专利名称：一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，用于桥梁疲劳寿命计 温度补偿。
背景技术：
国外1966年出现了报道疲劳寿命计的研究的，立即引起了极大的关注。Darrell R. Harting在文中重点介绍了电阻随疲劳历程自动累积——这一疲劳寿命计的固有特性。1972年，Rober S. Horne和Oscar L. Freyre在他们的研究报告中介绍了用特殊 退火康铜箔制成的疲劳寿命计的电阻疲劳累积性能、以及标定寿命计电阻疲劳累积性能曲 线的实验方法，包括测试设备、测试流程、荷载控制方法等。在报告中，作者对寿命计的应用 技术做了探讨，包括寿命计布设点位的优化，应变倍增器的尺寸定位，寿命计数据采集方法 等；并以飞机的不同部件为测试对象，研究寿命计评估被测对象疲劳状态的方法。1975年，P. Charsley和B. A.Robins对由不同的合金成分、制备工艺的铜镍合金 箔、纯铜箔制成的应变计进行大量的疲劳实验，分别从理论和实验说明了集聚体的作用，解 释了在疲劳加载作用下电阻变化的机理。美国波音公司首先研制成功S-N疲劳寿命计并应用于航空航天结构的疲劳监测， 1976年美国微测量公司曾在其产品目录中出现过S-N疲劳寿命计的介绍，在我们国内，上世纪80年代后期，由南京航空航天大学、6 所、上海有色金属研 究所、航天工业部702所等单位合作研制了箔式疲劳寿命计，90年代陆续发表了一些论文。 南京航空学院的陶宝祺等首次介绍了国内自行研制的箔式疲劳寿命计，内容包括疲劳寿命 计的响应机理、特性曲线标定方法以及国产疲劳寿命计的主要性能指标；陈学立介绍了制 备疲劳寿命计箔材的正交试验方法；胡明敏、周克印、陈杰等学者公布了对国产疲劳寿命计 进行特性曲线标定的方法及结论，同时对国产疲劳寿命计的平均应变响应和周期变载响应 特性进行了测试，并探讨了利用疲劳寿命计预测结构疲劳寿命的方法；尹福炎对国产疲劳 寿命计与国外同类产品在结构形式与一般性能进行了比较。欧进萍院士课题组对疲劳寿命 计在海洋平台结构监测中布设位置的确定、贴片及保护工艺进行了有益的探讨。由上述综述可知，现有的疲劳寿命传感元件研究基本上没有考虑桥梁结构这类土 木结构特殊的使用环境，大型桥梁结构处于十分复杂的环境下长期工作，风、浪、温度、地震 等作用频繁。其中粘贴于其上处于工作状态的桥梁疲劳寿命计受温度的影响非常大，常常 桥梁结构上被监控的危险点已经达到了疲劳破坏状态，而由于温度的影响，疲劳寿命计却 不能正确的指示出这种危险状态，因此要想利用疲劳寿命计对桥梁构件危险点进行疲劳监 测就必须剔除环境温度的影响，温度补偿于是成为疲劳寿命计实际应用的关键问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种效果优良的桥梁疲劳寿命计温度补偿修正方法，用于粘 贴在桥梁上长期工作的桥梁疲劳寿命计的温度补偿。
本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，包括下述步骤第一步采用与待检测部件相同的材料，制备圆形横截面标准疲劳试件，在每根试 件上对称粘贴至少6片实验疲劳寿命计；第二步把粘贴好实验疲劳寿命计的标准疲劳试件置于密闭的环境舱，设定环境 舱的温度为20°c，测量每一片实验疲劳寿命计的基准电阻值R ；第三步在-20°C 60°C之间，按变温间隔区间ΔΤ取5°C或10°C，调整环境舱的 温度，每个温度点Ti保温30 60分钟，测量相应温度点每一片实验疲劳寿命计的实时电 阻值 Ri, i = 1. 2…m ；
AD第四步以温度T为横坐标、电阻变化率；为纵坐标设置笛卡尔直角坐标系，其
K
中，AR为实时温度的电阻值与基准电阻值R之差；根据第三步所得的Ti、氏数据，得到电
ADAD
