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過高的應力和應變會對基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)造成不可逆的損害。本文將為您解析如何通過監(jiān)測這兩項關(guān)鍵參數(shù)，為重要結(jié)構(gòu)提供安全保障。
目前全球各地，道路、橋梁、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施正面臨日益嚴重的老化問題。日積月累的損耗會導致結(jié)構(gòu)性能退化，直接影響安全與功能性。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(SHM)作為基礎(chǔ)設(shè)施運維的核心手段，通過持續(xù)追蹤應力和應變數(shù)據(jù)，能夠發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)人工檢查難以捕捉的隱患，從而在問題升級前采取干預措施。
「 應力的定義 」
工程領(lǐng)域中的應力
是指材料單位面積承受的內(nèi)力
由外部載荷、壓力或溫度變化引發(fā)
常用單位為帕斯卡(Pa)
或磅每平方英寸(psi)
根據(jù)作用方式可分為五類
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(zhuǎn)應力
材料受扭轉(zhuǎn)變形
彎曲應力
多向力作用下材料發(fā)生彎曲
示意圖如下：
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應力計算公式
「 應變的定義 」
應變表征材料受力后的形變程度
為無量綱量
計算公式為形變量與原始長度的比值
根據(jù)材料恢復能力
分為彈性應變(可逆)
與塑性應變(不可逆)
應變計算公式
「 監(jiān)測應力和應變的意義 」
通過實時監(jiān)測應力和應變
工程師可精準評估
橋梁、大壩、高層建筑等結(jié)構(gòu)的健康狀況
例如，分析結(jié)構(gòu)在
交通荷載、強風或地震中的響應數(shù)據(jù)
可提前識別
裂紋擴展、構(gòu)件偏移或材料疲勞等問題
應變數(shù)據(jù)尤其能反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部變化
結(jié)合材料的應力-應變曲線
(如鋼材與混凝土的典型曲線)
可判斷材料是否處于彈性區(qū)間
或已發(fā)生塑性變形
例如，某區(qū)域應變持續(xù)累積后驟降
通常表明裂紋已形成并釋放局部應力
(見下圖)
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「 常用應變測量技術(shù) 」
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中
主流傳感器類型包括：
箔式應變片
將導電金屬箔貼合于結(jié)構(gòu)表面，通過電阻變化反映局部形變，適用于精準測量小范圍應變。
振弦式應變計
通過檢測張緊金屬絲頻率變化計算應變，耐候性強，常用于大壩、隧道等惡劣環(huán)境下的長期監(jiān)測。
光纖應變傳感器
利用光纖布拉格光柵(FBG)技術(shù)，通過光信號變化捕捉應變，抗電磁干擾且適用于分布式測量。
數(shù)據(jù)分析要點
傳感器采集的原始數(shù)據(jù)
需結(jié)合工程經(jīng)驗進行解讀
重點關(guān)注：
彈性與塑性形變界限
判斷結(jié)構(gòu)損傷是否可修復
裂紋擴展趨勢
局部應變突增區(qū)域
可能預示結(jié)構(gòu)失效風險
超負荷預警
應力值突破設(shè)計閾值時
需啟動應急預案
通過SCADA系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集器
可實現(xiàn)自動化監(jiān)測與實時預警
大幅提升響應效率
應力和應變監(jiān)測是結(jié)構(gòu)健康管理的基石
借助應變片、光纖傳感器等技術(shù)手段，結(jié)合智能化分析平臺，可顯著延長基礎(chǔ)設(shè)施壽命，確保其在復雜環(huán)境下的安全運行
若需將應變傳感器集成至自動化監(jiān)測系統(tǒng)，請聯(lián)系我們的專業(yè)技術(shù)銷售團隊——我們將根據(jù)您的需求提供定制化技術(shù)方案
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