CN102706681B - 一种贝雷片检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贝雷片检测装置，包括贝雷片固定装置，还包括施压装置、位移传感器、压力传感器和应变传感器，还包括数据处理装置，数据处理装置根据采集到的输出量控制施压装置对贝雷片施加压力。本发明还公开了一种贝雷片检测方法，包括选取测点，安装传感器在相应的位置；控制千斤顶逐级给被测贝雷片加载负荷，同时读取传感器的数据，参照贝雷片等级评定标准对被测贝雷片进行分类。本发明安全、便捷、准确地检测贝雷片的力学性能，并按照检测标准对贝雷片进行分级分类，避免将存在安全隐患的贝雷片用于施工工程中。

Description

一种贝雷片检测装置及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程力学检测领域，更具体涉及一种贝雷片检测装置，同时涉及一种用于贝雷片检测方法，适用于评估建设基础工程用贝雷片的力学性能，据此采取措施，以避免建设基础工程的安全隐患。

背景技术

贝雷片又称贝雷架、贝雷梁或桁架，是一种标准尺寸单元的钢架，可以拼接组装成多种构件、设备。市面上常用的贝雷片有“321型”、“HD200型”等，其中321型贝雷片应用最为广泛。如图1所示，“321型”公制贝雷片包括上弦杆101、下弦杆102、竖杆103、第一腹杆104、第二腹杆105、第三腹杆106、第四腹杆107、第五腹杆108、第六腹杆109、第一侧杆1010、第二侧杆1011，上弦杆101、下弦杆102，第一侧杆1010和第二侧杆1011构成边框，竖杆103两端分别与上弦杆101和下弦杆102焊接，第一腹杆104和第二腹杆105交叉焊接，且交叉焊接点设置在竖杆103上，第三腹杆106、第五腹杆108、第一腹杆104和第二腹杆105位于竖杆103左边的部分构成菱形，第四腹杆107、第六腹杆109、第一腹杆104和第二腹杆105位于竖杆103右边的部分构成菱形，公制贝雷片长3000mm，宽1500mm，上下弦杆通常由两根10号热轧槽钢组合而成，腹杆通常由8号工字钢组成。作为组装式承重构件，贝雷片具有结构简单、运输方便、架设快捷、载重量大、互换性好、适应性强的特点，广泛用于市政工程、公路铁路、水工工程的现浇模板支架、现场预制场的门机、架桥机、临时桥梁和便道等的拼装施工。

然而，使用过一段时间的贝雷片，尤其是多次使用过的贝雷片，由于使用年限不同、工程施工使用工况各异（例如有的贝雷片在海上工程中使用并浸泡过海水）、维修保养工艺不规范等因素，其性能会有不同程度的下降。通常情况下，用户只能通过观察贝雷片的外观来判断，如开裂、变形、锈蚀、有效断面减少等，而无法定性分析。影响贝雷片力学性能的主要因素是其力学性能，仅凭外观检查是无法获取贝雷片的力学性能的。如果将力学性能不合格的贝雷片用在载荷大的工况中，无疑存在极大的安全隐患，可能会造成重大的安全事故，带来难以估算的损失。

目前，国内尚无统一的贝雷片力学性能检测标准、规范，也无可靠的检测技术和检测设备。在这种情况下，设计贝雷片门机或支撑平台时，本领域通用的做法仍然是以贝雷片原始出厂参数为主要计算依据。因此，在实际使用过程中，性能下降的贝雷片极易出现失稳现象。如果任何一片贝雷片出现失稳现象，将会导致由贝雷片拼装成的整体结构发生事故。因此，开发出一套安全、便捷、准确的检测贝雷片力学性能的方法，研制与之配套的贝雷片检测装置，并制定相应的检测标准，用以及时洞察贝雷片使用安全隐患，监控贝雷片拼装结构的安全性，对于购置单位、施工单位及第三方质检单位，都是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种贝雷片检测装置，还提供了一种贝雷片检测方法，本发明能够安全、便捷、准确地检测贝雷片的力学性能，并按照检测标准对贝雷片进行分级分类，避免将存在安全隐患的贝雷片用于施工工程中。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种贝雷片检测装置，包括用于固定贝雷片的贝雷片固定装置，还包括用于对贝雷片施加压力的施压装置、用于检测贝雷片的构件位移的位移传感器、用于检测贝雷片所受压力的压力传感器和用于检测贝雷片应变的应变传感器，还包括对位移传感器、压力传感器和应变传感器的输出量进行采集的数据处理装置，数据处理装置根据采集到的输出量控制施压装置对贝雷片施加压力。

如上所述的贝雷片固定装置包括底座，底座两侧分别设置有固定支架和活动支架，固定支架侧边设置有与贝雷片的阳头连接的阳头固定头，活动支架侧边设置有与贝雷片的阴头连接的阴头固定头。

如上所述的施压装置包括依次连接的千斤顶、多路分油器、电动泵站和油泵控制单元，油泵控制单元与数据处理装置连接，所述的压力传感器设置在多路分油器内，数据处理装置包括数据采集单元和主控单元，还包括分别与主控单元连接的存储单元、输入输出单元和显示单元，数据采集单元分别与位移传感器、压力传感器和应变传感器连接，数据采集单元和主控单元连接。

如上所述的数据采集单元包括单片机，还包括分别与单片机连接的压力采集单元、位移采集单元和应变采集单元，压力采集单元与压力传感器连接，位移采集单元与位移传感器连接，应变采集单元与应变传感器连接。

如上所述的压力采集单元包括电流/电压转换单元和第一A/D转换器，电流/电压转换单元将压力传感器的输出量进行转换后传送到第一A/D转换器，第一A/D转换器与单片机连接；所述的位移采集单元包括整形单元，整形单元将位移传感器的输出量进行转换后通过RS485接口传送到单片机；所述的应变采集单元包括依次连接的通道转换单元、精密放大单元、滤波单元和第二A/D转换器，通道转换单元与应变传感器连接，第二A/D转换器与单片机连接。

