03结构试验量测技术

1、4月月8日：常熟市政府有关部门首次接到居日：常熟市政府有关部门首次接到居民反映民反映房屋出现裂缝房屋出现裂缝，当即启动应急程序。，当即启动应急程序。4月月19日：日：江苏省建设工程质量检测中心江苏省建设工程质量检测中心“进驻进驻”五星二区，发现房屋五星二区，发现房屋沉降速度沉降速度“超常规超常规”地快。地快。4月月22日：常熟市政府官方微博日：常熟市政府官方微博“常熟发布常熟发布”发布消息：房屋存在明显严重隐患，政府组发布消息：房屋存在明显严重隐患，政府组织居民织居民撤离撤离。4月月27日日：“常熟发布常熟发布”发布消息：五星二发布消息：五星二区区13幢房屋裂缝沉降急剧突变，当天下午，该幢房屋

2、裂缝沉降急剧突变，当天下午，该房屋发生结构坍塌，现场无人员伤亡。房屋发生结构坍塌，现场无人员伤亡。4月月27日：日：“常熟发布常熟发布”更新微博：五星二更新微博：五星二区区13幢房屋承重结构严重破坏并出现坍塌，必幢房屋承重结构严重破坏并出现坍塌，必须立即依法组织拆除。须立即依法组织拆除。4月月28日：日：“常熟发布常熟发布”发布通告：对常熟发布通告：对常熟市五星二区市五星二区13幢组织实施拆除。幢组织实施拆除。快讯快讯:宁波奉化一居民楼发生宁波奉化一居民楼发生粉碎性倒塌粉碎性倒塌奉化奉化20年房龄居民楼倒塌年房龄居民楼倒塌 年前已鉴定年前已鉴定为为c级危房级危房浙江奉化坍楼损失浙江奉化坍楼损失

3、 谁该埋单谁该埋单 奉化塌楼奉化塌楼2责任人被刑拘责任人被刑拘1人取保人取保 浙江奉化塌楼调查：浙江奉化塌楼调查：5年两起塌楼事件涉同一房企年两起塌楼事件涉同一房企结构试验结构试验模拟结构在模拟结构在实际受力工作状态实际受力工作状态下的下的反应反应对试验对象对试验对象施加荷载施加荷载量测量测应变、力、裂缝、应变、力、裂缝、位移、速度、加速度位移、速度、加速度等等第四章第四章 结构试验量测技术结构试验量测技术概述概述应变量测应变量测力的量测力的量测位移与变形量测位移与变形量测裂缝的测定裂缝的测定加速度的测定加速度的测定1、人工测量、人工记录、人工测量、人工记录(量结构的尺寸量结构的尺寸)2、仪器

4、测量、人工记录、仪器测量、人工记录(千分表测应变千分表测应变)3、仪器测量、仪器记录、仪器测量、仪器记录(应变仪测应变应变仪测应变)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(智能数据采集系统智能数据采集系统)概述概述试验数据的量测与采集方法试验数据的量测与采集方法从简单到复杂、从单一学科到各学科互相渗透、从低级到从简单到复杂、从单一学科到各学科互相渗透、从低级到高级的过程。高级的过程。量测系统的基本组成单元量测系统的基本组成单元敏感元件敏感元件传感器传感器敏感元件敏感元件控制装置控制装置指示记录系统指示记录系统应变片应变片应变信号转换应变信号转换为电阻

5、值的变为电阻值的变化化测量桥路测量桥路将电阻值变化转将电阻值变化转换成电流或电压换成电流或电压信号信号电阻应变仪电阻应变仪对测量信号进行对测量信号进行控制、控制、放大放大、显、显示或记录的装置示或记录的装置显示器显示器显示所测数据，显示所测数据，分为模拟显示和分为模拟显示和数字显示数字显示试件试件荷载荷载传感器传感器敏感元件敏感元件控制装置控制装置传感器传感器敏感元件敏感元件量测仪器的分类量测仪器的分类按按分类分类传感器传感器：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）转变应变等）转变成电信号；成电信号；放大器：放大器：将传感器传来的信号进行放大，使之可以被显将传感器传

