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1章

绪论(2学时）第2章应变测试技术(8学时）第3章桥梁检测、评定及力学性能试验(6学时）

第4章桥涵工程基础检测(0学时）第5章桥梁上部结构检测(8学时）第6章桥梁荷载试验(6学时）第7章专题讲座(2学时）教学内容(32+16学时）本章教学内容§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

§2.1概述

①测试精度高

钢弦应变计，光纤光栅应变计约②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

③适用范围广

高温、低温，金属、混凝土，静态、动态2应变测试技术电阻应变测试优点：§2.2电阻应变计2应变测试技术标距160mm标距15mm标距100mm§2.2电阻应变计2应变测试技术电阻应变计组成：

金属丝敏感栅、基底、覆盖层、引线等2应变测试技术电阻应变计粘贴工艺

①标记应变片粘贴区域；②该标记处结构表面打磨，除去表尘；③利用丙酮或无水酒精擦拭打磨处；④将打磨处摸上薄薄一层粘结胶（502胶、AB胶）；⑤将应变片对准贴正，轻轻按压排除片下多于之胶；⑥连接接线端子，小心焊接应变片与接线端；⑦焊接信号输出导线；⑧将整个应变片及接线端子涂上防水胶（704硅胶）。§2.2电阻应变计2应变测试技术应变花注：花絮：一种L型光栅应变计的诞生§2.2电阻应变计2应变测试技术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Ｒ发生改变，有式中：K为比例常数（应变计灵敏系数）§2.3电阻应变仪工作原理2应变测试技术电阻应变测试系统组成：