阻变化率；数据点的离散分布图，根据离散分布图中；数据点的分布形状，采用三次多 KK
项式对离散的数据点进行曲线拟合，确定三次多项式为tKrIO = AT;.+戽Γ/+戽r/+A，式中
Φ (Tj)是以温度Tj为自变量的函数，其中Tj为实际工程中所测得温度；
^R-R 第五步根据最/J·
.乘法原理，将Τ”氏代入mm V
R
Φ为
.次多项式集合；取j = i，得到mm
Φ(Γ)εΦ
Σ
i
I尺
-HT1)
’令 ι=Σ
ι尺
-HT1)
ι=Σ
R-R
R
-(P1T1+β2Τ^+P3Tf+λ)
，将第三步所得的Ui数据代入I中，当Φ (Ti)满
足 min "V
略H台
ι尺
-明)
‘ dl dl dl 时，由求多元极值的必要条件可得；=0，； = 0，； = 0，
明 5β2 δβ3
=0，即得到含有4个未知数 ^、β2、β3、λ的四个方程，解方程组，得 ^、β2、β3、λ，
从而得到拟合的 = PlTj+β2τ}2+β,τ^+λ-,第六步按式S = Φ (Tj) XR计算出实际工程中所测得相应温度点Tj的疲劳寿命 计温度修正系数S，对实际工程中所测得的R3m进行修正得到修正后的值1 ，即I^=Rm-S。本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法中，所述实验疲劳寿命计为 6 12片。本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法中，所述粘结采用J-25胶。本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法中，所述环境舱为MTS 810 环境舱。本发明一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法中，所述实验用疲劳寿命计 由铜-镍-锰-铁-硅精密电阻合金制造，其组成成分的重量百分比比为43 % Ni，1. 8 % Μη,Ο. 1% Fe，0. 3% Si 余量为 Cu。本发明采用上述测量方法，利用疲劳寿命计电阻对温度响应的累积很小这一关键 特性，升温时，其电阻变化率出现负值，降温时出现正值，其电阻响应变化机理为疲劳寿命 计敏感栅膨胀速度大于构件膨胀速度，J-25粘结剂膨胀速度小于疲劳寿命计的敏感栅速度，这样当温度升高时，疲劳寿命计首先膨胀，但被滞后的J-25粘结剂和构件挡住不能伸 长而受到压缩，这就出现了升温时电阻变化率为负值的事实；后者刚好相反，当温度下降 时，疲劳寿命计敏感栅受到拉伸，才会出现电阻变化率为正值，即疲劳寿命计敏感栅冷却速 度小于构件冷却速度，J-25粘结剂冷却速度又大于疲劳寿命计敏感栅冷却速度，从而使其 敏感栅处于受拉状态。据此可通过控制环境温度舱温度获得被监测材料的不同温度下的疲 劳寿命计温度修正系数，利用所得到的温度修正系数对被监测对象现场测得的疲劳寿命计 测量值进行修正，从而完成被监测对象的疲劳寿命参数的温度补偿，经检测，采用本发明方
法对桥梁疲劳寿命参数进行温度修正，修正后的误差数据通过式^^^H十算，未修正
氏常温
R -R
的误差数据通过式」^H十算，则补偿后所获得的桥梁疲劳寿命参数值误差在0. 48%
K常温
2. 之间，而未补偿所测得的测量值误差为2. 20% 5. 13%之间。另外，本发明采用了与被测构件相同的材料制成实验标准试件，从而保证了实验 用疲劳寿命计与工作疲劳寿命计对温度产生相同的电阻响应，补偿效果较好；可以在实验 室分别测出疲劳寿命计粘贴在不同类型的材料上时的温度修正系数，直接在实际工程中针 对不同的桥梁材料应用相应的温度修正系数进行温度补偿，简单、适用性强；在得到各种类 型桥梁钢材温度补偿修正系数后，可以方便的利用Matlab软件进行编程，为疲劳寿命计温 度补偿软件平台的开发提供便利，从而适用于工程中大规模的应用。总结起来，本发明具有 以下优点1、实验用疲劳寿命计与工作疲劳寿命计始终对温度具有相同的电阻响应，确保了 测量值的精度和稳定性。2、可以根据被监测材料，在实验室分别测出其温度修正系数，在实际工程中针对 不同的桥梁材料直接应用，从而使现场测试变得简单方便。3、有利于编程开发软件平台，工程适用性强。