6、来的信号进行放大，使之可以被显示和记录；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。量测仪器的分类量测仪器的分类按按 机械式机械式仪器：仪器：纯机械传动、放大和指示纯机械传动、放大和指示(千分表千分表) 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 (电测千分表、位移计电测千分表、位移计) 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 (水准仪

7、水准仪) 复合式仪器：复合式仪器：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量测仪器的分类应变计：应变计：用来测量应变；用来测量应变；测测力传感器：力传感器：用来测量荷载用来测量荷载；位移传感器：位移传感器：用来测量位移用来测量位移；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、速度和测量结构振动的位移、速度和加速度。加速度。结构结构试验通常量测的参

8、数有哪些试验通常量测的参数有哪些？按用途按用途分分按按仪器与结构的关系仪器与结构的关系分分附着附着式与式与手持式手持式接触式与接触式与非接触式非接触式绝对式与相对式绝对式与相对式量测仪器的分类量测仪器的分类按按仪器显示与记录方式仪器显示与记录方式分分直直读式与自动记录式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量测仪器的分类分类量测仪表的性能指标量测仪表的性能指标量程：量程：仪表所能量测的仪表所能量测的最小最小至至最大最大的量值范围。的量值范围。滞后：滞后：在恒定的环境条件下，仪器在整个量测范围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的最大偏差值或内，从

9、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。该值与量程的百分比。精确度：精确度：仪表的仪表的指示值指示值与与被测值被测值的符合程度，常用的符合程度，常用满程相对误差表示。满程相对误差表示。灵敏度：灵敏度：被测量的被测量的单位变化单位变化引起仪器引起仪器示值的变化示值的变化值。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的仪器的指示或显示装置所能指出的最最小测量小测量值。值。量测仪表的性能指标量测仪表的性能指标量程：量程：仪表所能量测的仪表所能量测的最小最小至至最大最大的量值范围。的量值范围。量程：量程：0100 量测仪表的性能指标量测仪表的性能指标最小分度值：最小分度

10、值：仪器的指示或显示装置所能指出的仪器的指示或显示装置所能指出的最最小测量小测量值。值。量程：量程：0100 最小分度值：最小分度值：0.1量测仪表的性能指标量测仪表的性能指标量程：量程：0100 最小分度值：最小分度值：0.1精确度：精确度：当前测量值当前测量值65.7，实际精确值实际精确值 65.5，则精确，则精确度度=（65.7-65.5）/100=0.2%精确度（精确度（/ /测量精度测量精度/ /准确度）：准确度）：仪表的仪表的指示值指示值与与被测被测值值的符合程度，常用满程相对误差表示。的符合程度，常用满程相对误差表示。量测仪表的性能指标量测仪表的性能指标量程：量程：0100 最小

11、分度值：最小分度值：0.1精确度：精确度：当前测量值当前测量值65.7，实际精确值实际精确值 65.5，则精确，则精确度度=（65.7-65.5）/100=0.2%灵敏度：灵敏度：200mm/100=2mm/灵敏度：灵敏度：被测量的被测量的单位变化单位变化引起仪器引起仪器示值的变化示值的变化值。值。量测仪表的性能指标量测仪表的性能指标滞后：滞后：将该温度计置于冰水将该温度计置于冰水混合物中煮开再降为冰水混混合物中煮开再降为冰水混合物，如显示合物，如显示1，则称该，则称该温度计的滞后为温度计的滞后为1。滞后：滞后：在恒定的环境条件下，仪器在整个量测范围在恒定的环境条件下，仪器在整个量测范围内，从

