32高架橋梁模型試驗(yàn)測試系統(tǒng)與測試原理分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u8954高架橋梁模型試驗(yàn)測試系統(tǒng)與測試原理分析綜述 1171501.1高架橋梁模型試驗(yàn)測試系統(tǒng) 118471.1.1模型試驗(yàn)臺 192661.1.2測試儀器設(shè)備 2197071.1.3測試系統(tǒng) 5239061.2測試原理 6117971.1.1相似模型理論與模型試驗(yàn)方法的原理 640201.1.2電測法原理 790521.1.3樁振動測試原理 81.1高架橋梁模型試驗(yàn)測試系統(tǒng)1.1.1模型試驗(yàn)臺模型箱采用鋼材建造，整個(gè)模型箱呈現(xiàn)長方體，上部在一側(cè)設(shè)置有站臺和護(hù)欄，下部設(shè)置一個(gè)排水孔,用于排水，配有一個(gè)爬梯和吊機(jī)，還有一個(gè)剛性反力架，具體尺寸為2m*1.5m*3m。如圖1所示圖SEQ圖\*ARABIC3模型試驗(yàn)臺1.1.2測試儀器設(shè)備（1）電阻應(yīng)變片：為BX120-5AA免焊電阻應(yīng)變片，相關(guān)參數(shù)：敏感柵尺寸（5X3mm），基底尺寸（8.5X4.5mm），電阻值120.0±0.2Ω，靈敏度系數(shù)1.08±0.5%。60個(gè)；（2）壓力傳感器（200kg）：采用蚌埠市中諾傳感器有限公司制造的ZNHM-I-200KG壓力傳感器，編號分別為20101201和20101202，準(zhǔn)確度級別均為0.1%，靈敏度均為1.010mV/V，2個(gè)；如圖所示圖SEQ圖\*ARABIC4壓力傳感器（3）位移傳感器（50mm）：采用秦皇島協(xié)力科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的YBD-50位移傳感器，編號分別為160403和15012，靈敏度分別為2500QUOTE和2380QUOTE，2個(gè)；（4）加速度傳感器2個(gè)；（5）模型樁采用PVC管材，樁徑為32mm，樁長分別為2000mm、1750mm、1500mm、1250mm、1000mm，各1根；（6）電鉆1臺；鐵鍬2把；鏟刀2把；老虎鉗2把；扳手2把；若干螺絲螺母；（7）XL2101DS動靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，采用XL2101DS16動靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，適用于靜態(tài)和頻率低于5000Hz的動態(tài)應(yīng)變測試現(xiàn)場，配置采集分析軟件，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、T-Y圖、X-Y圖、棒圖顯示、應(yīng)變花應(yīng)變分析等強(qiáng)大的軟件分析功能。1臺；如圖所示圖SEQ圖\*ARABIC5XL2101DS動靜態(tài)電阻應(yīng)變儀HEAS-50功率放大器1臺；DF1405數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器1臺；圖SEQ圖\*ARABIC6功率放大器圖SEQ圖\*ARABIC7數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器（10）WS-5931/U系列USB接口數(shù)據(jù)采集儀1臺（11）KD5200系列恒流適配器1臺；（12）HEV-50激振器；圖SEQ圖\*ARABIC8恒流適配器圖SEQ圖\*ARABIC9HEV-50激振器1.1.3測試系統(tǒng)開展本試驗(yàn)所需要模型槽系統(tǒng)由三部分構(gòu)成:試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒?、加載系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)。(1)試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒劭偝叽鐬?直徑1400mm高度1500mm)，剛性反力架安裝模型槽上方，可以加載試驗(yàn)所需的多種設(shè)備。(2)DF1405數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器，激振器和HEAS-50功率放大器共同組成模型槽動力加載系統(tǒng)。