32高架橋梁模型試驗測試系統(tǒng)與測試原理分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u8954高架橋梁模型試驗測試系統(tǒng)與測試原理分析綜述 1171501.1高架橋梁模型試驗測試系統(tǒng) 118471.1.1模型試驗臺 192661.1.2測試儀器設備 2197071.1.3測試系統(tǒng) 5239061.2測試原理 6117971.1.1相似模型理論與模型試驗方法的原理 640201.1.2電測法原理 790521.1.3樁振動測試原理 81.1高架橋梁模型試驗測試系統(tǒng)1.1.1模型試驗臺模型箱采用鋼材建造，整個模型箱呈現(xiàn)長方體，上部在一側設置有站臺和護欄，下部設置一個排水孔,用于排水，配有一個爬梯和吊機，還有一個剛性反力架，具體尺寸為2m*1.5m*3m。如圖1所示圖SEQ圖\*ARABIC3模型試驗臺1.1.2測試儀器設備（1）電阻應變片：為BX120-5AA免焊電阻應變片，相關參數：敏感柵尺寸（5X3mm），基底尺寸（8.5X4.5mm），電阻值120.0±0.2Ω，靈敏度系數1.08±0.5%。60個；（2）壓力傳感器（200kg）：采用蚌埠市中諾傳感器有限公司制造的ZNHM-I-200KG壓力傳感器，編號分別為20101201和20101202，準確度級別均為0.1%，靈敏度均為1.010mV/V，2個；如圖所示圖SEQ圖\*ARABIC4壓力傳感器（3）位移傳感器（50mm）：采用秦皇島協(xié)力科技開發(fā)有限公司生產的YBD-50位移傳感器，編號分別為160403和15012，靈敏度分別為2500QUOTE和2380QUOTE，2個；（4）加速度傳感器2個；（5）模型樁采用PVC管材，樁徑為32mm，樁長分別為2000mm、1750mm、1500mm、1250mm、1000mm，各1根；（6）電鉆1臺；鐵鍬2把；鏟刀2把；老虎鉗2把；扳手2把；若干螺絲螺母；（7）XL2101DS動靜態(tài)電阻應變儀，采用XL2101DS16動靜態(tài)電阻應變儀，適用于靜態(tài)和頻率低于5000Hz的動態(tài)應變測試現(xiàn)場，配置采集分析軟件，具有數據采集、數據存儲、數據轉換、T-Y圖、X-Y圖、棒圖顯示、應變花應變分析等強大的軟件分析功能。1臺；如圖所示圖SEQ圖\*ARABIC5XL2101DS動靜態(tài)電阻應變儀HEAS-50功率放大器1臺；DF1405數字合成函數信號發(fā)生器1臺；圖SEQ圖\*ARABIC6功率放大器圖SEQ圖\*ARABIC7數字合成函數信號發(fā)生器（10）WS-5931/U系列USB接口數據采集儀1臺（11）KD5200系列恒流適配器1臺；（12）HEV-50激振器；圖SEQ圖\*ARABIC8恒流適配器圖SEQ圖\*ARABIC9HEV-50激振器1.1.3測試系統(tǒng)開展本試驗所需要模型槽系統(tǒng)由三部分構成:試驗模型槽、加載系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)。(1)試驗模型槽總尺寸為(直徑1400mm高度1500mm)，剛性反力架安裝模型槽上方，可以加載試驗所需的多種設備。(2)DF1405數字合成函數信號發(fā)生器，激振器和HEAS-50功率放大器共同組成模型槽動力加載系統(tǒng)。在剛性反力架上安裝激振器，每個激振器可以輸出50N的峰值荷載;正弦波的加載由數字合成函數信號發(fā)生器提供;掃頻則由功率放大器來完成（3)反饋系統(tǒng)主要有以下幾個重點部分組成：位移、加速度、壓力傳感器以及動靜態(tài)電阻應變儀、動態(tài)信號測試分析器和服務器組成。用于本試驗開展受到豎向動荷載作用下，樁-樁相互作用應力應變關系的試驗研究。圖SEQ圖\*ARABIC10振動測試安裝1圖SEQ圖\*ARABIC11振動測試安裝21.2測試原理1.1.1相似模型理論與模型試驗方法的原理為了讓模型能夠最大程度的模擬現(xiàn)實工程狀況以較為準確的獲得原型的動力特性，就需要最大程度的模擬模型的物理特性，這需要各個相似值來支撐。長久以來，根據Bockinghamp定理來建立人工質量相似律以及忽略重力相似律，由于該定理具有一定的科學性，因此在相當一部分的模型振動臺試驗有大量應用，現(xiàn)在還有廣泛的影響力。設計模型相似的主要原則如下幾點：(1)各個構件遵照原型的結構相似關系，保持模型結構線性尺寸，并且使用相同的相似常數，保持正態(tài)幾何相似。