如上所述的油泵控制单元包括依次连接的驱动单元、继电器和交流接触器，驱动单元与单片机连接，交流接触器与电动泵站连接。

一种贝雷片检测方法，包括以下步骤：

步骤1、选取测点，设置千斤顶到预定施加负载的位置，将被测贝雷片安装到固定支架和活动支架上，安装位移传感器和应变传感器在设定的被测点，安装压力传感器；

步骤2、控制千斤顶逐级给被测贝雷片加载负荷，在加载负荷的同时读取位移传感器、压力传感器和应变传感器的数据，若在逐级加载负荷的过程中被测贝雷片损坏，则停止测试；若加载负荷到最高级后被测贝雷片未被破坏，则停止试验，卸载被测贝雷片；

步骤3、通过步骤2中记录的位移传感器、压力传感器和应变传感器的数据并结合被测贝雷片的几何现状、磨损状况、锈蚀程度和出厂参数，参照贝雷片等级评定标准对被测贝雷片进行分类。

如上所述的步骤1中的贝雷片横向放置，测点包括测点A、测点B和测点C，测点A设置在第三腹杆和第二腹杆构成的菱形角在下弦杆上的拼焊处，测点C设置在第一腹杆和第四腹杆构成的菱形角在下弦杆上的拼焊处，测点B设置在竖杆在下弦杆上的拼焊处，千斤顶分别设置在测点A、测点B和测点C处。

如上所述的步骤1中的贝雷片竖放，测点包括测点D和测点E，测点D设置在上弦杆底端，测点E设置在下弦杆的底端，千斤顶分别设置测点D和测点E处。

如上所述的贝雷片等级评定标准分为I级应变控制指标、II级应变控制指标和III级应变控制指标，其中，I级应变控制指标为第三腹杆的应变大于-1195με，竖杆的应变大于-1175με，第四腹杆的应变大于-1195με；II级应变控制指标为第三腹杆（106）的应变大于等于-1245με且小于等于-1195με，竖杆的应变大于等于-1225με且小于等于-1175με，第四腹杆的应变大于等于-1245με且小于等于-1195με；III级应变控制指标为第三腹杆的应变小于-1245με，竖杆的应变小于-1225με，第四腹杆的应变小于-1245με。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明的方法操作安全、便捷，对比贝雷片使用情况（包括安全、质量、完好率等）的历史记录，采用本发明的方法横向加载检测得到的结果切实可信、重复性较好。

2、在均匀荷载下，本发明的装置能够实时检测贝雷片钢梁的位移（即挠度）、千斤顶油压（即贝雷片加载点压力）、测点应变，位移测量单次量程50mm，分辨率为0.01mm，测试精度为0.2%Fs；压力测量范围0～700bar，精度0.5%；应变测量范围±20000με，分辨率1με。

附图说明

图1是背景技术中“321型”公制贝雷片的结构示意图；

图2是本发明的实施示意图；

图3是本发明方法流程示意图；

图4是本发明的贝雷片平放的加载示意图；

图5是本发明的贝雷片竖放的加载示意图；

图6是本发明的电气原理示意图；

图7是本发明的压力采集单元原理示意图；

图8是本发明的位移采集单元原理示意图；

图9是本发明的应变采集单元原理示意图；

图10是本发明的电动泵站的电气原理示意图；

图11是本发明的千斤顶控制的原理示意图；

图12是发明的通讯示意图。

图中：101-上弦杆；102-下弦杆；103-竖杆；104-第一腹杆；105-第二腹杆；106-第三腹杆；107-第四腹杆；108-第五腹杆；109-第六腹杆；1010-第一侧杆；1011-第二侧杆；2-贝雷片固定装置；201-固定支架；202-活动支架；203-阳头固定头；204-阴头固定头；205-底座；3-应变传感器；4-位移传感器；5-千斤顶；6-主控单元；7-数据采集单元；701-单片机；8-油泵控制单元；801-驱动单元；802-继电器；803-交流接触器；9-电动泵站；10-多路分油器；11-存储单元；12-输入输出单元；13-显示单元；14-压力传感器；15-电流/电压转换单元；16-第一A/D转换器；17-整形单元；18-通道转换单元；19-精密放大单元；20-滤波单元；21-第二A/D转换器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。

实施例1

如图1~图4所示，一种贝雷片检测装置，包括用于固定贝雷片的贝雷片固定装置2，还包括用于对贝雷片施加压力的施压装置、用于检测贝雷片的构件位移的位移传感器4、用于检测贝雷片所受压力的压力传感器14和用于检测贝雷片应变的应变传感器3，还包括对位移传感器4、压力传感器14和应变传感器3的输出量进行采集的数据处理装置，数据处理装置根据采集到的输出量控制施压装置对贝雷片施加压力。

贝雷片固定装置2包括底座205，底座205两侧分别设置有固定支架201和活动支架202，固定支架201侧边设置有与贝雷片的阳头连接的阳头固定头203，活动支架202侧边设置有与贝雷片的阴头连接的阴头固定头204。

如图6所示，施压装置包括依次连接的千斤顶5、多路分油器10、电动泵站9和油泵控制单元8，油泵控制单元8与数据处理装置连接，所述的压力传感器14设置在多路分油器10内，数据处理装置包括数据采集单元7和主控单元6，还包括分别与主控单元6连接的存储单元11、输入输出单元12和显示单元13，数据采集单元7分别与位移传感器4、压力传感器14和应变传感器3连接，数据采集单元7和主控单元6连接。

如图7~图9所示，数据采集单元7包括单片机701，还包括分别与单片机701连接的压力采集单元、位移采集单元和应变采集单元，压力采集单元与压力传感器14连接，位移采集单元与位移传感器4连接，应变采集单元与应变传感器3连接。

压力采集单元包括电流/电压转换单元15和第一A/D转换器16，电流/电压转换单元15将压力传感器14的输出量进行转换后传送到第一A/D转换器16，第一A/D转换器16与单片机701连接；所述的位移采集单元包括整形单元17，整形单元17将位移传感器4的输出量进行转换后通过RS485接口传送到单片机701；所述的应变采集单元包括依次连接的通道转换单元18、精密放大单元19、滤波单元20和第二A/D转换器21，通道转换单元18与应变传感器3连接，第二A/D转换器21与单片机701连接。