在剛性反力架上安裝激振器，每個(gè)激振器可以輸出50N的峰值荷載;正弦波的加載由數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器提供;掃頻則由功率放大器來完成（3)反饋系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)重點(diǎn)部分組成：位移、加速度、壓力傳感器以及動靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、動態(tài)信號測試分析器和服務(wù)器組成。用于本試驗(yàn)開展受到豎向動荷載作用下，樁-樁相互作用應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的試驗(yàn)研究。圖SEQ圖\*ARABIC10振動測試安裝1圖SEQ圖\*ARABIC11振動測試安裝21.2測試原理1.1.1相似模型理論與模型試驗(yàn)方法的原理為了讓模型能夠最大程度的模擬現(xiàn)實(shí)工程狀況以較為準(zhǔn)確的獲得原型的動力特性，就需要最大程度的模擬模型的物理特性，這需要各個(gè)相似值來支撐。長久以來，根據(jù)Bockinghamp定理來建立人工質(zhì)量相似律以及忽略重力相似律，由于該定理具有一定的科學(xué)性，因此在相當(dāng)一部分的模型振動臺試驗(yàn)有大量應(yīng)用，現(xiàn)在還有廣泛的影響力。設(shè)計(jì)模型相似的主要原則如下幾點(diǎn)：(1)各個(gè)構(gòu)件遵照原型的結(jié)構(gòu)相似關(guān)系，保持模型結(jié)構(gòu)線性尺寸，并且使用相同的相似常數(shù)，保持正態(tài)幾何相似。(2)著重考慮重力加速度，最大程度保持結(jié)構(gòu)重力性質(zhì)。需要對結(jié)構(gòu)加載人工質(zhì)量塊，用以確保構(gòu)件獲得足夠的重力和慣性力效應(yīng)。為了保持砂土完全飽和，采取水沉法獲得人工砂土地基。(3)為滿足振動臺性能的需求，控制不同的動力荷載參數(shù)。(4)滿足試驗(yàn)需要加載的設(shè)備及施工條件。相似關(guān)系的求解。主要物理量動彈性模量、幾何、覆土壓力、質(zhì)量密度、孔隙水壓力、重力加速度等的相似性；及動力響應(yīng)中的多種物理量，加速度、角位移，是重要考慮的因素；至于阻尼比、振動頻率等的相似性由于現(xiàn)有研究水平的限制，很難實(shí)現(xiàn)，故采用其他方式轉(zhuǎn)換。采用材料本構(gòu)模型分析法和量綱分析法得到15個(gè)有效的關(guān)系式。滿足重力加速度Cg=1.0、幾何參數(shù)CL與線位移相似比CS相同CL=CS、質(zhì)量密度系數(shù)Cr=1.0三個(gè)條件時(shí)候，并且結(jié)合前面15個(gè)關(guān)系式，一起推到剩下的幾個(gè)關(guān)系式。應(yīng)用以上相似比對模型試驗(yàn)影響無根本影響，故也可按此進(jìn)行試驗(yàn)。[21]1.1.2電測法原理電阻應(yīng)變測量法是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析中應(yīng)用最廣泛的方法之一。電測法原理為將應(yīng)變傳感元件——電阻應(yīng)變片測量構(gòu)件的表面應(yīng)變，再按照應(yīng)變—應(yīng)力關(guān)系獲得構(gòu)件表面的應(yīng)力狀態(tài)，從而對構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)力分析。電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變的主要流程如下幾步：將電阻應(yīng)變片安裝或粘貼在待測構(gòu)件表面，然后測量電路連接（采用半橋法電路），當(dāng)構(gòu)件受到力作用產(chǎn)生細(xì)小圖SEQ圖\*ARABIC12用電阻應(yīng)變片測量應(yīng)變的過程的變形，附著在應(yīng)變片上的敏感柵也會相應(yīng)的變形，從而導(dǎo)致應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生浮動，由于構(gòu)件表面應(yīng)變與電阻值的變化成一定的比例，應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)化成電信號，再通過相應(yīng)的放大電路，由顯示儀器記錄這些變化記錄。