CN108627290A - 一种提高桥梁应变监测灵敏度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高桥梁应变监测灵敏度的方法，包括步骤(一)将受力构件沿其纵向设置为具有不同截面积的多个测量段；(二)将敏感元件设置于受力构件上截面积较小的测量段上；(三)将受力构件两端沿桥梁受力方向固定。本方法将受力构件沿其纵向设置为具有不同截面积的多个测量段，当受力构件两端沿桥梁受力方向固定后，受力构件随桥梁发生同步形变时，受力构件上不同截面积的测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；将敏感元件布置在截面积较小的测量段上，扩大了传感器的应变敏感性，而温度的敏感性完全一样，没有变化，因而能提高桥梁应变监测灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁应变监测领域，具体涉及一种提高桥梁应变监测灵敏度的方法。
背景技术
桥梁应力应变是桥梁的一个重要指标，然而在桥梁的不同部位，其应变值的大小是不一样的。在桥梁关键位置关键点的测量过程中，其应力应变的量值大小是不一样的，有的位置总应变为几十个到上百个微应变，工程中通常采用两端安装的应变传感器来监测桥梁的应力应变，其测量原理为：在传感器上具有一个桥梁产生一致形变的受力构件，该受力构件为长条形状且其上设有敏感元件，将受力构件两端固定在桥梁被测部位后，敏感元件则会随桥梁同步变形，从而测量出桥梁应力应变情况。
目前常采用标准量程的金属应变传感器，由于温度对钢材的敏感系数为1.0×10-5/℃，即每度的影响为10με，温差大于10℃时，则温度影响为100με，由此可见温度的影响占结构自身的微应变比例很大，虽然存在参考传感器法的温度补偿，但补偿效果差，影响测量精度。因此，有必要提供一种提高桥梁应变监测灵敏度的方法。
发明内容
本发明目的在于：针对目前在对桥梁应力应变进行监测时，存在测量灵敏度不够，影响测量精度的问题，提供一种提高桥梁应变监测灵敏度的方法，该方法通过对传感器上的受力构件进行改进，使得受力构件上的不同部位具有不同的变形敏感性，当敏感元件设于受力构件上变形灵敏的部位时，从而能提高桥梁应变监测灵敏度，满足监测精度要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种提高桥梁应变监测灵敏度的方法，包括以下步骤：
步骤一、将受力构件沿其纵向设置为具有不同截面积的多个测量段；
步骤二、将敏感元件设置于受力构件上截面积较小的测量段上；
步骤三、将受力构件两端沿桥梁受力方向固定。
本方法将受力构件沿其纵向设置为具有不同截面积的多个测量段，当受力构件两端沿桥梁受力方向固定后，受力构件随桥梁发生同步形变时，受力构件上不同截面积的测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；将敏感元件布置在受力构件上截面积较小的测量段上，则扩大了传感器的应变敏感性，而温度的敏感性完全一样，没有变化，因而能提高桥梁应变监测灵敏度，满足监测精度要求。
需要说明的是，对于两端固定安装的应变传感器，根据受力构件的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为受力构件上各测量段在垂直于桥梁受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案摒弃了以往通过调整敏感元件及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。
作为本发明的优选方案，所述受力构件包括第一测量段和第二测量段，在垂直于桥梁受力方向的截面上，所述第一测量段的截面积小于所述第二测量段的截面积。通过在受力构件上设置两种不同截面积的测量段，既能提高桥梁应变监测灵敏度，满足监测精度要求，又能减少受力构件截面积变化，使该受力构件便于进行生产加工制造。
作为本发明的优选方案，所述受力构件上有一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间。通过在受力构件上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该受力构件呈两端大中间小的结构，当受力构件两端固定时，将敏感元件布置在第一测量段上，即可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。
作为本发明的优选方案，所述受力构件为杆状结构。当受力构件采用杆状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时能够承受较大的极限应力。
作为本发明的优选方案，所述受力构件为板状结构。当受力构件采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了受力构件与桥梁连接后所占用的空间，且方便制造。