如图10所示，油泵控制单元8包括依次连接的驱动单元801、继电器802和交流接触器803，驱动单元801与单片机701连接，交流接触器803与电动泵站9连接。

如图2所示的装置能较好地模拟不同工况，实现横向和纵向两种状态下的贝雷片力学性能检测。考虑在实际工程中的应用，这种组合式加载试验平台还能实现通常的简支梁式和悬臂梁式两种加载方式，单片或多片级联方式。

一种贝雷片检测方法，包括以下步骤：

步骤1、选取测点，设置千斤顶5到预定施加负载的位置，将被测贝雷片安装到固定支架201和活动支架202上，安装位移传感器4和应变传感器3在设定的被测点，安装压力传感器14；步骤1中的贝雷片横向放置，测点包括测点A、测点B和测点C，测点A设置在第三腹杆106和第二腹杆105构成的菱形角在下弦杆102上的拼焊处，测点C设置在第一腹杆104和第四腹杆107构成的菱形角在下弦杆102上的拼焊处，测点B设置在竖杆103在下弦杆102上的拼焊处，千斤顶5分别设置在测点A、测点B和测点C处。或步骤1中的贝雷片竖放，测点包括测点D和测点E，测点D设置在上弦杆101底端，测点E设置在下弦杆102的底端，千斤顶5分别设置测点D和测点E处。根据多次试验对横向及纵向加载的贝雷片受力情况分析，横向加载试验的结果更贴近实际使用情况。

布置测点时，先将千斤顶放置到相应测点位置，再将待测贝雷片安装到贝雷片反力架上，最后安装检测传感器。图4所示横向加载试验时，可在测点B放置单个千斤顶，也可在测点A、测点B、测点C各放置一个千斤顶，放置三个千斤顶时需用多通接头将其并联连接。千斤顶为同步荷载千斤顶，保证加载均匀。图5所示竖向加载测试时，千斤顶放置在贝雷片的底端两端。

贝雷片的主要力学性能指标包括在施工荷载的作用下贝雷片上弦杆、下弦杆、腹杆，各杆件的应力状态和各节点的位移，其中腹杆包括第一腹杆104、第二腹杆105、第三腹杆106、第四腹杆、第五腹杆108和第六腹杆109。因此检测传感器包括用于检测应力的应力传感器、用于检测位移的位移传感器（如百分表、千分表）和用于检测上、下弦杆和腹杆在在试验荷载下应变的应变传感器（如电阻应变片），这三种检测传感器是独立并行工作的。一方面，将压力传感器与油泵和千斤顶之间的多通接头连接牢固。另一方面，将百分表用磁性表座与基准梁固定，百分表可通过磁性表座安装在测试平台的底面或专用支架上。百分表与贝雷片待测面应尽量垂直，且百分表的位置应靠近千斤顶的出力点。最后，将电阻应变片安装到贝雷片的待测部位。本方法的检测对象贝雷片属于钢结构，因此采用胶基电阻式应变片。贴片前先将贝雷片待测区的表面贴片部位用细砂纸打磨去除氧化层，打磨方向应与丝栅方向成45°左右；然后用脱脂棉沾丙酮或无水乙醇将贴片部位擦洗干净，并将应变片粘贴面擦干净。短期一次性试验可用快干胶（501或502胶水）粘贴；若是长期测试或传感器贴片必须采用各种加温固化胶。贴片时应在应变片上面盖一张聚乙烯薄膜，用手指均匀地滚压，将多余的粘结剂和气泡挤出。要求达到胶层均匀无气泡，位置准确。在测点安装好三种传感器后，还要将其与贝雷片检测装置的对应端口连接：将压力传感器和数字百分表的电缆插头分别插入贝雷片检测装置的数据采集单元的位移通道及压力通道；将电阻应变片通过双绞线与贝雷片检测装置的数据采集单元的应变通道相连。

步骤2、控制千斤顶5逐级给被测贝雷片加载负荷，在加载负荷的同时读取位移传感器4、压力传感器14和应变传感器3的数据，若在逐级加载负荷的过程中被测贝雷片损坏，则停止测试；若加载负荷到最高级后被测贝雷片未被破坏，则停止试验，卸载被测贝雷片；

千斤顶为液压式千斤顶，基于帕斯卡原理，同一高度液体压强相同，在保持液体静止的平衡系统中，活塞上施加的压力与活塞面积是成正比的。通过液体的传递，可得到不同端上的不同压力。油泵控制单元8通过控制油泵来调节千斤顶的压力。首先，将电动泵站9的电源插头插在油泵控制单元8的AC220/380V输出插座上。然后，将数据采集单元的控载线两端的三芯插头插在油泵控制单元的控载插座上。接着，接通油泵控制单元的AC220V和AC220/380V电源。用通讯线分别将数据采集单元与主控单元6连接。接通主控单元6电源，打开专用的贝雷片检测软件。其中，专用的贝雷片检测软件安装在主控单元中，用于控制贝雷片检测装置的各组成单元工作。

控制千斤顶对测点加压（即加载控制）。本实施方式所述的千斤顶为同步荷载千斤顶，保证加载均匀，另配置适合的电葫芦吊装设备可提高测试效率。试验荷载根据检测要求确定，例如，通常可分四个级别逐级加载：10吨、20吨、30吨、35吨。千斤顶电动油泵中安装了压力传感器检测油压。首先，操作贝雷片检测装置，以控制千斤顶电动油泵，使油泵的油压达到设定的值，同时观察压力传感器读数，得到同步千斤顶的实际荷载。直到同步千斤顶的荷载达到设定的值，即完成加载控制。在本实施方式中，贝雷片检测装置启动及设置完毕后加载控制将自动进行。

贝雷片力学性能参数包括压力、位移、应变，本实施方式中采用应力传感器检测应力，采用百分表检测位移，采用电阻应变片检测应变，且这三种检测传感器独立并行工作。加载稳定后，数据采集单元读取压力传感器、百分表及电阻应变片的信号，进行信号变换、放大、滤波、A/D转换等，将读取的模拟信号转换为计算机可读的数字信号，并将数据传输给主控单元6。主控单元6通过输入输出单元12（触摸屏）完成参数设置、操作控制、数据处理及显示等。保存试验数据。

