浅谈桥梁结构应力测试方法及特点

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1、第1期(f．~202期)．No．12010年2月SHANXISCIENCE＆TECHNOLOGYofCOMMUNICATIONSFeb．浅谈桥梁结构应力测试方法及特点谢海龙(山西省交通科学研究院，山西太原030006)摘要：详细介绍了桥梁结构应力测试的各种方法及其特点，结合以往工程经验，对影响振弦应变计测试精度进行深入分析，并提出相应措施。关键词：应力；测试；电阻应变计；振弦应变计；光纤应变计中图分类号：U446文献标识码：A文章编号：1006-3528(2010)01-0064-02桥梁结构应力测试是准确掌握结构受力状况，装放大器或MD转换模块，从而使得数据

2、能够实现评估结构承载力及使用性能，结构安全监测的重要远距离传输，但相应增加了监测成本。手段之一。根据应变传感器的工作原理，常用的应力1．3振弦式应变计测试主要有：a)机械式应变计；b)电阻式应变计；c)振振弦应变计在土木工程领域有着广泛的应用，弦式应变计；d)光纤光栅应变计。传感器制造技术已经相当成熟。其基本原理为：在应变计内安装一张紧的钢弦，当传感器受压或受拉时，1应力测试方法及特点钢弦的频率也随之减小或增大。因此通过测量钢弦1．1机械式应变计频率间接量测结构物的应变。振弦式应变计有如下其原理是采用特制夹具将位移计(千分表)安装特点：于结构表面。该方法简单直

3、观且精度高，适合大量程a)振弦应变计量测信号为钢弦频率，相对电阻或大标距测试。但需要人工读数，无法实现自动化测式应变计而言，不受导线长度及电阻、结构物和仪器量，仅限于结构试验。静电等因素影响，测试结果稳定，数据传输距离较1．2电阻式应变计长，甚至可达到lkm左右，能够适合桥梁施工监控其原理根据导电体在变形时，其电阻相应发生等野外环境。通过配接综合采集模块，可实现自动化变化。通过测量电阻变化率，从而得到结构体应变。测量。电阻式应变计具有以下特点：b)需要对钢弦进行激振，使钢弦振动起来，才可a)通过配接智能应变采集仪，实现自动化测量，采集其固有频率。而激发钢弦振动

4、其输出信号是间且灵敏度高，能够进行动态应力测试。断的，无法实现连续测量。因此振弦式应变计不适合b)受导线电阻及长度以及测试环境(温度、水动态测试。其数据采集时间间隔不小于10min．若采等)影响较大，导线连接长度一般在100m左右，传集时间过短，两次振动容易叠加造成频率失真，同时输距离较短。过高的采样频率很容易损坏传感器。c)由于直接进行电信号(电阻、电压等)测量，因c)目前多数国产振弦式传感器使用寿命在3年而抗电磁干扰能力较差，导线及传感器需要较好屏左右，这是因为钢弦在高应力状态下随时间发展会蔽，同时测量仪器也需较好地接地，以消除静电对测产生松弛现象，从而使

5、得频率降低，导致传感器失试结果的影响。效。d)电阻式应变计适用于桥梁动静载试验及室内d)振弦传感器由于其安装方便、稳定性好、价格结构试验等短期应力测量。在桥梁长期健康监测中，低廉等特点，在桥梁施工监控中有着广泛的应用。然国内也有采用电阻式应变计，但相应做了改进。具体而在实际应用中，影响测试精度最关键的因素在于做法为：采用封装较好的进口应变计，其在野外条件寻找传感器的零点。根据以往工程经验，埋入式传感下不易受潮且工作性能稳定。同时在应变计附近加收稿日期：2009—10—19；修回日期：2009一l1—03作者简介：谢海龙(1978一)，男，山西永济人，工程师，2

6、001年毕业于长安大学公路与城市道路专业。2010年第1期谢海龙：浅谈桥梁结构应力测试方法及特点·65·器在浇筑完混凝土后，频率会有很大的变化。这是因光波偏振态的变化等因素的影响，因此具有较好的为混凝土在凝固过程中产生水化热。钢弦受热胀冷抗电磁干扰、抗腐蚀等特点，能够适合恶劣环境工缩效应导致其固有频率降低。若以浇筑混凝土前钢作，且具有良好的数据传输能力，信号不会衰减，适弦频率为零点，则测试结果为混凝土内部产生压应合远距离传输，传感器距解调仪最远可达5km左力，有的甚至达到3MPa左右，明显与实际状态不右。光纤应变计主要应用于桥梁结构长期健康监测符。因此，在实际

7、工作中应该以混凝土受力前(如张中。拉前或拆支架前)钢弦频率为零点，此时混凝土内部b)可实现串联式布线，一个测量通道可串接20水化热基本完成相对较为稳定。只左右传感器，能够实现动态应力测试，采样频率最e)影响振弦应变计正常工作的另一重要因素便高可达100kHz．是传感器的安装。无论是表面安装还是埋人式安装，e)目前光纤应变计在我国尚未得到广泛的应如果在安装过程导致传感器受扭或受弯，钢弦的频用，光纤解调仪是制约其发展的主要因素。而能够实率则可能会朝一个方向逐渐增大或逐渐减小而无法际应用的解调仪产品不多且价格昂贵。同时光纤应稳定，如果是表面安装还可补救，若埋人式安装

8、则无变计受温度影响较大，通过增加温度补