公路工程试验检测(桥梁)-第2章 桥梁检测仪器

1、1公路工程试验检测考试公路工程试验检测考试桥梁部分：桥梁部分：第第2章章 检测仪器2第二章第二章 桥梁工程结构试验检测仪器设备桥梁工程结构试验检测仪器设备3一、仪器性能的基本技术指标仪器性能的基本技术指标1测量精度：测量精度系指仪器所具有的可读数能力（最小分辨率）。2量程：仪器的最大测量范围（在动态测试中称作动态范围）。3灵敏度：被测物理量的单位变化引起的仪器读数值（输出与输入的比 值）叫做灵敏度，数值上它与精度互为倒数。4信噪比（S/N）：仪器测得的信号中信号（Signal）与同时测得的噪声 （Noise）的比值，称作信噪比。信噪比越大，测量效果越好。5稳定比：仪器稳定性指仪器较长时间使用或

2、受环境条件干扰影响时， 其指示值的稳定程度。基本技术指标基本技术指标46误差：（1）绝对误差； （2）相对误差：7试验仪器标定和校准 出厂必须经过国家认可的计量论证或检测标定，并出具仪器性能指标说明； 使用过程中还需要定期（每一年或半年一次）对仪器主要技术指标进行标定或校准。一、仪器性能的基本技术指标仪器性能的基本技术指标桥梁试验检测对仪器设备的要求桥梁试验检测对仪器设备的要求 （1）性能（如精度、量程等）能够满足桥梁结构（野外、室内）试验的具体要求。 （2）使用时不影响原结构的受力性能和工作情况。 （3）使用方便、结构可靠、经济耐用。5二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器序号参数机械式仪器电

3、（声光）测仪器1应变应变千分表、引伸仪、手千分表、引伸仪、手持应变仪持应变仪电阻应变计、电阻应变仪、数据采集电阻应变计、电阻应变仪、数据采集器、数据采集系统器、数据采集系统2变位变位千分表、百分表、挠千分表、百分表、挠度计度计位移计、水准仪、经纬仪、全站仪、位移计、水准仪、经纬仪、全站仪、测距仪测距仪3裂缝裂缝读数尺读数尺超声波探测仪、读数显微镜、数码裂超声波探测仪、读数显微镜、数码裂缝检测仪缝检测仪 桥梁静、动荷载试验仪器分类表桥梁静、动荷载试验仪器分类表6机械式测试仪器机械式测试仪器: : 优点：准确度高，对环境适应性强，读数有一定的灵敏度，可靠直观，可重复使用，其性能在多方面能满足桥梁试

4、验检测要求。 缺点：灵敏度较差，不便于远距离操作，难以自动测量与记录。电测仪器：电测仪器： 特点：是发展更新块，精度比较高，量程也比机械式大的多，目前在许多方面已基本取代机械式仪器。二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器71 1、引伸计、引伸计: : 千分表引伸计：千分表引伸计：使用方便，标距L任意可调（最大可做到500mm，测量精度可达到2，量程1000）。二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备单选题单选题：用手持应变仪测应变，其：用手持应变仪测应变，其L=0.001mm，L=160mm，其，其应变值为（应变值为（ ） 6.25 6.2510-5 1.

5、6 1.610-5提示：应变的计算公式提示：应变的计算公式=L/L82 2、电阻应变片（计）电阻应变片（计） (1)原理： 应变 应力、应变的关系 构件应力二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备 工作原理：工作原理：将电阻应变计粘贴在被测构件表面上，当构件发生变形时，应变计与构件一起变形，致使应变计的电阻值发生相应的变化；通过电阻应变测量装置，可将这种变化测量出来，换算成应变值或者输出与应变成正比的模拟电信号，用记录仪器记录下来或直接存入计算机，进行处理得到所需要的应力、应变。是电阻应变测量技术中是电阻应变测量技术中9电阻应变计公式电阻应变计公式二、桥

