工程结构应力检测误差的减小和消除.pdf

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1、工程测量与检测器EngineeringSurvey&Detection工程结构应力检测误差的减小和消除刘勇．靳璞(北京市市政T程研究院，北京100037)摘要：工程结构应力检测的误差不仅与检测仪器自身的精度有关，而且与检测环境条件、传感元件安装布置、信号传输环节等密切相关。分析了工程结构应力检测误差产生的主要原因．并提出了减小、消除工程结构应力检测误差的有效方法。指出优先考虑选用振弦类应力传感器，采用桥路供电为矩型波的应变仪，采用优质接线箱或无触点转换开关，使用截面较大的优质信号电缆等，是减小信号传输环节产生误差的行之有效的方法。关键词：工程结构：应力检测；误差中

2、国分类号：TU317．9文献标志码：B文章编号：1009—7767(2010)05-0133-03ReduceandEliminateErrorsofStressTestingofEngineeringStructuresLiuYong。JinPu工程结构的应力检测是信息化施工必不可少的技术手段，也是城市基础设施运营养护和安全评估的重要环节。应力检测的准确性，不仅关系到设计、施工、养护各方面正确的决策，而且关系到城市的正常运行和社会的安定。虽然目前应力检测技术已经在北京的桥梁和地铁建设中普遍采用，但是由于对应力检测的机理认识不深．目前一些丁程的应力检测存在较大的误

3、差。甚至导致了错误的结论。工程技术人员有必要深入了解测量系统中潜在的误差源和可能引起的误差大小以及消除、补偿、修正或减小这些误差的方法，以便有效地提高应力检测工作的准确性。1应力检测的原理和基本仪器外力的作用会引起结构内部应力的变化，而结构内部应力的检测，一般是借助于应变检测来进行的。假定结构材料的弹性模量为E，结构某截面的应变为占．通过矿=B的计算，就可以得到该结构相应截面的应力值。在实际的T程检测过程中，需要在待测结构上布设应变传感器，通过信号电缆将采集到的信号输送到包含放大一指示单元的应变仪或类似的仪表装置，完成输出和应变记录的整个检测流程。目前，工程上应用

4、最多的静态应力检测系统有两种：一种是采用电阻应变式传感器和静态应变仪，一种是采用振弦式传感器和激励一测频读数仪。其系统框图见图l。a)电阻应变式静态应力测试系统b)振弦式静态应力测试系统图l静态应力检测系统2应力检测阶段容易出现的各种误差应力检测过程中，由于检测方案存在缺陷或实际操作存在疏漏，往往会引入较大的检测误差，严重影响检测结果的准确性。现场应力检测阶段常见的检测误差主要包括环境温度和湿度变化引入的误差、传感元件安装引入的误差和信号传输环节引入的误差等几方面。2．1环境温度变化产生的误差几乎所有的导体都存在电阻一温度效应，电阻式应变片的电阻率也会随环境温度变

5、化而变化。此外，zolo卑$5期(9一)第28毫，争荭投求一盯133器工程测量与检测EngineeringSurvey&Detection不同物质的热膨胀温度系数不同，把应变片粘贴到与其热膨胀系数不同的试件材料上，温度的变化将在试件材料和应变片之间形成微小的变形差异，导致应变片产生变形。使其阻值发生变化。上述两种变化的综合效应相当于机械应变，可称之为温度引起的“视在应变”。这是应用应变片进行静态应变测量时最重要的潜在误差源之一。对于振弦式传感器，由于振弦和传感器外壳、传感器外壳和试件之间的热膨胀系数差异，同样也会产生“视在应变”，引入检测误差。此外，采用直流电桥的

6、应变仪，检测过程中使桥路持续通电。电流的热效应会使应变片自身发热。导致温度误差增加；而采用交流电桥的应变仪，检测阶段有效通电时间短，应变片自身热耗散小，此项影响也相应较小。环境温度变化产生误差的最主要的表现形式是零点漂移。即应力传感器布设完成后。虽然没有对结构物加载，但是仪器的零点缓慢浮动。且仪器读数会随着昼夜温差的变化缓慢波动。分析表明，将最常用的康铜类材料电阻应变式传感器粘贴在钢结构上．当环境温度由一20℃变化到+70oC的时候。其温度影响造成的应变输出大约是260～270“8(且为非线性)[¨。对于钢桥类结构。这种温度变化所引起的应变值的变化甚至超过了活荷载

7、所引起桥梁的应变数值。这充分说明，如果不采取修正措施。环境温度所引起的传感器的输出误差将有可能淹没待测的应力数据。所以应力检测阶段环境温度变化所引入的误差绝对不容忽视。优先选用具有温度白补偿特性的应力传感器、优先考虑采用交流桥路应变仪、使用之前把应力传感器放在烤箱和冰箱里进行温度漂移标定、在现场温度变化最平缓的时段(通常是夜间和清晨)进行观测等等。这都是减小环境温度变化产生的误差的有效手段。2．2环境湿度变化产生的误差环境湿度对检测影响的表现形式主要有两种：一是在潮湿的环境下，开机后仪器读数剧增(减)，根本无法调出零点；二是虽然可调零，但是试验加载时。仪器读数变化

8、却极为迟钝