①电阻应变计(传感元件)②电阻应变仪(测试系统)③数据记录装置§2.3电阻应变变仪工作作原理2应变测试试技术工作原理理：将电阻应应变计电电阻的变变化转换换为电压压信号的的变化，，是通过过电桥（（惠斯顿顿电桥））来实现现的。§2.3电阻应变变仪工作作原理2应变测试试技术工作原理理Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4分别为工工作电阻阻，组成成四个桥桥臂，AC端为输入入电压ＵＵ，BD端为输出出电压ＵＵBD。2应变测试试技术工作原理理通过ADC的电流为为BD两点的电电位差通过ABC的电流为为2应变测试试技术工作原理理电桥平衡衡：即ＵＵBD＝0。则有平平衡条件件Ｒ1Ｒ3=Ｒ2Ｒ4①如果ＲＲ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4，且仅其中一工作Ｒ有有增量ΔＲ（1/4桥——单点测量量），则2应变测试试技术工作原理理②如果ＲＲ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4，且受力力变形后后分别产产生的电阻阻增量为为ΔＲ1、ΔＲ2、ΔＲ3、ΔＲ4（全桥）），则有2应变测试试技术数字电阻阻应变仪仪ＵBD与（ε1－ε2＋ε3－ε4）成正比比，经标定，将电压压量转换换成应变变。2应变测试试技术电阻应变变仪（图图片）各类电阻阻应变仪仪工作原原理基本本相同§2.4测量电桥桥的接法法2应变测试试技术不同接线线方式（依赖于于结构受受力）之目的:①有效实实现温度度补偿；；②从复杂杂的组合合应变中中分离出出感兴趣趣的应变变；③有效提提高测量量精度。。§2.4测量电桥桥的接法法2应变测试试技术电阻应变变仪测量量分全桥桥、半桥桥、1/4桥接法全桥半半桥§2.4测量电桥桥的接法法(注意其区区别）2应变测试试技术全桥测量量时，应应变仪读数为εr=ε1-ε2+ε3-ε41/4桥测量时时，应变变仪读数为εr=ε1半桥测量量时，应应变仪读数为εr=ε1-ε2应变仪读数经标定，将电压压量转换换成应变变。§2.4测量电桥桥的接法法2应变测试试技术联接方式R1R2R3R4结果全桥ε1+εTε2+εTε3+εTε4+εTε1－ε2+ε3－ε4半桥ε1+εTε2+εT00ε1－ε21/4桥ε1+εTεT00ε12应变测试试技术广义虎克克定律（弹性理理论）§2.4测量电桥桥的接法法2应变测试试技术拉伸变形形：桥臂臂连接（（全桥））——精度提高高？§2.4测量电桥桥的接法法2应变测试试技术§2.4测量电桥桥的接法法2应变测试试技术Question：①半桥如如何联接接，可否否提高精精度？提高高了多少少？②1/4桥如何接接?可否提高高精度?③按右图连连接?提高精度度多少?§2.4测量电桥桥的接法法2应变测试试技术图示连接接提高精精度多少少?§2.4测量电桥桥的接法法2应变测试试技术圆筒扭转转2应变测试试技术圆筒扭转转2应变测试试技术应变花计计算公式式2应变测试试技术§2.5桥臂接法法训练2应变测试试技术Exercise：悬臂梁受受力弯曲曲Note:R１(Ｒ3)、Ｒ2(Ｒ4)间距是否否影响测测试结果果(等强度梁梁)？2应变测试试技术Exercise：悬臂梁受受力弯曲曲——桥臂连接接方式§2.5桥臂接法法训练2应变测试试技术Exercise：悬臂梁受受力弯曲曲——桥臂连接接方式§2.5桥臂接法法训练2应变测试试技术Exercise：悬臂梁受受力弯曲曲——桥臂连接接方式§2.5桥臂接法法训练2应变测试试技术Exercise：悬臂梁梁受力力弯曲曲——桥臂连连接方方式§2.5桥臂接接法训训练2应变测测试技技术①影响应应变测测试结结果长长期稳稳定性性的因因素：：a)传感器器与基基体的的粘结结程度度(剪力传传递））；b)导线接接触电电阻；；c)测试系系统零零漂（传感感器通通电发发热））。②1/4桥的逐逐点补补偿和和公共共补偿偿。③温度补补偿片片的工工作原原理及及使用用条件件。④传导线线是否否需用用屏蔽蔽线？？§2.6电阻应应变测测试中中应注注意的的若干干问题题（1）2应变测测试技技术⑤超长导导线测测试结结果为为什么么要修修正（（原理理）？？⑥金属基基体与与混凝凝土基基体选选用应应变计计的区区别。。⑦应变计计的动动态特特性。。⑧半桥和和1/4桥接线线的主主要区区别。。⑨为何电电阻应应变片片电阻阻值选选在120Ω左右？？§2.6电阻应应变测测试中中应注注意的的若干干问题题（2）2应变测测试技技术①测试系系统误误差；；②应变传传感器器粘贴贴工艺艺；③材料弹弹性模模量误误差；；④计算公公式与与数据据分析析处理理误差差。