作为本发明的优选方案，所述受力构件的两端连有用于与桥梁进行固定的连接座，便于将该受力构件与桥梁被测部位进行连接固定。
作为本发明的优选方案，所述受力构件上还设有用于保护敏感元件的防护罩，从而能够对传感器上的敏感元件进行保护，使其避免受到外界环境因素干扰，有利于进一步提升测量精确度。
作为本发明的优选方案，所述敏感元件粘贴于受力构件外表面，方便敏感元件的布置。
作为本发明的优选方案，所述敏感元件埋设于受力构件内部，可以对敏感元件形成较好的保护。
作为本发明的优选方案，所述敏感元件为电阻应变片或光纤光栅。
作为本发明的优选方案，在桥梁监测部位至少设置两个受力构件，且两个受力构件可成45°或90°的应变花结构布置。通过在桥梁监测部位设置两个受力构件，且两个受力构件成45°或90°的应变花结构布置，由于每个受力构件上设有敏感元件，从而能够对桥梁监测部位多方向应变测量，实现桥梁测量处应变敏感度最大化，提高测量精度。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本方法将受力构件沿其纵向设置为具有不同截面积的多个测量段，当受力构件两端沿桥梁受力方向固定后，受力构件随桥梁发生同步形变时，受力构件上不同截面积的测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；将敏感元件布置在受力构件上截面积较小的测量段上，则扩大了传感器的应变敏感性，而温度的敏感性完全一样，没有变化，因而能提高桥梁应变监测灵敏度，满足监测精度要求；
2、通过在受力构件上设置两种不同截面积的测量段，既能提高桥梁应变监测灵敏度，满足监测精度要求，又能减少受力构件截面积变化，使该受力构件便于进行生产加工制造；
3、通过在受力构件上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该受力构件呈两端大中间小的结构，当受力构件两端固定时，将敏感元件布置在第一测量段上，即可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性；
4、通过在受力构件的两端设置连接座，便于将该受力构件与桥梁被测部位进行连接固定，同时在受力构件上还设有用于保护敏感元件的防护罩，从而能够对传感器上的敏感元件进行保护，使其避免受到外界环境因素干扰，有利于进一步提升测量精确度；
5、通过在桥梁监测部位设置两个受力构件，且两个受力构件成45°或90°的应变花结构布置，由于每个受力构件上设有敏感元件，从而能够对桥梁监测部位多方向应变测量，实现桥梁测量处应变敏感度最大化，提高测量精度。
附图说明
图1为本发明中提高桥梁应变监测灵敏度的方法流程图。
图2为本发明中的应变传感器示意图。
图3为图2中隐藏防护罩后的示意图。
图4为图2中的受力构件示意图。
图中标记：1-受力构件，11-第一测量段，12-第二测量段，2-敏感元件，3-安装孔，4-连接座，5-防护罩。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例提供一种提高桥梁应变监测灵敏度的方法；
如图1所示，本实施例中的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，包括以下步骤：
步骤一、将受力构件1沿其纵向设置为具有不同截面积的多个测量段；
步骤二、将敏感元件2设置于受力构件1上截面积较小的测量段上；
步骤三、将受力构件两端沿桥梁受力方向固定。
本方法将受力构件沿其纵向设置为具有不同截面积的多个测量段，当受力构件两端沿桥梁受力方向固定后，受力构件随桥梁发生同步形变时，受力构件上不同截面积的测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；将敏感元件布置在受力构件上截面积较小的测量段上，则扩大了传感器的应变敏感性，而温度的敏感性完全一样，没有变化，因而能提高桥梁应变监测灵敏度，满足监测精度要求。
需要说明的是，对于两端固定安装的应变传感器，根据受力构件的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为受力构件上各测量段在垂直于桥梁受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案摒弃了以往通过调整敏感元件及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。
如图2-图4所示，本实施例中所述受力构件1包括第一测量段11和第二测量段12，在垂直于桥梁受力方向的截面上，所述第一测量段11的截面积小于所述第二测量段12的截面积。通过在受力构件上设置两种不同截面积的测量段，既能提高桥梁应变监测灵敏度，满足监测精度要求，又能减少受力构件截面积变化，使该受力构件便于进行生产加工制造。另外，在受力构件上第一测量段和第二测量段的连接处需要采用光滑圆角进行过渡连接，以避免连接处出现应力集中情况。
