過高的應力和應變會(hui) 對基礎設施結構造成不可逆的損害。本文將為(wei) 您解析如何通過監測這兩(liang) 項關(guan) 鍵參數,為(wei) 重要結構提供安全保障。
目前全球各地,道路、橋梁、建築等基礎設施正麵臨(lin) 日益嚴(yan) 重的老化問題。日積月累的損耗會(hui) 導致結構性能退化,直接影響安全與(yu) 功能性。結構健康監測(SHM)作為(wei) 基礎設施運維的核心手段,通過持續追蹤應力和應變數據,能夠發現傳(chuan) 統人工檢查難以捕捉的隱患,從(cong) 而在問題升級前采取幹預措施。
「 應力的定義(yi) 」
工程領域中的應力
是指材料單位麵積承受的內(nei) 力
由外部載荷、壓力或溫度變化引發
常用單位為(wei) 帕斯卡(Pa)
或磅每平方英寸(psi)
根據作用方式可分為(wei) 五類
拉伸應力
材料受拉長作用
壓縮應力
材料受擠壓作用
剪切應力
導致材料層間滑移或撕裂
扭轉應力
材料受扭轉變形
彎曲應力
多向力作用下材料發生彎曲
示意圖如下:
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應力計算公式
「 應變的定義(yi) 」
應變表征材料受力後的形變程度
為(wei) 無量綱量
計算公式為(wei) 形變量與(yu) 原始長度的比值
根據材料恢複能力
分為(wei) 彈性應變(可逆)
與(yu) 塑性應變(不可逆)
應變計算公式
「 監測應力和應變的意義(yi) 」
通過實時監測應力和應變
工程師可精準評估
橋梁、大壩、高層建築等結構的健康狀況
例如,分析結構在
交通荷載、強風或地震中的響應數據
可提前識別
裂紋擴展、構件偏移或材料疲勞等問題
應變數據尤其能反映結構內(nei) 部變化
結合材料的應力-應變曲線
(如鋼材與(yu) 混凝土的典型曲線)
可判斷材料是否處於(yu) 彈性區間
或已發生塑性變形
例如,某區域應變持續累積後驟降
通常表明裂紋已形成並釋放局部應力
(見下圖)
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「 常用應變測量技術 」
結構健康監測中
主流傳(chuan) 感器類型包括:
箔式應變片
將導電金屬箔貼合於(yu) 結構表麵,通過電阻變化反映局部形變,適用於(yu) 精準測量小範圍應變。
振弦式應變計
通過檢測張緊金屬絲(si) 頻率變化計算應變,耐候性強,常用於(yu) 大壩、隧道等惡劣環境下的長期監測。
光纖應變傳(chuan) 感器
利用光纖布拉格光柵(FBG)技術,通過光信號變化捕捉應變,抗電磁幹擾且適用於(yu) 分布式測量。
數據分析要點
傳(chuan) 感器采集的原始數據
需結合工程經驗進行解讀
重點關(guan) 注:
彈性與(yu) 塑性形變界限
判斷結構損傷(shang) 是否可修複
裂紋擴展趨勢
局部應變突增區域
可能預示結構失效風險
超負荷預警
應力值突破設計閾值時
需啟動應急預案
通過SCADA係統或betway冠军
可實現自動化監測與(yu) 實時預警
大幅提升響應效率
應力和應變監測是結構健康管理的基石
借助應變片、光纖傳(chuan) 感器等技術手段,結合智能化分析平台,可顯著延長基礎設施壽命,確保其在複雜環境下的安全運行
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