考慮固有誤差的架立式應變測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮固有誤差的架立式應變測試方法，該法充分考慮了測試中底座支架變形引起的應變測試誤差，在既有的架立式應變傳感器構件中，通過選擇合適尺寸及材料的底座支架、傳遞桿、感應桿，控制架立式應變傳感器固有應變測試誤差，從而滿足結構應變測試準確性，進而保證了應變測試的可靠性；同時，對架立式應變傳感器固有應變測試誤差進行分析，獲得盡可能接近真實值的測試應變，反映結構的真實應變變化，實現(xiàn)了結構應變測試的精準度和精細化。本發(fā)明提出的方法可廣泛適用于結構試驗、健康監(jiān)控及基于動應變識別移動荷載等技術領域。
【專利說明】
考慮固有誤差的架立式應變測試方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于架立式應變測試方法，尤其設及一種考慮固有誤差的架立式應變測試 方法。
【背景技術】
[0002] 在當今±木工程行業(yè)中，應變測量廣泛地應用于建筑、鐵路、橋梁、交通、大巧等結 構上。結構的應變測試是工程人員了解結構受力狀態(tài)、保證結構安全W及進行結構設計優(yōu) 化的一個重要的環(huán)節(jié)。例如在大跨度橋梁的施工過程W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(jù)，確保結構安全是橋梁 建設一個必不可少的環(huán)節(jié)。
[0003] 由于安裝在結構表面、替換方便，架立式應變傳感器被廣泛應用于建筑、鐵路、橋 梁、交通、大巧等結構表面的應變測試。在測試過程中，底座支架尺寸選擇不當會產生較大 的變形，嚴重影響應變測試結果的可靠性，甚至底座支架引起的應變誤差遠大于所測試結 構本身的應變。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種考慮固有誤差的架立式應變測試方法，該法 可實現(xiàn)結構應變測試的精準度和精細化，可廣泛適用于結構試驗、健康監(jiān)控及基于動應變 識別移動荷載等技術領域。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用W下技術方案:考慮固有誤差的架立式應變測 試方法，包括W下步驟：
[0006] <1〉在一定的材料和尺寸范圍內，選擇構建架立式應變傳感器的底座支架、傳遞 桿、感應桿，使得傳感器固有測試應變誤差特征系避
苗和I分別為底座支架有效高度、彈性模量及截面慣性矩，l、s、e分別為感應桿有 效長度、截面面積、彈性模量為，L為2個底座支架的中屯、間距，傳遞桿的有效長度為化-1)、 截面面積為S、彈性模量為E;
[0007] <2〉安裝架立式應變傳感器:在被測試結構表面平行應變方向鉆孔植筋或焊接安 裝中屯、間距為L的2個底座支架，各底座支架頂端分別與1根傳遞桿連接，兩傳遞桿的相鄰端 與附有應變感應裝置的感應桿連接；
[000引<3〉荷載發(fā)生變化時或變化后，讀取架立式應變傳感器示值應變Eg,按公式計算架 立式應變傳感器測試真值應變63;所述公式為63=684 68=(14)68,63=(14^，是二嘴， 式中駕為架立式應變傳感器固有測試應變誤差，τ為架立式應變傳感器固有應變誤差特征 系數(shù)。
[0009] 應變感應裝置為電阻式應變片或鋼弦式感應裝置。
[0010] 針對現(xiàn)有架立式應變測試可靠性差的問題，發(fā)明人建立了一種考慮固有誤差的架 立式應變測試方法，該法充分考慮了測試中底座支架變形引起的應變測試誤差，在既有的 架立式應變傳感器構件中，通過選擇合適尺寸及材料的底座支架、傳遞桿、感應桿，控制架 立式應變傳感器固有應變測試誤差，從而滿足結構應變測試準確性，進而保證了應變測試 的可靠性；同時，對架立式應變傳感器固有應變測試誤差進行分析，獲得盡可能接近真實值 的測試應變，反映結構的真實應變變化，實現(xiàn)了結構應變測試的精準度和精細化，可廣泛適 用于結構試驗、健康監(jiān)控及基于動應變識別移動荷載等技術領域。
【附圖說明】
