[实用新型]一种正交异性钢桥面板隐蔽焊缝应力监测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于钢结构焊缝测试技术领域，特别涉及一种正交异性钢桥面板隐蔽焊缝应力监测装置。

背景技术

我国已成为世界斜拉桥和悬索桥大国，正交异性钢桥面板广泛用于我国大跨径桥梁中，伴随此类桥梁服役期和交通流量的增长，在复杂荷载周期反复作用下钢桥面板疲劳破坏问题日益凸显，经长期运营，国内正交异性钢桥面板已出现不同程度的疲劳裂纹与损伤，对桥梁正常运营造成了巨大危害。

正交异性钢桥面板作为一种工厂预制的封闭式结构，存在较多的隐蔽焊缝，难以用一般的手段来监测与控制。在使用过程中，隐蔽焊缝可能出现损伤，且这些损伤往往具有复杂性、隐蔽性、难修复性和后果灾难性等特点，已成为制约钢桥面结构的管理和养护的难点问题之

自20世纪50年代以来，桥梁健康监测的重要性就逐渐被认识，但受检测、监测手段比较落后的限制，在应用上一直未得到推广和重视。近年来，随着大跨径桥梁的轻柔化及形式与功能的复杂化，这项技术成为行业研究热点。许多国家都在一些已建和在建的大跨桥梁上进行了尝试和探索，形成了多种适用于钢结构焊缝应力的监测技术，包括：X射线法、超声波法、磁测法、电阻测法、光弹性法及光纤测法等。

X射线法是传统的检测方法，其利用X射线穿透金属晶格时发生衍射的原理，测量金属材料或构件表面层由于晶格间距变化所产生的应变，从而计算出应力。X射线法可以无损的测量构件中的应力或残余应力，特别适宜于测量薄层和裂纹尖端的应力分布。用X射线测定应力时，其精度受到许多因素的影响，如被测试件材料的结构、晶粒的精细恶化高程度、衍射面的选择、X射线的波长、采用的测量方法、被测试件表面的光滑度和处理情况等，而测量深度仅达几十微米，并且检测设备较复杂，现场测试不方便。

超声波法是通过精确测量超声波在材料中的传播速度来测出内应力的大小。其特点是测量时间短，仪器轻便，既可以测表面的应力，又可以测内部的应力，但同X射线法一样，影响其测量精度的因素较多，其中测量装置与试件之间的耦合是一重要问题。

钢铁材料磁力耦合应力检测法就是通过测量钢铁材料结构内部磁特性的变化，利用其与应力之间的耦合关系来测量应的大小与方向，实现非接触的应力检测。但该方法针对不同的受力状态、不同构件的截面形式、尺寸效应、钢材牌号（如Q345、Q390、Q420等），其与应力对其磁特性的改变规律，尚在研究探求阶段。

即电阻应变计测量法，是应用最广泛、发展最完善的一种测量方法。E.西门斯等（1938年）制出了第一批实用的纸基丝绕式电阻应变计。P.杰克逊（1953年）利用光刻技术，首次制成了箔式应变计。C.S史密斯（1954年）发现半导体材料的压阻效应， W.P梅森（1957年）等研制出半导体应变计，其灵敏系数比金属丝应变计高50倍以上。其原理是用电阻应变计测定表面应变，再根据应力、应变的关系式，确定构件表面应力状态的一种实验分析方法。将电阻应变计固定在被测构件上，测构件变形时，电阻应变计的电阻将发生相应的变化。用电阻应变仪测量此电阻的变化，经过换算，就可以得到所测定的应力或应变。

戴维.布雷斯特(1816)发现透明玻璃受到应力时，具有暂时双折射效应，为发展光弹性法奠定了基础。20世纪初期，E.G科克尔和L.N.G费伦用光弹性法研究桥梁结构的应力分布。光弹性法就是将具有双折射效应的透明塑料制成的结构模型置于偏振光场中，当给模型加上荷载时，即可看模型上产生的干涉图，测量此干涉条纹，通过计算，就能确定结构模型在受载情况下的应力状态。用这种光学原理研究弹性力学问题的实验方法，称为光弹性法。利用光弹性法，可以研究几何形状和荷载条件都比较复杂的工程构件的应力分布状态，特别是应力集中的区域和三维内部应力的问题。

光纤传感器是以光作为信息的传输介质，光作为信息载体的传感器。自20世纪70年代中期开始光纤传感器研究以来，光纤传感器技术迅速发展，已经证明光纤传感器可应用于位移、振动、应变、温度、压力、弯曲、速度、加速度、电流、转动、磁场、电压、流量、浓度等等近百个物理量的测量。这些优点使光纤Bragg光栅得到迅速发展。光纤(Bragg)光栅传感技术发展日益成熟。近20年来，光纤光栅传感器技术已经在航空航天业、船舶工业、电力、大型建筑、桥梁工程、核工业、石化工业、水利、采矿业、市政工程、医学等领域广泛应用。然而，由于钢结构焊缝横向尺寸较小，且表面不宜进行打磨等处理，因此采用光纤对焊缝应力进行直接监测存在一定困难。