1、1应变检测法在工程实际中的应用【摘要】本文对应变检测法在工程中的应用进行详细分析，希望能够对实际施工中应变检测的应用提供一些借鉴和指导。 【关键词】应变检测；工程应用 中图分类号：TU74 文献标识码： A 一、前言 力学中的应变检测法是对工程结构形变的有效检测方法，能够随时获取信息，保证施工安全。 二、关于应变测量方法 应变是力学中的和结构变形有关的重要概念,应变片是利用电阻感应现象制造的对应变能灵敏感应的仪器,应变片的种类有应变片、十字应变片、应变花等。应变的测量有一般抗力测量、复合抗力测量、静应变测量、动应变测量等各种各样的测量。目前,由于制造水平和测量技术的提高,应变测量法将在工程中广
2、泛使用。 1、电阻应变片的基本工作原理:电阻应变片的工作原理是基于导体的应变效应,也就是利用导体的电阻随机械变形而变化的物理现象。 由物理学知,金属导线的电阻 R 与导线的长度 L,截面积 S 及电阻率之间的关系:R/R/=/+(1+2)=K_测得 R/R 就可以求得平均应变。 2、各种应变片及其选用:在使用中,要求测应变电阻丝周围的粘贴剂能把电阻丝粘得非常牢固,以保证应变的传递。丝绕式应变片由于价廉,2使用方便,能满足一般测试要求,因而在早期被广泛采用。短接式和印刷式应变片具有精度高,横向效应小的特点。此外,尚有温度自补偿应变片,聚酰亚胺基底应变片。特殊应变片有:大变形应变片(塑性应变片),
3、高、底温应变片,裂纹应变片,半导体应变片。 3、应变片灵敏系数的测定:前面灵敏系数 k 是单根电阻丝,对于纵向有数根的电阻应变片,k 与 k_是不同的。 4、静态应变测量:如果测点主应变方向已知,或者只要求测量某一给定方向的应变。在这种情况下,我们只需要沿主应变方向或给定的方向粘贴应变片(工作应变片)即可。(温度补偿片另行适当安排)应变片感受的应变通过应变仪而测得,测点的应力就可通过虎克算出。为了取得良好的测量结果,一般还必须根据荷载种类和桥路特性对应变片在被测物上的粘贴位置和桥路中的接线方式进行适当考虑。 如果测点主应变方向未知,在这种情况下,我们通常用贴在同一测点的几个方向不同的应变片构成
4、的所谓应变花(应变丛)给出该点几个方向的线应变,经过计算和图介求出主应变大小和方向,并进而取得主应力大小和方向。 三、应变检测法的测量 1、单轴向拉伸:电阻应变片布置方式沿纵向,将工作片 R1 贴在杆件上,与工作片相同的应变片 R2 贴在与杆件相同的材料上作为温度补偿片。(即所谓半桥接法)当二者处在同一温度场时,若因温度变化而引起的电阻改变为:R1T=R2T 因应变而引起的电阻改变为:R1=KR1,R2=0。 2、弯曲:由材料力学知,截面形状对称于中性轴的受弯梁,在对称于3中性轴的部位其应变等值反号,采用适当的方法布置应变片,可使应变读数加倍,应变仪读数 EM=2E。 3、复合抗力下某应变成分
5、的测量 在实际测量中,杆件往往处在比较复杂的应力状态下。如轴可能同时受拉压,弯曲和扭转的联合作用。有时需要把这些因素所引起的应变分开测量,这可以利用电桥特性适当布置应变片而达到我们的目的。 4、多点测量 实际测量中需要测量的点往往很多,数十点甚至上百点,需要测量的应变片则更多,不可能每个测点用一台应变仪或者每测完一点重新换接线一次。实际上是采用多点接线箱或预调平衡箱,使各点的应变片依次接入应变仪,顺序测量各点的应变。能够这样做,当然要被测物所受荷载与时间无关(即静载或稳定的周期性载荷)。 5、动态应变测量 动态应变是指应变随时间而变化的情况。动态应变有周期性,非周期性,随机动态应变三种情况目前
6、,常用的动态应变测量的记录和显示装置是:光线示波器;电子示波器;纸笔式记录器;磁带式记录器。 四、应变检测法在工程实际中的应用 某站位于河北某工地，本站使用高应变和静载相结合的方法对此工地的全盘桩基进行检测。在高应变检测其中一座建物的 8#桩时出现了数据异常，其数据曲线见图 1，用波形拟合法进行数据拟合，拟合参数见附件 1，拟合结果图形见图 2，经过拟合分析，得出 8#桩的极限承载力为2338kN。然后再对该 8#桩进行静载荷实验，实验 QS 曲线见图 3，通过4QS 曲线图可近似确定在沉降值为 4cm 时对应的力值约为 2250kN，最终极限承载力取值为 2160kN。两种检测方法得出结果十