在本实施方式中，分10吨、20吨、30吨、35吨四个级别逐级加载。

监测测点压力、位移、应变完成后，即完成第一级的加载。随后进行第二级加载，控制千斤顶对测点加压，控制同步千斤顶加压至设定值并稳定后读取测点的压力、位移、应变参数，完成第二级加载。如此循环，直至完成四个级别的加载试验。若试验过程中待测贝雷片在某一级载荷压力下导致受损，则无需继续升级加载。

若试验过程中待测贝雷片受压过大导致破坏，则可以不进行卸载；若完成四个级别的加载试验后待测贝雷片没有破坏，则可以进行卸载。先关闭贝雷片检测装置的电源，再手动执行卸载操作，最后清洁整理贝雷片检测装置。卸载时，只需拧松千斤顶电动油泵的卸载阀门，等千斤顶油压降至卸载目标荷载后拧紧阀门即可。通常应一边观察千斤顶电动油泵上的油压表读数一边执行卸载操作。

步骤3、通过步骤2中记录的位移传感器4、压力传感器14和应变传感器3的数据并结合被测贝雷片的几何现状、磨损状况、锈蚀程度和出厂参数，参照贝雷片等级评定标准对被测贝雷片进行分类。

在本实施例中，贝雷片等级评定标准是经过多次试验并结合有限元分析后综合分析制定的。贝雷片设计参数参照国家标准《GB50017-2003钢结构设计规范》、《GB1591-1994低合金结构钢》、《GB/T700-2006碳素结构钢》、《GB707-1988热轧普通槽钢截面特性》，其中钢材力学性能指标：屈服强度σ_s＝360MPa、抗拉强度σ_b＝586MPa、轴向拉压许用应力[σ]＝260×0.85＝221MPa、弯曲许用应力[σ_w]＝260×0.85＝221MPa、许用剪应力[τ]＝156×0.85＝132.6MPa；钢材物理性能指标：弹性模量E＝2.06×10⁵MPa、剪切模量G＝0.81×10⁵MPa、质量密度ρ＝7850kg/m³、允许挠度值[f]≤L/400=7.5mm。试验参数包括分别加载跨中极限承载力、三点加载极限承载力及三点加载许用承载力情况下的各测点应力、应变、相对位移。跨中极限承载力指应用有限元软件对单片贝雷片建模并做只有跨中荷载的受力分析，当贝雷片中任一杆件应力达到屈服值时对应的荷载值。三点加载极限承载力指在单片贝雷片测点A、测点B、测点C三个测点同步施加同等大小荷载，当贝雷片中任一杆件应力达到屈服值时对应的荷载值。本实施方式中采用的是三点同步加载。许用承载力指在实际工程中，为了安全起见，用屈服应力除以一个安全系数，换算成为工程中的所说的许用应力。

参数计算按三维有限元分析来进行，其基本原理是将分析对象整体离散为梁和杆等类型的单元，用ANSYS软件进行计算。局部区域如焊接用连接板，因结构复杂，在建模过程中予以简化。在计算时，首先进入Preprocessor中建立分析对象几何模型，采用梁和杆单元对各构件进行网格离散。对这几种单元均采用添加实常数的方式添加有限元参数，对梁单元而言必须保证截面主轴方向与实际一致。当采用杆单元对构件进行模拟时，必须保证该构件不能存在较大的横向载荷，并且该构件相对于相邻的构件而言刚度较小。有限元模型建立后，进入Solution中进行有限元计算。用General Postprocessor进行有限元结果的后处理。对于梁单元而言，应力结果需要通过在Element Table（单元表）中定义相应参数的序号来提取，其中LEPEL1、LEPEL2和LEPEL3对应的是梁单元的由轴向力引起的应变和由弯曲引起的应变，这与材料力学中梁在同时受拉压和弯曲作用时求得的截面最大应变和最小应变概念相同。对于杆单元而言，应力结果同样需要通过在Element Table（单元表）中定义相应参数的序号来提取，其中只需提取LEPEL1即可，因为杆单元只承受轴向力，只需提取由轴向力引起的应变即可。为保证计算的精度，对试验贝雷片和图2所示组合式加载试验平台（贝雷片反力架）同时建模，其中贝雷片上下弦杆采用beam3单元模拟，其他杆件采用link1单元模拟，试验平台采用梁单元beam3或beam4进行建模，贝雷片与试验平台采用耦合的方式进行联接，以模拟吊耳处的铰接作用。计算时并未考虑重量的影响，因为初步计算发现重量对最终结果的影响很小。

例如，按照图4所示横向加载试验。先对测点B单点加载，计算得出理想状态下贝雷片跨中加载极限承载力Fp＝397.44KN。有限元分析，在跨中力的作用下，测点A、测点B和测点C的垂直位移分别为2.5417mm、4.6538mm和2.5289mm，由于贝雷片弦杆两端点产生0.5mm左右的垂直位移，因此测点A、测点B和测点C的相对位移（即挠度）分别为2.04mm、4.15mm和2.03mm，均小于允许挠度值7.5mm。然后实施三点加载。当在测点A、测点B和测点C三点处施加荷载达到Fp＝282.36KN时，斜杆1的压应力达到屈服应力值360MPa，竖杆103和第四腹杆107的压应力也接近屈服应力值，所以三点加载时贝雷片极限承载力为282.36KN。在三点加载极限承载力作用下，测点A、测点B和测点C的垂直方向绝对位移值分别为6.2mm、6.9mm和6.19mm，由于贝雷片弦杆两端点产生1.31mm左右的垂直位移，因此A、B和C点的挠度分别为4.89mm、5.59mm和4.88mm，小于允许挠度值7.5mm。最后横向加载许用承载力。对钢结构而言，一般情况下静载安全系数为1.2，动载安全系数为1.4，为安全起见，本例中取1.4为其安全系数，此时许用应力为360/1.4≈260MPa。考虑到贝雷片长期反复使用，产生疲劳与损伤，进一步扩大其安全系数，故再乘以0.85的系数，许用应力[σ]＝260×0.85＝221MPa，相对应的应变为1.073e-3。当在测点A、测点B和测点C处施加荷载达到Fp＝173.32KN时，第三腹杆106的压应力达到许用应力值221MPa，竖杆103和第四腹杆107的压应力也接近于许用应力值，所以三点加载许用承载力为173.32KN。在三点加载许用承载力作用下，测点A、测点B和测点C的垂直位移值分别为3.8mm、4.24mm和3.8mm，由于贝雷片弦杆两端点产生0.81mm左右的垂直位移，因此测点A、测点B和测点C的相对位移（即挠度）分别为2.99mm、3.43mm和3.8mm，小于允许挠度值7.5mm。