6、梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备1) 1)单位应变所造成的相对电阻变化单位应变所造成的相对电阻变化2)2)电阻应变计输出信号与输入信号在数量上的关系电阻应变计输出信号与输入信号在数量上的关系3)3)电阻变化率对应变的灵敏度电阻变化率对应变的灵敏度4)4)10提示：电阻的概念提示：电阻的概念单选题：应变片的电阻值是指( )A 在没有安装,也不受外力的情况下,于室温下测定的电阻值.B 应变片粘贴到构件表面上后的电阻值,因为它考虑了其他因素的影响.C 上述两种方法的平均值D 应变片在没有安装,室温下,受标准力作用下的电阻值.A电阻应变仪的输出单位为微应变，一

7、个应变等于( )。 A.1103 B.110-3 C. 110-6 D.1106提示：电阻应变仪可以精确地分辨出1X10-6应变。C11(2)(2)电阻应变片（计）优点电阻应变片（计）优点二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备 灵敏度高。电阻应变仪可以精确地分辨出灵敏度高。电阻应变仪可以精确地分辨出1 x 10-6应变。应变。电阻片尺寸小且粘贴牢固。电阻片尺寸小且粘贴牢固。电阻片质量小。电阻片质量小。可以在高温（可以在高温（800-100）、低温（）、低温（-100-70）、高压（上万个大气）、高压（上万个大气压）、高速旋转（几千转压）、高速旋转（几千

8、转mm-几万转几万转mm）、核幅射等特殊条件下成）、核幅射等特殊条件下成功的使用。功的使用。便于长距离测量和采集记录自动化。便于长距离测量和采集记录自动化。可制成各种各样精度很高的传感器，以测量力、位移、加速度等力学量。可制成各种各样精度很高的传感器，以测量力、位移、加速度等力学量。12二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备 丝式应变计，阻值为丝式应变计，阻值为50400欧。欧。箔式应变计，阻值为箔式应变计，阻值为601000。应变花，测试结构的平面应力和平面应变。应变花，测试结构的平面应力和平面应变。(3)(3)电阻应变片（计）种类电阻应变片（计）种

9、类13(3)(3)电阻应变片（计）选用电阻应变片（计）选用二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备 根据被测试件所处的环境条件、材料的匀质程度、重要程度、应变范围综根据被测试件所处的环境条件、材料的匀质程度、重要程度、应变范围综合考虑。主要是把握合考虑。主要是把握标距和种类标距和种类。 标距：匀质的或局部应力集中梯度比较大的，选用小标距的；标距：匀质的或局部应力集中梯度比较大的，选用小标距的； 非匀质的或局部应力集中梯度小的，选用大标距的。非匀质的或局部应力集中梯度小的，选用大标距的。 标距可结合试件的材料来选定，如钢材常用标距可结合试件的材料来选定，如

10、钢材常用2mm（520）mm混凝土则用混凝土则用10mm（80100）mm。石材用。石材用2040mm。一般的结构试验，一般的结构试验，采用采用120纸基金属丝应变片就可满足试验要求。纸基金属丝应变片就可满足试验要求。1.对于混凝土结构一般采用对于混凝土结构一般采用12012纸基金属丝应变片，标距为纸基金属丝应变片，标距为(B) 采用采用120g纸基金属丝应变片就可满足试验要求。纸基金属丝应变片就可满足试验要求。其标距可结合其标距可结合试件的材料来选定，如钢材常用试件的材料来选定，如钢材常用520mm，混凝土则用，混凝土则用40150mm，石材用，石材用2040mm。A. 5200mm B.

11、40150mm C. 2040mm D. 5到到202.对钢筋混凝土梁表面进行正应力检测，应选贴( )。A、应变花 B2mm标距单轴应变片C、5-20mm标距单轴应变片 D40-150mm标距单轴应变片3在材料不均匀、强度不等的材料如混凝土上应选用( )的应变片。A大标距 B、小标距 C、介于大小标距之间 D任意标距DC提示提示:教材教材P2315（4）粘贴）粘贴二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备粘贴剂：快干胶: 501快干胶和502快干胶 热固性树脂胶: 环氧树脂胶（5）粘贴技术或者步骤）粘贴技术或者步骤 16a.选片选片。用放大镜对应变片进行检