[0011] 圖1是架立式應變傳感器的立面構造圖。
[0012] 圖2是底座支架變形求解原理圖。
[0013] 圖3是傳遞桿、感應桿變形前示意圖。
[0014] 圖4是傳遞桿、感應桿變形后示意圖。
[001引圖中：1被測試結構物，2底座支架，3傳遞桿，4感應桿(附應變感應裝置），5作用力 F，6變形后的底座支架。
【具體實施方式】
[0016] 本發(fā)明考慮固有誤差的架立式應變測試方法的基本原理(如圖1至4)
[0017] 1.操作步驟
[001引<1〉在既有的架立式應變傳感器構件中，選擇構建架立式應變傳感器的底座支架、 傳遞桿、感應桿，使得傳感器固有測試應變誤差特征系數(shù)
量小；
[0019] 式4
和I分別為底座支架高度、彈性模量及截面慣性矩，1、S、 e分別為感應桿有效長度、截面面積、彈性模量為，L為2個底座支架的中屯、間距，傳遞桿的長 度為化-1)、截面面積為S、彈性模量為E;
[0020] <2〉安裝架立式應變傳感器:在被測試結構（1)表面平行應變方向鉆孔植筋或焊接 安裝中屯、間距為L的2個底座支架，各底座支架頂端分別與1根傳遞桿(3)連接，兩傳遞桿(3) 的相鄰端與附有應變感應裝置（電阻式應變片或鋼弦式感應裝置)的感應桿(4)連接，被測 試結構（1)、底座支架(2)、傳遞桿(3)及感應桿(4)構成一個框架，底座支架(2)、傳遞桿(3) 及附有應變感應裝置的感應桿(4)構成架立式應變傳感器；
[0021] <3〉荷載發(fā)生變化時或變化后，讀取架立式應變傳感器示值應變Eg,按公式計算架 立式應變傳感器測試真值應變εζ;所述公式為εζ = = ) Eg, εζ= () Eg，璋=訪g， 式中緝?yōu)榧芰⑹綉儌鞲衅鞴逃袦y試應變誤差，τ為架立式應變傳感器固有應變誤差特征 系數(shù)。
[0022] 2.公式推導
[0023] 把底座支架看作高度為h的懸臂梁，其端部受到端部為F力時，懸臂梁變形曉度曲 線為式(1)，見圖2所示。
[0024]
(1)
[0025] 式(1)中式X為懸臂梁的軸向坐標，護和I分別為底座支架彈性模量、截面慣性矩，
[0026] 當x = h時，可得懸臂梁端部的變形曉度值式(2):
[00271
倒
[0028] 外力F的作用下傳遞桿和感應桿的應變分別為eE、eg，由傳遞桿和感應桿的軸向力 相等，可得式(3)，見圖3和圖4所示。
[0029] F =沈 ec = seeg (3)
[0030] 令篇:::，可得式(4)與式(5):
[0031]
(4)
[0032] e〇 = Aeg (5)
[0033] 同理可得誤差應變關系式(6):
[0034]
化)：
[0035] 由變形協(xié)調條件可知，感應桿和傳遞桿的變形量之和與兩個支架的變形量之和相 等，即可得式(7)。
[0036]
(7)
[0037] 式(3)和式(6)代入式(7)，得式(8):
[00；3 引
健）
[0039] 令# = 式(8)化簡后可得式(9):
[0040]
(9)
[0041 ] 令
，可得式(10):
[0042] 是、放" （i的
[0043] 由于底座支架的變形使得示值應變Eg小于真值應變εζ，考慮因底座支架變形后的 應變誤差％和示值應變Eg之和即是傳感器的真值應變εζ，因此有式(11):
[0044] εζ=Ε8·Κε；8=(1·Ητ)ε；8 (11)
[0045] τ為外置式傳感器誤差特征系數(shù)，與傳感器的材料和結構有關?？梢妭鞲衅鞯墓逃?測試誤差與傳感器的示值成正比例，即示值應變越大，誤差越大；當材料和結構一定值時， 傳感器誤差特征系數(shù)是恒定值，從既有的架立式應變傳感器構件中，選擇構建架立式應變 傳感器的底座支架、傳遞桿、感應桿，使得傳感器固有測試應變誤差特征系數(shù)最小，即可獲 得最接近真實值的測試應變。
[0046] W下通過應用實例具體說明本發(fā)明，應用實例參照上述方法操作進行。
[0047] 應用實例1
[004引在既有的架立式應變傳感器構件中，按固有測試應變誤差特征系I
最小原則，預先測算并選定構建架立式應變傳感器的底座支架、傳遞桿、感應桿(傳感器誤 差特征系數(shù)τ = 0.0076)，然后開始安裝架立式應變傳感器。
