CN215492158U - 一种测试钢桥疲劳热点应力的应变测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桥梁工程领域，尤其涉及一种测试钢桥疲劳热点应力的应变测试装置，包括保护层、金属应变片和基底，所述保护层连接覆盖于所述基底之上，所述金属应变片位于所述基底与所述保护层之间，所述基底一端设有用于裁剪并定位的基准线，所述基底另一端距离所述基准线0.4t处和t处分别设有第一定位线和第二定位线；所述金属应变片分别固定在所述第一定位线和所述第二定位线的中心位置；所述t为被测钢板厚度。该装置设置了用于裁剪定位的基准线，使用时沿基准线裁剪，使装置无惧使用前的边缘磨损，也无需复杂耗时耗力的人工定位，可快速、便捷、准确地测试出钢桥疲劳细节的热点应力，进而实现对其抗疲劳性能的准确评估。

Description

一种测试钢桥疲劳热点应力的应变测试装置

技术领域

本实用新型涉及桥梁工程领域，尤其涉及一种测试钢桥疲劳热点应力的应变测试装置。

背景技术

钢结构桥梁具有自重轻、承载力高以及便于工厂化制造和施工等突出优点，已成为目前竞相发展应用的桥梁型式之一。钢结构桥梁一般采用焊接形式进行制造，将钢板通过焊接组拼为整体结构，因此结构中存在大量焊缝。而由焊接这一工艺所决定，焊接结构对疲劳较为敏感，大量往复荷载循环作用下往往会诱发焊缝失效、板件断裂，且疲劳破坏位置多为焊缝焊趾处。对于焊接钢桥，评估其疲劳安全性一般采用结构疲劳寿命(往复荷载循环次数cycle)是否达标来确定。由于钢桥疲劳一般发生于应力较大的焊缝部位(又称疲劳细节)，因此主要对这些薄弱部位进行控制和评估。

当前主要做法是通过疲劳试验或实桥监测来获取结构疲劳细节的疲劳应力幅，由于疲劳应力幅与构造细节寿命具有理论上的对应关系(S-N曲线)，因而可依据测试应力幅和S-N曲线来评估疲劳寿命。由此可见，疲劳应力幅是决定结构疲劳寿命的主要因素，其测试结果的准确与否直接关系到相应评估的准确性。

对于基于应力测试的寿命计算方法，当前已获广泛认可并进入实用层次的方法主要有名义应力法和热点应力法两种。其中，名义应力法测试较为简单，一般取距离焊趾一定距离位置的表面应力作为名义应力，但其计算精度较低。热点应力法由于应力定义准确、寿命计算精度高、疲劳细节曲线定义完备，因而具有更好的适用性。但热点应力法应力测试具有一定困难，需要在距离焊趾较近的两个参考点精确测试各点应力(如图1所示)，进而通过外推获得热点应力。

由此，对于热点应力测试，传统应变测试方法需将两个应变片依靠人工粘贴至D1和D2位置，由于传统应变片尺寸很小，安装精度较难满足要求；而现有技术中提供的多敏感栅的新型应变片，虽然可以一次性粘贴多个应变片，但粘贴前仍需要人工进行测量定位，有定位偏差的风险，且其应变片的测量位置设置不尽合理，多个应变片之间容易发生干扰，最终测试精度会受到影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测试钢桥疲劳热点应力的应变测试装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种测试钢桥疲劳热点应力的应变测试装置，包括保护层、金属应变片和基底，所述保护层连接覆盖于所述基底之上，所述金属应变片位于所述基底与所述保护层之间，所述基底一端设有用于裁剪并定位的基准线，所述基底另一端距离所述基准线0.4t处和t处分别设有第一定位线和第二定位线；所述金属应变片分别固定在所述第一定位线和所述第二定位线的中心位置；所述t为被测钢板厚度，应变测试装置依据被测钢板厚度t可分为不同规格。

优选的，所述基底宽为10mm，长为t+25mm，所述基准线距所述基底左端边缘为10mm，所述第二定位线距所述基底右端边缘为15mm。

优选的，所述基底采用聚酰亚胺材质，所述基底厚度为0.025mm。

优选的，所述金属应变片采用两脚箔式应变片，所述两脚箔式应变片的应变测试量程为-3000με～3000με，精度不低于1％FS，应变片栅长为3mm，电阻为120欧。

