结构试验技术之工程结构静载试验

结构试验技术StructuralTestingTechnology

陈再现讲师、博士上课了！！！1§3.3结构静载试验的量测系统

量测系统又称为采集系统，是用各种仪器和装置测量试验数据中的输入（作用）和输出（效应、响应）数据试验数据的采集是试验的重要步骤，也是结构试验成功的必要条件之一，只有采集到可靠的数据，才能通过数据处理得到正确的试验结果。为采集到准确、可靠的数据，应该采用正确的采集方法。2一、数据测量方法仪器测量与人工记录：如用百分表测量位移，用直尺或裂缝观测仪测裂缝宽度仪器测量与仪器记录：如用传感器配X-Y记录仪进行测量和记录，或用传感器、放大器和磁带记录仪进行测量和记录。数字化测量与记录：计算机系统;用应变仪配应变计或位移计测量应变或位移。

在实际试验时，采用何种数据采集方法应该根据试验目的和要求及仪器设备的实际条件来确定，应该按照用最经济合理的代价来获取最多的有用数据的原则来确定。§3.3结构静载试验的量测系统

3§3.3结构静载试验的量测系统

感受部分放大部分显示记录部分测量仪表的基本组成

传感器将被测物理量(如位移,力)检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。

4感受部分：被测量的变化转换部分：齿轮传动，变化放大显示部分：刻度盘测量仪表的基本组成5

二、结构试验测量仪器的主要技术性能指标1．刻度值：（最小分度值）仪器的指示或显示装置所能指示的最小测量值，即是每一最小刻度所表示被测量的数值。2．量程：仪器可以测量的最大范围3．灵敏度：被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示装置示值的大小，即仪器对被测物理量变化的反应能力。4．分辩率：仪器测量被测物理量最小变化值的能力。§3.3结构静载试验的量测系统

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5．线性度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度，可用校准曲线与拟合直线的最大偏差作为评定指标。6．稳定性：当被测物理量数值不变，仪器在规定的时间内保持标值与特性参数不变的能力。7．精密度（重复性）：在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值的被测量时，保持示值一致的能力。

