结构试验测量技术

结构试验测量技术SchoolofUrbanConstructionandManagement2023/3/61本章重点土木工程试验中的测量系统的基本测试单元组成。电阻应变片的原理，构造，技术指标。电桥原理，桥接方式，实用桥路。应变片的粘贴技术。应对常见的位移、力、转角、曲率、裂缝等测量方法、测量装置有所了解。2023/3/624.1概述结构试验测量技术（MeasuringTechniqueofStructuralTesting）指通过一定得测量仪器或手段，直接或间接地取得结构性能变化的定量数据测量系统测试单元结构（构件）敏感元件（感受装置）变换器（传感器）控制装置指示记录系统从被测物体接受能量，输出一定测量数值将被测参数变换为电量并传送到控制装置进行处理对变换器的输出信号进行测量计算，并在显示器上显示出来显示记录所测数据2023/3/634.1概述结构试验的主要测量参数外力（支座反力、外荷载）内力（钢筋的应力、混凝土的拉、压力）变形（挠度、转角、曲率）裂缝等测量方法直接测量法

用一个事先按标准量分度的测量仪表对某一被测量进行直接测定，从而得出该量的数值。是工程结构试验中应用最广泛的一种方法间接测量法

不直接测量待测量，而是对于待求量有确切函数关系的其他物理量进行测量，然后通过函数关系求得待求量偏位测定法（接触式位移计）零位测定法（天平秤）2023/3/644.2应变测量应变测量（MeasurementofStrain）结构试验中的基本测量内容，在结构试验量检测内容中具有极其重要的地位，往往是其它物理量测量的基础应变测量的方法机测法：简单易行，适用于现场作业或精度要求不高的场合电测法：手续较多，适用范围广，精度较高2023/3/654.2应变测量4.2.1电阻应变片（ResistanceStrainGauge）工作原理电阻丝长度变化会引起阻值变化电阻公式R：电阻，Wr：电阻率，W·mL：电阻丝长度，mA：电阻丝截面积，m2相应的电阻变化由上式两边进行微分后得到2023/3/664.2应变测量其中，设电阻丝泊松比为m，则有其中dL/L为电阻丝长度方向上的应变值e，则设则K0，称作点做应变计的单丝灵敏度系数2023/3/674.2应变测量K0的物理意义表示单位应变所引起电阻丝阻值的改变量，它能反映出电阻丝阻值对应变的敏感程度，故称作单丝灵敏度系数。可知，K0由两部分组成，(1+2m)e反映了电阻丝材料的几何特性对灵敏度的影响，对于常见金属丝而言，该值约为1.6；(dr/r)/e则表示了电阻率随应变的改变量，对于绝大多数材料而言该值约为0.4。故电阻丝的单丝灵敏度系数K0为常数.注意：金属单丝灵敏系数K0与应变片灵敏系数K略有不同，K由实验求得，K<K0。可以用电阻应变片的灵敏度系数表示2023/3/684.2应变测量电阻应变片的基本构造敏感栅：将应变变换成电阻变化量的敏感部分。用高电阻率的电阻丝制成的栅状体。敏感栅的形状与尺寸（栅长L，栅宽B）直接影响应变片的性能。基底和覆盖层：起定位和保护电阻丝作用，并使电阻丝和被测试件之间绝缘。基底的尺寸代表应变片的外形尺寸。粘结剂：将敏感栅固定在基底上。引出线：将电阻应变片通过它焊接于应变测量电桥。2023/3/694.2应变测量电阻应变片的技术指标标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度L。规格：以实用面积L×B表示。电阻值：与电阻应变片配套使用的电阻应变仪中的测量线路，其电阻均以120W作为标准设计，因此应变片的阻值大部分为120W左右，否则应加以调整或对结果进行修正。灵敏系数：电阻应变片的灵敏系数出厂前经抽样试验确定，使用时应把应变仪上的灵敏系数调节器调整至应变片的灵敏系数值。