优选的，各所述金属应变片设有一对引线，所述引线从所述基底的同一侧引出，与应变采集仪连接。

优选的，所述应变采集仪设有无线通讯模块、存储模块和采集处理模块。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的测试钢桥疲劳热点应力的应变测试装置，设置了用于裁剪并定位的基准线，使装置无惧使用前的边缘磨损，只要使用前沿基准线裁剪，然后将基准线抵住焊趾对齐，即可保证应变测点精确位于热点应力测试参考线之上，从而避免了在结构上现场划线、粗糙定位所导致的误差及操作困难。本装置可适用于6～32mm各规格板厚的疲劳细节测试，涵盖了不同规格形式的疲劳构造细节，且现场仅需要一次粘贴操作，可快速、便捷、准确地测试出钢桥疲劳细节的热点应力，进而实现对其抗疲劳性能的准确评估。

附图说明

图1是疲劳应力分示意图；

图2是本实用新型实施例中应变测试装置的纵剖面结构示意图；

图3是本实用新型实施例中应变测试装置的平面结构示意图；

图4是本实用新型实施例中应变测试装置的侧面安装示意图；

图5是本实用新型实施例中应变测试装置的平面安装示意图；

图中：1-疲劳应力分布，2-名义应力，3-热点应力，4-焊缝，5-焊趾，6-热点应力线，D1-参考点1，D2-参考点2，σ₁-参考点1应力，σ₂-参考点2应力，21-保护层，22-金属应变片，23-基底，24-粘结剂层，25-钢板，30-基准线，31-第一定位线，32-第二定位线，33-引线，40-应变采集仪；各尺寸标注单位为毫米。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

由于焊接钢桥疲劳破坏多位于疲劳细节的焊趾处，对于这一部位评估，较佳的方法为热点应力法。热点应力采用距焊趾不同距离的参考点应力经外推获得，其参考距离根据IIW(国际焊接学会)相关研究取为d1＝0.4t和d2＝1.0t，t为被测参考点处钢板的厚度。因此，需要测量2个参考点的疲劳应力，且测点位置应布置精确。

本实用新型提供了一种测试钢桥疲劳热点应力的应变测试装置，如图2和图3所示，包括保护层21、金属应变片22和基底23，所述保护层21连接覆盖于所述基底23之上，所述金属应变片22位于所述基底23与所述保护层21之间。所述基底23一端设有用于裁剪并定位的基准线30，所述基底23另一端距离所述基准线30的0.4t处和t处分别设有第一定位线31和第二定位线32；所述金属应变片22分别固定在所述第一定位线31和所述第二定位线32的中心位置。

本实施例中，为保护应变测试装置使用之前免受破损，在基底23和金属应变片22之上覆盖一层保护层21，保护层21与基底23之间进行可靠连接，从而将金属应变片22夹于其中免受破损，为应变测试装置的长期准确测试提供保护。

本实施例中，基底23采用聚酰亚胺材质，厚度为0.025mm，用于在其上布置金属应变片22并通过精准定位以保证测试精度。基底为长方形，尺寸宽为10mm，长为t+25mm，其长度规格按被测钢板25厚度t而选定。基底23上距左端边缘10mm处专门设置一条裁剪用基准线30，基底23左端边缘到基准线30的区域为被裁剪区域，基准线30右侧区域为测试区域，使用前沿该基准线30裁开并保留之后的测试区域。设置基准线30和被裁剪区域的主要目的在于保护产品安装前免受边缘磨损，以防影响安装精度。基准线30右侧处距其0.4t和1.0t处各设一定位线，在此处布置金属应变片22用于进行疲劳应变测量，同时使用时可通过观察定位线来确定预制的金属应变片22位置是否准确，装置是否有损坏。基底23右端边缘距第二定位线32为15mm，用于保护金属应变片免受磨损。

根据被测疲劳细节中钢板25的厚度，本应变测试装置的常用规格尺寸如下表所示，超出表中钢板厚度规格的，还可根据实际需求定制。

表1应变测试装置尺寸规格

本实施例中，金属应变片22采用两脚箔式应变片，其应变测试量程满足-3000με～3000με，精度满足1％FS要求。应变片栅长采用3mm规格，电阻120欧。金属应变片22与基底23通过结构胶进行可靠连接，并确保二者变形一致，通过精确划定基底23尺寸即可将金属应变片22准确固定于第一定位线31和第二定位线32处，从而使二者相对位置准确。