通過電阻法可以用電量變化來簡便表示機(jī)械應(yīng)變的量,其轉(zhuǎn)換主要流程圖如圖1所示。電信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)變、放大后，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件數(shù)據(jù)處理。電測法全稱為電阻應(yīng)變測量方法，因?yàn)榫哂型怀龅膬?yōu)點(diǎn)，所以得到廣泛應(yīng)用。1．測量結(jié)果高度精確和靈敏度。具有高分辨率，達(dá)到1微應(yīng)變（με），1微應(yīng)變=10-6應(yīng)變（ε）。2．測量有很大的范圍。量程從1微應(yīng)變到2萬微應(yīng)變。3．電阻應(yīng)變片尺寸小，最小的應(yīng)變片柵長為0.2毫米；重量輕、安裝方便，對構(gòu)件無附加力，不會影響構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)，并可用于應(yīng)力梯度變化較大的應(yīng)變的測量。4．頻率反應(yīng)良好?？梢赃B續(xù)測量從靜態(tài)應(yīng)變數(shù)十萬赫的動態(tài)應(yīng)變的巨大范圍。5．測量可以實(shí)現(xiàn)自動化、數(shù)值化、遙控化、無線化。6．對測量環(huán)境要求不高，適應(yīng)性好，對炎熱、寒冷、旋轉(zhuǎn)及強(qiáng)電磁環(huán)境環(huán)境。7．應(yīng)變片還可制成各式各樣的高精度傳感器，可以測量多種物理量，對實(shí)驗(yàn)的幫助大。但是該方法也具有不小的缺點(diǎn)是：1．測量位置死板，只對表面位置有效對內(nèi)部應(yīng)變狀態(tài)無效。2．單個(gè)應(yīng)變片測量區(qū)域狹窄，只有單方向的應(yīng)變量，無范圍性功能。3．測量面積小，測量結(jié)果為應(yīng)變片內(nèi)的平均應(yīng)變值，對某系應(yīng)變復(fù)雜的應(yīng)變場無法精確測量。1.1.3樁振動測試原理振動測試方法按照振動信號轉(zhuǎn)換方式，可以分為電測法、光學(xué)法還有機(jī)械法，三種方法有優(yōu)有劣，具體情況如下。電測法：利用應(yīng)變片將待測物體的振動量轉(zhuǎn)變成電量，然后通過應(yīng)變電量測試儀器測量電量的變化，以此來顯示振動的變化。該方法優(yōu)點(diǎn)有敏感性強(qiáng)，測量范圍廣泛、線性范圍寬,對于后期額數(shù)據(jù)便于分析，測量方式多樣，也可以進(jìn)行遙測，其缺點(diǎn)在于極易受到電磁場影響?？偟膩碚f，該方法還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，也是目前為止主要使用的方法。機(jī)械法：原理為通過杠桿原理，把微小的振動量放大，可以直接觀察。優(yōu)點(diǎn)在于抗干擾性良好，但是缺點(diǎn)也非常明顯，就是可頻率范圍狹窄、會對待測構(gòu)件增加額外的負(fù)擔(dān)，對測試結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。基于以上的優(yōu)缺點(diǎn)，機(jī)械法用于低頻大振幅扭振和振動的測量。光學(xué)法:原理為利用讀數(shù)顯微鏡、光杠桿原理、光波干涉原理等進(jìn)行測量。測量精確性、抗電磁干擾能力有良好的表現(xiàn)，適于不方便安裝傳感器進(jìn)行非接觸測量，因此，在精密測量、小尺寸的構(gòu)件和測振儀標(biāo)定中應(yīng)用廣泛。本次試驗(yàn)樁振動測量主要應(yīng)用電測法。由于模型樁是深埋到砂土下面，比較固定，不適合機(jī)械法和光學(xué)法，又由于試驗(yàn)環(huán)境無較大的電磁干擾，對電測法的契合度最高，還可以利用應(yīng)變片進(jìn)行多種數(shù)據(jù)的測量，對實(shí)驗(yàn)的益處頗多。1.1.4試驗(yàn)原理對地基動力參數(shù)產(chǎn)生影響的原因有很多，而不同地區(qū)的地基土又具有不同的動力特性，地基動力參數(shù)又對樁基礎(chǔ)等工程具有很高的要求。因此，施工時(shí)，樁基礎(chǔ)的地基土的動力參數(shù)在現(xiàn)場試驗(yàn)確定。本次試