本实施例中，所述受力构件1上有一个第一测量段11，且第一测量段11位于两个第二测量段12之间。通过在受力构件上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该受力构件呈两端大中间小的结构，当受力构件两端固定时，将敏感元件布置在第一测量段上，即可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。
本实施例中，所述受力构件1为杆状结构。当受力构件采用杆状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时能够承受较大的极限应力。
本实施例中，所述受力构件1为板状结构。当受力构件采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了受力构件与桥梁连接后所占用的空间，且方便制造。
本实施例中，所述受力构件1的两端连有用于与桥梁进行固定的连接座4，便于将该受力构件与桥梁被测部位采用螺栓进行连接固定。受力构件1两端设有安装孔3，该安装孔3用于与连接座4进行连接。
本实施例中，所述受力构件1上还设有用于保护敏感元件2的防护罩5，该防护罩5呈U型槽结构，可以采用薄板冲压成U型槽结构，安装时将槽口朝向受力构件，并将防护罩两端卡扣在受力构件两端的连接座上，从而能够对传感器上的敏感元件进行保护，使其避免受到外界环境因素干扰，有利于进一步提升测量精确度。
需要说明的是，本实施例中还设有与受力构件上的敏感元件相连通的信号线，该信号线未在附图中示出。
本实施例中，所述敏感元件2粘贴于受力构件1外表面，方便敏感元件的布置，但使用时容易受到外界环境干扰。
本实施例中，所述敏感元件2也可以埋设于受力构件1内部，可以对敏感元件形成较好的保护，但制造过程稍显麻烦，如可以在受力构件上开设凹槽，将敏感元件埋设在凹槽内。
本实施例中，所述敏感元件2为电阻应变片或光纤光栅，这两种敏感元件具体可以根据实际测量情况进行选择使用。
本实施例中，在桥梁监测部位至少设置两个受力构件，且两个受力构件可成45°或90°的应变花结构布置。通过在桥梁监测部位设置两个受力构件，且两个受力构件成45°或90°的应变花结构布置，由于每个受力构件上设有敏感元件，从而能够对桥梁监测部位多方向应变测量，实现桥梁测量处应变敏感度最大化，提高测量精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将受力构件沿其纵向设置为具有不同截面积的多个测量段；
步骤二、将敏感元件设置于受力构件上截面积较小的测量段上；
步骤三、将受力构件两端沿桥梁受力方向固定。
2.根据权利要求1所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，所述受力构件包括第一测量段和第二测量段，在垂直于桥梁受力方向的截面上，所述第一测量段的截面积小于所述第二测量段的截面积。
3.根据权利要求2所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，所述受力构件上有一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间。
4.根据权利要求1-3之一所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，所述受力构件为杆状结构。
5.根据权利要求1-3之一所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，所述受力构件为板状结构。
6.根据权利要求1所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，所述受力构件的两端连有用于与桥梁进行固定的连接座。
7.根据权利要求6所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，所述受力构件上还设有用于保护敏感元件的防护罩。
8.根据权利要求1所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，所述敏感元件粘贴于受力构件外表面。
9.根据权利要求1所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，所述敏感元件埋设于受力构件内部。
10.根据权利要求1所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，所述敏感元件为电阻应变片或光纤光栅。
11.根据权利要求1所述的提高桥梁应变监测灵敏度的方法，其特征在于，在桥梁监测部位至少设置两个受力构件，且两个受力构件可成45°或90°的应变花结构布置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181009 |