CN106248027A - 基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法 - Google Patents

基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106248027A
CN106248027A CN201610824041.1A CN201610824041A CN106248027A CN 106248027 A CN106248027 A CN 106248027A CN 201610824041 A CN201610824041 A CN 201610824041A CN 106248027 A CN106248027 A CN 106248027A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fracture width
string
string wire
frequency
monitoring method
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.)
Pending
Application number
CN201610824041.1A
Other languages
English (en)
Inventor
郝天之
王龙林
刘世建
高建明
邱波
陈齐风
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi Transportation Research Institute
Original Assignee
Guangxi Transportation Research Institute
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi Transportation Research Institute filed Critical Guangxi Transportation Research Institute
Priority to CN201610824041.1A priority Critical patent/CN106248027A/zh
Publication of CN106248027A publication Critical patent/CN106248027A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • G01B21/16—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 distance of clearance between spaced objects
    • 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
    • G01B21/02—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 length, width, or thickness

Abstract

本发明公开了一种基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法，该法采用一定刚度的传递弹簧和钢弦进行一定构造的连接组合，采用感应线圈测试裂缝先后状态的钢弦振动频率，通过力学原理计算裂缝宽度的变化值，从而实现裂缝宽度变化的拟动态监测。据此，发明人还设计制作了相应监测装置。使用该监测方法和装置，结合发明人经材料力学及结构动力学方法推导的基于弹簧的刚度、钢弦的振动物理特性的高准确度裂缝宽度变化求解公式，可以实现裂缝宽度的变化识别和监测，降低人的劳动强度和测试成本，受温度影响小，可广泛适用于大坝、房屋建筑、桥梁结构等裂缝宽度变化的识别与监测。

