详解桥梁荷载试验中各种应变测试方法的优缺点及其适用范围？
详解桥梁荷载试验中各种应变测试方法的优缺点及其适用范围?
一、前言
在当今土木工程行业中,应力应变测量广泛地应用于建筑、铁路、桥梁、交通、大坝等结构上。结构的应力应变测试是工程人员进行结构设计优化,了解结构受力状态以及保证结构安全的一个很重要的环节。例如在大跨度桥梁的施工过程以及营运过程的长期健康监测中,对关键截面的应力应变进行监测,为桥梁的施工、营运、加固提供依据,确保结构安全是桥梁建设一个必不可少的环节。如何才能快速、准确地测量出我们所关心的结构的应力应变,是每一个工程人员十分关心的问题。
二、应力应变测试方法
电阻式应变片测量、光纤光栅测量、数显千分表测量、振弦传感器测量、光弹性测量
1、电阻式应变片测量
电阻式应变片：电阻式应变片又称为电阻应变计,简称应变片或电阻片,它是非电量电测中最重要的变换器。
原理：是用电阻应变计测量结构的表面应变， 再根据应变—应力关系确定构件表面应力状态的一种试验应力分析方法。测量时，将电阻应变片粘贴在零件被测点的表面。当零件在载荷作用下产生应变时，电阻应变计发生相应的电阻变化,用应变仪测出这个变化，即可以计算被测点的应变和应力。
电阻应变测试技术的优点:
1)灵敏度和准确度(约1%-3%)高,数据稳定可靠;
2)尺寸小、重量轻,测试技术简单,可以应用于静、动态测量;
3)便于多点测量,易于集中,测量数据便于记录,且能远距离传输。
电阻应变测试技术的缺点:
1)对于应力集中部位的测量不够准确;
2)一般只能测量构件表面应变,难于显示其内部应变;
3)输出信号较小,动态测量时,接线往往需要采取屏蔽措施以防止干扰。
应变片电测技术作为一种无损检测方法可用来了解建筑物结构的工作状态，从而在各类混凝土工程结构中得到了广泛应用。
2、光纤光栅测量
原理：裸光纤光栅传感器是一种未经封装的传感元件，它以裸光纤为载体，通常由纤芯和外面的保护层组成。其中纤芯的直径仅为0.125mm，光线在其内部进行全反射传播。当芯层折射率受到周期性调制后，即成为Bragg光栅，如图所示。
通过光纤光栅解调仪监测光栅反射光的波长，并通过相应的程序对测试数据进行计算、分析和处理，就能获得光纤光栅传感器处的应变值。
光纤光栅测试方法特点：
1)光纤光栅传感器以光纤作为信号载体，传感器体积小、重量轻，容易满足被测结构件对狭小空间的安装需求;另一方面，在使用传感器密集的地方，从尺寸和重量上进行比较，几乎没有其他传感器可以与光纤光栅传感器进行媲美。
2)属于光学测量方法，抗电磁干扰，适合用于长距离信号传输。
3)光学信号入射和反射线的输入输出回路仅为一根直径0.25 mm 的光纤，能够极大地简化测试系统结构。
4)理论上，一根光纤上可以连续制作几十个传感器(被测对象变形越小，可以连续制作的传感器也越多)，便于构成分布式传感系统。
3、数显千分表测量
数显千分表是利用数字测量显示技术,对测量杆所感测到的直线位移进行读数的一种精密测量器具。它可以进行任意的起始值设置,进行绝对测量、相对测量,可满足特殊要求。数显千分表是近年来发展较快的高技术产品,它读数直观、测量精度高、测量范围大、功能齐全、以数字形式给出测量结果、无人为读数误差。它的这些特点让它在土木、机械行业受到重视,特别在高精度、批量大、检测速度快的场合显示出它的优越性。
4、振弦传感器测量
振弦式传感器是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。振弦传感器直接输出振弦的自振频率信号,通过频率的改变来反映被测构件的应变大小。振弦传感器具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、受温度影响小、性能稳定可靠、使用寿命长等特点。
5、光弹性测量
原理：光弹性法是利用光学原理进行应力应变测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、散斑干涉法和云纹干涉法等由于视场测量范围较小，一般在1μm到1mm之间，常用于实验室而很难满足工程现场的测量需求。
光弹性方法的优点：
1)属于非接触测量方法，具有电测方法不能达到的全场测量优势，既可以测量表面应力，也可测量内部应力。
2)该方法直观，能够清晰地反映应力集中现象，不仅很容易找到应力集中的部位，而且可以确定应力集中系数。
光弹性方法的缺点：
1)工艺比较复杂，测量周期比较长;
2)通常需要使用环氧树脂材料在被测结构表面进行平面和曲面贴片处理;对于一些大型构件，需要按比例制作3D 光弹性模型，制作工艺相对复杂;
3)需要将被测对象置于偏振光环境中，光学系统相对复杂。
三、结束语
各种测量手段在不同的场合显示出了不一样的优越性。因此在实际工程中,选择测量方法时应该因地制宜,根据现场实际情况来做出合理的选择,才能达到最佳的测量效果。相信随着科技的发展和进步,各种集成化、自动化、高精度、高速度、高稳定性、适用范围更广的测量设备和测试手段将更好的为我们服务。