Question?——应变测测量误误差来来源：：2应变测测试技技术2应变测测试技技术2应变测测试技技术2应变测测试技技术混凝土土箱梁梁根部部传感感器布布置示示意图图2应变测测试技技术[大作业业]1、自行行设计计一结结构，，合理理地选选用1/4桥、半半桥和全桥桥，正正确运运用温温度补补偿。。2、论述述电阻阻应变变计温温度补补偿片片的工工作原原理及及使用条件件。2应变测测试技技术钢弦传传感器器2应变测测试技技术§2.7钢弦应应变计计与光光纤光光栅应应变计计钢弦传感器应用2应变测测试技技术§2.7.1钢弦应应变计计钢弦传感器应用2应变测测试技技术§2.7.1钢弦应应变计计波纹管管钢弦传传感器器支架激励源钢弦丝2应变测测试技技术钢弦传传感器器结构构示意意图§2.7.1钢弦应应变计计理想柔索横向振振动时时（相当当两端端铰支支）特点：：ωr＝rω1式中：：T—柔索内内力(N)，ρA—柔索单单位长长度的的质量量(kg/m)，l—柔索长度度(m)，r—柔索第ｒｒ阶圆圆频率率(1/s),f1—柔索第1阶固有有频率率(Hz)。2应变测测试技技术钢弦传感器2应变测测试技技术斜拉索索横向向振动动实测测响应应频谱谱图§2.7.1钢弦应应变计计理想柔索横向振振动时时2应变测测试技技术钢弦传感器Question:力T与频率率f的平方方成正正比（（确定定结构构）。。但当当传感器器受力力变形形时，，力T与频率率f还满足足上述述关系吗？？——结构发发生了了变化化。理想柔索横向振振动时时2应变测测试技技术频率/HZ频率/100应变/με拟合值/με误差/με203220.320-0.70.69197419.747576.4-1.45191419.14155154.90.12185218.52235234.40.59178817.88315314.80.19172217.22395395.8-0.83165216.52480479.60.42157915.79565564.40.58150215.02650651.0-1.00142014.20740739.80.21133313.33830830.00.04试验标标定值值与曲曲线拟拟合计计算值值那一一个更更准确确？特点：①用于于混凝凝土结结构应应变测测试，，稳定定性较较好；；②数值值特征征信号号，理理论上上与导导线长长度无无关；；③由于于弦丝丝蠕变变，测测试结结果待待修正正；④混凝凝土材材料收收缩徐徐变，，测试试结果果要修修正。。2应变测测试技技术钢弦传传感器器热敏电电阻温温度传传感器器光纤光光栅温温度传传感器器2应变测测试技技术光纤光栅传感器2应变测测试技技术光纤光光栅压缩拉伸2应变测测试技技术芯层包层d入射光光波折射率n1折射率n2折射率n2’选择性性反射射光波波λ＝2nd透射光光波d+Δd入射光光波2应变测测试技技术特点：①可用用于电电阻应应变计计适用用的一一切场场合；；②数值值特征征信号号，传传输距距离远远，稳稳定性性较好好；③抗爆爆、抗抗磁，，赖腐腐蚀等等；④由于于光纤纤材料料的蠕蠕变，，用于于混凝凝土构构件测测试时时，考虑到到混凝凝土收收缩徐徐变，，测试试结果果要修修正；；⑤温度补补偿。。2应变测测试技技术光纤光光栅应应变传传感器器2应变测测试技技术机械式应变测量平均应应变:ε＝（L1-L0)/L0①钢弦弦应变变计最最显著著的优优点？？②光纤纤光栅栅应变变计最最显著著的优优点？？③应变变测试试的基基本方方法有有哪几几种？？2应变测测试技技术Question吊杆内内力测测量§2.8拉索/吊杆内内力测测试其它检检测技技术问问题§2.8拉索/吊杆内内力测测试斜拉索索内力力测量量其它检检测技技术问问题动力测试系统其它检检测技技术问问题加速度响应频谱图§2.8拉索/吊杆内内力测测试其它检检测技技术问问题当斜拉拉索/吊杆两端铰铰支时，其其内力力为式中：：T—斜拉索索内力力，ρA—斜拉索索单位位长度度的质质量，，l—斜拉索长长度，，EI—斜拉索索横向向抗弯弯刚度度，r—斜拉索第第ｒ阶阶固有有频率率。§2.8拉索/吊杆内内力测测试其它检检测技技术问问题其它检检测技技术问问题为消除除弯曲曲刚度度对内内力的的影响响，由由r＝2πfr有如果选选取斜斜拉索索第1阶和第第2阶固有有频率率识别别内力力如果选选取斜斜拉索索第2阶和第第3阶固有有频率率识别别内力力§2.8拉索/吊杆内内力测测试其它检检测技技术问问题影响拉拉索/吊杆内内力测测试结结果的的因素素：①边界界约束束条件件（有有效长长度L)；②拉索索/吊杆弯弯曲刚刚度EI；③频率识识别结结果；；④传感感器安安装位位置。。§2.8拉索/吊杆内内力测测试其它检检测技技术问问题影响