贝雷片等级评定标准是根据本发明的方法多次试验的结果结合有限元分析制定的。首先，根据新购贝雷片的实际试验数据，各点位移呈近似线性变化，加载压力较小时，线性度较差，但随着加载压力的增大，线性度越来越好；此外，各点实际位移大于有限元分析结果，例如在加载力为500KN，即各点加载力为500/3≈167KN时，各点绝对位移在6.4mm左右，而有限元计算结果在4mm左右。而且测点A、测点B和测点C大于B点位移，与有限元分析结果不符。从近似线性和位移分布与理论结果有较大差异两方面可以推断，贝雷片与试验平台铰接点存在初始间隙，从而使线性问题转变为非线性问题（即边界非线性），并且使贝雷片的位移值和位移性态都发生了较大的变化。此次实际试验数据中，各杆应变呈近似线性变化，第三腹杆106、竖杆103和第四腹杆107的应变的变化斜率大，且变化斜率比较近似，第二腹杆105、下弦杆102和第一腹杆104应变的变化斜率小，各杆间变化斜率也比较近似，这与有限元计算的趋势完全相同。此外，实际试验的应变数值与有限元计算结果比较吻合（尤其是最危险的杆的应变值），以实际加载压力为581KN为例，其中第三腹杆106和第四腹杆107产生最大的应变，两杆应变的试验值与计算值非常接近，偏差仅为2.5％左右。

其次，根据锈蚀贝雷片的实际试验数据，与新购贝雷片相比，各点位移略有增加，各杆应变有50e-6左右的增加，即应力增加了50e-6×2.06e5=10.3MPa。其上下弦杆所用槽钢锈蚀后尺寸有变化，锈蚀后弦杆各基本参数有变化，其转动惯量由原始的3.966×106mm4降为3.84×106mm4，截面积由2548mm2降为2513.6mm2。修改已建立的有限元模型，将弦杆转动惯量、截面积、高度等参数进行相应的修改，以实际加载压力为581KN作为力边界条件进行计算。通过与计算值进行比较发现，各杆应变增加很小，一般为1e-6,即应力仅增加了0.2MPa左右，与试验结果有明显差别，说明仅考虑弦杆槽钢锈蚀不足以获得精确的计算结果，还应在实际中测量各斜杆的锈蚀量。

再次，根据某次严重锈蚀报废贝雷片的实际试验数据，位移结果和应变结果均较新购贝雷片有明显的增大，各点位移约增加了0.7mm，各杆应变约增加了110e-6，即各杆增加了110e-6×2.06e5＝22.66MPa。其上下弦杆所用槽钢锈蚀后尺寸有变化，其转动惯量进一步降为3.32×106mm4，截面积进一步降为2254mm2。修改已建立的有限元模型，将弦杆转动惯量、截面积、高度等参数进行相应的修改，以实际加载压力为581KN作为力边界条件进行计算。通过与计算值进行比较发现，各杆应变增加很小，一般为5e-6,即应力仅增加了1MPa左右，与试验结果有明显差别，说明仅考虑弦杆槽钢严重锈蚀不足以获得精确的计算结果，还应在实际中测量各斜杆的锈蚀量，从而在计算时考虑各斜杆截面积的变化，以获得精确的计算结果。

最后，根据某次严重变形报废贝雷片的实际试验数据，位移结果和应变结果均较新购贝雷片有明显的增大，各点位移约增加了0.4mm，各杆应变约增加了60e-6，即各杆增加了60e-6×2.06e5＝12.3MPa。

因此，图4所示横向加载试验具有以下特点：1、无论是哪一种贝雷片，其各点位移和各杆应变均按照某个固定的规律变化，具有很强的可重复性；2、由于贝雷片与试验平台铰接点存在初始间隙，从而导致贝雷片的位移值和位移性态与有限元结果相比，有较大差异，但各杆应变的试验值和有限元分析值差异很小，具有很好的可信度。在后期试验中如果能提高加载力变化的控制精度，以及测出铰接点位置的垂直向位移，位移预期也可达到较好的可信度；3、对于锈蚀和严重锈蚀的贝雷片而言，仅考虑弦杆槽钢锈蚀不足以获得精确的计算结果，还应在实际中测量各斜杆的锈蚀量，从而在计算时考虑各斜杆截面积的变化，以获得精确的计算结果；4、对于锈蚀的贝雷片，有限元模型也需要进行相应修正，即采用对各杆转动惯量、截面面积等尺寸进行动态调整，以获得精确的有限元模型，从而用于后期贝雷片寿命的预测。

再例如，按照图5所示纵向加载试验。此时两侧弦杆产生弯曲，在D点和E点可能会产生最大的应力，该应力包括轴向应力和由于弯曲引起的应力，而其他腹板受力均较小。有限元分析结果是当纵向加载压力达到928.78KN时（即每点施加464.392KN）测点D和测点E最大应力达到221MPa，但是当施加如此大的载荷时将导致纵向加载平台上梁应力过大，最大应力达到585.395MPa。因此在纵向加载试验中，为安全起见，实际加载压力大约为440KN左右，即每点加载220KN，此时测点D和测点E水平向位移值为0.07mm，远小于允许挠度值7.5mm，满足要求。

