CN105823458B - 考虑固有误差的架立式应变测试方法 - Google Patents
考虑固有误差的架立式应变测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105823458B CN105823458B CN201610351765.9A CN201610351765A CN105823458B CN 105823458 B CN105823458 B CN 105823458B CN 201610351765 A CN201610351765 A CN 201610351765A CN 105823458 B CN105823458 B CN 105823458B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- strain
- formula
- error
- erection
- transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种考虑固有误差的架立式应变测试方法，该法充分考虑了测试中底座支架变形引起的应变测试误差，在既有的架立式应变传感器构件中，通过选择合适尺寸及材料的底座支架、传递杆、感应杆，控制架立式应变传感器固有应变测试误差，从而满足结构应变测试准确性，进而保证了应变测试的可靠性；同时，对架立式应变传感器固有应变测试误差进行分析，获得尽可能接近真实值的测试应变，反映结构的真实应变变化，实现了结构应变测试的精准度和精细化。本专利提出的方法可广泛适用于结构试验、健康监控及基于动应变识别移动荷载等技术领域。
Description
技术领域
本发明属于架立式应变测试方法，尤其涉及一种考虑固有误差的架立式应变测试方法。
背景技术
在当今土木工程行业中，应变测量广泛地应用于建筑、铁路、桥梁、交通、大坝等结构上。结构的应变测试是工程人员了解结构受力状态、保证结构安全以及进行结构设计优化的一个重要的环节。例如在大跨度桥梁的施工过程以及营运过程的长期健康监测中，对关键截面的应力应变进行监测，为桥梁的施工、营运、加固提供依据，确保结构安全是桥梁建设一个必不可少的环节。
由于安装在结构表面、替换方便，架立式应变传感器被广泛应用于建筑、铁路、桥梁、交通、大坝等结构表面的应变测试。在测试过程中，底座支架尺寸选择不当会产生较大的变形，严重影响应变测试结果的可靠性，甚至底座支架引起的应变误差远大于所测试结构本身的应变。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种考虑固有误差的架立式应变测试方法，该法可实现结构应变测试的精准度和精细化，可广泛适用于结构试验、健康监控及基于动应变识别移动荷载等技术领域。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：考虑固有误差的架立式应变测试方法，包括以下步骤：
<1>在一定的材料和尺寸范围内，选择构建架立式应变传感器的底座支架、传递杆、感应杆，使得传感器固有测试应变误差特征系数最小，式中 h、E′和I分别为底座支架有效高度、弹性模量及截面惯性矩，l、s、e分别为感应杆有效长度、截面面积、弹性模量，L为2个底座支架的中心间距，传递杆的有效长度为(L-l)、截面面积为S、弹性模量为E；
<2>安装架立式应变传感器：在被测试结构表面平行应变方向钻孔植筋或焊接安装中心间距为L的2个底座支架，各底座支架顶端分别与1根传递杆连接，两传递杆的相邻端与附有应变感应装置的感应杆连接；
<3>荷载发生变化时或变化后，读取架立式应变传感器示值应变εg，按公式计算架立式应变传感器测试真值应变εz；所述公式为εz＝εg+τεg＝(1+τ)εg，εz＝(1+τ)εg，式中为架立式应变传感器固有测试应变误差，τ为架立式应变传感器固有应变误差特征系数。
应变感应装置为电阻式应变片或钢弦式感应装置。
针对现有架立式应变测试可靠性差的问题，发明人建立了一种考虑固有误差的架立式应变测试方法，该法充分考虑了测试中底座支架变形引起的应变测试误差，在既有的架立式应变传感器构件中，通过选择合适尺寸及材料的底座支架、传递杆、感应杆，控制架立式应变传感器固有应变测试误差，从而满足结构应变测试准确性，进而保证了应变测试的可靠性；同时，对架立式应变传感器固有应变测试误差进行分析，获得尽可能接近真实值的测试应变，反映结构的真实应变变化，实现了结构应变测试的精准度和精细化，可广泛适用于结构试验、健康监控及基于动应变识别移动荷载等技术领域。
附图说明
图1是架立式应变传感器的立面构造图。
图2是底座支架变形求解原理图。
图3是传递杆、感应杆变形前示意图。
图4是传递杆、感应杆变形后示意图。
图中：1被测试结构，2底座支架，3传递杆，4感应杆(附应变感应装置)，5作用力F，6变形后的底座支架。
具体实施方式
本发明考虑固有误差的架立式应变测试方法的基本原理(如图1至4)
1.操作步骤
<1>在既有的架立式应变传感器构件中，选择构建架立式应变传感器的底座支架、传递杆、感应杆，使得传感器固有测试应变误差特征系数最小；
式中h、E′和I分别为底座支架高度、弹性模量及截面惯性矩，l、s、e分别为感应杆有效长度、截面面积、弹性模量，L为2个底座支架的中心间距，传递杆的长度为(L-l)、截面面积为S、弹性模量为E；