7、分接近，因此证明了高应变检测方法具有相当的可信度和准确性。 图 1 单桩竖向静载试验汇总表 图 2 拟合结果图 图 3QS 曲线图 1、高应变检测方法简介 经过几十年的发展，许多学者提出了很多不同的高应变确定基桩承载力的方法。主要有以下几种： （1）波动方程法 波动方程法即史密斯于 1960 年所提出的方法，在“打桩分析的波动方程法”这一著名的论文中，他对锤桩土体系提出了用一系列质量块、弹簧和阻尼器组成的离散化计算模型，以锤心初速度作为边界条件，然后利用差分程序编程计算，求出了精确的数值解。由于波动方程法便于计算机编程处理，因此现有的基桩高应变动测技术基本上都是采用该方法为基础。 （2）Cas
8、e 法 Case 法是一种简化分析方法，通过列一些假设条件获得一维波动方程的一个封闭接，建立了土阻力和桩顶波之间的一个简单关系，进而求5得基桩极限承载力与桩顶所测得的压力和质点速度值的关系。 （3）波形拟合法 虽然 Case 法具有简单易用的特点，但也具有一定的理论缺陷。波形拟合采用数值试算的方法，有效地克服了 Case 法的缺陷。其基本思路是：在锤击过程中，可以得到两组实测曲线，即力和速度随时间变化曲线。利用其中一组曲线并对桩身阻抗、土阻力及其他所有桩土作假定来推求另一组曲线值，利用推求值与另一组实测曲线值对比。若不满足则调整假设值继续试算，直到计算值与实测值相符合，此时的桩土参数即为实际的
9、桩土参数值。该方法充分利用了动测过程中所测得的实测值，辅以计算机试算能够有效地确定基桩承载力。 在以上的 3 种高应变承载力确定方法中，我们认为波形拟合法具有较高的准确性和可信度。多年来，我站一直采用波形拟合法对基桩高应变检测数据进行分析处理，经过大量的试验及动静对比（即同一基桩用高应变检测后再用静载荷进行试验验证的方法） ，我们认为：波形拟合法是一种较为成熟的承载力确定方法，具有较高的准确性和可信度。 2、基桩高应变检测法的注意点 （1）锤击能量的选择 锤击能量的选择应以高应变检测的目的为原则。高应变检测的目的是为了确定基桩承载力，即土对桩的静阻力。土对桩的静阻力与桩土位移有关，而动阻力与桩
10、土速度有关。桩头作用的冲击荷载不可避免地使得桩身产生速度，从而产生动阻力，虽然动阻力可以利用桩身速度近似计算得出，但计算误差是不可避免的，且速度越大计算误差越大。所以6在锤击能量选择时，既要使桩土产生足够大的位移，又要尽量避免桩土速度的产生。一般在桩身阻力较小的情况下，采用桩极限承载力的 1%的锤重即可使土的阻力发挥。在桩的阻抗较大情况下，桩的位移明显变小，对土阻力的发挥不利，应适当增加锤重。 （2）原始材料收集 准确的地质条件和桩长资料是影响高应变检测准确度的关键因素。在使用 Case 法进行检测时的经验参数 Jc 与地质条件直接相关，若地质资料不完全准确，必然会导致检测产生较大误差；而在使
11、用实测曲线拟合法时也需先假设桩土参数进行试算，仔细分析地质资料能够避免盲目试算。桩长资料则是确定桩体波速的先决条件，若桩长不知，检测则有失败的可能。但在分析计算中，所有参考资料决不可与实测数据相提并论，资料缺乏或不准确时应从实测数据中分析结果，决不可单凭参考资料来分析试桩情况，应掌握“已经核查无误的实测数据为准”的原则。 （3）检测时间选择 桩体施工将对桩周土产生一定程度地扰动，使得桩周土强度降低，从而导致整个桩土体系的承载力下降。但随着时间的推移，桩周土体强度增加，使得基桩承载力随之提高。而且混凝土桩体强度也是随着时间而增加的。如果测试时间选择过早，则容易低估基桩承载力，造成检测的失误。 （
12、4）传感器安装 传感器安装的好坏直接影响到数据的采集质量，传感器与桩身贴得越紧，安装刚度越大，测试效果越好。同时为了消除偏心的影响，所有7传感器必须在桩身同一截面的对称面上成对安装，以保证两者的平均值能消除任何方向的偏心弯矩。 （5）桩头处理 桩头直接承受和传递冲击荷载，在锤击能量较大时，必须配置适当的桩垫（常用胶合板、干燥软木板等作为桩垫） ，桩垫不但可以缓冲冲击能量，适当延长荷载作用时间，而且能够使桩头受力均匀，符合理论计算中的边界条件。也可以在去除桩头薄弱段后，另外浇制一个接长段来承受冲击荷载，需注意的是，接长段的阻抗需与原桩基本相同，否则会在连接处产生明显反射，影响检测；接长段的长度应该控制在 2 倍2.5倍桩径，以便于传感器的安装。 结束语 尽管应变检测法具有显著的作用，但还是需要在实际的施工中大胆应用，要大力推广此项技术，就要有精密仪器设备作为保证，同时还要有高水平的操作人员，只有这样，才能加快应变检测法的应用和推广。 参考文献 1谭海英.高应变动力测试技术在基桩检测中的应用J.山西建筑，2011 2金政.基桩竖向承载力高应变动测法改进与应用研究D.同济大学，2012