12、起始值到最大值来回输出中的最大偏差值或内，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。该值与量程的百分比。温度计温度计量程：量程：0100 最小分度值：最小分度值：0.1精确度：精确度：当前测量值当前测量值65.7，实际精确值实际精确值 65.5，则精确，则精确度度=（65.7-65.5）/100=0.2%灵敏度：灵敏度：200mm/100=2mm/滞后：滞后：将该温度计置于冰水将该温度计置于冰水混合物中煮开再降为冰水混混合物中煮开再降为冰水混合物，如显示合物，如显示1，则称该，则称该温度计的滞后为温度计的滞后为1。ll千分表量测应变千分表量测应变 llp2 2 应变量测应变量

13、测电阻应变计（简称应变片）电阻应变计（简称应变片）电阻应变计的测量电路电阻应变计的测量电路应变片的粘贴技术应变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引线覆盖层基片电阻丝式敏感栅lb电阻应变计原理及构造电阻应变计原理及构造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,k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

14、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l电阻应变片的分类电阻应变片的分类按栅极分按栅极分丝式丝式箔式箔式半导体半导体纸基纸基胶基胶基低温低温常温常温高温高温金属丝电阻金属丝电阻lra一个长度为一个长度为l，截面积为，截面积为a，电阻率，电阻率为为的导体的导体当电阻丝受到拉力当电阻丝受到拉力f作用时，作用时， 将伸长将伸长l，横截面积相应，横截面积相应减小减小a，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了变了d，从而引起电阻值相对变化量为，从而引起电阻值相对变化量为 dadaldlrdrn轴向应变轴向应变ldlrdrada2l

15、dlrdrn径向应变径向应变式中式中, 为电阻丝材料的泊松比，为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变轴向方向相反。负号表示应变轴向方向相反。 代入得代入得:通常把通常把单位应变单位应变能引起的电阻值变化称为能引起的电阻值变化称为电阻丝的电阻丝的灵敏系数灵敏系数。物理意义是物理意义是单位应变单位应变所引起的所引起的电阻相对变化量电阻相对变化量。012ddrrk 0(12 )drdkr 对于金属材料，对于金属材料， 1+2 （d/）/;大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即与应变成正比，即k为常数为常数。012ddrrk 应变

16、片受力后材料应变片受力后材料几何尺寸的变化几何尺寸的变化应变片受力后材料的应变片受力后材料的电阻率发生的变化电阻率发生的变化ed用用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效压阻效应应。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时，。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时， 其其电阻率电阻率发生变化的现象。发生变化的现象。 半导体应变片半导体应变片)21 (erdrerdrkdrdr)21 (12e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，

17、由，由= l/l求得求得平均应变平均应变 。标距标距l的选择原则：的选择原则：根据根据应力的均匀性应力的均匀性和和材料的材料的均质性均质性选择，应力梯度大，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，l4dmax。粘贴在混凝土上的应变片粘贴在混凝土上的应变片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u2 2 应变量测应变量测电阻应变计（简称应变片）电阻应变计（简称应变片）应变片的粘贴技术应变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测量电路的引入测量电路的引入电阻应变计电阻应变计电阻应变仪电阻应变仪测量电路测量电路电阻应变

18、量测的基本公式电阻应变量测的基本公式(1)141234()bdbadaacrruuuurrrr4231rrrr初始平衡条件：111rrr当电阻应变片变化时，忽略分母中的项：)rr)(rr(rrrruu43214231acbd1324131234r()()bdacr rr rruurrrr电阻应变量测的基本公式电阻应变量测的基本公式(2)1324131234rr()()bdacr rr rruurrrr假定初始电阻相同且都为 ，则式变为11 1rk,r又因为所以：；那么：、为如果电阻的变化量依次4321rrrr)rr)(rr(rrrrrrrrrrrruu4321424231314231acbd)

19、(ku41u4321acbd1r4rbdacuu1 114bdacuuk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金时，温贴在钢结构上的应变片，当应变片的电阻丝为镍铬合金时，温度变动度变动1度，如果不进行补偿，将引起应力的偏差为度，如果不进行补偿，将引起应力的偏差为14.7mpa。温度补