本实施例中，每个所述金属应变片22均设有一对引线33，所述引线33从所述基底23的同一侧引出，并通过接线端子与应变采集仪40连接，可以根据被测钢板25的厚度，任意更换适用规格的测量装置与应变采集仪40连接。该应变采集仪40还设有无线通讯模块、存储模块和采集处理模块，无线通讯模块用于与云端或其他设备进行无线通讯；存储模块，用于存储本地采集和分析的数据；采集处理模块为主控芯片，用于数据采集和分析处理。

如图4和图5所示，本实用新型的测试使用方法如下：

首先确定需测试疲劳细节的钢板25厚度t，选取适宜的应变测试装置规格。在获取装置后，将应变测试装置沿裁剪基准线30裁开，并保留后部测试区域。选取要测试细节的焊趾5位置，然后将其附近钢板表面打磨，以磨去涂层便于粘结牢靠、测试准确。在此基础上，将本装置沿裁剪基准线30直接抵住焊趾5密贴对齐，并使本装置与焊趾线垂直。在完成上述定位后，即可将装置基底23背面涂抹502粘结胶，并使其与打磨后的钢板表面粘结，待粘结牢固后将金属应变片22的引线33与应变采集仪40进行连接，即可进行热点应力的自动测试存储。

完成上述安装工作并检查各连接无误后，即可对疲劳细节进行热点应力采集计算。对于承受往复荷载的疲劳细节，同时自动采集存储第一定位线31和第二定位线32两处金属应变片22的应变，并分别记为ε_0.4t和ε_1.0t。则该处疲劳细节的热点应力σ_hs可计算为

σ_hs＝E·(1.67·ε_0.4t-0.67·ε_1.0t)

式中，E为钢材的弹性模量，可取为206GPa。基于本应变测试装置的应变测量结果及上述公式，即可准确获取所评估疲劳细节的热点应力。

获取热点应力σ_hs后，基于所测试疲劳细节构造情况，在热点应力法的S-N曲线族中选取合适等级FAT曲线参数S以及放大系数k_m，即可自动化地计算相应的疲劳细节寿命，寿命计算公式为：

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型提供的测试钢桥疲劳热点应力的应变测量装置，设置了用于裁剪并定位的基准线，使装置无惧使用前的边缘磨损，只要使用前沿基准线裁剪，然后将基准线抵住焊趾对齐，即可保证应变测点精确位于热点应力测试参考线之上，从而避免了在结构上现场划线、粗糙定位所导致的误差及操作困难。本装置可适用于6～32mm各规格板厚的疲劳细节测试，涵盖了不同规格形式的疲劳构造细节，且现场仅需要一次粘结操作，可快速、便捷、准确地测试出钢桥疲劳细节的热点应力，进而实现对其抗疲劳性能的准确评估。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种测试钢桥疲劳热点应力的应变测试装置，包括保护层、金属应变片和基底，所述保护层连接覆盖于所述基底之上，所述金属应变片位于所述基底与所述保护层之间，其特征在于：所述基底一端设有用于裁剪并定位的基准线，所述基底另一端距离所述基准线0.4t处和t处分别设有第一定位线和第二定位线；所述金属应变片分别固定在所述第一定位线和所述第二定位线的中心位置；所述t为被测钢板厚度。

2.根据权利要求1所述的应变测试装置，其特征在于，所述基底宽为10mm，长为t+25mm，所述基准线距所述基底左端边缘为10mm，所述第二定位线距所述基底右端边缘为15mm。

3.根据权利要求1所述的应变测试装置，其特征在于，所述基底采用聚酰亚胺材质，所述基底厚度为0.025mm。

4.根据权利要求1所述的应变测试装置，其特征在于，所述金属应变片采用两脚箔式应变片，所述两脚箔式应变片的应变测试量程为-3000με～3000με，精度不低于1％FS，应变片栅长为3mm，电阻为120欧。

5.根据权利要求1所述的应变测试装置，其特征在于，各所述金属应变片设有一对引线，所述引线从所述基底的同一侧引出，与应变采集仪连接。

6.根据权利要求5所述的应变测试装置，其特征在于，所述应变采集仪设有无线通讯模块、存储模块和采集处理模块。

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