首先，根据某次新购贝雷片的实际试验数据，各杆应变变化呈线性变化，应变大小趋势与有限元分析结果近似一致，但数值有一些差异：

1、第五腹杆108在有限元分析时，其应力近似为零，但试验加载压力达到最大时将产生1MPa左右的应力；第五腹杆108在有限元分析时，当加载压力达到最大即440KN时，其应力约为9.521MPa，但实际试验中其应力为19MPa左右。以上可能是以下几个方面原因造成的：1、附加弯矩的产生：安装及加载过程中很难保证贝雷片两弦杆的垂直度，导致加载时产生了附加弯矩，弯矩会导致一定的误差；2、计算模型的简化：虽然腹杆是通过焊接的方式与弦杆联接，但考虑到腹杆尺寸远小于弦杆尺寸，在实际处理中采用杆单元模拟腹杆（杆单元不能承受弯矩），因此可能导致部分误差的产生。虽然存在一定的误差，由于以上两杆应力均非常小，因此后面分析不再考虑此两杆的受力情况。

2、另外，测点D应变计算值和试验值比较接近，但测点E应变试验值小于测点D应变试验值，而有限元分析中D、E两点应力和应变相同，这可能是由于以下两个方面原因造成的：1、附加弯矩的产生：加载过程中贝雷片两弦杆很难保证始终垂直（从测点D和测点E的位移测量值也可以看出），因此千斤顶的压力会产生附加弯矩，导致D、E两点所受弯矩不同，导致应力产生差异；2、应变片位置误差导致：测点D点和测点E由于是弦杆和腹杆联接的结点位置，该位置的应力变化比较剧烈（近似于应力集中的现象），一旦应变片位置产生有偏差，应力就会有较大的差异。

其次，根据某次锈蚀贝雷片、轻微变形贝雷片、报废锈蚀贝雷片、报废严重变形贝雷片的实际试验数据，可知纵向加载试验可重复性较差，试验结果差异非常大，很难得出某一条固定的规律去解释这些现象，需具体问题具体分析，与贝雷片加载试验平台构建的初衷相背离。

因此，图5所示纵向加载试验具有以下特点：1、试验结果有较大误差，与加载方向的变化、应变片位置等因素有关，对于新购贝雷片，也仅有测点D应变与有限元结果比较接近，而其他各杆应变与有限元结果相比有较大差异；2、对于不同种类的贝雷片甚至同类型贝雷片，试验结果趋势完全不同，试验结果可重复性太差；3、纵向加载平台上梁太过单薄，如果使测点D应力达到许用应力，上梁有可能提前破坏，导致使用范围受到比较大限制。

综合图4所示横向加载试验结果、图5所示纵向加载试验结果及其与有限元分析数据的对比，通过对新旧程度不同的贝雷片在多种受力状态下的应力应变计算、贝雷片变形及杆件断面尺寸的减小与贝雷片各项力学指标的关系分析：

1、图4所示横向加载试验具有较好的可重复性，可以将该试验数据作为贝雷片分级的依据，而图5所示纵向加载试验可重复性较差，结果误差过大，且该试验的加载范围有限，因此无法将该试验的数据作为贝雷片分级的依据。

2、图4所示横向加载试验中，测点A、测点B、测点C三点位移在各种类型贝雷片试验数据中，并无太明显的差别，无法将这三点位移作为贝雷片分级的依据。

3、图4所示横向加载试验中，只有第三腹杆106、竖杆103和第四腹杆107三杆应变较大，而且在新购贝雷片、锈蚀贝雷片和严重锈蚀贝雷片试验数据中，三杆应变有明显的差别，因此可以把这三杆的应变作贝雷片的分级的控制指标，即结构的“识别指纹”。

4、图4所示横向加载试验中，轻微变形贝雷片和严重变形贝雷片的试验数据（无论是位移值还是各杆的应变值），与上一级的贝雷片数据并无明显差别。例如轻微变形贝雷片，加载后各杆的应变以及测点A、测点B、测点C的位移，与新购贝雷片试验数据无明显差异；严重变形贝雷片，加载后各杆的应变以及测点A、测点B、测点C的位移，与锈蚀贝雷片试验数据无明显差异。

5、轻微变形贝雷片和严重变形贝雷片，其受力特性与上一级贝雷片相似，因此无法从位移和应变的角度去进行分级控制。可以在后期从稳定性角度去解决此问题，当各点加载力为173.32KN时（即许用应力分析），此时第三腹杆106应力达到许用应力221MPa，但不会失稳，因为其稳定性系数为4.528。但对于有轻微变形或严重变形的贝雷片而言，其稳定性系数可能会大大降低，也有可能失稳形态会产生较大变化。因此可通过稳定性分析，获得轻微变形贝雷片和严重变形贝雷片的评级控制指标。

根据试验数据分析：

1、新购贝雷片第三腹杆106最大应变在1170左右，而轻微锈蚀贝雷片第三腹杆106最大应变在1220左右，而严重锈蚀贝雷片第三腹杆106最大应变在1270左右，因此新购贝雷片第三腹杆106最大应变应控制在1195（（1220－1170）/2＋1170＝1195）以下，轻微锈蚀贝雷片第三腹杆106最大应变应控制在1195和1245（（1270－1220）/2＋1220＝1245）之间，而严重锈蚀贝雷片第三腹杆106最大应变应控制在1245以上。

2、新购贝雷片竖杆103最大应变在1150左右，而轻微锈蚀贝雷片竖杆103最大应变在1200左右，而严重锈蚀贝雷片竖杆103最大应变在1250左右，因此新购贝雷片竖杆103最大应变应控制在1175（（1200－1150）/2＋1150＝1175）以下，轻微锈蚀贝雷片竖杆103最大应变应控制在1175和1225（（1250－1200）/2＋1200＝1225）之间，而严重锈蚀贝雷片竖杆103最大应变应控制在1225以上。