20、偿技术温度补偿技术温度温度补偿补偿的方法：的方法：(1)温度补偿应变片法温度补偿应变片法; ;(2)工作片自补偿法工作片自补偿法。温度补偿技术温度补偿技术温度补偿应变片法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相同规格相同规格的应变片（温的应变片（温度补偿片）度补偿片）r2，r2粘贴在与试件粘贴在与试件材料相同材料相同的补偿块的补偿块上，补偿块置于与试件测点上，补偿块置于与试件测点相同的温度场相同的温度场中。该方中。该方法适用于大部分场合。法适用于大部分场合。121()41 ()41 4bdttkukukuu读温度补偿应变片法温度补偿应变片法 r1r2读某些结构或构件，

21、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，比例关系比例关系已知已知，温度条件温度条件又相同的又相同的二个或四个（偶数个）二个或四个（偶数个）测测点，可以将这些应变片按照符号不同，分别接在相点，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，又互为温度补应的邻臂上，它们既是工作应变片，又互为温度补偿。偿。温度温度补偿技术补偿技术工作应变片自补偿法工作应变片自补偿法121()41 41 24bdttkukukuu 12341()41 44bdkukuu2个测点：个测点：4个测点：个测点：工作应变片自补偿法工作应变片自补偿法r1r212 () 2tt 读工作应变片

22、自补偿法工作应变片自补偿法1234 4读r4141kubdu桥桥)(4121kubdu半桥半桥全桥全桥实用桥路及其应用实用桥路及其应用ubdku141234()全桥桥路：全桥桥路：电桥中的四个桥臂上均为工作片。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，另三个桥臂为固定电阻。为工作片，另三个桥臂为固定电阻。接桥方法确定的原则接桥方法确定的原则：在满足特殊要求的条件下，选择测：在满足特殊要求的条件下，选择测量电

23、桥量电桥输出电压高输出电压高、桥臂系数大桥臂系数大、能实现、能实现温度互补温度互补且且便于便于分析分析的接桥方法。的接桥方法。实用桥路及其应用实用桥路及其应用)(ku41u4321acbd14bdacauuk多点测量线路多点测量线路实用桥路及其应用实用桥路及其应用u2 2 应变量测应变量测电阻应变计（简称应变片）电阻应变计（简称应变片）电阻应变计的测量电路电阻应变计的测量电路应变的其他量测方法与仪表应变的其他量测方法与仪表应变片粘贴技术应变片粘贴技术1. 应变片检查分选应变片检查分选 特别注意同一试验的应变片批号最好一致（灵敏系特别注意同一试验的应变片批号最好一致（灵敏系数数k相同）。相同）。

24、 同一测区的应变片阻值基本一致（在仪器的可调范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围内能满足初始平衡条件r1r3 =r2r4。2. 测点处理测点处理 测点表面应平整、无锈、无浮浆。测点表面应平整、无锈、无浮浆。 测点表面用酒精或丙酮清洗。测点表面用酒精或丙酮清洗。 混凝土混凝土表面一般用环氧树脂打底抹平。表面一般用环氧树脂打底抹平。 测点位置准确，应变片测点位置准确，应变片长边方向长边方向与所测应变与所测应变方向相同。方向相同。应变片粘贴技术应变片粘贴技术3. 应变片粘贴应变片粘贴 粘贴用胶一般为粘贴用胶一般为502等等快干胶快干胶或环氧树脂类或环氧树脂类慢干胶慢

25、干胶。快干胶适用于快干胶适用于短期短期量测，防潮性能较环氧树脂差、操量测，防潮性能较环氧树脂差、操作时间短。慢干胶在粘贴后需要较作时间短。慢干胶在粘贴后需要较长时间长时间（24小时）小时）的固化时间，期间需加压、加温以促使固化。的固化时间，期间需加压、加温以促使固化。应变片粘贴技术应变片粘贴技术4. 固化处理固化处理 自然干燥：自然干燥：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（环氧树天（环氧树脂类慢干胶）。脂类慢干胶）。 人工固化：人工固化：气温低、湿度大，在自然固化气温低、湿度大，在自然固化12小时后用人工加温小时后用人工加温（环氧树脂类慢干胶）。（环氧树脂类慢

