《大跨桥梁全寿命安全监测中的应变监测仿真实验项目》是在虚拟的环境下开展斜拉桥应力应变实验,通过斜拉桥全生命周期应力应变测试实验教学,使学生掌握从桥梁施工阶段到竣工验收,再到成桥运营阶段的桥梁全寿命周期的应力应变测试方法和受力变化规律。使学生了解各阶段斜拉桥的受力特点,能够准确有效评定桥梁性能。主要实验要求如下:
1.学生掌握斜拉桥的施工步骤、方法和桥梁结构分析原理,了解斜拉桥受力特征、构件分类和受力特点的基础上,进行包含各施工阶段的斜拉桥结构分析,深刻理解斜拉桥结构体系的受力特点和危险截面位置,针对斜拉桥应力应变实验需求,完成斜拉桥全生命周期各阶段的测试断面选择,设计加载测试方案。
2.学生在线巩固学习斜拉桥施工工艺和工法知识,根据实验设备(传感器设备、采集设备)的配置情况,随着时间展开,依托交互式操作,学生在虚拟场景中完成斜拉桥各个阶段(施工阶段、竣工验收阶段和运营阶段)传感器的安装和实验测试系统的连接调试。
2.1:电阻应变片工作原理:应用电阻丝的电阻率随丝的变形面而变化的关系,即金属丝的应变效应,把力学参数(如压力、荷载、位移、应力或应变)转换成与之成比例的电学参数。
2.2:振弦式应变计工作原理:当被测得构件有应力变化出现时,构件自身会出现应变,会就带动贴装在该构件上的振弦式应变计产生一定的变形。此时,通过振弦应变计的前后端座将此变形转化为内部钢弦的变形,使得振弦产生应力变化,进而改变振弦的基础固有频率。通过电磁线圈对振弦进行激振可以测量得到其振动频率,将所得到的频率信号通过电缆进行传递传递到对应软件中进行转化就可以得到测量构件的应变情况。
2.3:光纤传感器工作原理:由光发送器发出的光经光纤引导至敏感元件。这时,光的某一性质受到被测量的调制,已调光经接收光纤耦合到光接收器,使光信号变为电信号,经信号处理得到所期待的被测量值。
3.按斜拉桥全寿命周期的不同阶段,依托交互式操作,虚拟施工,逐段吊装主梁节段,恒载逐渐增加,量测斜拉桥关键测试断面的应力应变响应;测试断面(主梁混凝土断面、钢梁断面、桥塔断面)可通过电阻应变片、振弦式应变计和光纤应变传感器等测试元件测得内在应变;学生记录荷载增加时各测点的测试数据。
4.学生需掌握课程内关于桥梁不同阶段的检测标准、检测方法、公路桥梁承载力检测评定规程、公路桥梁技术状况评定标准、公路桥梁养护规范;不同传感器应用方法及范围、桥梁应力应变变化特点、桥梁竣备验收标准及监测方法等理论。施工阶段,学生依照实验采集的应变数据,计算应力,与桥梁构件容许应力进行比较,判断施工阶段桥梁的安全性;竣工验收阶段,学生根据不同加载形式(偏载或满载),通过不同的应变测试手段采集关键截面的应变数据,计算关键截面应力值,判断桥梁的承载能力;运营阶段,学生通过光纤传感器采集应力应变时程数据,计算桥梁的冲击系数以评估桥上行车舒适性,并基于应力谱评价钢梁的疲劳性能。
5.正确进行数据分析,并处理结果;得出正确结论。