3、第四腹杆107分级控制指标与第三腹杆106比较近似。

通过上述分析，各应变测量点的分级控制指标如表1所示。

表1贝雷片测点A测点B测点C加载各应变测量点分级控制指标

表1中，贝雷片等级评定标准分为I级应变控制指标、II级应变控制指标和III级应变控制指标，其中，I级应变控制指标为第三腹杆106的应变大于-1195με，竖杆103的应变大于-1175με，第四腹杆107的应变大于-1195με；II级应变控制指标为第三腹杆106的应变大于等于-1245με且小于等于-1195με，竖杆103的应变大于等于-1225με且小于等于-1175με，第四腹杆107的应变大于等于-1245με且小于等于-1195με；III级应变控制指标为第三腹杆106的应变小于-1245με，竖杆103的应变小于-1225με，第四腹杆107的应变小于-1245με。

本发明的检测贝雷片力学性能的方法中布置测点中布置应变传感器的最佳实施方式为：在第一腹杆104~第六腹杆109和下弦杆102上贴应变片，其中下弦杆102的应变片应贴在靠近A点的边缘位置，此处应力值比下弦杆102其他位置大。根据ε＝σ/E可以算出理想状态下各杆件的检测应变理论控制指标值。贝雷片在实际工程中的反复使用可能会造成结构损伤，失去结构原有的承载力和对称性，损伤杆件所承担的荷载会转移到其它杆件，引起结构内力重新分布；这种变化如果较严重，贝雷片就不能继续使用，否则贝雷片还是可以反复使用。

被测贝雷片的分为三类，第一类可按贝雷片生产厂提供的技术参数进行使用，可应用于如拼装门机等重要结构；第二类仅限于拼装结构中没有安全隐患的次要部件，仅限用于拼装结构中属构造要求且无安全隐患的次要部位；第三类为报废部件。不同级别贝雷片应以不同颜色的油漆区分，规范贝雷片的保管、使用和维护，禁止第二、三类贝雷片用于重要的结构部位，防止安全和质量事故发生，从而降低企业施工成本。

本发明的检测贝雷片力学性能的方法的其它实施方式可根据图3所示实施方式进行变换而并不局限于此。

如图6所示，是本发明的检测贝雷片力学性能的装置的其中一种实施方式的电路原理框图。本实施方式的装置包括主控单元6、数据采集单元7、油泵控制单元8、及常规的输入输出单元12、显示单元13、存储单元11、电源等。配件包括传感器及加载装置，其中传感器包括压力传感器14、应变传感器3、位移传感器4。主控单元6与数据采集单元7、输入输出单元12、显示单元13相连，数据采集单元7与传感器、油泵控制单元8相连，油泵控制单元8与数据采集单元7相连。主控单元6采用微机或工控机,通过与输入输出单元12、显示单元13的配合，完成操作控制、数据传输、处理及显示。数据采集单元7分别为压力、位移、应变传感器配置了相应的数据采集端口及通讯端口，用于读取传感器检测的信号并将测得的数据传输至主控单元6，实现贝雷片力学性能参数检测，同时还将主控单元6的控载命令传输至油泵控制单元8。油泵控制单元8与电动泵站9相连，电动泵站9通过高压油管与多路分油器10相连，多路分油器10通过高压油管与千斤顶相连，油泵控制单元8用于控制电动泵站9的压力从而控制千斤顶的加载、控载、维载、卸载。输入输出单元12及显示单元13采用真彩10.4寸液晶显示触摸屏，提供的人机交互界面，操作人员通过触摸笔操作，即可修改相关配置和参数，以图表和图形的方式直观地显示相关数据。存储单元11用于存储采集的数据，电源为整个装置的运行提供电力支持。根据本发明的其中一种实施方式，存储单元11采用2G电子硬盘，主控单元6的电源采用AC220V±10%或锂电池DC 16.8V(5A)。

下面结合具体实施方式分别描述图6所示本发明的检测贝雷片力学性能的装置电路原理框图中的主控单元6、数据采集单元7及油泵控制单元8。

根据本发明的其中一种实施方式，主控单元6采用AMD公司的超低功耗嵌入式CPU模块AMD Geode LX 800，工作频率高达500MHz，具有128KB一级高速缓存和128KB二级高速缓存，支持看门狗功能，5W超低功耗，并且提供丰富的应用接口。主控单元6的应用接口可以分为两类：第一类是液晶显示触摸屏的接口，用于驱动作为输入输出单元12、显示单元13的液晶显示触摸屏；第二类是用于实现系统其他功能的接口，包括PS/2键盘鼠标接口、USB2.0口、RS232串行通信接口等。由于本装置已具有触摸控制功能，PS/2键盘鼠标接口主要在主控单元6植入或重装操作系统时使用；USB2.0口除了实现一般USB接口的功能，在本装置中，可用于存储检测数据，打印输出报告等功能；RS232串行通信接口用于与数据采集单元7连接。

数据采集单元7包括压力采集单元、位移采集单元、应变采集单元、控载接口和通讯接口，其中应变采集单元采用独立的结构。数据采集单元7的处理器采用ATMEL公司的AT89C52单片机。

压力采集单元包括依次连接的电流/电压转换单元15、第一A/D转换器16、单片机701组成。第一A/D转换器16采用12位A/D转换器AD1674，单片机701采用ATMEL公司的AT89C52单片机。压力传感器14采用压阻式传感器。当主控单元6发出压力（油压）测量命令时，安装在多路分油器10中的压力传感器14输出电流量信号，经过电流/电压转换单元15将电流量信号转换成电压量信号，再经过第一A/D转换器16被采样，得到对应的12位二进制数据，分低8位和高4位2次输出给单片机701，单片机701再把处理后的数据通过RS485串行通信接口传给主控单元6。试验表明，压力采集单元量程0～700bar（0～70MPa），测试精度0.5%。

如图8所示，整形单元17与单片机701相连。位移传感器4采用数字容栅式位移传感器，简称百分表。当主控单元6发出检测位移（挠度）的命令时，位移传感器4在同步时钟下，串行输出二进制数值，经过整形单元17电压提升稳形后，通过RS485接口被单片机701的I/O采集，单片机701再把处理后的数据通过RS485串行通信接口传给主控单元6。试验表明，本装置位移测量精度小于0.2%Fs，分辨率可达0.01mm，单次量程50mm，累计量测-32768mm～+32768mm。