12、查，保证选用的应变片无缺陷和破损，好的应变计丝栅平直整齐、均匀、无气泡、无霉、无锈蚀，基底和覆盖层无破损，且同批误差小于0.5。b.表面处理。表面处理。先初步画出贴片位置、用砂布或砂轮机将贴片位置打磨平整，混凝土表面无浮浆，必要时涂底胶处理，待固化后再次打磨。打磨方向与贴片方向斜交，在打磨平整的部位准确画出测点的纵、横中心及贴片方向。(混凝土) 钢构件：可用砂轮片、钢丝刷等对试件去锈，去锈的长度比应变计长2 -3 倍。螺纹钢筋在不损伤有效面积的条件下，磨去几个螺纹。去锈以后，需用砂纸(先粗后细)或各向磨光机抛光，使光洁度达到要求。抛光结束前的砂削方向应与贴片方向斜交（不要平行) 。二、桥梁荷载

13、试验仪器桥梁荷载试验仪器17c.贴片。贴片。用镊子夹脱脂棉球蘸酒精（或丙酮）将贴片位置清洗干净。用手握住应变片引出线，在其背面均匀涂抹一层胶水，然后放在测点上，调整应变片的位置，使其可准确定位。d.进行干燥处理和质量检查粘贴效果。进行干燥处理和质量检查粘贴效果。 干燥方法：干燥方法：自然干燥，温度大于15度，相对湿度60%，时间24h。 人工干燥，红外灯泡或电吹风，温度50度，1h。 粘贴质量：粘贴层的好坏、几何位置、粘贴层是否有气泡、引出线完整、引出线的绝缘度（至少100 ，时间长应在200 以上）。e.应变片的防护。应变片的防护。涂防护层，以防止应变片受潮和机械损伤;f.应变片导线连接。应

14、变片导线连接。二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器18单选题：单选题：电阻应变绝缘电阻值（绝缘度值）至少要大于（电阻应变绝缘电阻值（绝缘度值）至少要大于（ ），），一般情况下测试时间较长时要在一般情况下测试时间较长时要在( )以上才能保证应变测量的正常以上才能保证应变测量的正常A、200 B、200 C、200k D、200M E、 100MED单选题：单选题：混凝土测量应变的电阻应变片的标距（栅长）应混凝土测量应变的电阻应变片的标距（栅长）应取不小于取不小于( ) A、12倍骨料最大颗粒倍骨料最大颗粒 B、23倍骨料最大颗粒倍骨料最大颗粒 C、任意都可以、任意都可以 D、4-5倍骨料最大颗粒

15、倍骨料最大颗粒D19单选题、当主应变方位不清楚时，为减少误差，最好选用( )应变花。A、直角形 B、扇形 C、等角形 D、都可单选题、贴片方向与主应方向相差越大，则( )。A、误差越小 B、误差越大 C、无误差 D、无关提示：受拉区是一个面提示：受拉区是一个面提示：提示：D提示：提示：B203 3、应变测量的仪器和设备、应变测量的仪器和设备1)1)惠斯顿电桥惠斯顿电桥 惠斯顿电桥是一种常用的电阻-电压转换装置，它能把应变计电阻的微小变化转换为适合放大和处理的电压。二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备相对之和，相邻之差。相对之和，相邻之差。213 3、

16、应变测量的仪器和设备、应变测量的仪器和设备 1 1）惠斯顿电桥）惠斯顿电桥 二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备温度补偿温度补偿补偿块补偿法：相同规格的应变片粘贴在与被测构件相同材料但不参与变形的一块材料上，并与被测构件处于相同温度条件下。工作片补偿法：在同一被测构件上粘贴几个工作应变片，根据电桥的基本特性及构件的受力情况，将工作片正确地接入电桥中。22 桥路组合桥路组合根据电桥的测量电路，对应变电桥的测量方法有： 单点测量 半桥测量 全桥测量二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备3 3、应变测量的仪器和设备

