激光非接觸位移傳感器的研制及其應用.pdf

1、結構試驗是土木工程學和地震工程學的重要研究領域,其發(fā)展對認識結構破壞機理,識別和修正計算模型,最終提高結構抗震防災能力具有重要意義.在地震工程領域,利用大型振動臺進行結構地震模擬實驗研究歷來受到廣泛重視,但目前在實驗中,結構相對位移的準確測量一直未能得到滿意的解決.位移傳感器種類較多,但適合地震模型試驗中空間振動位移測量的傳感器很少,由傳感器結構和機理所至,測試結果精度不高.針對這一問題,該文將新型相對位移傳感器的研制作為基本目標.在開

2、發(fā)激光非接觸位移傳感器的基礎上,對混凝土構件在小變形下的力學特性進行實驗研究,具體包括:混凝土構件動、靜剛度的實測和比較,動剛度與構件變形的關系,不同振動頻率下的構件阻尼比變化關系,以及水平雙向受力條件對構件剛度的影響,還利用該傳感器對地震模擬試驗中的管道跨越工程進行了測量,并與其它傳感器進行了比較,主要研究進展概括如下:在總結和借鑒國內外傳感技術發(fā)展的基礎上,開發(fā)了采用非接觸方式的激光位移計.該位移計由激光光源和光敏器件組成,可滿足結

3、構相對位移的測量要求;可根據測點位置和量程大小,調整傳感器光學鏡頭的焦距,適應不同測試工況.該位移計的機理和結構設計,提高了位移測量的分辨率、線性度和頻響特性,可提高地震模擬振動臺試驗中結構相對位移的測量精度.另外,該位移計還具有結構簡單、成本較低的優(yōu)點.利用激光非接觸位移傳感器可較精確測量動態(tài)微小變形的功能,對混凝土結構構件在微小變形條件下的力學特性進行了實測研究.測試結果表明,在實驗工況下,構件動剛度比靜剛度高約20％.即使在微小變

4、形條件下,砼材料也具有非線性性質,不是理想的彈性材料.在實驗的頻率范圍內,不同振動頻率下的阻尼比近似保持常數,再次證實混凝土并非耗能特性與頻率相關的粘彈性材料;砼構件的動剛度隨振動頻率變化不大,表明其力學參數無明顯頻變特征.另外,在微小變形條件,混凝土構件的動剛度也會因空間受力狀態(tài)而發(fā)生較大的變化,由單向變形試驗測定的構件剛度在經受正交方向微小變形后,可降低20%.上述試驗結果可供進一步研究混凝土結構的力學模型、振動控制和健康診斷參考.