3结构试验量测技术

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1、结构试验量测技术结构试验量测技术n概述概述n应变量测应变量测n位移与变形量测位移与变形量测n力的量测力的量测n裂缝、应变场应变及温度的测定裂缝、应变场应变及温度的测定1、人工测量、人工记录、人工测量、人工记录2、仪器测量、人工记录、仪器测量、人工记录3、仪器测量、仪器记录、仪器测量、仪器记录4、自动化数据采集系统进行测量、记录、处理、自动化数据采集系统进行测量、记录、处理概述试验数据的量测与采集方法概述试验数据的量测与采集方法量测仪器的分类按功能分类量测仪器的分类按功能分类传感器：传感器：将感受的各物理量（力、位移、将感受的各物理量（力、位移、 应变等）转应变等）转变成电信号变成电信号放大器：

2、放大器：将传感器传来的信号进行放大，使之可以被将传感器传来的信号进行放大，使之可以被显示和记录显示和记录显示器：显示器：将信号用可见的形式显示出来将信号用可见的形式显示出来记录器：记录器：将数据记录以利长期保存将数据记录以利长期保存分析仪器：分析仪器：对采集的数据进行分析处理对采集的数据进行分析处理量测仪器的分类按工作原理量测仪器的分类按工作原理机械式仪器：机械式仪器：纯机械传动、放大和指示纯机械传动、放大和指示电测仪器：电测仪器：利用机电转换，将机械量转换为电量利用机电转换，将机械量转换为电量光学测量仪器：光学测量仪器：利用光学原理转换、放大和显示利用光学原理转换、放大和显示复合式仪器：复合

3、式仪器：以两种或几种原理的组合以两种或几种原理的组合伺服式仪器：伺服式仪器：测量和控制功能的组合测量和控制功能的组合量测仪器的分类按用途分量测仪器的分类按用途分应变计：应变计：用来测量应变用来测量应变位移传感器：位移传感器：用来测量位移用来测量位移测力传感器：测力传感器：用来测量荷载用来测量荷载倾角传感器：倾角传感器：用来测量转角用来测量转角频率计：频率计：测量结构振动的频率测量结构振动的频率裂缝传感器：裂缝传感器：测量混凝土的裂缝测量混凝土的裂缝测振传感器：测振传感器：测量结构振动的位移、速度和加速度测量结构振动的位移、速度和加速度附着式与手持式附着式与手持式接触式与非接触式接触式与非接触式

4、绝对式与相对式绝对式与相对式量测仪器的分类按仪器与结构的关系分量测仪器的分类按仪器与结构的关系分直读式与自动记录式直读式与自动记录式模拟式与数字式模拟式与数字式量测仪器的分类按仪器显示与记录方式分量测仪器的分类按仪器显示与记录方式分量测仪表的性能指标量测仪表的性能指标量程：量程：仪表所能量测的最小至最大的量值范围。仪表所能量测的最小至最大的量值范围。滞后：滞后：在恒定的环境条件下，仪器在整个量测在恒定的环境条件下，仪器在整个量测 范围内，从起始值到最大值来回输出中范围内，从起始值到最大值来回输出中 的最大偏差值或该值与量程的百分比。的最大偏差值或该值与量程的百分比。精确度：精确度：仪表的指示值

5、与被测值的符合程度，仪表的指示值与被测值的符合程度， 常用满程相对误差表示。常用满程相对误差表示。灵敏度：灵敏度：被测量的单位变化引起仪器示值的变化值。被测量的单位变化引起仪器示值的变化值。最小分度值：最小分度值：仪器的指示或显示装置所能指出仪器的指示或显示装置所能指出 的最小测量值。的最小测量值。温度计温度计656566660 0100100200mm量程：量程：0 0100100 最小分度值：最小分度值：0.10.1 精确度：精确度：当前测量当前测量值值65.765.7，实际精确，实际精确值值 65.565.5，则精确度，则精确度= =（65.7-65.565.7-65.5）/100=0.