<2>安装架立式应变传感器：在被测试结构1表面平行应变方向钻孔植筋或焊接安装中心间距为L的2个底座支架，各底座支架顶端分别与1根传递杆3连接，两传递杆3的相邻端与附有应变感应装置(电阻式应变片或钢弦式感应装置)的感应杆4连接，被测试结构1、底座支架2、传递杆3及感应杆4构成一个框架，底座支架2、传递杆3及附有应变感应装置的感应杆4构成架立式应变传感器；
<3>荷载发生变化时或变化后，读取架立式应变传感器示值应变εg，按公式计算架立式应变传感器测试真值应变εz；所述公式为εz＝εg+τεg＝(1+τ)εg，εz＝(1+τ)εg，式中为架立式应变传感器固有测试应变误差，τ为架立式应变传感器固有应变误差特征系数。
2.公式推导
把底座支架看作高度为h的悬臂梁，其端部受到外力F时，悬臂梁变形挠度曲线为式(1)，见图2所示。
式(1)中式x为悬臂梁的轴向坐标，E′和I分别为底座支架弹性模量、截面惯性矩，
当x＝h时，可得悬臂梁端部的变形挠度值式(2)：
外力F的作用下传递杆和感应杆的应变分别为εc、εg，由传递杆和感应杆的轴向力相等，可得式(3)，见图3和图4所示。
F＝SEεc＝seεg (3)
令可得式(4)与式(5)：
εc＝λεg (5)
同理可得误差应变关系式(6)：
由变形协调条件可知，感应杆和传递杆的变形量之和与两个支架的变形量之和相等，即可得式(7)。
式(3)和式(6)代入式(7)，得式(8)：
令式(8)化简后可得式(9)：
令可得式(10)：
由于底座支架的变形使得示值应变εg小于真值应变εz，考虑因底座支架变形后的应变误差和示值应变εg之和即是传感器的真值应变εz，因此有式(11)：
εz＝εg+τεg＝(1+τ)εg (11)
τ为外置式传感器误差特征系数，与传感器的材料和结构有关。可见传感器的固有测试误差与传感器的示值成正比例，即示值应变越大，误差越大；当材料和结构一定值时，传感器误差特征系数是恒定值，从既有的架立式应变传感器构件中，选择构建架立式应变传感器的底座支架、传递杆、感应杆，使得传感器固有测试应变误差特征系数最小，即可获得最接近真实值的测试应变。
以下通过应用实例具体说明本发明，应用实例参照上述方法操作进行。
应用实例1
在既有的架立式应变传感器构件中，按固有测试应变误差特征系数最小原则，预先测算并选定构建架立式应变传感器的底座支架、传递杆、感应杆(传感器误差特征系数τ＝0.0076)，然后开始安装架立式应变传感器。
在结构表面钻孔植筋中心间距为166mm的2个底座支架；直径18mm的传递杆顶端与底座支架连接；在长度16mm的感应杆两侧对称分别粘贴电阻式应变片，感应杆截面为6mm×0.5mm矩形。传递杆的截面面积、材料弹性模量、轴向变形刚度分别为254.47mm2、200GPa、5.0894×104kN/mm；感应杆的截面面积、材料弹性模量、轴向变形刚度分别为3.00mm2、71GPa、2.13×102kN/mm；底座支架高度、弹性模量、惯性矩分别为15mm、210GPa、3005508.9mm4；感应杆与传递杆的轴向刚度比为0.0041852，感应杆两端部开孔的中心距离为与底座中心间距比为0.09639。实例1测试误差分析见表1。
表1实例1误差应变分析结果
| 荷载等级 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 示值应变(με) | 20 | 39 | 61 | 80 | 102 | 120 | 143 | 162 | 182 | 196 |
| 误差(με) | 0.2 | 0.3 | 0.5 | 0.6 | 0.8 | 0.9 | 1.1 | 1.2 | 1.4 | 1.5 |
| 真值应变(με) | 20.2 | 39.3 | 61.5 | 80.6 | 102.8 | 120.9 | 144.1 | 163.2 | 183.4 | 197.5 |
| 相对误差(％) | 0.99 | 0.76 | 0.81 | 0.74 | 0.78 | 0.74 | 0.76 | 0.74 | 0.76 | 0.76 |
应用实例2
在既有的架立式应变传感器构件中，按固有测试应变误差特征系数最小原则，预先测算并选定构建架立式应变传感器的底座支架、传递杆、感应杆(传感器误差特征系数τ＝0.0243)，然后开始安装架立式应变传感器。
在结构表面植筋中心间距为520mm的2个底座；直径23mm的传递杆穿入底座的顶端的开孔，并采用螺帽在底座顶端开孔的两侧将传递杆拧紧；在两端开孔中心距为10mm的铝镁合金感应杆两侧对称分别粘贴电阻式应变片，感应杆截面为4mm×0.5mm矩形；并采用防护材料将电阻式应变片和粘贴有电阻式应变片的部分感应杆包裹防护；在传递杆的相邻端采用螺栓将感应杆和传递杆连接拧紧固定；调整螺帽使底座、传递杆和感应杆充分受力。传递杆的截面面积、材料弹性模量、轴向变形刚度分别为415.48mm2、210GPa、8.7245×104kN/mm；感应杆的截面面积、材料弹性模量、轴向变形刚度分别为2.00mm2、40GPa、0.80×102kN/mm；底座支架高度、弹性模量、惯性矩分别为20mm、210GPa、4148928.0mm4；感应杆与传递杆的轴向刚度比为0.0009169，感应杆两端部开孔的中心距离为与底座中心间距比为0.019231。实例2测试误差分析见表2。
