工程结构检测技术(2)

1、工程结构检测技术工程结构检测技术工程结构检测技术工程结构检测技术$ 第第1 1章章 绪论绪论(2(2学时）学时）$ 第第2 2章章 应变测试技术应变测试技术(8(8学时）学时）$ 第第3 3章章 桥梁检测、评定及力学性能试验桥梁检测、评定及力学性能试验(6(6学时）学时）$ 第第4 4章章 桥涵工程基础检测桥涵工程基础检测(0(0学时）学时）$ 第第5 5章章 桥梁上部结构检测桥梁上部结构检测(8(8学时）学时）$ 第第6 6章章 桥梁荷载试验桥梁荷载试验(6(6学时）学时）$ 第第7 7章章 专题讲座专题讲座(2(2学时）学时）教教 学学 内内 容容(32+16学时） 本章教学内容本章教学内

2、容$ 2.1 概述$ 2.2 电阻应变计$ 2.3 电阻应变仪工作原理$ 2.4 测量电桥的接法$ 2.5 桥臂接法训练$ 2.6 电阻应变测试中应注意的若干问题$ 2.7 钢弦应变计与光纤光栅应变计$ 2.8 拉索/吊杆内力测试应变测试技术应变测试技术 5 . 22.1 2.1 概述概述$ 测试测试精度高精度高 钢弦应变计，光纤光栅应变计约$ 传感器元件小、无附加质量传感器元件小、无附加质量 最小标距2mm-金属；最长标距100.0mm-混凝土$ 适用适用范围广范围广 高温、低温，金属、混凝土，静态、动态2 应变测试技术应变测试技术电阻应变测试优点：电阻应变测试优点：)101 (62.2 2

3、.2 电阻应变计电阻应变计2 应变测试技术应变测试技术标距标距160mm160mm标距标距15mm15mm标距标距100mm100mm2.2 2.2 电阻应变计电阻应变计2 应变测试技术应变测试技术 电阻应变计组成：电阻应变计组成： 金属丝敏感栅、基底、覆盖层、引线等2 应变测试技术应变测试技术电阻应变计粘贴工艺电阻应变计粘贴工艺 标记应变片粘贴区域；标记应变片粘贴区域； 该标记处结构表面打磨，除去表尘；该标记处结构表面打磨，除去表尘； 利用丙酮或无水酒精擦拭打磨处；利用丙酮或无水酒精擦拭打磨处； 将打磨处摸上薄薄一层粘结胶（将打磨处摸上薄薄一层粘结胶（502502胶、胶、ABAB胶）；胶）；

4、 将应变片对准贴正，轻轻按压排除片下多于之胶；将应变片对准贴正，轻轻按压排除片下多于之胶； 连接接线端子，小心焊接应变片与接线端；连接接线端子，小心焊接应变片与接线端； 焊接信号输出导线；焊接信号输出导线； 将整个应变片及接线端子涂上防水胶（将整个应变片及接线端子涂上防水胶（704704硅胶）。硅胶）。2.2 2.2 电阻应变计电阻应变计2 应变测试技术应变测试技术应变花应变花注：花絮：一种L型光栅应变计的诞生2.2 2.2 电阻应变计电阻应变计2 应变测试技术应变测试技术电阻应变计变形特点：电阻应变计变形特点： 金属丝敏感栅受力变形，电阻丝的电阻发生改变，有KLLKRR式中：K为比例常数（应

5、变计灵敏系数）2.3 2.3 电阻应变仪工作原理电阻应变仪工作原理2 应变测试技术应变测试技术电阻应变测试系统组成：电阻应变测试系统组成： 电阻应变计(传感元件) 电阻应变仪(测试系统) 数据记录装置2.3 2.3 电阻应变仪工作原理电阻应变仪工作原理2 应变测试技术应变测试技术工作原理：工作原理： 将电阻应变计电阻的变化转换为电压信号的变化，是通过电桥（惠斯顿电桥）来实现的。2.3 2.3 电阻应变仪工作原理电阻应变仪工作原理2 应变测试技术应变测试技术工作原理工作原理 1，2，3，4分别为工作电阻，组成四个桥臂，AC端为输入电压， BD端为输出电压BD。211RRUI432RRUI2 应变

6、测试技术应变测试技术工作原理工作原理 通过ADC的电流为 BD两点的电位差)(432142314211RRRRRRRRURIRIUUUADABBD 通过ABC的电流为2 应变测试技术应变测试技术工作原理工作原理电桥平衡：即BD0。则有平衡条件 1 13 3= =2 24 4 如果1234，且仅其中一工作有 增量（1/4桥单点测量），则UKURRURRRURRRRRRRUBD4141242)2()(22 应变测试技术应变测试技术工作原理工作原理如果1234，且受力变形后分别产 生的电阻增量为1、2、3、4 （全桥），则有)(41)(41432144332211UKRRRRRRRRUUBD2 应变