6、2%/100=0.2%灵敏度：灵敏度： 200mm/100200mm/100=2mm/=2mm/滞后：滞后：将该温度计将该温度计置于冰水混合物中置于冰水混合物中煮开再降为冰水混煮开再降为冰水混合物，如显示合物，如显示1 1，则称该温度计的滞则称该温度计的滞后为后为1 1应变量测应变量测概述概述电阻应变计电阻应变计电阻应变计的测量电路电阻应变计的测量电路电路与电阻片的粘贴技术电路与电阻片的粘贴技术应变的其他量测方法与仪表应变的其他量测方法与仪表概述概述应变量测的基本原理：应变量测的基本原理：在标准长度范围在标准长度范围L内，内，量测长度变化增量的平均值量测长度变化增量的平均值L，由，由= L/L

7、求求得平均应变得平均应变。标距标距L的选择原则：的选择原则：根据应力的均匀性和材料的根据应力的均匀性和材料的均质性选择，应力梯度大，均质性选择，应力梯度大，L应尽量小，对非均质应尽量小，对非均质材料，如混凝土，材料，如混凝土，L3dmax，砖石结构，砖石结构L4皮砖。皮砖。电阻应变计原理及构造电阻应变计原理及构造LB引出线覆盖层基底敏感栅电阻应变片的分类电阻应变片的分类按按栅栅极极分分丝式箔式半导体按按基基底底材材料料分分纸基胶基按使用温度分低温常温高温电阻应变片的主要技术指标电阻应变片的主要技术指标温度适用范围：温度适用范围：取决于胶合剂的性质取决于胶合剂的性质灵敏系数：灵敏系数：由出厂前抽

8、样试验确定，使用由出厂前抽样试验确定，使用 时应变仪的灵敏系数一般应与时应变仪的灵敏系数一般应与 应变片相同应变片相同电阻值：电阻值：产品标准为产品标准为120规格：规格：敏感栅的有效使用面积敏感栅的有效使用面积LB标距：标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度敏感栅在纵轴方向的有效长度应变测量的原理应变测量的原理- -物理学和数学知识物理学和数学知识K0为电阻应变片的灵敏系数为电阻应变片的灵敏系数 为电阻丝材料的泊松比为电阻丝材料的泊松比两边取对数两边取对数两边微分两边微分电阻应变量测的基本公式电阻应变量测的基本公式(1)R R1 1R R2 2BACDR R4 4R R3 3U电阻应变量测的基本公

9、式电阻应变量测的基本公式(2)R R1 1R R2 2BACDR R4 4R R3 3U电阻应变量测的桥路连接方法电阻应变量测的桥路连接方法BACR R1 1R R2 2CABD1DD2半桥连接半桥连接BACDR R1 1R R4 4R R3 3R R2 2CABD1DD2电阻应变量测的桥路连接方法电阻应变量测的桥路连接方法全桥连接方法全桥连接方法温度补偿技术温度补偿技术进行温度补偿的原因：进行温度补偿的原因：(1)温度改变使电阻应变片的温度改变使电阻应变片的导电率导电率 发生改变；发生改变；(2)应变片与构件测点粘贴在一起，温度改变使应变片与构件测点粘贴在一起，温度改变使构件构件发生变形。发

10、生变形。温度对测量结果的影响程度：温度对测量结果的影响程度：贴在钢结构上的应变片，当应变片的电阻丝为镍铬合贴在钢结构上的应变片，当应变片的电阻丝为镍铬合金时，温度变动金时，温度变动1度，如果不进行补偿，将引起应力度，如果不进行补偿，将引起应力的偏差为的偏差为14.7MPa。温度补偿技术温度补偿应变片法温度补偿技术温度补偿应变片法在电桥上接一个与测量片在电桥上接一个与测量片R1 1相同规格相同规格的应变片的应变片（温度补偿片）（温度补偿片）R2 2，R2 2粘贴在与试件粘贴在与试件材料相同材料相同的的补偿块上，补偿块置于与试件测点补偿块上，补偿块置于与试件测点相同的温度场相同的温度场中中BR R

11、1 1R R2 2AC某些结构或构件，存在着某些结构或构件，存在着应变符号相反应变符号相反，比例比例关系已知关系已知，温度条件温度条件又相同的又相同的二个或四个（偶二个或四个（偶数个）数个）测点，可以将这些应变片按照符号不同，测点，可以将这些应变片按照符号不同，分别接在相应的邻臂上，它们既是工作应变片，分别接在相应的邻臂上，它们既是工作应变片，又互为温度补偿。又互为温度补偿。R R1 1R R2 2BACDR R4 4R R3 3U温度补偿技术工作应变片温度互补偿法温度补偿技术工作应变片温度互补偿法多点测量线路多点测量线路RtR1RnR3R2ACB全桥桥路：全桥桥路：电桥中的四个桥臂上均为工作

