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應(yīng)變是指結(jié)構(gòu)在外力作用下的相對變形，是掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及判斷結(jié)構(gòu)承載力的重要指標(biāo)，在土木工程、機(jī)械制造、航空航天等多種學(xué)科的力學(xué)性能測試中廣泛應(yīng)用。在橋梁工程領(lǐng)域，為了掌握新建橋梁或者運營橋梁的實際承載力，判斷其是否達(dá)到設(shè)計荷載或目標(biāo)荷載要求，通常需要采用荷載試驗的方法，對橋梁的承載力進(jìn)行鑒定。此時，應(yīng)變測試就是一項主要測試內(nèi)容。橋梁荷載試驗中的應(yīng)變測試一般是通過在橋梁控制截面安裝應(yīng)變傳感器(多采用電阻應(yīng)變片)，然后通過對比加載前后的應(yīng)變變化，獲得結(jié)構(gòu)承受活荷載的能力。再通過試驗荷載與設(shè)計(目標(biāo))荷載的對比，反映橋梁承載力的狀況。由于電阻應(yīng)變片一般需要直接粘貼在構(gòu)件被檢測部位，常需高空操作,操作不便且效率低下。野外測試中，隨著橋梁跨徑的增大，試驗加載車輛數(shù)量的增多，導(dǎo)致加載歷程時間較長，應(yīng)變片受環(huán)境影響很大，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)值漂移過大的問題。由于應(yīng)變測量數(shù)值不穩(wěn)定，經(jīng)常導(dǎo)致結(jié)果不可用。

因此，如何減小應(yīng)變測試中的各種干擾因素，提高檢測效率和測量數(shù)據(jù)的可信度，降低檢測成本，是長期以來技術(shù)人員一直努力探索的問題。本文在傳統(tǒng)應(yīng)變測試方法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于雙懸臂梁工作特性的可裝配式應(yīng)變測量傳感器，大幅提高了現(xiàn)場檢測的工作效率和應(yīng)變測量數(shù)據(jù)的可靠性。

常用應(yīng)變測試技術(shù)的分析與比較

常用應(yīng)變測試技術(shù)主要包括機(jī)械式、電阻式、振旋式、光纖式四種應(yīng)變測量方法。

機(jī)械式應(yīng)變測量裝置一般將千分表與百分表等與頂桿等連接構(gòu)造組合在一起，為一種組合式應(yīng)變測量裝置。該方法雖然讀數(shù)直觀、構(gòu)造簡便，但其讀數(shù)耗時耗力，且精度較低，一般僅用在實驗室測試中。

振弦式應(yīng)變測量方法是基于張緊弦振動頻率與張力之間的關(guān)系而進(jìn)行的結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試方法。該測量方法具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、抗干擾能力強(qiáng)、信號失真小等優(yōu)點。基于該原理研發(fā)的應(yīng)變計、錨索計等，廣泛應(yīng)用在橋梁施工監(jiān)控與健康監(jiān)測的應(yīng)變、力值測試。根據(jù)其測量方法可知，張緊的鋼弦需要可靠固定在外部結(jié)構(gòu)（鋼殼）上，當(dāng)鋼殼產(chǎn)生應(yīng)變，才能帶動并引起鋼弦振動頻率變化。因此，必須保證鋼殼與被測結(jié)構(gòu)的可靠錨固。對于大多混凝土和鋼結(jié)構(gòu)橋梁，荷載試驗均采用粘貼工藝，而振弦式傳感器鋼殼軸向剛度極大，當(dāng)采用粘貼工藝時，不能保證傳感器與被測結(jié)構(gòu)的協(xié)同變形，導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏小失真。因此，除非采用焊接或錨栓等可靠錨固措施，否則該類傳感器則不建議應(yīng)用在橋梁荷載試驗中。

光纖式應(yīng)變測量方法具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、溫度適應(yīng)性好、靈敏度高、信號失真小等諸多優(yōu)點，理論上其穩(wěn)定性要顯著高于前兩種方法。但由于其價格較高，光纖傳感器的使用、安裝及傳輸較為復(fù)雜，一般僅用于橋梁長期監(jiān)測中，并不適合與橋梁荷載試驗這種相對應(yīng)變的快速測試中。

電阻式應(yīng)變測量方法因其靈敏度高、易于實現(xiàn)數(shù)字化及自動化、測試費用低等優(yōu)點得到了廣泛使用。橋梁荷載試驗中經(jīng)常采用電阻應(yīng)變片進(jìn)行單向應(yīng)變和平面應(yīng)變測試。由于實驗中測點眾多，通常采用半橋連接方法，即采用溫度的公共補(bǔ)償方式。因野外試驗環(huán)境惡劣，受溫度、濕度以及其他自然因素和人為因素影響大；隨著橋梁跨徑增大，需要的試驗加載車輛也增多，車輛加載、卸載歷程隨之也較長，會使應(yīng)變數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的漂移，掩蓋了應(yīng)變真值，導(dǎo)致測試結(jié)果無法使用。因此，如何提高電阻式應(yīng)變測試方法的穩(wěn)定性和抗干擾能力，是該方法改進(jìn)和進(jìn)一步推廣應(yīng)用的前提。電阻應(yīng)變片構(gòu)造如圖4所示。

綜合以上分析并結(jié)合橋梁荷載試驗的特點和要求，機(jī)械式、振弦式、光纖光柵式應(yīng)變傳感器（裝置）等均不適合荷載試驗應(yīng)用。電阻式應(yīng)變測量具有精度高、靈敏度高、使用方便的優(yōu)點，但是重點需要克服其穩(wěn)定性差、受環(huán)境影響大的缺點。因此，本文基于電阻式測量原理，提出一種新的應(yīng)變測試技術(shù)，研發(fā)出了多用途應(yīng)變測量傳感器?；谔厥獾募夹g(shù)措施，攻克了電阻應(yīng)變片測量中的缺陷，可適應(yīng)各種不同應(yīng)變量程需求，滿足橋梁及其他結(jié)構(gòu)野外測試的要求。