一、前言
在當今土木工程行業(yè)中,應力應變測量廣泛地應用于建筑、鐵路、橋梁、交通、大壩等結構上。結構的應力應變測試是工程人員進行結構設計優(yōu)化,了解結構受力狀態(tài)以及保證結構安全的一個很重要的環(huán)節(jié)。例如在大跨度橋梁的施工過程以及營運過程的長期健康監(jiān)測中,對關鍵截面的應力應變進行監(jiān)測,為橋梁的施工、營運、加固提供依據,確保結構安全是橋梁建設一個必不可少的環(huán)節(jié)。如何才能快速、準確地測量出我們所關心的結構的應力應變,是每一個工程人員十分關心的問題。
二、應力應變測試方法
電阻式應變片測量、光纖光柵測量、數顯千分表測量、振弦傳感器測量、光彈性測量
1、電阻式應變片測量
電阻式應變片：電阻式應變片又稱為電阻應變計,簡稱應變片或電阻片,它是非電量電測中最重要的變換器。
原理：是用電阻應變計測量結構的表面應變， 再根據應變—應力關系確定構件表面應力狀態(tài)的一種試驗應力分析方法。測量時，將電阻應變片粘貼在零件被測點的表面。當零件在載荷作用下產生應變時，電阻應變計發(fā)生相應的電阻變化,用應變儀測出這個變化，即可以計算被測點的應變和應力。
電阻應變測試技術的優(yōu)點:
1)靈敏度和準確度(約1%-3%)高,數據穩(wěn)定可靠;
2)尺寸小、重量輕,測試技術簡單,可以應用于靜、動態(tài)測量;
3)便于多點測量,易于集中,測量數據便于記錄,且能遠距離傳輸。
電阻應變測試技術的缺點:
1)對于應力集中部位的測量不夠準確;
2)一般只能測量構件表面應變,難于顯示其內部應變;
3)輸出信號較小,動態(tài)測量時,接線往往需要采取屏蔽措施以防止干擾。
應變片電測技術作為一種無損檢測方法可用來了解建筑物結構的工作狀態(tài)，從而在各類混凝土工程結構中得到了廣泛應用。
2、光纖光柵測量
原理：裸光纖光柵傳感器是一種未經封裝的傳感元件，它以裸光纖為載體，通常由纖芯和外面的保護層組成。其中纖芯的直徑僅為0.125mm，光線在其內部進行全反射傳播。當芯層折射率受到周期性調制后，即成為Bragg光柵，如圖所示。
通過光纖光柵解調儀監(jiān)測光柵反射光的波長，并通過相應的程序對測試數據進行計算、分析和處理，就能獲得光纖光柵傳感器處的應變值。
光纖光柵測試方法特點：
1)光纖光柵傳感器以光纖作為信號載體，傳感器體積小、重量輕，容易滿足被測結構件對狹小空間的安裝需求;另一方面，在使用傳感器密集的地方，從尺寸和重量上進行比較，幾乎沒有其他傳感器可以與光纖光柵傳感器進行媲美。
2)屬于光學測量方法，抗電磁干擾，適合用于長距離信號傳輸。
3)光學信號入射和反射線的輸入輸出回路僅為一根直徑0.25 mm 的光纖，能夠極大地簡化測試系統結構。
4)理論上，一根光纖上可以連續(xù)制作幾十個傳感器(被測對象變形越小，可以連續(xù)制作的傳感器也越多)，便于構成分布式傳感系統。
3、數顯千分表測量
數顯千分表是利用數字測量顯示技術,對測量桿所感測到的直線位移進行讀數的一種精密測量器具。它可以進行任意的起始值設置,進行絕對測量、相對測量,可滿足特殊要求。數顯千分表是近年來發(fā)展較快的高技術產品,它讀數直觀、測量精度高、測量范圍大、功能齊全、以數字形式給出測量結果、無人為讀數誤差。它的這些特點讓它在土木、機械行業(yè)受到重視,特別在高精度、批量大、檢測速度快的場合顯示出它的優(yōu)越性。
4、振弦傳感器測量
振弦式傳感器是目前國內外普遍重視和廣泛應用的一種非電量電測的傳感器。振弦傳感器直接輸出振弦的自振頻率信號,通過頻率的改變來反映被測構件的應變大小。振弦傳感器具有抗干擾能力強、受電參數影響小、零點飄移小、受溫度影響小、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長等特點。
5、光彈性測量
原理：光彈性法是利用光學原理進行應力應變測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、散斑干涉法和云紋干涉法等由于視場測量范圍較小，一般在1μm到1mm之間，常用于實驗室而很難滿足工程現場的測量需求。
光彈性方法的優(yōu)點：
1)屬于非接觸測量方法，具有電測方法不能達到的全場測量優(yōu)勢，既可以測量表面應力，也可測量內部應力。
2)該方法直觀，能夠清晰地反映應力集中現象，不僅很容易找到應力集中的部位，而且可以確定應力集中系數。
光彈性方法的缺點：
1)工藝比較復雜，測量周期比較長;
2)通常需要使用環(huán)氧樹脂材料在被測結構表面進行平面和曲面貼片處理;對于一些大型構件，需要按比例制作3D 光彈性模型，制作工藝相對復雜;
3)需要將被測對象置于偏振光環(huán)境中，光學系統相對復雜。
三、結束語
各種測量手段在不同的場合顯示出了不一樣的優(yōu)越性。因此在實際工程中,選擇測量方法時應該因地制宜,根據現場實際情況來做出合理的選擇,才能達到最佳的測量效果。相信隨著科技的發(fā)展和進步,各種集成化、自動化、高精度、高速度、高穩(wěn)定性、適用范圍更廣的測量設備和測試手段將更好的為我們服務。