7、测试技术应变测试技术数字电阻应变仪数字电阻应变仪 BD与（1234）成正比，经标标定定，将电压量转换成应变。2 应变测试技术应变测试技术电阻应变仪（图片）电阻应变仪（图片）各类电阻应变仪工作原理基本相同2.4 2.4 测量电桥的接法测量电桥的接法2 应变测试技术应变测试技术不同接线方式（依赖于结构受力）之目的: 有效实现温度补偿； 从复杂的组合应变中分离出感兴趣的应变； 有效提高测量精度。 2.4 2.4 测量电桥的接法测量电桥的接法2 应变测试技术应变测试技术电阻应变仪测量分全桥、半桥、1/4桥接法 全桥 半桥 2.4 2.4 测量电桥的接法测量电桥的接法(注意其区别）2 应变测试技术应变测

8、试技术全桥测量时，应变仪读数读数为 r=1-2+3-4 1/4桥测量时，应变仪读数读数为 r=1 半桥测量时，应变仪读数读数为 r=1-2 应变仪读数读数经标定标定，将电压量转换成应变。2.4 2.4 测量电桥的接法测量电桥的接法2 应变测试技术应变测试技术联接方式联接方式R1R2R3R4结结 果果全全 桥桥1+T2+T3+T4+T12+34半半 桥桥1+T2+T00121/4桥桥1+TT0012 应变测试技术应变测试技术广义虎克定律（弹性理论）)(1zyxxE)(1xzyyE)(1yxzzE2.4 2.4 测量电桥的接法测量电桥的接法2 应变测试技术应变测试技术拉伸变形：桥臂连接（全桥）精度

9、提高？ 2.4 2.4 测量电桥的接法测量电桥的接法2 应变测试技术应变测试技术EE12111111221EE1112r122222r122.4 2.4 测量电桥的接法测量电桥的接法2 应变测试技术应变测试技术Question： 半桥如何联接，可否提高精 度？提高了多少？1/4桥如何接?可否提高精度?按右图连接?提高精度多少?2.4 2.4 测量电桥的接法测量电桥的接法2 应变测试技术应变测试技术图示连接提高精度多少?14321)1 ( 2r122.4 2.4 测量电桥的接法测量电桥的接法2 应变测试技术应变测试技术圆筒扭转2 应变测试技术应变测试技术圆筒扭转圆筒扭转 2 应变测试技术应变测试

10、技术应变花计算公式24502045454512122450204545452212)2arctan(21454504545)(12121E)(11222E2 应变测试技术应变测试技术2.5 2.5 桥臂接法训练桥臂接法训练2 应变测试技术应变测试技术Exercise： 悬臂梁受力弯曲 Note: R(3)、2(4)间距是否影响测试结果(等强度梁)？2 应变测试技术应变测试技术Exercise：悬臂梁受力弯曲桥臂连接方式 2.5 2.5 桥臂接法训练桥臂接法训练2 应变测试技术应变测试技术Exercise：悬臂梁受力弯曲桥臂连接方式 2.5 2.5 桥臂接法训练桥臂接法训练2 应变测试技术应变测

11、试技术Exercise：悬臂梁受力弯曲桥臂连接方式 2.5 2.5 桥臂接法训练桥臂接法训练2 应变测试技术应变测试技术Exercise：悬臂梁受力弯曲桥臂连接方式 2.5 2.5 桥臂接法训练桥臂接法训练2 应变测试技术应变测试技术影响应变测试结果长期稳定性的因素： a)传感器与基体的粘结程度(剪力传递）； b)导线接触电阻； c)测试系统零漂（传感器通电发热）。1/4桥的逐点补偿和公共补偿。温度补偿片的工作原理及使用条件。传导线是否需用屏蔽线？2.6 2.6 电阻应变测试中应注意的若干问题电阻应变测试中应注意的若干问题（1）2 应变测试技术应变测试技术超长导线测试结果为什么要修正（原理）？

12、 金属基体与混凝土基体选用应变计的区别。应变计的动态特性。半桥和1/4桥接线的主要区别。为何电阻应变片电阻值选在120左右？2.6 2.6 电阻应变测试中应注意的若干问题电阻应变测试中应注意的若干问题（2）2 应变测试技术应变测试技术测试系统误差；应变传感器粘贴工艺；材料弹性模量误差；计算公式与数据分析处理误差。 Question?Question? 应变测量误差来源：应变测量误差来源：2 应变测试技术应变测试技术2 应变测试技术应变测试技术 2 应变测试技术应变测试技术 2 应变测试技术应变测试技术A上B上C上D上B下混凝土箱梁根部传感器布置示意图2 应变测试技术应变测试技术大作业1、自行设