温度适用范围：主要取决于胶合剂的性质，可溶性胶合剂的工作温度约为-20~+60℃；经化学作用而固化的胶合剂，其工作温度约为-60~+200℃。2023/3/6104.2应变测量量4.2.2电阻应变变仪（ResistanceStrainApparatus）电阻应变变片可以以把试件件的应变变信号转转换成电电阻的变变化，但但由于土土木工程程中的试试件应变往往较小，因此，电阻的变化值也也将非常微小。例如HRB335钢筋的屈服强度度fy=310N/mm2，弹性模量E=2.0×105N/mm2，因此钢筋屈服服时候应变为1550me，如果使用的应应变计电阻值为为120W，对应电阻值变变化量是DR=0.372W。必须要专门仪器才能对对信号进行测量量和鉴别，这种专门仪器器成为电阻应变变仪。2023/3/5114.2应变测量电桥基本原理应变仪的测量电电路一般采用惠惠斯登电桥。四四个臂上分别接接入电阻R1，R2，R3，R4，在A、C端接入电源，B、D端为输出端。惠斯登电桥输出电压与输入入电压的关系1/4电桥：AB桥路作为工作片片接在被测试件件上半桥：R1，R2为工作片，输出出电压全桥：接4个应变片，输出出电压若各应变片阻值R和变化值DR相同，那么上式统一一写成A称作桥臂放大系系数，表示电桥桥对输入电压U的提高倍数。A越大说明桥路灵灵敏度越大2023/3/5124.2应变测量温度补偿在电桥BC臂上接一个与与工作片R1阻值相同的应应变片R2=R1=R（温度补偿片片），并将R2贴在一个与试试件材料相同同、置于试件件附近的位置置。因为R1、R2具有同样的温温度变化条件件，但R2不受外力作用用，因此DR2=DRet（温度产生的的阻值变化）），对于DR1有DR1=DRs+DRet。则2023/3/5134.2应变测量【例】以矩形截面简支梁梁的跨中受拉边缘缘的应变测量为例例，说明1/4桥、半桥和全桥的的桥路特点。【提示】1/4桥：工作片R1的应变包括由弯矩矩M和温度T引起的应变两部分分，即e1=eM+et。为消除温度影响响，应在简支梁附附近放置一个与梁梁同材料的试块，，并粘贴温度补偿偿片R2（应与R1规格相同）。由于于R2不受力，只是温度度T而产生应变，故e2=et。1/4桥半桥全桥2023/3/5144.2应变测量【例】以矩形截面简支梁梁的跨中受拉边缘缘的应变测量为例例，说明1/4桥、半桥和全桥的的桥路特点。【解】(1)1/4桥：工作作片R1的应变包包括由弯弯矩M和温度T引起的应应变两部部分，即即e1=eM+et。为消除除温度影影响，应应在简支支梁附近近放置一一个与梁梁同材料料的试块块，并粘粘贴温度度补偿片片R2（应与R1规格相同同）。由由于R2不受力，，只是温温度T而产生应应变，故故e2=et。电桥输输出电压压为2023/3/5154.2应变测测量(2)半桥：：将工工作片片R1布置在在受拉拉区边边缘，，将工工作片片R2布置在在受压压区边边缘，，接桥桥方法法同1/4桥路，，则R1，R2可互为为温度度补偿偿；并并由于于矩形形截面面有水水瓶对对称轴轴，两两个应应变大大小相相等、、符号号相反反，故故输出出电压压为桥臂放放大系系数为为2，即将将受拉拉区边边缘的的拉应应变放放大了了2倍。2023/3/5164.2应变测测量(2)全桥：：将工工作片片R2，R4布置在在受拉拉区边边缘，，将工工作片片R1、R3布置在在受压压区边边缘，，则有有e1=e4=-e2=-e3，则有有桥臂放放大系系数为为4，从应应变仪仪得到到的应应变读读数为为单贴贴一片片时的的4倍，说说明灵灵敏度度提高高了4倍。