附图1为本发明粘贴了实验用疲劳寿命计的实验标准试件示意图。附图2为本发明实施例1所得的实验数据离散分布图。附图3为本发明实施例2所得的实验数据离散分布图。图中1-实验用疲劳寿命计，2-实验标准试件。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1第一步采用HMnNbq制备圆形横截面标准疲劳试件，用J-25胶在每根试件上对 称粘贴6片由铜-镍-锰-铁-硅精密电阻合金制造，组成成分的重量百分比为43% Ni， 1.8% Μη,Ο. 1% Fe,0.3% Si余量为Cu的实验疲劳寿命计；第二步把粘贴好实验疲劳寿命计的标准疲劳试件置于密闭的MTS 810环境舱 中，设定环境舱的温度为20°C，测得基准电阻值如下表
权利要求
1. 一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，包括下述步骤 第一步采用与待检测部件相同的材料，制备圆形横截面标准疲劳试件，在每根试件上 对称粘贴至少6片实验疲劳寿命计；第二步把粘贴好实验疲劳寿命计的标准疲劳试件置于密闭的环境舱，设定环境舱的 温度为20°C，测量每一片实验疲劳寿命计的基准电阻值R ；第三步在_20°C 60°C之间，按变温间隔区间ΔΤ取5°C或10°C，调整环境舱的温度， 每个温度点Ti保温30 60分钟，测量相应温度点每一片实验疲劳寿命计的实时电阻值
2.根据权利要求1所述的一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，其特征在 于所述实验疲劳寿命计为6 12片。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，其特征在 于所述粘结采用J-25胶。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，其特征在 于所述环境舱为MTS 810环境舱。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，其特征在 于所述实验用疲劳寿命计由铜-镍-锰-铁-硅精密电阻合金制造，其组成成分的重量百 分比比为 43% Ni, 1. 8% Μη,Ο. 1% Fe，0. 3% Si 余量为 Cu。
全文摘要
一种桥梁疲劳寿命计温度修正系数的测量方法，是在待测材料制备的标准疲劳试件上粘贴实验疲劳寿命计；置于环境舱，在-20℃～60℃之间，调整环境舱的温度，测量每个温度点实验疲劳寿命计的实时电阻值Ri；将20℃时测得的疲劳寿命计的电阻值作为基准电阻值R；以温度为横坐标、电阻变化率为纵坐标设置笛卡尔直角坐标系，得到不同温度点电阻变化率数据点的离散分布图，采用三次多项式对离散的数据点进行曲线拟合；并采用最小二乘法原理，计算出三次多项式中各项的系数，从而得到相应材料的通用三次多项式φ(Tj)；根据疲劳寿命计温度修正系数S＝φ(Tj)×R，计算出待测材料相应温度点的温度修正系数S，对实际工程中所测得的R测进行修正。本发明根据被监测材料，在实验室分别测出其温度修正系数，在实际工程中直接应用，使现场测试变得简单方便，工程适用性强。
文档编号G01D3/028GK102095597SQ20111000474
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者任伟新, 陈格威 申请人:中南大学