表2实例2误差应变分析结果
| 荷载等级 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 示值应变(με) | 102 | 204 | 289 | 393 | 500 | 575 | 698 | 778 | 899 | 1005 |
| 误差应变(με) | 2.5 | 5.0 | 7.0 | 9.5 | 12.2 | 14.0 | 17.0 | 18.9 | 21.8 | 24.4 |
| 真值应变(με) | 104.5 | 209.0 | 296.0 | 402.5 | 512.2 | 589.0 | 715.0 | 796.9 | 920.8 | 1029.4 |
| 相对误差(％) | 2.39 | 2.39 | 2.36 | 2.36 | 2.38 | 2.38 | 2.38 | 2.37 | 2.37 | 2.37 |
表1和表2中各指标参数含义如下：
示值应变：架立式应变传感器的显示应变。
误差应变：架立式应变传感器测试固有误差应变。
真值应变：误差应变和示值应变之和。
相对误差：|误差应变|×100/真值应变。
Claims (2)
1.一种考虑固有误差的架立式应变测试方法，其特征在于包括以下步骤：
<1>在一定的材料和尺寸范围内，选择构建架立式应变传感器的底座支架、传递杆、感应杆，使得传感器固有测试应变误差特征系数最小，式中h、E′和I分别为底座支架有效高度、弹性模量及截面惯性矩，l、s、e分别为感应杆有效长度、截面面积、弹性模量，L为2个底座支架的中心间距，传递杆的有效长度为(L-l)、截面面积为S、弹性模量为E；
<2>安装架立式应变传感器：在被测试结构表面平行应变方向钻孔植筋或焊接安装中心间距为L的2个底座支架，各底座支架顶端分别与1根传递杆连接，两传递杆的相邻端与附有应变感应装置的感应杆连接；
<3>荷载发生变化时或变化后，读取架立式应变传感器示值应变εg，按公式计算架立式应变传感器测试真值应变εz；所述公式为εz＝εg+τεg＝(1+τ)εg，εz＝(1+τ)εg，式中为架立式应变传感器固有测试应变误差，τ为架立式应变传感器固有应变误差特征系数。
2.根据权利要求1所述的考虑固有误差的架立式应变测试方法，其特征在于：所述应变感应装置为电阻式应变片或钢弦式感应装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610351765.9A CN105823458B (zh) | 2016-05-24 | 2016-05-24 | 考虑固有误差的架立式应变测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610351765.9A CN105823458B (zh) | 2016-05-24 | 2016-05-24 | 考虑固有误差的架立式应变测试方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105823458A CN105823458A (zh) | 2016-08-03 |
| CN105823458B true CN105823458B (zh) | 2018-05-22 |
Family
ID=56531190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610351765.9A Active CN105823458B (zh) | 2016-05-24 | 2016-05-24 | 考虑固有误差的架立式应变测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105823458B (zh) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1004832B (zh) * | 1986-09-04 | 1989-07-19 | 北方工业大学 | 附着式测力传感器 |
| JPH10332314A (ja) * | 1997-05-29 | 1998-12-18 | Sekisui Chem Co Ltd | 変位計及びそれを用いた歪み測定方法 |
| CN1301396C (zh) * | 2005-06-10 | 2007-02-21 | 柳贵东 | 量程可机械调理的应变传感器及其制造方法 |
| CN202083345U (zh) * | 2011-03-01 | 2011-12-21 | 欧阳祖熙 | 一种用于钻孔应变仪的位移传感装置 |
| DE102013007535B3 (de) * | 2013-05-03 | 2014-06-26 | Uniflex-Hydraulik Gmbh | Kraft-Messvorrichtung |
| CN104019789A (zh) * | 2013-12-21 | 2014-09-03 | 广西科技大学 | 构件的检测方法 |
-
2016
