結構的應變測試是評估其力學性能和安全狀態(tài)的重要手段之一。結構應變測試設備能夠精確捕捉結構在受力過程中的微小變形，為工程師在橋梁檢測中提供了寶貴的數據支持。
結構在外力作用下會產生應力，應力是反映結構在荷載作用下構件的局部受力與破壞狀態(tài)的關鍵指標，也是反映結構安全狀態(tài)的主要參數。實際上直接測量應力比較困難，一般是通過測量應變間接測量應力。
通過結構應變測試，不僅可以有效識別結構的薄弱環(huán)節(jié)，預防潛在的安全隱患，還能為結構優(yōu)化設計和橋梁健康監(jiān)測提供科學依據。本文中交路橋科技將匯總結構應變測試設備與大家分享，并為相關領域的研究和實踐提供參考。
1、應變測試系統(tǒng)
應變測試系統(tǒng)用于測量和記錄結構或材料荷載作用下產生的應變，它通常包括應變計、數據采集單元、信號放大器、數據分析軟件。應變計是該系統(tǒng)中的最重要的設備，它是測量物體微小形變的傳感器，它的基本原理是利用某些材料的固有特性，如金屬的電阻應變效應或某些傳感材料的壓電效應，將物體的形變轉換為電信號、光信號等，從而實現對微小變形的測量。
（1）振弦式應變計
振弦式應變計工作原理基于弦的振動頻率與弦的張力之間的關系。一定長度的鋼弦張拉在兩個端塊之間，端塊牢固安裝于待測構件上，構件的變形使得兩端塊相對移動并導致鋼弦張力變化，張力的變化又使鋼弦的諧振頻率發(fā)生變化，通過測量鋼弦諧振頻率的變化從而測出待測構件的應變。
（2）磁致伸縮式
利用磁致伸縮效應，是指某些材料在外加磁場的作用下發(fā)生尺寸變化的現象。鎳錳合金（NiMn）是一種具有磁致伸縮效應的合金，它能夠在應力作用下改變其磁化狀態(tài)，這種變化與磁場強度成比例關系，從而實現應變的測量。
（3）電阻式應變計
基于材料的電阻隨應變而發(fā)生變化的原理。電阻式應變計通常由金屬箔片構成，當材料受到力或應變時，箔片的長度、寬度或電阻值會發(fā)生變化。通過測量電阻值的變化，可以確定應變的大小。
（4）光纖光柵應變計
光纖傳感器基于光纖中的光柵對波長變化的敏感性。當光纖光柵受到外界的應變或溫度變化時，其反射或透射的光波長會發(fā)生變化，這種變化與應變或溫度的變化成比例關系。具體來說：（1）通過紫外光刻技術在光纖芯上刻寫出周期性的折射率變化，形成光柵結構。（2）當光纖光柵受到拉伸或壓縮時，光柵的周期發(fā)生變化，導致反射光的波長發(fā)生變化。（3）再通過光譜分析儀等設備檢測反射光波長的變化，從而計算出應變值。
2、應變計應用
每種應變計都有其適用的領域和特點，在選擇應變計時，需要測試需求考慮測量范圍、精度要求、環(huán)境適應性、價格、組網等因素綜合確定。應變計選型技術指標。
（1）采集頻率：根據數據采集頻率可分為靜態(tài)應變計和動態(tài)應變計。
（2）分辨率：應變計能分辨出的最小應變，一般可達到0.1με。
（3）組網方式：易于實現全自動化數據采集、多點同步測量、遠距離測量和遙控測試，操作方便，測試方法易于掌握。
（4）標距：應變計標距一般約為100～150mm。對一些圬工橋梁需要采用大標距應變計。對一些節(jié)點局部應變測試，需要用到小標距應變片。
（5）安裝方式：分為內埋式和表貼式，內埋式傳感器一般用于混凝土橋梁施工監(jiān)控，施工時安裝于混凝土結構內部。
（6）量程：應變計能夠測量的最大應變范圍，一般約為3000με。
（7）適用溫度范圍：電阻式受溫度影響較大，需補償；光纖光柵式溫度適應性好；弦的振動頻率受溫度影響較小；磁致伸縮材料的性能可能受到溫度變化的影響。
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