17、、应变测量的仪器和设备 1 1）惠斯顿电桥）惠斯顿电桥 2312341()4EuK 电桥的增减特性：相邻的输出符号相反，电桥输出具有相减特性；相对两臂符号相同，电桥输出具有相加特性。243 3、应变测量的仪器和设备、应变测量的仪器和设备2)2)电阻应变仪电阻应变仪是一种专用应变测量放大器。一般具有如下三个功能：装有几个电桥补充电阻（以适用于1/4桥和半桥测量）并提供电桥电源；能把微弱的电信号放大；把放大后的信号变换显示出来或送给后续设备。3）静动态数据采集处理系统电阻应变仪按使用内容不同，分为静态应变仪、动态应变仪和静动态应变仪。 二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一

18、）应变测试仪器设备25提示：教材提示：教材P29单选题：单选题：应变式测力传感器实质是应变式测力传感器实质是( )原理的推广。原理的推广。A、电阻应变、电阻应变 B、声波传播、声波传播 C、机械转动、机械转动 D、百分表的工作、百分表的工作264 4、基于应变测量技术的传感器（1）力（或荷重）传感器（2）钢筋应力计（3）弓形应变传感器（4）电阻式位移传感器二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备275 5、振弦式应力计振弦式应力计 振弦式应力计主要元件是一根长度、面积和质量都确定的张紧的钢丝（振弦），在一定的预拉力情形下该振弦有一个基本频率。其工作过程：

19、当传感器受拉（压）力后，其钢丝的拉力产生变化，钢弦的自振频率会发生相应的变化。按照预先标定的“力-频率”关系曲线，即可得出作用在应力计上的拉（压）力。二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备286 6、光纤光纤光栅传感器传感器 光纤利用光的引导光波，在光纤纤芯中周期性折射率变化形成光栅效应。当光纤光栅所处环境的物理量发生变化时，光栅周期或纤芯折射率会随之发生变化，使得光纤光栅反射光的布拉格波长发生变化，借助某种装置测量前后反射光波长的变化（通过建立并标定光纤光栅的响应与被测参量变化关系），就可以获得待测物理量的变化情况。二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪

20、器（一）应变测试仪器设备（一）应变测试仪器设备29单选题：光纤光栅传感器是对通过光纤光栅( )的检测实现对结构的应变温度的测量的.A 光强度 B 反射率 C 中心波长 D 光长度C301线位移测量仪表线位移测量仪表二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（二）变位测试仪器（二）变位测试仪器名称名称 精度精度量程量程千分表千分表0.001mm130mm百分表百分表0.01mm1050mm挠度计挠度计0.1mm不限不限常用机械式位移测量仪表的主要性能指标常用机械式位移测量仪表的主要性能指标31单选题：单选题：千分表的分辨率为千分表的分辨率为( ) 。 A0.1mm B0.01mm C0.001mm D

21、0.0001mm多选题：多选题：单片梁静载试验测定挠度可使下列仪器 。A、精度0.001mm最大量程1mm的千分表B、精度0.01mm最大量程50mm的百分表C、精度0.1mm的挠度计D、超声波检测仪BCC判断题：桥梁静态应变测量的特点是测点少，精度要求低。由于现场环境温度及荷载的微小变化不会给测量带来误差，因此测量速度可以放慢。（ ）单选题：单选题：千分表的分辨率为千分表的分辨率为( ) 。 A0.1mm B0.01mm C0.001mm D0.0001mm多选题：多选题：单片梁静载试验测定挠度可使下列仪器 。A、精度0.001mm最大量程1mm的千分表B、精度0.01mm最大量程50mm的

22、百分表C、精度0.1mm的挠度计D、超声波检测仪判断题：桥梁静态应变测量的特点是测点少，精度要求低。由于现场环境温度及荷载的微小变化不会给测量带来误差，因此测量速度可以放慢。（ ）321线位移测量仪表线位移测量仪表二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（二）变位测试仪器（二）变位测试仪器百分表使用时应汪意的事项： 使用时，只能拿取外壳，不得任意推动测杆，避免磨损机件，影响放大倍数。注意保护触头，触头上不得有伤痕。 安装时，使测杆与所测位移的方向一致，或者与被测物体表面保持垂直。并注意位移的正反方向和大小，以便调节测杆，使百分表有适宜的测量范围。百分表架要安设稳妥，表架上各个螺丝要拧紧，但不可夹得