- 2016-05-24 CN CN201610351765.9A patent/CN105823458B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105823458A (zh) | 2016-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shao | Geometrical effect on the stress distribution along weld toe for tubular T-and K-joints under axial loading | |
| CN106289622A (zh) | 一种测量高强螺栓连接副扭矩系数的装置及方法 | |
| Maali et al. | Experimental model of the behaviour of bolted angles connections with stiffeners | |
| CN106644323A (zh) | 一种钢梁试验模型测量装置及其试验方法 | |
| CN109507041A (zh) | 一种混凝土ⅰ-ⅱ复合型裂缝断裂性能测试方法 | |
| Morsy et al. | Use of the random decrement technique for nondestructive detection of damage to beams | |
| Pham et al. | Global buckling capacity of cold-rolled aluminium alloy channel section beams | |
| CN106197342A (zh) | 基于应变感应的裂缝宽度变化动态监测装置 | |
| Li et al. | Experimental study on seismic behavior of new steel box bridge piers with embedded energy dissipation shells | |
| CN105823458B (zh) | 考虑固有误差的架立式应变测试方法 | |
| Zhaobo et al. | Structural health monitoring for bridge crane based on low temperature-sensitivity FBG sensors | |
| CN105806210A (zh) | 高分辨率应变测试方法 | |
| CN102519637B (zh) | 一种结构试验测力支座 | |
| CN216410473U (zh) | 一种组合梁负弯矩测量设备 | |
| CN106441680A (zh) | 长距离钢丝绳拉扯力检测系统 | |
| CN104075951B (zh) | 一种三杆式三点弯曲测试系统 | |
| CN206902781U (zh) | 锚杆内力外测的检测装置 | |
| CN105352715A (zh) | 一种钻具载荷压弯扭分离的测试方法 | |
| Maali | Failure modes of end-plate connections with outer flange stiffeners: an experimental and numerical study | |
| Sopha et al. | Test results for RHS K-joints with 50% and 100% overlap | |
| CN114111541A (zh) | 基于应力刚化效应的桥梁动挠度测试系统及方法 | |
| CN106403868A (zh) | 基于应变感应的裂缝宽度变化动态监测方法 | |
| CN209243787U (zh) | 基桩试验系统 | |
| Wang et al. | Bending capacity of single and double-sided welded I-section girders: Part 1: Experimental investigations | |
| CN206601245U (zh) | 一种超载保护装置检测仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 530007 No. 6 hi tech two road, hi tech Zone, Nanning, the Guangxi Zhuang Autonomous Region Applicant after: Guangxi Traffic Science Research Institute Co Ltd Address before: 530007 No. 6 hi tech two road, hi tech Zone, Nanning, the Guangxi Zhuang Autonomous Region Applicant before: Guangxi Transportation Research Institute |
|
| CB02 | Change of applicant information |