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應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)绾?“拿捏” 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

閱讀:120      發(fā)布時間:2025-4-15
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多大的應(yīng)變量才算超標(biāo)

過高的應(yīng)力和應(yīng)變會對基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)造成不可逆的損害。本文將為您解析如何通過監(jiān)測這兩項關(guān)鍵參數(shù),為重要結(jié)構(gòu)提供安全保障。

應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)绾?“拿捏


目前全球各地,道路、橋梁、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施正面臨日益嚴(yán)重的老化問題。日積月累的損耗會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能退化,直接影響安全與功能性。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(SHM)作為基礎(chǔ)設(shè)施運維的核心手段,通過持續(xù)追蹤應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù),能夠發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)人工檢查難以捕捉的隱患,從而在問題升級前采取干預(yù)措施。


應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)绾?“拿捏


「 應(yīng)力的定義 」


工程領(lǐng)域中的應(yīng)力

是指材料單位面積承受的內(nèi)力

由外部載荷、壓力或溫度變化引發(fā)

常用單位為帕斯卡(Pa)

或磅每平方英寸(psi)

根據(jù)作用方式可分為五類




拉伸應(yīng)力


材料受拉長作用



壓縮應(yīng)力


材料受擠壓作用



剪切應(yīng)力


導(dǎo)致材料層間滑移或撕裂



扭轉(zhuǎn)應(yīng)力


材料受扭轉(zhuǎn)變形



彎曲應(yīng)力


多向力作用下材料發(fā)生彎曲

示意圖如下:

應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)绾?“拿捏

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應(yīng)力計算公式

應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)绾?“拿捏

「 應(yīng)變的定義 」


應(yīng)變表征材料受力后的形變程度

為無量綱量

計算公式為形變量與原始長度的比值

根據(jù)材料恢復(fù)能力

分為彈性應(yīng)變(可逆)

塑性應(yīng)變(不可逆)



應(yīng)變計算公式

應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)绾?“拿捏


「 監(jiān)測應(yīng)力和應(yīng)變的意義 」


通過實時監(jiān)測應(yīng)力和應(yīng)變

工程師可精準(zhǔn)評估

橋梁、大壩、高層建筑等結(jié)構(gòu)的健康狀況

例如,分析結(jié)構(gòu)在

交通荷載、強(qiáng)風(fēng)或地震中的響應(yīng)數(shù)據(jù)

提前識別

裂紋擴(kuò)展、構(gòu)件偏移或材料疲勞等問題


應(yīng)變數(shù)據(jù)尤其能反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部變化

結(jié)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

(如鋼材與混凝土的典型曲線)

可判斷材料是否處于彈性區(qū)間

或已發(fā)生塑性變形

例如,某區(qū)域應(yīng)變持續(xù)累積后驟降

通常表明裂紋已形成并釋放局部應(yīng)力

(見下圖)

應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)绾?“拿捏

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「 常用應(yīng)變測量技術(shù) 」

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中

主流傳感器類型包括:


01

箔式應(yīng)變片

將導(dǎo)電金屬箔貼合于結(jié)構(gòu)表面,通過電阻變化反映局部形變,適用于精準(zhǔn)測量小范圍應(yīng)變。

02

振弦式應(yīng)變計

通過檢測張緊金屬絲頻率變化計算應(yīng)變,耐候性強(qiáng),常用于大壩、隧道等惡劣環(huán)境下的長期監(jiān)測。

03

光纖應(yīng)變傳感器

利用光纖布拉格光柵(FBG)技術(shù),通過光信號變化捕捉應(yīng)變,抗電磁干擾且適用于分布式測量。



數(shù)據(jù)分析要點


傳感器采集的原始數(shù)據(jù)

需結(jié)合工程經(jīng)驗進(jìn)行解讀

重點關(guān)注:



彈性與塑性形變界限

判斷結(jié)構(gòu)損傷是否可修復(fù)


裂紋擴(kuò)展趨勢

局部應(yīng)變突增區(qū)域

可能預(yù)示結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險


超負(fù)荷預(yù)警

應(yīng)力值突破設(shè)計閾值時

需啟動應(yīng)急預(yù)案



通過SCADA系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集器

可實現(xiàn)自動化監(jiān)測與實時預(yù)警

大幅提升響應(yīng)效率








應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測是結(jié)構(gòu)健康管理的基石

借助應(yīng)變片、光纖傳感器等技術(shù)手段,結(jié)合智能化分析平臺,可顯著延長基礎(chǔ)設(shè)施壽命,確保其在復(fù)雜環(huán)境下的安全運行


若需將應(yīng)變傳感器集成至自動化監(jiān)測系統(tǒng),請聯(lián)系我們的專業(yè)技術(shù)銷售團(tuán)隊——我們將根據(jù)您的需求提供定制化技術(shù)方案





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