[0049] 在結構表面鉆孔植筋中屯、間距為166mm的2個底座支架;直徑18mm的傳遞桿頂端與 底座支架連接;在長度16mm的感應桿兩側對稱分別粘貼電阻式應變片，感應桿截面為6mmX 0.5mm矩形。傳遞桿的截面面積、材料彈性模量、軸向變形剛度分別為254.47mm2、200G化、 5.0894 X 104kN/mm;感應桿的截面面積、材料彈性模量、軸向變形剛度分別為3.00mm2、 71GPa、2. 13X l〇2kN/mm;底座支架高度、彈性模量、慣性矩分別為15mm、210GPa、 3005508.9mm4;感應桿與傳遞桿的軸向剛度比為0.0041852，感應桿兩端部開孔的中屯、距離 為與底座中屯、間距比為0.09639。實例1測試誤差分析見表1。
[0050] 表1實例1誤差應變分析結果
[0化1 ]
[0化2] 應用實例2
[0化3]在既有的架立式應變傳感器構件中，按固有測試應變誤差特征系I
最小原則，預先測算并選定構建架立式應變傳感器的底座支架、傳遞桿、感應桿(傳感器誤 差特征系數(shù)τ = 〇.0243)，然后開始安裝架立式應變傳感器。
[0054]在結構表面植筋中屯、間距為520mm的2個底座;直徑23mm的傳遞桿穿入底座的頂端 的開孔，并采用螺帽在底座頂端開孔的兩側將傳遞桿梓緊;在兩端開孔中屯、距為10mm的侶 儀合金感應桿兩側對稱分別粘貼電阻式應變片，感應桿截面為4mmX 0.5mm矩形;并采用防 護材料將電阻式應變片和粘貼有電阻式應變片的部分感應桿包裹防護;在傳遞桿的相鄰端 采用螺栓將感應桿和傳遞桿連接梓緊固定;調整螺帽使底座、傳遞桿和感應桿充分受力。傳 遞桿的截面面積、材料彈性模量、軸向變形剛度分別為415.48mm2、210G化、8.7245 X 104kN/ mm;感應桿的截面面積、材料彈性模量、軸向變形剛度分別為2.00mm2、40GPa、0.80 X 102kN/ mm;底座支架高度、彈性模量、慣性矩分別為2〇111111、2106?3、4148928.〇1111114;感應桿與傳遞桿 的軸向剛度比為0.0009169,感應桿兩端部開孔的中屯、距離為與底座中屯、間距比為 0.019231。實例2測試誤差分析見表2。
[0055]表2實例2誤差應變分析結果
[0化6]
[0057]~表1和表2中各指標參數(shù)含義如下:
[0化引示值應變:架立式應變傳感器的顯示應變。
[0059] 誤差應變:架立式應變傳感器測試固有誤差應變。
[0060] 真值應變:誤差應變和示值應變之和。
[0061 ]相對誤差：I誤差應變I X 100/真值應變。
【主權項】
1. 一種考慮固有誤差的架立式應變測試方法，其特征在于包括以下步驟： 〈1>在一定的材料和尺寸范圍內，選擇構建架立式應變傳感器的底座支架、傳遞桿、感 應桿，使得傳感器固有測試應變誤差特征KE'和I分別為底座支架有效高度、彈性模量及截面慣性矩，l、s、e分別為感應桿有效長度、 截面面積、彈性模量為，L為2個底座支架的中心間距，傳遞桿的有效長度為(L-1)、截面面積 為S、彈性模量為E; 〈2>安裝架立式應變傳感器:在被測試結構表面平行應變方向鉆孔植筋或焊接安裝中 心間距為L的2個底座支架，各底座支架頂端分別與1根傳遞桿連接，兩傳遞桿的相鄰端與附 有應變感應裝置的感應桿連接； 〈3>荷載發(fā)生變化時或變化后，讀取架立式應變傳感器示值應變eg，按公式計算架立式 應變傳感器測試真值應變εz;所述公式為εζ = εg+Tεg = (1+τ) εg，εz = (1+τ) εg，氣.=，式中 &為架立式應變傳感器固有測試應變誤差，τ為架立式應變傳感器固有應變誤差特征系數(shù)。2. 根據(jù)權利要求1所述的考慮固有誤差的架立式應變測試方法，其特征在于:所述應變 感應裝置為電阻式應變片或鋼弦式感應裝置。
【文檔編號】G01B21/32GK105823458SQ201610351765
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】郝天之, 陳齊風, 王龍林, 劉世建, 邱波, 于孟生
【申請人】廣西交通科學研究院