結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述 3 鋼弦應(yīng)變傳感器 鋼弦應(yīng)變傳感器也是一種測(cè)量建筑物或構(gòu)件表面應(yīng)變量的傳感器。廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)中的桁架和支撐結(jié)構(gòu)中。它以鋼弦作為傳感元件，與鋼弦頻率測(cè)定儀配合使用，實(shí)現(xiàn)其測(cè)量功能。 3.1 鋼弦應(yīng)變傳感器構(gòu)造及工作原理 其工作原理為：一定長(zhǎng)度的鋼弦張拉在兩個(gè)端塊之間，端塊牢固置于被測(cè)物表面，被測(cè)物的變形使得兩端塊相對(duì)移動(dòng)并導(dǎo)致鋼弦張拉變化，這種張力的變化使鋼弦諧振頻率的改變來測(cè)量結(jié)構(gòu)的變形。儀器的信號(hào)激勵(lì)與讀數(shù)通過位于靠近鋼弦的電磁線圈來完成。 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述 由于鋼弦的自振頻率與其長(zhǎng)度、所用材料的密度和鋼弦的內(nèi)應(yīng)力有關(guān)。所以，鋼弦的自振頻率表達(dá)式可寫為： 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述 從上式可見，對(duì)于一根長(zhǎng)度 和材料密度 確定的鋼弦來說，其自振頻率 N只與鋼弦的內(nèi)應(yīng)力 有關(guān)，因此，N 值自然可以表示 。設(shè)計(jì)時(shí)，鋼弦周圍繞有線圈，鋼弦就相當(dāng)于被置于線圈所形成的磁場(chǎng)當(dāng)中，當(dāng)鋼弦的長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)伴隨著產(chǎn)生振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)會(huì)由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生電勢(shì)。電勢(shì)的頻率由產(chǎn)生它的頻率所決定，所以，電勢(shì)的頻率和鋼弦振動(dòng)的頻率是相同的。實(shí)際測(cè)量中，鋼弦的頻率不易直接測(cè)量，當(dāng)電勢(shì)的頻率則容易被測(cè)出，上面已論述過，鋼弦的頻率可以用來表示鋼弦內(nèi)應(yīng)力，而鋼弦被牢固置于所測(cè)構(gòu)件表面，故而也可用來表示構(gòu)件表面應(yīng)力。也即測(cè)出電勢(shì)的頻率，便可得知被測(cè)構(gòu)件表面相應(yīng)的應(yīng)力。 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述 三 常用監(jiān)測(cè)儀器簡(jiǎn)介 1 靜力水準(zhǔn)儀 如圖 2.6 所示，靜力水準(zhǔn)儀本質(zhì)上可看做是一組高精度連通器，利用易流動(dòng)的液體作為連通管內(nèi)的工作介質(zhì)。首先選定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，也即參考點(diǎn)或不動(dòng)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)的液面在重力作用下形成一個(gè)平面，作為測(cè)量的基準(zhǔn)面或工作面。實(shí)際測(cè)量時(shí)，浮子跟蹤液位上升和下降變化，將測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的微小高差變化通過接桿轉(zhuǎn)化為標(biāo)志桿的垂直位移信號(hào)，此信號(hào)再通過傳感器采集并傳輸?shù)讲杉洹Ｔ搩x器特別適合于要求高精度監(jiān)測(cè)垂直位移的場(chǎng)合，可監(jiān)測(cè)到 0.05mm 的高程變化，可以進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。采用這種位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，精度比 GPS 更高，耐久性不小于 3 年。 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述 2 全站儀 全站儀是一種集光、機(jī)、電為一體的新型測(cè)角儀器，與光學(xué)經(jīng)緯儀比較電子經(jīng)緯儀將光學(xué)度盤換為光電掃描度盤，將人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)代之以自動(dòng)記錄和顯示讀數(shù)，使測(cè)角操作簡(jiǎn)單化，且可避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生。電子經(jīng)緯儀的自動(dòng)記錄、儲(chǔ)存、計(jì)算功能，以及數(shù)據(jù)通訊功能，進(jìn)一步提高了測(cè)量作業(yè)的自動(dòng)化程度。 全站儀與光學(xué)經(jīng)緯儀區(qū)別在于度盤讀數(shù)及顯示系統(tǒng)，電子經(jīng)緯儀的水平度盤和豎直度盤及其讀數(shù)裝置是分別采用兩個(gè)相同的光柵度盤(或編碼盤)和讀數(shù)傳感器進(jìn)行角度測(cè)量的。根據(jù)測(cè)角精度可分為 0.5〃，1〃，2〃，3〃，5〃，10〃等幾個(gè)等級(jí) 西寧體育館健康監(jiān)測(cè)方案及結(jié)果分析 西寧體育館 健康監(jiān)測(cè)方案 及結(jié)果分析 結(jié)構(gòu)形式 監(jiān)測(cè)內(nèi)容 監(jiān)測(cè)方案 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析 西寧體育館健康監(jiān)測(cè)方案及結(jié)果分析 一 結(jié)構(gòu)形式 體育館鋼屋蓋采用空間平面桁架結(jié)構(gòu)。平面桁架沿徑向和環(huán)向正交布置，6 榀主桁架通過建筑物中心且由鑄鋼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一體，分別支承在 12 根大柱上。 二 監(jiān)測(cè)內(nèi)容 （1）關(guān)鍵部位應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)； （2）結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)； （3）結(jié)構(gòu)振動(dòng)（加速度）監(jiān)測(cè)； （4）風(fēng)速監(jiān)測(cè)； （5）結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)。 在上述 5 個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，關(guān)鍵部位應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)是體育館在施工階段和運(yùn)營(yíng)期間的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。加速度監(jiān)測(cè)、風(fēng)速監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)在體育館運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行。 西寧體育館健康監(jiān)測(cè)方案及結(jié)果分析 三 監(jiān)測(cè)方案 1 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)方案 ①電阻應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)布置 為了解和研究支座節(jié)點(diǎn)和鑄鋼節(jié)點(diǎn)在卸載過程中的應(yīng)力變化情況，在支座和鑄鋼上、下節(jié)點(diǎn)處共設(shè)計(jì)了 30 個(gè)測(cè)點(diǎn)。由于支座和鑄鋼中心上、下節(jié)點(diǎn)處空間狹小，光纖光柵和鋼弦應(yīng)變傳感器都無法安裝，加之此處監(jiān)測(cè)為臨時(shí)監(jiān)測(cè)，非長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，故而同時(shí)兼顧可操作性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。在上述三個(gè)部位選用了電阻應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)變的臨時(shí)監(jiān)測(cè)。 具體布點(diǎn)見圖 3.4～圖 3.6，共有 30 處布置應(yīng)變片。 西寧體育館健康監(jiān)測(cè)方案及結(jié)果分析 其中球鉸支座與球相連的鋼板共 8 塊，每塊上面布置 1 個(gè)應(yīng)變片，鋼板上應(yīng)變片按逆時(shí)針橫豎向交互布置；與球相接的桿件共 9 個(gè)，每個(gè)上面布置 1 個(gè)應(yīng)變片。共 17 處測(cè)點(diǎn)。 西寧體育館健康監(jiān)測(cè)方案及結(jié)果分析 鑄

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