26、干胶）。应变片粘贴技术应变片粘贴技术5. 粘贴质量检查粘贴质量检查 粘贴牢固，位置、方向准确。粘贴牢固，位置、方向准确。 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。 电阻应变片与试件间的电阻应变片与试件间的达到达到50m以以上，在恶劣环境应达到上，在恶劣环境应达到500m以上。以上。应变片粘贴技术应变片粘贴技术6. 导线连接导线连接 保证引出线不与试件形成短路。保证引出线不与试件形成短路。 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。 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。应变片粘贴技术应变片粘贴技术7

27、. 防潮防护防潮防护 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。 长期观测长期观测或在或在潮湿环境潮湿环境下必须进行防潮处理，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。 粘贴在钢筋上粘贴在钢筋上浇灌入混凝土时，必须用纱布浇灌入混凝土时，必须用纱布和环氧树脂密封，防止混凝土浇筑过程中损和环氧树脂密封，防止混凝土浇筑过程中损坏电阻应变片。坏电阻应变片。应变片粘贴技术应变片粘贴技术用硅橡胶密封后的应变片用硅橡胶密封后的应变片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1. 应变片检查分选应变片检查分选2. 测点处理测点处理3. 应变片粘贴应变片

28、粘贴4. 固化处理固化处理5.粘贴质量检查粘贴质量检查6.导线连接导线连接7. 防潮防护防潮防护应变片粘贴技术应变片粘贴技术p3 3 荷载量测荷载量测应变式力传感器应变式力传感器拉压传感器原理拉压传感器原理ukupaaebdabbccddabcdaabcd 14()每个桥路上粘有每个桥路上粘有2个应变片，目的是个应变片，目的是消除传感器受力偏消除传感器受力偏心所产生的影响。心所产生的影响。1()41 2(1)4bdukuku 123456781()41 (44)41 4(1)4bdukukuku )(41dacdbcabbdkuu几种常用的荷载量测传感器几种常用的荷载量测传感器v 柱式力传感器

29、柱式力传感器v 筒式压力传感器筒式压力传感器v 梁式力传感器梁式力传感器v 环环式力传感器式力传感器v 轮辐式力传感器轮辐式力传感器柱式柱式力传感器力传感器筒式压力传感器筒式压力传感器梁式梁式力传感器力传感器v 等截面梁：等截面梁： 悬臂梁的悬臂梁的横截面积横截面积处处相等，所以称等截面梁。处处相等，所以称等截面梁。 当外力当外力f f作用在梁的自由端时，固定端产生的应作用在梁的自由端时，固定端产生的应 变最大，粘贴在应变片处的应变为：变最大，粘贴在应变片处的应变为：026flbh e式中：式中：l0是梁上应变片至自由端距离，是梁上应变片至自由端距离， b、h 分别为梁的宽度和梁的厚度。分别为

30、梁的宽度和梁的厚度。 v 等强度梁：等强度梁： 悬臂梁长度方向的截面积按一定规律变化，是一种特悬臂梁长度方向的截面积按一定规律变化，是一种特殊形式的悬臂梁。殊形式的悬臂梁。 当力作用在自由端时，力距作用点任何截面积上应力当力作用在自由端时，力距作用点任何截面积上应力相等，应变片的应变大小为：相等，应变片的应变大小为：26flbh e梁式梁式力传感器力传感器l 顺顺梁的梁的方向上下方向上下各贴两各贴两只；只；l 四个应变片组成全桥。四个应变片组成全桥。上面两个受压时下面两个上面两个受压时下面两个受受拉。拉。l 这种传感器适用于测量这种传感器适用于测量500kg500kg以下荷重。以下荷重。l 问题：根据等强度梁工作问题：根据等强度梁工作原理和电桥，设计一个梁原理和电桥，设计一个梁式力传感器。式力传感器。梁式梁式力传感器力传感器悬臂梁应变式电子秤悬臂梁应变式电子秤上下表面的上下表面的应变应变片片也随之拉伸和也随之拉伸