[實用新型]一種正交異性鋼橋面板隱蔽焊縫應力監測裝置

有效

• 申請號: 201320133219.X
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN203116893U
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 傅宇方;周可夫;張勁泉;吳寒亮;鄭毅
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所;杭州交通投資建設管理有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所 11004
• 代理人: 朱麗巖;田世瑢

技術領域

本實用新型屬于鋼結構焊縫測試技術領域，特別涉及一種正交異性鋼橋面板隱蔽焊縫應力監測裝置。

背景技術

我國已成為世界斜拉橋和懸索橋大國，正交異性鋼橋面板廣泛用于我國大跨徑橋梁中，伴隨此類橋梁服役期和交通流量的增長，在復雜荷載周期反復作用下鋼橋面板疲勞破壞問題日益凸顯，經長期運營，國內正交異性鋼橋面板已出現不同程度的疲勞裂紋與損傷，對橋梁正常運營造成了巨大危害。

正交異性鋼橋面板作為一種工廠預制的封閉式結構，存在較多的隱蔽焊縫，難以用一般的手段來監測與控制。在使用過程中，隱蔽焊縫可能出現損傷，且這些損傷往往具有復雜性、隱蔽性、難修復性和后果災難性等特點，已成為制約鋼橋面結構的管理和養護的難點問題之

自20世紀50年代以來，橋梁健康監測的重要性就逐漸被認識，但受檢測、監測手段比較落后的限制，在應用上一直未得到推廣和重視。近年來，隨著大跨徑橋梁的輕柔化及形式與功能的復雜化，這項技術成為行業研究熱點。許多國家都在一些已建和在建的大跨橋梁上進行了嘗試和探索，形成了多種適用于鋼結構焊縫應力的監測技術，包括：X射線法、超聲波法、磁測法、電阻測法、光彈性法及光纖測法等。

X射線法是傳統的檢測方法，其利用X射線穿透金屬晶格時發生衍射的原理，測量金屬材料或構件表面層由于晶格間距變化所產生的應變，從而計算出應力。X射線法可以無損的測量構件中的應力或殘余應力，特別適宜于測量薄層和裂紋尖端的應力分布。用X射線測定應力時，其精度受到許多因素的影響，如被測試件材料的結構、晶粒的精細惡化高程度、衍射面的選擇、X射線的波長、采用的測量方法、被測試件表面的光滑度和處理情況等，而測量深度僅達幾十微米，并且檢測設備較復雜，現場測試不方便。

超聲波法是通過精確測量超聲波在材料中的傳播速度來測出內應力的大小。其特點是測量時間短，儀器輕便，既可以測表面的應力，又可以測內部的應力，但同X射線法一樣，影響其測量精度的因素較多，其中測量裝置與試件之間的耦合是一重要問題。

鋼鐵材料磁力耦合應力檢測法就是通過測量鋼鐵材料結構內部磁特性的變化，利用其與應力之間的耦合關系來測量應的大小與方向，實現非接觸的應力檢測。但該方法針對不同的受力狀態、不同構件的截面形式、尺寸效應、鋼材牌號（如Q345、Q390、Q420等），其與應力對其磁特性的改變規律，尚在研究探求階段。

即電阻應變計測量法，是應用最廣泛、發展最完善的一種測量方法。E.西門斯等（1938年）制出了第一批實用的紙基絲繞式電阻應變計。P.杰克遜（1953年）利用光刻技術，首次制成了箔式應變計。C.S史密斯（1954年）發現半導體材料的壓阻效應，?W.P梅森（1957年）等研制出半導體應變計，其靈敏系數比金屬絲應變計高50倍以上。其原理是用電阻應變計測定表面應變，再根據應力、應變的關系式，確定構件表面應力狀態的一種實驗分析方法。將電阻應變計固定在被測構件上，測構件變形時，電阻應變計的電阻將發生相應的變化。用電阻應變儀測量此電阻的變化，經過換算，就可以得到所測定的應力或應變。

戴維.布雷斯特(1816)發現透明玻璃受到應力時，具有暫時雙折射效應，為發展光彈性法奠定了基礎。20世紀初期，E.G科克爾和L.N.G費倫用光彈性法研究橋梁結構的應力分布。光彈性法就是將具有雙折射效應的透明塑料制成的結構模型置于偏振光場中，當給模型加上荷載時，即可看模型上產生的干涉圖，測量此干涉條紋，通過計算，就能確定結構模型在受載情況下的應力狀態。用這種光學原理研究彈性力學問題的實驗方法，稱為光彈性法。利用光彈性法，可以研究幾何形狀和荷載條件都比較復雜的工程構件的應力分布狀態，特別是應力集中的區域和三維內部應力的問題。

光纖傳感器是以光作為信息的傳輸介質，光作為信息載體的傳感器。自20世紀70年代中期開始光纖傳感器研究以來，光纖傳感器技術迅速發展，已經證明光纖傳感器可應用于位移、振動、應變、溫度、壓力、彎曲、速度、加速度、電流、轉動、磁場、電壓、流量、濃度等等近百個物理量的測量。這些優點使光纖Bragg光柵得到迅速發展。光纖(Bragg)光柵傳感技術發展日益成熟。近20年來，光纖光柵傳感器技術已經在航空航天業、船舶工業、電力、大型建筑、橋梁工程、核工業、石化工業、水利、采礦業、市政工程、醫學等領域廣泛應用。然而，由于鋼結構焊縫橫向尺寸較小，且表面不宜進行打磨等處理，因此采用光纖對焊縫應力進行直接監測存在一定困難。