用于土-结构相互作用评估的触觉压力传感器

迈克尔C。帕尔默，P.E.，M.1；托马斯D。奥洛克，硕士2；纳撒尼尔A。奥尔森，S.M.3；Tarek Abdoun，硕士4；大哈，M.5；迈克尔J。奥洛克，P.E.，M.6；

¹ 康奈尔大学土木与环境工程学院助理研究员，纽约州伊萨卡市，邮编：14853（通讯作者）。

² 纽约州伊萨卡市康奈尔大学土木与环境工程学院教授，邮编：14853。

³ 纽约州伊萨卡市康奈尔大学土木与环境工程学院研究生助理，邮编：14853。

纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院土木与环境工程系副教授，邮编：12180。

5项目岩土工程师，Geocomp Corporation，1145 Massa-chusetts Ave.，Boxborough，MA 01719。

纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院土木与环境工程系教授，邮编：12180。

注意。本稿于2008年4月7日提交；2008年5月7日批准；2009年10月15日在线发布。讨论期至2010年4月1日；个别论文必须单独提交讨论。本文是《岩土工程与地质环境工程学报》第135卷第11期2009年11月1日的一部分。

文摘：本文对触觉式压力传感器在岩土工程中的应用进行了评价。触觉压力传感器是一个小型传感单元阵列，称为传感器，嵌入在聚合物板或衬垫中，用于测量垂直于板表面的应力大小和分布。讨论了减小剪切对传感器测量影响的方法，并通过实验验证了这些方法的有效性。对传感器的时变特性进行了评估，并为考虑时变效应的测量提供了建议。触觉压力传感器测量响应垂直加载和卸载和横向荷载的全尺寸管道上受大水平地面运动的影响，并与独立的荷载测量进行了比较。传感器测量用于显示受大侧向土壤移动影响的管道上的正应力分布。

DOI:10.1061/（ASCE）GT.1943-5606.0000143

CE数据库主题词：土壤-结构相互作用；管道；地震；评估。

介绍

触觉压力传感器是一组小型传感器，称为传感器，嵌入在聚合物板或衬垫中，用于测量与外部施加载荷相关的法向应力分布。它们最初是为支持人工智能而开发的，但后来被用于工业和人体工程学应用，包括汽车座椅和刹车片的设计（例如，Paikowsky和Hajduk 1997；Tekscan公司，2003年）。

Paikowsky及其同事对触觉压力传感器进行了重要的研究（Paikowsky和Hajduk 1997；Paikowsky等人（2000年、2003年、2006年），他们是第一个研究其在岩土工程中的应用的人。Paikowsky和Hajduk（1997）报告了颗粒介质中的一系列传感器试验。他们得出结论，触觉压力传感器系统提供了正常的应力测量在粒状土壤的精度很好的程度。他们还表明，传感器测量是敏感的负荷率，蠕变和滞后卸载时，并提供实验数据，帮助量化这些影响。触觉压力传感器已应用于测量模型条形基脚下的垂直应力（Paikowsky等人，2000年）、颗粒材料中活板门试验期间拱起产生的垂直应力分布（Paikowsky等人，2003年）、圆锥形沙堆下的垂直应力分布（Paikowsky等人，2006年），以及铁路轨道传递的垂直压力（Stith 2005）。Paikowsky及其同事开发了一种校准装置，用于将受控颗粒材料压力应用于触觉压力传感器（Paikowsky和Hajduk，1997年），并研究了土壤粒度相对于传感器尺寸对传感器测量的影响（Paikowsky等人，2006年）。

传统的土壤应力单元通常记录相对于实际土壤应力低或高的应力，作为应力单元刚度、尺寸和长宽比（厚长比）、单元放置程序和其他因素的函数（例如，Kohl等人1989；邓尼克利夫1988；Weiler和Kulhawy 1982年；塞利格1964）。由于触觉压力传感器薄，宽，灵活，他们拥有良好的特性方面的纵横比和刚度。传感器可适用于土壤应力传感器无法实现的各种表面几何形状，并符合桩、钻孔竖井、管道和涵洞的曲面。但是，它们也受到与结构和材料特性有关的限制的影响。剪切应力可能会导致聚合物板之间的相对滑动，从而产生孔隙率