12、片。电桥中的四个桥臂上均为工作片。半桥桥路：半桥桥路：电桥中二个桥臂上为工作片，另电桥中二个桥臂上为工作片，另 二个桥臂为固定电阻。二个桥臂为固定电阻。桥桥路：桥桥路：电桥中只有一个桥臂（电桥中只有一个桥臂（ABAB）上）上 为工作片，桥臂为工作片，桥臂BCBC上为补偿片，上为补偿片， 另二个桥臂为固定电阻。另二个桥臂为固定电阻。实用桥路及其应用实用桥路及其应用现场实测应变试验现场实测应变试验 静态电阻应变仪操作试验静态电阻应变仪操作试验 试验目的试验目的1熟悉电阻应变仪的操作过程2掌握电阻应变仪单点测量的基本原理3学会电阻应变片作半桥及全桥测量的接线方法和调试试验原理与方法试验原理与方法-

13、-半桥测量半桥测量 试验原理与方法试验原理与方法- -全桥测量全桥测量 等强度梁的参数等强度梁的参数 计算在计算在10N、20N、30N、40N下的应力和下的应力和应变。应变。等强度梁特性等强度梁特性何为等强度梁？1最大加载量 G=50N；2各断面应力相对误差=3%(产品误差)；3梁厚h=3.5mm。在同一水平位置，沿梁长度方向各点的应力相等。试验实测数据试验实测数据(1)接 法半半 桥桥 接接 法法 （1 1）- -一只工作片半半 桥桥 接接 法法 （2 2）-2-2只工作片 荷载荷载次序010N20N30N40N010N20N30N40N123平 均试验实测数据试验实测数据(2)接 法全桥

14、全桥 接接 法法 （1 1）-2-2只工作片全全 桥桥 接接 法法 （2 2）-4-4只工作片 荷荷载载次序010N20N30N40N010N20N30N40N123平 均电阻应变片粘贴技电阻应变片粘贴技术术n应变片检查分选。应变片检查分选。n特别注意同一试验的应变片批号最好一致特别注意同一试验的应变片批号最好一致（灵敏系数（灵敏系数K相同）。相同）。n同一测区的应变片阻值基本一致（在仪器的同一测区的应变片阻值基本一致（在仪器的可调范围内能满足初始平衡条件可调范围内能满足初始平衡条件R1R3 =R2R4。测点处理测点处理n测点表面应平整、无锈、无浮浆。测点表面应平整、无锈、无浮浆。n混凝土表面

15、一般用环氧树脂打底抹平。混凝土表面一般用环氧树脂打底抹平。n测点表面用酒精或丙酮清洗。测点表面用酒精或丙酮清洗。n测点位置准确，应变片长边方向与所测测点位置准确，应变片长边方向与所测应变方向相同。应变方向相同。应变片粘贴应变片粘贴n粘贴用胶一般为粘贴用胶一般为502等快干胶或环氧树等快干胶或环氧树脂类慢干胶。脂类慢干胶。n快干胶适用于短期量测，防潮性能较环快干胶适用于短期量测，防潮性能较环氧树脂差、操作时间短。氧树脂差、操作时间短。n慢干胶在粘贴后需要较长时间（慢干胶在粘贴后需要较长时间（24小小时）的固化时间，期间需加压、加温以时）的固化时间，期间需加压、加温以促使固化。促使固化。固化处理固

16、化处理n在室温在室温15度以上，湿度度以上，湿度60%以下固化以下固化12天（环氧树脂类慢干胶）。天（环氧树脂类慢干胶）。n气温低、湿度大，在自然固化气温低、湿度大，在自然固化12小时后用人小时后用人工加温（环氧树脂类慢干胶）。工加温（环氧树脂类慢干胶）。粘贴质量检查粘贴质量检查n粘贴牢固，位置、方向准确。粘贴牢固，位置、方向准确。n无短路、断路现象，阻值与粘贴前相同。无短路、断路现象，阻值与粘贴前相同。n电阻应变片与试件间的绝缘度达到电阻应变片与试件间的绝缘度达到50M以上，以上，在恶劣环境应达到在恶劣环境应达到500M以上。以上。导线连接导线连接n保证引出线不与试件形成短路。保证引出线不与