13、计一结构，合理地选用1/4桥、半桥 和全桥，正确运用温度补偿。2、论述电阻应变计温度补偿片的工作原理及使 用条件。 2 应变测试技术应变测试技术钢弦传感器2 应变测试技术应变测试技术2.7 2.7 钢弦应变计与光纤光栅应变计钢弦应变计与光纤光栅应变计钢弦传感器应用2 应变测试技术应变测试技术2.7.1 2.7.1 钢弦应变计钢弦应变计钢弦传感器应用2 应变测试技术应变测试技术2.7.1 2.7.1 钢弦应变计钢弦应变计波纹管钢弦传感器支架激励源钢弦丝2 应变测试技术应变测试技术钢弦传感器结构示意图2.7.1 2.7.1 钢弦应变计钢弦应变计 理想柔索柔索横向振动时（相当两端铰支）特点：特点：r

14、r1式中：T 柔索内力(N)， A柔索单位长度的质量(kg/m)， l 柔索长度(m)， r 柔索第阶圆频率(1/s), f1 柔索第1阶固有频率(Hz)。 2 应变测试技术应变测试技术21222224fAlrAlTr钢弦传感器2 应变测试技术应变测试技术 斜拉索横向振动实测响应频谱图2.7.1 2.7.1 钢弦应变计钢弦应变计 理想柔索柔索横向振动时2 应变测试技术应变测试技术钢弦传感器)22(411221dfflldlfAdT)( 211fdfldlTdT Question:力T与频率f的平方成正比（确定结构）。但当 传感器受力变形时，力T与频率f还满足上述关 系吗？结构发生了变化。EAA

15、fAlT2124 理想柔索柔索横向振动时2 应变测试技术应变测试技术频率 /HZ频率 /100应变 /拟合值 /误差 /203220.320-0.70.69197419.747576.4-1.45191419.14155154.90.12185218.52235234.40.59178817.88315314.80.19172217.22395395.8-0.83165216.52480479.60.42157915.79565564.40.58150215.02650651.0-1.00142014.20740739.80.21133313.33830830.00.04试验标定值与曲线拟合试

16、验标定值与曲线拟合计算值那一个更准确？计算值那一个更准确？特点： 用于混凝土结构应变测试，稳定性较好；用于混凝土结构应变测试，稳定性较好； 数值特征信号，理论上与导线长度无关；数值特征信号，理论上与导线长度无关； 由于弦丝蠕变，测试结果待修正；由于弦丝蠕变，测试结果待修正； 混凝土材料收缩徐变，测试结果要修正。混凝土材料收缩徐变，测试结果要修正。2 应变测试技术应变测试技术钢弦传感器热敏电阻温度传感器光纤光栅温度传感器2 应变测试技术应变测试技术光纤光栅传感器2 应变测试技术应变测试技术光纤光栅压缩拉伸2 应变测试技术应变测试技术芯层包层d入射光波折射率 n1折射率 n2折射率 n2选择性反射

17、光波选择性反射光波2nd透射光波d+d入射光波2 应变测试技术应变测试技术 特点：可用于电阻应变计适用的一切场合；数值特征信号，传输距离远，稳定性较好；抗爆、抗磁，赖腐蚀等；由于光纤材料的蠕变，用于混凝土构件测试时， 考虑到混凝土收缩徐变，测试结果要修正；温度补偿。2 应变测试技术应变测试技术光纤光栅应变传感器 2 应变测试技术应变测试技术机械式应变测量平均应变:（L1-L0)/L0 钢弦应变计最显著的优点？光纤光栅应变计最显著的优点？应变测试的基本方法有哪几种？2 应变测试技术应变测试技术Question 吊杆内力测量2.8 2.8 拉索拉索/ /吊杆内力测试吊杆内力测试其它检测技术问题 2

18、.8 2.8 拉索拉索/ /吊杆内力测试吊杆内力测试斜拉索内力测量其它检测技术问题 动力测试系统其它检测技术问题 加速度响应频谱图2.8 2.8 拉索拉索/ /吊杆内力测试吊杆内力测试其它检测技术问题 22222)(lrEIrAlTr当斜拉索当斜拉索/吊杆吊杆两端铰支两端铰支时，其内力为时，其内力为式中：式中：T T斜拉索内力，斜拉索内力，A A斜拉索单位长度的质量，斜拉索单位长度的质量， l l斜斜拉索长度，拉索长度， EIEI斜拉索横向抗弯刚度，斜拉索横向抗弯刚度， r r斜斜拉索第阶固有频率。拉索第阶固有频率。2.8 2.8 拉索拉索/ /吊杆内力测试吊杆内力测试其它检测技术问题 222222)4(1lEIrfAlrTr2222141216AlffT其它检测技术问题 为消除弯曲刚度对内力的影响，由为消除弯曲刚度对内力的影响，由r2f