摘要：目前从作用方式上来看，结构试验已经逐渐从传统的准静态、静态试验当中逐步发展到动力试验、拟动力试验上来；从空间尺度上来看，也逐渐从常规尺度试验拓展成足尺度结构试验和细微观材性试验。但是由于受到硬件设备、量测原理等因素的限制，在测量频率、测量维度、测量量程、测点布置位置以及布置数量方面传统结构试验量测技术已经难以满足现代结构试验需求，因此，为了符合结构试验发展需求，就需要进一步完善传统结构试验量测技术，加强对新兴技术手段的应用。
关键词：土木工程结构；试验量测技术；进展；现状
1结构试验传统位移与应变量测技术
1.1传统位移量测技术
传统位移量测方法在结构试验中包括接触式和非接触式测量两种类型，其中接触式测量是采用经典位移或千分表传感器实现的；非接触式测量实现位移量测的方法主要是基于光学原理和非接触式位移传感器。百分表作为一种常用的测量程度的量具，指的是将长度用机械齿轮机构放大到刻度盘上，是最原始的结构试验位移量测手段。但是这种量测方法不能自动机率位移量测数据，必须由专人近距离读数、记录，因此在一些尺寸较小的试件中较为适用，而且目前在结构实验中对百分表的使用已经比较少了。传感器比较常用的主要包括电感式、电容式、电阻应变式等经典位移传感器，其中电感式传感器的量测精度和灵敏度都比较高，测量范围广，但是其频率响应偏低，因此在高频动态位移测量中的实用性较差；电容式位移传感器动态特定好、阻抗高、功率小，能够实现非接触式测量，但是量程偏小；电阻应变式位移传感器操作方便、分辨率高、线性度好，但测量范围小，在连续性倒塌、振动台等大位移量测试验中实用性较差。
1.2传统应变量测技术
结构试验中的传统应变量测主要包括光测法、电测法、机测法三种类型，其中最早的是机测法，包括手持式应变仪、接触式千分表应变仪、双杠杆应变仪等，但是由于量测精度低、需要人工读数，目前应用比较少。
（1）光测法
光测法包括光纤传感器法、云纹干涉法、散斑干涉法、全息干涉法、焦散线法、光弹法等，其中的焦散线法和光弹法都是通过结合力学和光学来分析应力应变的技术，虽然能够非接触测量出全场应变，但通常情况下只会定性分析试件或结构，定量计算比较少，因此实际应用较少。
（2）电测法
电测法包括弦式应变传感器法、电感式应变传感器法、电容应变计法、电阻应变计法等，其中应用最广泛的主要是电阻应变计。该量测方法的工作原理是用电阻变化来表示结构试件应变，针对试件应变较小、难以直接测量微小电阻变化的问题，可以借助惠斯登电桥放大信号，同时温度补偿等问题也得到了有效解决。
2数字图像相关技术
2.1数字图像相关技术量测原理
从本质上来说，数字图像相关测量技术是一种光测方法，所依据的基础是数值分析和数字图像处理，主要是通过分析和比较变形前后结构或材料表面中分布的具有一定灰度的数字图像，然后将变形过程当中产生的应变场和位移计算出来。与传统光测法和电测法量测技术相比较来说，数字图像相关技术的优势表现为环境适应性好、试验设备简单、能够灵活测量分辨率和范围。
2.2在结构试验中对数字图像相关技术的应用
从1989年开始，我国相关人员就已经逐渐开始研究在材料力学行为中对数学图像相关技术的应用，并系统分析了数字散斑相关方法原理，在细观和宏观力学测量应用中正式提出了这一方法，为我国数字图像相关技术的进一步发展奠定了基础[3]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在近几年，随着科学技术飞速发展，数字图像相关技术的计算精度以及算法都得到了有效改善，学术界的研究人员也逐渐开始深入研究金属材料力学，其中研究方向主要是集中在材料颈缩阶段中张开位移、裂纹尖端应变场、裂纹发展、变形等参数测量。
2.3对数字图像相关方法测量精度产生影响的因素
一直以来，学术界都密切关注着数字图像相关方法测量精度问题，而在实际量测中对测量精度产生影响的因素也比较多，这一方面是在处理图像的过程中选择相关函数与算法造成的，属于一种可控因素；另一方面是与试样准备、设备条件、试验环境等因素有关，属于不可控因素范畴。因此在具体试验量测过程中，为了保证测量结果精度，就必须加强对各方面影响因素的控制，这也是保证土木工程结构质量的关键。
3近景摄影测量技术
3.1近景摄影测量技术量测原理
近景摄影测量是在不接触被测物的情况下，运用影像传感器获取物体的影像信息（模拟信号或数字信号），独立客观地对被测物进行静态或动态测量，以获得被测物体形状大小、空间位置和运动状态等信息。较之其他三维测量技术，近景摄影测量具备其自身独特的优势，如：（1）可利用图像或影像作为信息载体，适用于被测点众多的目标；（2）非接触测量，不干涉被测物的自然状态，可完成恶劣环境下的测量；（3）既可测量静态目标的三维空间坐标，亦可测量动枋目标的运动轨迹及变化规律。但摄影测量发展到今天，依旧没有完全实现实时性和自动化，将其应用于结构试验时，图像的获取和处理是分开进行的，当发现处理的图像不能满足要求时，需要重新补测量数据，对于振动台和连续性倒塌等高频动态结构试验而言，往往是难以实现的，随着信息技术和电子技术的飞速发展，近景摄影测量图像的获取和处理设备性能在不断提升，如果将来能将摄影测量理论、图像处理技术和自动化技术结合起来，完全实现自动化的实时测量，则近景摄影测量可成为大体量高频动态结构试验位移和应变测量的重要手段。
3.2近景摄影测量技术在结构试验中的应用
近景摄影测量技术凭借测量精度好、动态采集频率高、测量范围广等优点在土木工程、工业制造、航天航空等领域已有广泛的应用，在土木工程领域，近景摄影测量主要有三方面的应用。第一，结构的变形监测以及损伤的定位和识别；第二，结合光测力学和材料力学，对具有特殊形态或特殊材质材料进行不同荷载作的材性试验，利用数字图像相关技术对摄像机捕获的试验图像进行分析，获得试件的位移和变形信息；第三，用于建筑结构的静力或动力测试，获取结构物在试验过程中的变形参数和位移、速度、加速度等动力学参数。
4结语
总的来说，近几年随着科学技术的发展，土木工程结构试验量测技术得到了进一步发展，测量结果精度和测量效率也都得到了显著提升，这对提高土木工程结构质量具有重要的作用。
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论文作者:吴金国
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/24
标签：测量论文; 结构论文; 量测论文; 应变论文; 技术论文; 位移论文; 近景论文; 《基层建设》2019年第11期论文;