应变电测法在桥梁结构中的应用

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 随着现代科学技术的飞速发展,应变电测技术在桥梁结构应力检测中得到了广泛应用,各种新型应变仪不断研发生产,大大提高了桥梁结构试验的测试精度及测试效率,使大型桥梁结构试验成为可能。本节主要介绍结构应力应变电测技术的原理及应用。

电阻应变测量原理

将电阻应变片粘贴在被测构件上,当构件变形时,应变片与构件一起变形,致使应变片的电阻值发生相应的变化,换算成应变值或输出与应变成正比的模拟电信号,用应变仪采集下来或直接存入计算机进行处理,得到所需要的应力应变值。

电阻应变片的选用

应变片品种和规格很多,选择时必须从满足测试要求,使用方便和尽可能节省成本等原则出发,结合被测试件所处的环境条件、被测材料的匀质程度、测点部位的重要程度以及应变范围等多方面考虑。

电阻应变片的粘贴和连接

电阻应变片的粘贴和焊接是应变测试技术中极重要的一步,必须引起足够重视,通过结合工程实践,提出正确的操作步骤及其相应的注意事项。

电阻应变片的选择

首先检查电阻应变片的外观质量,好的应变片应该丝栅平直整齐、均匀、无气泡、无霉、无锈蚀,基底和覆盖层无破损。其次,用惠斯顿电桥测定应变片的电阻值,其准确度应达到0.1Ω,以便按阻值的大小进行编组配对。工作片与补偿片之间的电阻值之差不宜大于0.2Ω,以免桥臂阻值不能调平衡。

试件的表面处理

被测表面与电阻应变片之间是否能牢固地粘在一起,是直接影响被测物与应变片变形传递的关键。为使应变片能够粘贴牢固,应对被测表面进行专门处理。

从工程实践表明,对于钢试件,可通过采用砂轮片、钢丝刷等对试件去锈,去锈的长度比应变片长2-3倍。螺纹钢筋在不损伤有效面积的条件下,磨去几个螺纹。去锈以后,需要砂纸抛光,并达到光洁。抛光结束前的砂削方向应与贴片方向斜交。最后用丙酮棉花擦拭贴片处。而对于混凝土试件,用砂轮磨平欲测的混凝土表面部位,然后涂上一层薄薄地环氧树脂,待其干燥。等底层完全干燥后,用细铁砂纸将表面磨平,注意砂磨方向应与贴片方向斜交。最后用无水酒精棉花擦拭贴片处。

粘贴应变片

目前适用于金属或混凝土的贴片且较常用的胶粘剂为氰基丙烯酸乙酯类粘贴剂,粘贴剂在常温下吸收空气中的微量水分并固化,使用时仅用手指加压0.5-1min,便能初步固化。现场使用特别方便。环氧树脂类粘贴剂也可用来贴应变片。贴片时,先要看清应变片的位置、方向。把胶水滴在应变片粘贴面上,片子贴上去以后,盖上一张塑料薄膜,用大拇指轻轻按住片子,挤出气泡和多余的胶水,注意留心电阻片的位置和方向不能移动。由于粘结剂是一种快干型粘贴剂,所以操作过程中需要熟练技术和经验。

应变片的干燥处理和质量检查

应变片粘贴后必须使粘贴剂充分干燥,以保证应变片能够传递试件的变形,同时保证应变片的绝缘度,以免造成读数漂移。应变片的干燥方法可以分自然干燥和人工干燥。当温度大于15℃,相对湿度低于60%时,可采用自然干燥,干燥时间一般需要24h。人工干燥就是用红外灯刨或电吹风烘烤,温度一般控制在50℃以下,干燥时间一般只需1h。应变片的粘贴质量主要是指粘贴层的好坏,几何位置是否正确,粘贴层是否有气泡、引出线是否完好等等。还有一个与粘贴质量有关的因素是试件与应变片引出线之间的绝缘度,这个绝缘度值至少要大于100MΩ,对测量时间较长的情况,应在200MΩ以上。

应变片的防潮处理

对应变片进行干燥处理和质量检查后,应及时对应变片进行防潮处理,这在野外试验是必须的。应变片的短期防潮处理比较简单。对于应变片的长期防潮,一般采用环氧树脂配固化剂,也可将石蜡和松香加热熔化使用。

应变片的导线连接

在每片应变片的引出线下面贴一条接线端子,把应变片的引出线和后续接线一起焊在过桥上。应变片的连接导线与采用的应变仪器和测试内容有关。

惠斯顿电桥温度补偿处理技巧

对于接入电桥的电阻应变片的电阻值随温度变化,这一变化当然要引起电桥输出电压,一般每升温1℃,应变放大器输出的变量可达几十微应变。虽然,这是非受力应变,需要排除。根据应变电桥的输出特性,应用上不难对温度进行补偿,只要用一片和工作片阻值、灵敏系数和电阻温度系数都相同的应变片,把它贴在一块与被测件材料相同而不受力的试件上,并使它们处于同一温度场,电桥连接时使工作片和补偿片处在相邻桥臂中,这样温度变化就不会造成电桥的输出电压。

实际使用上,补偿片可采用单点补偿多点的办法,具体补多少点要根据被测物的材料特性、测点位置及环境条件决定。一般桥梁应变测量,可以一补十。但必须注意,在特别严格或特殊场合,需要单独进行补偿。

结语

文章可结合实践经验,着重论述桥梁检测中应变电测的应用技术,并以应变检测为例介绍检测桥梁中的检测原理、方法,具体提出电阻应变计的选用等,为同行提供参考借鉴。

 

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