23、过紧，否则会影响测杆移动。百分表安装好，可用铅笔头在表盘上轻轻敲击，看指针摆动情况。若在某一固定值小范围内左右摆动，说明安装正常。百分表使用日久或经过拆洗修理后，必须进行标定，标定可在专门的百分表、千分表校正仪上进行。千分表与百分表使作方法完全相同。332连通管连通管二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（二）变位测试仪器（二）变位测试仪器原理：连通器中处于水平平面上的静止液体的压强相同。使用方法：使用前先在桥跨方向布置直径为1015mm的白塑料软管，然后在每个测点位置剪断管子，接上三通，把三通开口的一端管子竖起来绑在支架上，最后灌水（或其它有色液体）至标尺位置，桥梁试验时加、卸荷载会引起桥梁结

24、构下挠，此时水管中的水平液面仍需持平，每个测点的相对水位会发生变化，读取这个变化值，经简单计算即可得到桥梁的挠度。343光学（光电）仪器光学（光电）仪器二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（二）变位测试仪器（二）变位测试仪器 适用于大桥成桥状态坐标或变形测量方面，桥梁跨径越大（变形绝对值越大），其优势越明显（相对精度越高）。测量精度1mm。-测量精度达0.01mm 精密水准仪和数字水准仪 数字电子水准仪 特点： 电子水准仪的观测精度高，操作简捷，自动观测和记录，并立即用数字显示测量结果。电子水准仪要求有一根能与其配套使用的条形编码尺，该水准尺通常由玻璃纤维或铟钢制成。 工作原理是：在桥梁的测试

25、点上安装一个测点目标靶，在靶上制作一个光学标志点，当桥梁在动载作用下产生振动时，测试靶也跟着发生振动，通过测出靶上标志点在CCD接收面上图像位置的变化值，就可以得到桥梁振动的位移值。35二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（二）变位测试仪器（二）变位测试仪器 GPS系统的组成空间部分-GPS卫星星座,由24颗卫星组成；地面控制部分-地面监控系统,地面监控系统包括一个主控站、三个注入站 和五个监控站；用户设备部分-GPS信号接收机,对所接收到的GPS信号进行转换、放大和处理。36 可视性裂缝的检测主要包括裂缝的长度、宽度和深度，还有裂缝的分布和走向。二、桥梁荷载试验仪器桥梁荷载试验仪器（三）（三

26、）裂缝量测仪器裂缝量测仪器1测裂缝的和裂缝尺 读数显微镜读数精度一般为0.01mm，量程几毫米。它主要由物镜、目镜、刻度分划板和测微机械装置等组成，体积小，质量轻，便于现场使用。2数显式裂缝测宽仪3裂缝深度测试仪 超声波脉动法可以测量裂缝深度。37 电测为主，测振仪器系统包括：三、桥梁振动试验仪器设备桥梁振动试验仪器设备激振设备：产生人为震源的设备。测振传感器：将非电量机械振动转换成电信号的电器元件。放大器：放大测振传感器转换的电信号。记录存储：三次仪表-记录仪器的任务。分析设备：四次仪表，可直接与二次仪表（或一次仪表）连接，也可以接收来自记录仪器（回放）的信号。38三、桥梁振动试验仪器设备桥

27、梁振动试验仪器设备桥梁测振常用仪器桥梁测振常用仪器1激振设备（1）机械式激振器（实桥试验）根据偏心质量块绕定轴旋转产生离心力的原理制作。激振器的是：出力大小和激振频率范围。（2）电磁式激振系统（模型试验）利用电磁换能原理产生机械振动的装置。 机械式激振器的作用原理机械式激振器的作用原理39三、桥梁振动试验仪器设备桥梁振动试验仪器设备桥梁测振常用仪器桥梁测振常用仪器振动物理量（振动加速、位移等）转换成电量的功能。（1）惯性式测振传感器：频率比u1,阻尼比D1：频率比u1,阻尼比D1;相频特性：u1,D0.7难点难点4041三、桥梁振动试验仪器设备桥梁振动试验仪器设备桥梁测振常用仪器桥梁测振常用仪器（2）常用测振传感器：三种磁电式测振传感器，频率范围0.5100Hz，一般桥梁压电式测振传感器：大跨桥梁伺服