Description

基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法
技术领域
本发明属于裂缝宽度变化识别和监测技术领域，尤其涉及一种基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法。
背景技术
在当今土木工程行业中，房屋建筑、铁路、桥梁、大坝等混凝土结构由于材料、施工、温度、外荷载等于原因，在施工过程中或建成后营运过程中，结构表面经常出现裂缝。有些裂缝不影响结构安全，仅对结构长期的耐久性有一定的不利影响；有些裂缝却直接影响结构安全，是结构安全与否的重要标志之一。为此，需要对结构表面裂缝发展情况进行及时的识别、监测，若裂缝长度和宽度持续发展，则有必要采取加固或其他措施，以减少因结构损坏或倒塌造成的财产损失和人身安全威胁。裂缝长度变化的识别比较容易且简单，可采用标记、标示或直接多次测量裂缝长度数据，经过比较即可准确确定裂缝的长度变化情况；有些裂缝长度变化虽不明显，但裂缝宽度极小的变化却预示了结构承载能力不满足使用要求或不安全。
然而，由于结构裂缝宽度较小(一般裂缝最小可识别宽度0.04mm，最大裂缝宽度可达60mm)，其裂缝宽度变化亦较小，一般结构性裂缝宽度变化随荷载增加或时间变化呈线性或非线性加速开裂时，即认为结构物出现比较严重的病害或是缺陷，不适于继续承载预定的功能，或需紧急加固处置。现有裂缝宽度变化识别常用方法有图像放大法、粘贴脆性材料法、粘贴应变片法等。其中，图像放大法是采用放大视频图像，根据基准标尺判断裂缝宽度，多次观测裂缝宽度并求其差，确定裂缝宽度变化量，但图像放大后裂缝边缘模糊，读数有较大的误差，且多次观测时难以保证能够对准裂缝的同一位置，致使多次观测后求得的裂缝宽度变化有较大的误差。在裂缝表面粘贴脆性材料，如蜡纸、薄玻璃等，裂缝宽度变化增加到一定程度后，脆性材料会被撕裂或脱落，表示裂缝宽度有一定变化，但它无法实现定量，也就无法准确判断裂缝宽度变化量。粘贴应变片法是在垂直跨裂缝粘贴应变片，测试应变变化情况，当裂缝宽度无变化时应变片无应变产生，应变片有变化产生时表示裂缝宽度亦有变化，与粘贴脆性材料法类似，该法只能识别出裂缝宽度是否有变化，但无法对裂缝宽度变化进行定量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种测量准确、成本低廉的基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法，以实现动态、准确地识别裂缝宽度的变化，可广泛适用于大坝、房屋建筑、桥梁结构等裂缝宽度变化的识别与监测。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法，在裂缝两侧的结构表面，垂直裂缝方向分别钻孔植筋或焊接2个材料、尺寸相同的底座支架；将钢弦的一端穿入其中一个底座支架顶端的螺杆开孔中，钢弦的另一端与传递弹簧一端连接，传递弹簧另一端与另一底座支架顶端的螺杆相连接；在结构物表面靠近钢弦一侧安装感应线圈并与频率计相连，采用螺帽在底座支架顶端拧紧，使传递弹簧、钢弦和底座支架充分受力；不定时或定时读取钢弦的实测频率fi，按公式计算获得裂缝宽度的变化值；其中，钢弦长度、截面面积、弹性模量及质量密度分别为l、s、e、传递弹簧的刚度为k，f0表示传递弹簧、钢弦及底座支架充分受力后、裂缝宽度变化前的钢弦振动初始频率读数，fi为第i次读取的钢弦振动频率，ΔL为裂缝宽度变化量。
钢弦的直径不大于0.3mm，钢弦长度不小于40mm，材料弹性模量在不小于190MPa，抗拉强度在1400MPa以上；传递弹簧的刚度大于2000N/m。
感应线圈用于激振和拾振。
激振和拾振分时进行，先激振，后拾振。
针对现有裂缝宽度变化测试准确度不足等问题，发明人建立了一种基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法，该法采用一定刚度的传递弹簧和钢弦进行一定构造的连接组合，采用感应线圈测试裂缝先后状态的钢弦的振动频率，通过力学和材料学原理计算裂缝宽度的变化值，从而实现裂缝宽度变化的动态监测。据此，发明人还设计制作了相应监测装置。使用该监测方法和装置，结合发明人经材料力学及结构力学方法推导的基于弹簧的刚度、钢弦的振动物理特性的高准确度裂缝宽度变化求解公式，可以实现裂缝宽度的变化识别和监测，降低人的劳动强度和测试成本，可广泛适用于大坝、房屋建筑、桥梁结构等裂缝宽度变化的识别与监测。与现有技术相比，本发明的突出优势在于：
(1)技术原理与其他方法不同，通过裂缝宽度的变化转化为弹簧内力，传递至钢弦，通过钢弦的振动频率识别钢弦内力，经材料力学及结构动力学的推导确定裂缝宽度的变化量，物理量传递简单、明确；
(2)测试装置工具简单，成本低廉，易于更换维修；
(3)裂缝宽度变化识别精度高，对于裂缝宽度的变化识别精度可达0.001mm；
(4)该方法较采用应变感应法，不受温度影响，数据零漂小。
附图说明
图1是本发明基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法的使用状态图及其监测装置的结构示意图(垂直于钢弦和传递弹簧)。
图2是本发明基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法及装置的力学原理示意图。
图中：1结构表面，2裂缝，3底座支架，4钢弦，5感应线圈，6传递弹簧，7螺帽及螺杆。
具体实施方式
本发明基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法及装置的基本原理
1.操作步骤
如图1和图2所示，在裂缝两侧的结构表面1，垂直裂缝方向分别钻孔植筋或焊接2个材料、尺寸相同的底座支架；将钢弦的一端穿入其中一个底座支架顶端的螺杆开孔中，钢弦的另一端与传递弹簧一端连接，传递弹簧另一端与另一底座支架顶端的螺杆相连接；在结构物表面靠近钢弦一侧安装感应线圈并与频率计相连，感应线圈用于激振(激励钢弦振动)和拾振(感应线圈中的微弱电动势的拾取得到电动势的频率和频率量)，激振和拾振分时进行，先激振，后拾振。采用螺帽在底座支架顶端拧紧，使传递弹簧、钢弦和底座支架充分受力；不定时或定时读取钢弦的实测频率fi；按公式计算获得裂缝宽度的变化值；其中，钢弦长度、截面面积、弹性模量及质量密度分别为l、s、e、传递弹簧的刚度为k，f0表示传递弹簧、钢弦及底座支架充分受力后、裂缝宽度变化前的钢弦振动初始频率读数，fi为第i次读取的钢弦振动频率，ΔL为裂缝宽度变化量。
2.公式推导
如图2所示，钢弦的长度、截面面积、弹性模量及质量密度分别为l、s、e、传递弹簧的刚度为k。在裂缝宽度变引起的轴向力F的作用下，钢弦变为ε，弹簧的仲长量为Δt，由此可得式(1)
Δtk＝F，seε＝F
即是
Δlk＝seε 式(1)
裂缝宽度总变化量为L，L＝lε+Δt，在轴向力F作用下总仲长量L为式(2)
又因为钢弦为柔性索，则有式(3)
F＝4ml2f2 式(3)
则有式(4)
式(4)带入式(2)后，化简得式(5)
当钢弦初始频率为f0，裂缝宽度变化后第i次读得钢弦频率为fi时，可得裂缝的宽度变化量ΔL，见式(6)
3.应用实例
应用前述方法及装置，其中，钢弦的长度、截面面积、材料弹性模量、质量密度分别为l＝60mm、s＝1.131mm、e＝210GPa、钢弦的抗拉强度为3000MPa，传递弹簧的刚度为k＝20N/mm。用于某梁的室内静载试验，测得跨中梁底横向裂缝宽度变化见表1。
表1实测弦振频率及裂缝宽度变化结果
荷载等级 初始频率 第1级 第2级 第3级 第4级 第5级 第6级 第7级
钢弦频率(Hz) 1000 1003.1 1007.2 1009.5 1011 1013.3 1016.6 1018.5
裂缝宽度变化(mm) / 0.028 0.064 0.085 0.098 0.119 0.148 0.165

