应变2.1测定荷载片对测量环境的要求也很高,变化过大的一些因素各种结构物工作运行中要承受各种外力的作对
3、检测的可靠性有很大影响。用,工程上将这些外力称为载荷。载荷是进行强度和刚度计算的主要依据。通常在设计时确定载荷有1电阻应变片3种方法,即类比法、计算法和实测法。下面介绍实1.1应变片的形式测法中的电阻应变法测定载荷。常用的应变片有丝绕式、箔式和半导体等形式。电阻应变法测定荷载的方法是利用由应变片、丝绕式应变片价格便宜,粘贴方便,但测量平面应变应变仪和指示记录器组成的测量系统进行载荷值的时不够精确;箔式应变片灵敏度高,使用寿命长,易测量。先将应变片粘贴在零件或传感器上,在零件于粘贴、散热和传递变形;半导体应变片灵敏度高,受载变形后应变片中的电阻随之发生变化,经应变输出大,横向效应小。仪
4、组成的测量电桥使电阻值的变化转换成电压信号1.2应变片的工作原理并加以放大,最后经指示器或记录器显示出与荷载应变片的工作原理是根据导线“应变效应”的物成比例变化的曲线,通过标定就可以得到所需数据理现象及导体的电阻值随其本身伸长率的变化而变值的大小。化,存在如下关系式:这种方法现已广泛应用于各种构造物的荷载测ΔR/R=k·ε定,如船闸、桥梁以及房屋建筑等领域。试中:ΔR/R为电阻变化率;k为灵敏系数;ε为应2.2智能健康监测变值。大型、重要的土木工程结构,如桥梁、超高层建应变片粘贴在受测物件上后,随着受载变形电筑、电视塔、水坝、核电站、海洋采油平台等,其服役阻值将发生相应的变化,应变ε
5、与载荷有关,这样就期长达几十年甚至上百年,在疲劳、腐蚀效应及材料使应变片完成了一个由载荷表示的机械量变成电量老化等不利因素影响下,不可避免地产生损伤累积,的转换。甚至产生突发事故。虽然一些事故发生前出现了1.3应变片的使用方式漏洞、塌陷、开裂等征兆,但因缺乏报警监测系统,无应变片可以直接粘贴在某一受载零件表面上进法避免事故的发生。因此,对现存的重要结构和设公路与汽运第3期94Highways&AutomotiveApplications2005年6月施进行健康监测,评价其安全状况,修复、控制损伤3.2潮湿等环境的影响及在新建结构和设施中增设长期的健康监测系统已检测潮湿环境下水工砼结构
6、或桥梁水下砼结构成为必需。部位时,应变片的防潮、防水是保证量测结果可靠性目前,钢筋砼结构的应变监测普遍采用电阻应的一个关键问题。变片,将之粘贴在结构表面或受力筋上后埋入砼内,3.3综合因素造成的影响对钢筋砼结构进行实时、在线的智能健康监测。若检测过程需持续较长时间,仪器初读数的漂电阻应变片用作传感材料具有以下优点:短期移是难以避免的。引起初读数漂移的因素很多,究内性能相对稳定,测量速度快,灵敏度高,测量结果其原因主要是由于应变片工作环境不稳定造成的。可靠;加工工艺简单,易制成适于结构的丝材,埋入初读数值不准确会直接影响测量的可靠性,因此在结构中对结构不造成影响;相配合的仪器成熟,易与
7、条件允许的前提下尽可能改善应变片的工作环境。计算机及其他设备兼容(如图1所示);易于进行各4结束语种补偿等。电阻应变测试技术在土木工程中(道路、桥梁、大坝、船闸、房屋建筑等)的应用极其广泛,但也应该看到,这种技术还不是很完善,还存在许多问题有待解决。随着材料科学和工艺技术的发展,应变片的图1位移和应力监测系统框图各项材料及工艺(主要是敏感栅和粘结剂材料)得到3存在的问题很大发展,使应变片的适用范围越来越广,受环境因素影响越来越小。因此电阻应变测试技术在土木