17、试件形成短路。n保证量测导线轻微拉动时，引出线不被拉断。保证量测导线轻微拉动时，引出线不被拉断。n导线各连接点应可靠连接，无虚焊。导线各连接点应可靠连接，无虚焊。防潮防护防潮防护n短期量测且在干燥环境下可不做防潮处理。短期量测且在干燥环境下可不做防潮处理。n长期观测或在潮湿环境下必须进行防潮处理，长期观测或在潮湿环境下必须进行防潮处理，一般用硅橡胶密封。一般用硅橡胶密封。n粘贴在钢筋上浇灌入混凝土时，必须用纱布和粘贴在钢筋上浇灌入混凝土时，必须用纱布和环氧树脂密封，防止混凝土浇筑过程中损坏电环氧树脂密封，防止混凝土浇筑过程中损坏电阻应变片。阻应变片。粘贴在混凝土上的应变片粘贴在混凝土上的应变片

18、（L3dmax）粘贴在钢结构上的电阻应变片粘贴在钢结构上的电阻应变片电阻应变仪实物电阻应变仪实物(1)电阻应变仪实物电阻应变仪实物(2)电阻应变仪实物电阻应变仪实物(3)电阻应变仪实物电阻应变仪实物(4)电阻应变仪实物电阻应变仪实物(5)双杠杆应变仪千分表量测应变千分表量测应变L位移与变形量测位移与变形量测-几种常用的位移传感器几种常用的位移传感器百分表百分表位移量测仪器的标定位移量测仪器的标定n位移量测仪器除机械式百分表和千分表可以由表位移量测仪器除机械式百分表和千分表可以由表盘刻度直接读出位移值外，其它位移计一般是接盘刻度直接读出位移值外，其它位移计一般是接入应变仪，测出应变仪读数，此读数

19、既不是位移，入应变仪，测出应变仪读数，此读数既不是位移，也不是应变。也不是应变。n因此，在试验前给位移计一已知的标准位移，同因此，在试验前给位移计一已知的标准位移，同时在应变仪上得到对应的读数，从而求得位移和时在应变仪上得到对应的读数，从而求得位移和应变仪读数的对应关系，此过程称为标定。应变仪读数的对应关系，此过程称为标定。受压钢管柱试验受压钢管柱试验一般情况的位移计安装一般情况的位移计安装本例钢管位移测量的问题本例钢管位移测量的问题12钢管位移量测钢管位移量测12n水准仪、水准仪、 全站仪等测量仪器。全站仪等测量仪器。n 水准仪适用于位移量较大，要求精度不高的测水准仪适用于位移量较大，要求精

20、度不高的测量，而全站仪的精度更高一些。量，而全站仪的精度更高一些。位移量测的其它方法位移量测的其它方法荷载量测荷载量测拉压传感器原理拉压传感器原理R R1 1R R6 6R R7 7R R8 8R R4 4R R3 3R R2 2R R5 5BACDR R1 1R R4 4R R3 3R R2 2R R6 6R R5 5R R8 8R R7 7几种常用的荷载量测传感器几种常用的荷载量测传感器裂缝测量仪器（读数显微镜）裂缝测量仪器（读数显微镜）另一种位移或裂缝宽度传感器另一种位移或裂缝宽度传感器R R1 1R R3 3R R4 4R R2 2电阻应变片粘贴及钢桁架试验电阻应变片粘贴及钢桁架试验电

21、阻应变片的粘贴方法电阻应变片的粘贴方法试验的五个步骤：试验的五个步骤：(1)领取应变片；领取应变片；(2)桁架试件表面和处理；桁架试件表面和处理；(3)应变片的粘贴；应变片的粘贴；(4)应变片的检查；应变片的检查；(5)制作防潮层。制作防潮层。钢桁架静力试验钢桁架静力试验钢桁架的计算参数：钢桁架的计算参数： 跨度跨度L=6.0M,高度高度H=0.6M；下弦用一对角钢；下弦用一对角钢2 505(面积面积F=9.606cm2)，腹杆为一对角钢，腹杆为一对角钢2 404(面积面积F=6.172cm2)。 钢桁架荷载计算钢桁架荷载计算钢桁架应变的计算钢桁架应变的计算课堂小结课堂小结n掌握量程、精度、灵敏度、滞后等量测仪表指标掌握量程、精度、灵敏度、滞后等量测仪表指标的意义。的意义。n掌握电阻应变计测量的原理。掌握电阻应变计测量的原理。n掌握不同桥路的测量方式和相应的精度。掌握不同桥路的测量方式和相应的精度。n掌握应变片的粘贴技术。掌握应变片的粘贴技术。n掌握力和位移的测量方法。掌握力和位移的测量方法。