Claims (4)

1.一种基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法，其特征在于：在裂缝两侧的结构表面，垂直裂缝方向分别钻孔植筋或焊接2个材料、尺寸相同的底座支架；将钢弦的一端穿入其中一个底座支架顶端的螺杆开孔中，钢弦的另一端与传递弹簧一端连接，传递弹簧另一端与另一底座支架顶端的螺杆相连接；在结构物表面靠近钢弦一侧安装感应线圈并与频率计相连，采用螺帽在底座支架顶端拧紧，使传递弹簧、钢弦和底座支架充分受力；不定时或定时读取钢弦的实测频率fi，按公式计算获得裂缝宽度的变化值；其中，钢弦长度、截面面积、弹性模量及质量密度分别为l、s、e、传递弹簧的刚度为k，f0表示传递弹簧、钢弦及底座支架充分受力后、裂缝宽度变化前的钢弦振动初始频率读数，fi为第i次读取的钢弦振动频率，ΔL为裂缝宽度变化量。
2.根据权利要求1所述的基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法，其特征在于：所述钢弦的直径不大于0.3mm，钢弦长度不小于40mm，材料弹性模量在不小于190MPa，抗拉强度在1400MPa以上；所述传递弹簧的刚度大于2000N/m。
3.根据权利要求1所述的基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法，其特征在于：所述感应线圈用于激振和拾振。
4.根据权利要求3所述的基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法，其特征在于：所述激振和拾振分时进行，先激振，后拾振。
CN201610824041.1A 2016-09-14 2016-09-14 基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法 Pending CN106248027A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610824041.1A CN106248027A (zh) 2016-09-14 2016-09-14 基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610824041.1A CN106248027A (zh) 2016-09-14 2016-09-14 基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106248027A true CN106248027A (zh) 2016-12-21

Family

ID=57598754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610824041.1A Pending CN106248027A (zh) 2016-09-14 2016-09-14 基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106248027A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109883292A (zh) * 2019-03-26 2019-06-14 上海同济检测技术有限公司 混凝土类构件裂缝宽度定性和定量监测设备及方法
CN113124740A (zh) * 2021-03-25 2021-07-16 南京南瑞水利水电科技有限公司 一种大标距振弦式应变计