如图9所示，为了得到各测点贝雷片静态应变的准确检测结果，需要稳定性高和抗干扰能力强的硬件电路，故本实施方式中的应变采集单元采用独立的结构，与压力采集单元、位移采集单元分开。应变采集单元包括依次连接的通道转换单元18、精密放大单元19、滤波单元20、第二A/D转换器21、单片机701组成。在本实施方式中，应变传感器3选择120Ω的金属丝式应变计，灵敏系数为2.0，基底为胶膜，其特点是柔软，耐湿性和耐久性均比纸好，适合钢结构检测。本实施方式中应变测量通道数为16路或10路，测量电桥可组成全桥、半桥和1/4桥，一般常用1/4桥（公共补偿片），测量时其结果即为实际应变量。当进行应变测量时，主控单元6向单片机701发出启动测量的命令，单片机701控制通道转换单元18进行各通道循测，测量电桥输出的电压量信号依次经过精密放大单元19的放大，滤波单元20的滤波调理后被第二A/D转换器21采集，转换成数字量数据传输给单片机701，单片机701再把处理后的数据通过RS232接口传给主控单元6。试验表明，应变采集单元量程5000με/5000mV，灵敏系数值K=2。

如图10所示，油泵控制单元8由交流接触器及周边电路组成，独立结构，本实施方式中称为控载盒。控载盒的交流接触器开关电流应等于或大于电机的启动电流，且交流接触器803线圈开关的最大容量应等于或小于控载插座的容量（如60VA）。数据采集单元7中设置了控载接口，用于通过油泵控制单元来控制电动泵站9的开关。油泵控制单元8与数据采集单元7的控载接口相连。数据采集单元7的控制接口由依次连接的单片机701、驱动电路801、继电器802组成。主控单元6通过单片机701向驱动电路发出控制命令，驱动继电器802离合，影响油泵控制单元（控载盒）的交流接触器802交流开关的离合，控制油泵供电或断电，进油油阀开启或关闭，从而控制进油或停止，进而改变千斤顶内油压的大小，即荷载大小。本装置的控制模式有两种：“加载”和“点载”：“加载”指打开油阀，增加千斤顶的进油量，产生荷载，一次工作周期大概为20秒；而“点载”可理解为“加载”的特殊模式，在“维荷”中，为了达到并维持设定的荷载值，慢慢地一点一点地控制进油量，当压力传感器14测量到符合设定值的油压时，立即关闭油阀，一次工作时间大约为开泵20秒，停15秒。试验表明，油泵控制单元能控制输出均匀荷载。

如图11所示，数据采集单元7中压力采集单元、位移采集单元提供的是RS485串行通信接口，独立的应变采集单元提供的是RSM232串行通信接口，而主控单元6提供的是RSM232串行通信接口，因此在主控单元6方面要将接口RSM232串行通信接口转换为RSM485串行通信接口后再与数据采集单元7中的压力采集单元、位移采集单元连接。应变采集单元直接通过RSM232串行通信接口直接与主控单元6相连。本实施例中，数据采集单元7方面采用RSM485串行通信接口驱动芯片MAX491驱动接口，主控单元6方面先采用RSM232串行通信接口驱动芯片MAX232与之相连，驱动主控单元6，并采用RSM485串行通信接口驱动芯片MAX491与RSM232串行通信接口驱动芯片MAX232相连进行接口转换。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种贝雷片检测装置，包括用于固定贝雷片的贝雷片固定装置(2)，其特征在于：还包括用于对贝雷片施加压力的施压装置、用于检测贝雷片的构件位移的位移传感器(4)、用于检测贝雷片所受压力的压力传感器(14)和用于检测贝雷片应变的应变传感器(3)，还包括对位移传感器(4)、压力传感器(14)和应变传感器(3)的输出量进行采集的数据处理装置，数据处理装置根据采集到的输出量控制施压装置对贝雷片施加压力，

贝雷片固定装置(2)包括底座(205)，底座(205)两侧分别设置有固定支架(201)和活动支架(202)，固定支架(201)侧边设置有与贝雷片的阳头连接的阳头固定头(203)，活动支架(202)侧边设置有与贝雷片的阴头连接的阴头固定头(204)，

施压装置包括依次连接的千斤顶(5)、多路分油器(10)、电动泵站(9)和油泵控制单元(8)，油泵控制单元(8)与数据处理装置连接，所述的压力传感器(14)设置在多路分油器(10)内，数据处理装置包括数据采集单元(7)和主控单元(6)，还包括分别与主控单元(6)连接的存储单元(11)、输入输出单元(12)和显示单元(13)，数据采集单元(7)分别与位移传感器(4)、压力传感器(14)和应变传感器(3)连接，数据采集单元(7)和主控单元(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种贝雷片检测装置，其特征在于：所述的数据采集单元(7)包括单片机(701)，还包括分别与单片机(701)连接的压力采集单元、位移采集单元和应变采集单元，压力采集单元与压力传感器(14)连接，位移采集单元与位移传感器(4)连接，应变采集单元与应变传感器(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种贝雷片检测装置，其特征在于：所述的压力采集单元包括电流/电压转换单元(15)和第一A/D转换器(16)，电流/电压转换单元(15)将压力传感器(14)的输出量进行转换后传送到第一A/D转换器(16)，第一A/D转换器(16)与单片机(701)连接；所述的位移采集单元包括整形单元(17)，整形单元(17)将位移传感器(4)的输出量进行转换后通过RS485接口传送到单片机(701)；所述的应变采集单元包括依次连接的通道转换单元(18)、精密放大单元(19)、滤波单元(20)和第二A/D转换器(21)，通道转换单元(18)与应变传感器(3)连接，第二A/D转换器(21)与单片机(701)连接。

4.根据权利要求2所述的一种贝雷片检测装置，其特征在于：所述的油泵控制单元(8)包括依次连接的驱动单元(801)、继电器(802)和交流接触器(803)，驱动单元(801)与单片机(701)连接，交流接触器(803)与电动泵站(9)连接。