(2)著重考慮重力加速度，最大程度保持結構重力性質。需要對結構加載人工質量塊，用以確保構件獲得足夠的重力和慣性力效應。為了保持砂土完全飽和，采取水沉法獲得人工砂土地基。(3)為滿足振動臺性能的需求，控制不同的動力荷載參數。(4)滿足試驗需要加載的設備及施工條件。相似關系的求解。主要物理量動彈性模量、幾何、覆土壓力、質量密度、孔隙水壓力、重力加速度等的相似性；及動力響應中的多種物理量，加速度、角位移，是重要考慮的因素；至于阻尼比、振動頻率等的相似性由于現(xiàn)有研究水平的限制，很難實現(xiàn)，故采用其他方式轉換。采用材料本構模型分析法和量綱分析法得到15個有效的關系式。滿足重力加速度Cg=1.0、幾何參數CL與線位移相似比CS相同CL=CS、質量密度系數Cr=1.0三個條件時候，并且結合前面15個關系式，一起推到剩下的幾個關系式。應用以上相似比對模型試驗影響無根本影響，故也可按此進行試驗。[21]1.1.2電測法原理電阻應變測量法是實驗應力分析中應用最廣泛的方法之一。電測法原理為將應變傳感元件——電阻應變片測量構件的表面應變，再按照應變—應力關系獲得構件表面的應力狀態(tài)，從而對構件進行相應的應力分析。電阻應變片測量應變的主要流程如下幾步：將電阻應變片安裝或粘貼在待測構件表面，然后測量電路連接（采用半橋法電路），當構件受到力作用產生細小圖SEQ圖\*ARABIC12用電阻應變片測量應變的過程的變形，附著在應變片上的敏感柵也會相應的變形，從而導致應變片的電阻值產生浮動，由于構件表面應變與電阻值的變化成一定的比例，應變片的電阻變化轉化成電信號，再通過相應的放大電路，由顯示儀器記錄這些變化記錄。通過電阻法可以用電量變化來簡便表示機械應變的量,其轉換主要流程圖如圖1所示。電信號經過模數轉變、放大后，用計算機進行軟件數據處理。電測法全稱為電阻應變測量方法，因為具有突出的優(yōu)點，所以得到廣泛應用。1．測量結果高度精確和靈敏度。具有高分辨率，達到1微應變（με），1微應變=10-6應變（ε）。2．測量有很大的范圍。量程從1微應變到2萬微應變。3．電阻應變片尺寸小，最小的應變片柵長為0.2毫米；重量輕、安裝方便，對構件無附加力，不會影響構件的應力狀態(tài)，并可用于應力梯度變化較大的應變的測量。4．頻率反應良好。可以連續(xù)測量從靜態(tài)應變數十萬赫的動態(tài)應變的巨大范圍。5．測量可以實現(xiàn)自動化、數值化、遙控化、無線化。6．對測量環(huán)境要求不高，適應性好，對炎熱、寒冷、旋轉及強電磁環(huán)境環(huán)境。7．應變片還可制成各式各樣的高精度傳感器，可以測量多種物理量，對實驗的幫助大。但是該方法也具有不小的缺點是：1．測量位置死板，只對表面位置有效對內部應變狀態(tài)無效。2．單個應變片測量區(qū)域狹窄，只有單方向的應變量，無范圍性功能。3．測量面積小，測量結果為應變片內的平均應變值，對某系應變復雜的應變場無法精確測量。1.1.3樁振動測試原理振動測試方法按照振動信號轉換方式，可以分為電測法、光學法還有機械法，三種方法有優(yōu)有劣，具體情況如下。電測法：利用應變片將待測物體的振動量轉變成電量，然后通過應變電量測試儀器測量電量的變化，以此來顯示振動的變化。該方法優(yōu)點有敏感性強，測量范圍廣泛、線性范圍寬,對于后期額數據便于分析，測量方式多樣，也可以進行遙測，其缺點在于極易受到電磁場影響?？偟膩碚f，該方法還是優(yōu)點大于缺點，也是目前為止主要使用的方法。機械法：原理為通過杠桿原理，把微小的振動量放大，可以直接觀察。優(yōu)點在于抗干擾性良好，但是缺點也非常明顯，就是可頻率范圍狹窄、會對待測構件增加額外的負擔，對測試結果產生較大的誤差。基于以上的優(yōu)缺點，機械法用于低頻大振幅扭振和振動的測量。光學法:原理為利用讀數顯微鏡、光杠桿原理、光波干涉原理等進行測量。測量精確性、抗電磁干擾能力有良好的表現(xiàn)，適于不方便安裝傳感器進行非接觸測量，因此，在精密測量、小尺寸的構件和測振儀標定中應用廣泛。本次試驗樁振動測量主要應用電測法。由于模型樁是深埋到砂土下面，比較固定，不適合機械法和光學法，又由于試驗環(huán)境無較大的電磁干擾，對電測法的契合度最高，還可以利用應變片進行多種數據的測量，對實驗的益處頗多。1.1.4試驗原理對地基動力參數產生影響的原因有很多，而不同地區(qū)的地基土又具有不同的動力特性，地基動力參數又對樁基礎等工程具有很高的要求。因此，施工時，樁基礎的地基土的動力參數在現(xiàn)場試驗確定。本次試