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD215852A1 (de) * 1983-05-31 1984-11-21 Kali Veb K Schwingsaitenmesswertgeber zur laengenaenderungsmessung im messbereich von 0 bis 1000 mm
CN2539142Y (zh) * 2002-05-14 2003-03-05 徐刚 振弦式位移传感器
CN2854544Y (zh) * 2005-07-25 2007-01-03 王风 一种振弦式微小力传感器的测力结构
CN102419150A (zh) * 2011-09-01 2012-04-18 泰安科大洛赛尔传感技术有限公司 振弦式位移传感器及其工作方法
CN202195798U (zh) * 2011-09-01 2012-04-18 泰安科大洛赛尔传感技术有限公司 振弦式位移传感器
CN104316006A (zh) * 2014-11-17 2015-01-28 成都四威高科技产业园有限公司 一种振弦式位移传感器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD215852A1 (de) * 1983-05-31 1984-11-21 Kali Veb K Schwingsaitenmesswertgeber zur laengenaenderungsmessung im messbereich von 0 bis 1000 mm
CN2539142Y (zh) * 2002-05-14 2003-03-05 徐刚 振弦式位移传感器
CN2854544Y (zh) * 2005-07-25 2007-01-03 王风 一种振弦式微小力传感器的测力结构
CN102419150A (zh) * 2011-09-01 2012-04-18 泰安科大洛赛尔传感技术有限公司 振弦式位移传感器及其工作方法
CN202195798U (zh) * 2011-09-01 2012-04-18 泰安科大洛赛尔传感技术有限公司 振弦式位移传感器
CN104316006A (zh) * 2014-11-17 2015-01-28 成都四威高科技产业园有限公司 一种振弦式位移传感器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张慎伟，楼昕，张其林: ""钢结构施工过程跟踪监测技术与工程实例分析"", 《施工技术》 *
彭春雷等: "《锚固与注浆设备手册》", 31 October 2013 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109883292A (zh) * 2019-03-26 2019-06-14 上海同济检测技术有限公司 混凝土类构件裂缝宽度定性和定量监测设备及方法
CN113124740A (zh) * 2021-03-25 2021-07-16 南京南瑞水利水电科技有限公司 一种大标距振弦式应变计

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105527075B (zh) 用于共振疲劳试验的力矩校准的方法和装置
Hashiba et al. Effect of water on the deformation and failure of rock in uniaxial tension
Owolabi et al. Crack detection in beams using changes in frequencies and amplitudes of frequency response functions
CN102183363B (zh) 滑动导轨结合面动态特性参数测试装置及其测试方法
Naniwadekar et al. On prediction of crack in different orientations in pipe using frequency based approach
CN102221501A (zh) 一种岩石力学特性测定装置及测定方法
CN106197342A (zh) 基于应变感应的裂缝宽度变化动态监测装置
CN108007627A (zh) 一种利用正弦激振器和视频仪并引入振动位移的振动法拉索索力测量方法
CN107300432A (zh) 一种用于实现现场自适应索力测量的方法和装置
JP2008139220A (ja) ナノインデンテーション試験の検証方法
CN108204922A (zh) 一种基于应变测量技术确定三点弯曲标准试样裂纹长度的方法
CN106596100A (zh) 一种四阶梯机床主轴弹性模量无损检测方法及装置
CN106248027A (zh) 基于弦振频率的裂缝宽度变化监测方法
Soliman Performance analysis of octal rings as mechanical force transducers
Sayyad et al. Theoretical and experimental study for identification of crack in cantilever beam by measurement of natural frequencies
CN105352433A (zh) 一种船体典型焊接结构表面裂纹深度及形状测量装置及其方法
CN103808574A (zh) 木材泊松比的动态测试方法
CN206037972U (zh) 基于弦振频率的裂缝宽度变化监测装置
CN104913988A (zh) 基于霍普金森原理的混凝土轴心抗拉强度测量方法
CN105865688A (zh) 螺杆检测用张拉仪及其应用
JP2013160500A (ja) 欠陥検査装置および検査方法
Ren et al. Development of elasto-magnetic (EM) sensor for monitoring cable tension using an innovative ratio measurement method
CN105388219B (zh) 测试粒状材料剪切波速的压电环激发装置及室内试验装置
CN206037977U (zh) 基于应变感应的裂缝宽度变化动态监测装置
Tyson et al. Elastic compliance of single-edge-notched tension SE (T)(or SENT) specimens

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161221

RJ01 Rejection of invention patent application after publication