2023/3/5174.2应变测量实用桥路1/4电桥：只有有一个工作作片，对输输出电压没没有放大作作用半桥：电压压输出比1/4桥提高一倍倍切2个工作片可可互作温度度补偿全桥：输出出电压可比比半桥进一一步提高接桥方法的的原则：在满足特殊殊要求的条条件下，选选择测量电电桥输出电电压较高、、桥壁系数数大，能实实现温度互互补且便于于分析的接接桥方法。。2023/3/5184.2应变测量2023/3/5194.2应变测量2023/3/5204.2应变测量电阻应变片粘贴技技术应变片是应变电测测技术中的感受元元件，粘贴质量的的好坏对测量结果果影响甚大，结束束要求十分严格。。砂布:0#对应P120；1#对应P100表面粗糙度：▽▽5=应Ra(mm)2.5~52023/3/5214.2应变测量电阻应变片粘贴贴技术应变片是应变电电测技术中的感感受元件，粘贴贴质量的好坏对对测量结果影响响甚大，结束要要求十分严格。。2023/3/5224.3位移与变形测量量4.3.1位移的测量位移是工程结构构承受荷载作用用后的最直观反反应，是反映结结构整体工作情情况的最主要参参数结构的位移主要要指试件的挠度、侧移、转转角、支座偏移移等参数主要分为机械式、电子式式、光电式2023/3/5231).接触式位位移计（（机械式式）原理：测测杆上下下运动时时，侧杆杆上的齿齿条就带带动齿轮轮，使指指针按一一定比例例关系转转动，从从而表示示出侧杆杆相对于于表壳的的唯一值值。千分表百分表挠度计4.3位移与变变形测量量2023/3/5242).滑线电阻式位位移计（电子子式）原理：利用应应变片的电桥桥进行测量。。其输出电压压与应变成正正比，即与位位移也成正比比。量程：10~200mm精度：高于百百分表2~3倍滑线电阻式位位移计4.3位移与变形测测量2023/3/5253).激光位移传传感器（光光电式）原理：利用用激光三角角反射法进进行测量。。激光三角反反射法：激激光发射器器通过镜头头将可见红红色激光射射向被测物物体表面，，经物体反反射的激光光通过接收收器镜头，，被内部的的CCD线性相机接接收，根据据不同的距距离，CCD线性相机可可以在不不同的角度度下“看见见”这个光光点。根据据这个角度度及已知的的激光和相相机之间的的距离，数数字信号处处理器就能能计算出传传感器和被被测物体之之间的距离离。精度：微米米级（mm，1mm=10-6m）激光位移传传感器4.3位移与变形形测量2023/3/5264.3位移与变形形测量4.3.2转角的测量量利用两个百百分表即可可测出构件件的转角原理：结构构变形后测测得A、B亮点位移Da、Db。则该截面面转角位2023/3/5274.3位移与变形形测量4.3.3曲率的测定定受弯构件的的弯矩-曲率（M-f）关系是反反映构件变变形性能的的主要指标标。当构件件表面变形符符合二次抛抛物线时，可以根根据曲率的的数学定义义，利用构件表表面两点的的挠度差，近似计算测试区内构构件的曲率A为固定刀口口、B为可移动刀刀口、D为百分表安安装点，选选定标距AB并使其距离离不因构件件变形而改改变，则2023/3/5284.3位移与变形测量量4.3.4裂缝的检测对于钢筋混凝土土结构试验来说说，裂缝的出现现与分布特征具具有重要意义裂缝检测：缝检检测的目的是查查明裂缝的分布布特征、宽度、、深度及发展情情况，为裂缝的的分析和后续处处理提供依据。。1).裂缝分布特征裂缝检测应测定定结构裂缝的分布位置和裂缝缝走向。如裂缝仍在发发展，则每次裂裂缝分布特征描描述应标明检测时间间，便于分析裂缝缝变化趋势。2).裂缝的宽度测量裂缝宽度常常用工具是裂缝缝比对卡和读数数显微镜。3).裂缝的深度裂缝深度无损检检测技术，大致致分为基于超声波的检检测方法基于冲击弹性波波的检测方法2023/3/5294.3位移与变形测量量裂缝