8.精确度：仪器指示值与被测值的符合程度。准确度和精密度的总称。§3.3结构静载试验的量测系统

7三、仪器的标定为了确定仪器设备的灵敏度和精确度，确定试验数据的误差，应该在试验前或试验后对仪器设备进行标定。仪器标定可按两种情况进行：

1.对仪器进行单件标定2.对仪器系统进行系统标定。§3.3结构静载试验的量测系统

8四、结构试验时测量仪器的使用要求

1．测量仪器不应该影响结构的工作，要求仪器自重轻，尺寸小，尤其是对模型结构试验，还要考虑仪器的附加质量和仪器对结构的作用力。

2．测量仪器具有合适的灵敏度和量程，精度一般要求所测最大误差不超过5%，量程以选最大被测值的1.25至2倍为好。3．安装使用方便，稳定性和精确度好。

4．价廉耐用，可重复使用，安装可靠，维修容易。

5．在达到上述要求条件下，尽量要求多功能、多用途，以适应多方面的需要。§3.3结构静载试验的量测系统

9四、主要内容应变测量其他参数测量仪器数据采集系统§3.3结构静载试验的量测系统

103.3.1应应变测量测量方法：电阻应变仪：应变变计+应变仪（常用）手持应变仪：校核核，测点少时采用用。位移计方法：足尺尺结构试验应变测测量光测法（云纹法、、激光衍射法、光光弹法）：测量平平面应变，较多用用于测量节点和局局部应力。11一、电阻应变计3.3.1应应变测量12构造：基底有胶基基和纸基，电阻栅栅有金属丝或箔3.3.1应应变测量13电阻应变计原理：：设变形后其长度变变化为取对数微分：式中：在弹性范围电阻应应变计的灵敏系数数为一常数灵敏系数通常K=2.0左右3.3.1应应变测量14选用原则：标距L：选择原则上应尽量小。特别是对于应力力梯度较大的结构构和应力集中的测测点。但对某些非非均质材料组成的的结构，应有适当当范围，如混凝土土应取大于骨料的的最大粒径的3倍；砖石结构取大大于4皮砖等，才能正确确反映平均值。阻值R：R=120Ω(60～600Ω)。应变计阻值相差差0.5%，并结合和应变仪仪选用。灵敏系数K：K≈2.0(1.8～2.6)，同次试验宜相同同3.3.1应应变测量15粘贴技术3.3.1应应变测量16粘贴技术3.3.1应应变测量17二、电阻应变仪3.3.1应应变测量e=1000meDR/R=Ke=2.0*1000me=0.002微弱的电信号测量量困难信号测量然后经放放大电路放大后处处理Q235屈服应变变在200~300me左右18二、电阻应变仪3.3.1应应变测量电阻应变仪是把电电阻应变量测系统统中放大与指示（（记录、显示）部部分组合在一起的的量测仪器，主要要是由振荡器，测测量电路、放大器器，相敏检波器和和电源等部分组成成，把应变计输出出的信号进行转换换，放大，检波以以至指示或记录。。19二、电阻应变仪3.3.1应应变测量20电阻应变仪的原理理:本质上就是电桥的的工作原理，通常常采用惠斯登电桥。如下图图所示。。AUUBDBCD3.3.1应应变测测量21由分压原原理可得得：假定四臂发生的电阻变化分别为、、、则桥路输出电压增量为：3.3.1应应变测测量22若4个应应变计规规格相同同即，，由此可见见，电桥桥的输出出电压与与四个桥桥臂应变变的代数数和呈线线性关系系，且邻臂电阻阻变化的符号相相反，成成相减输出出，对臂电阻阻变化的符号相相同，成成相加输出出。3.3.1应应变测测量231、温度度补偿技技术TemperatureCompensationTechnique解决方案案利用桥臂臂工作特特性24解决方案利用桥臂工作特性1、温度度补偿技技术TemperatureCompensationTechnique补偿片R2工作片R1所要满足足的条件件环境温度度相同材质相同同应变片相相同不受力多点补偿偿252、常见见应力状状态的量量测StrainMeasurementofCommonStressState轴向受力力构件R1R21/4桥桥路R2半桥262、常见见应力状状态的量量测StrainMeasurementofCommonStressState轴向受力力构件R1全桥R2R4R3272、常见见应力状状态的量量测StrainMeasurementofCommonStressState轴向受力力构件R1R2R4R3282、常见见应力状状态的量量测StrainMeasurementofCommonStressState轴向受力力构件R11R21R22R12?292、常见见应力状状态的量量测StrainMeasurementofCommonStressState弯曲受力力构件R2R11/4桥桥路半桥R3R4全桥302、常见见应力状状态的量量测StrainMeasurementofCommonStressState轴力弯矩矩共同作作用构件件R2R1弯曲应变变R3轴向应变变R2R431三、其他他应变测测量仪器器根据应变变的定义义3.3.1应应变测测量32三、其他他应变测测量仪器器1、手持持应变仪仪工作原理理：在标标距两端端粘结两两个脚标标（每边边各一个个），通通过测量量结构变变形前后后两个脚脚标之间间距离的的改变，，求得标标距内的的平均应应变常用于现现场测量量，且适适用于持持久试验验，标距距为50～250mm，读数的的位移计计可选用用百分表表或千分分表1－插脚脚；2－－千分表表；3－－刚性骨骨架；4－薄钢钢片；5－脚座座；6－－试件3.3.1应应变测测量332、位移移计方法法：常用于实实际结构构、足尺尺试件的的应变测测量。用位移计测量一条条直线上上两点之之间的相相对位移移来表示示两点之之间的平平均应变变，两点点之间的的距离L称为标距。3.3.1应应变测量量343、弦式应变变传感器量测不受温度度和长导线的的影响，工作作稳定，但安安装复杂。1、4－脚座座；2－激振振与电感；3－钢弦；4、光测法光测法有：云云纹法、激光光衍射法、光光弹法等。常常用于测量平平面应变，较较多应用于节节点或构件的的局部应力分分析。3.3.1应应变测量量353.3.2其其他参数数量测仪器1、位移测试试仪表（1）机械式式百分表和千千分表1、2、6－－齿轮；3－－长针；4－－测杆；5－测杆弹簧簧；7－测杆齿轮；；8－齿轮弹簧簧；9-表座座36工作原理：百分表内齿轮轮和齿轮的齿齿距是0.625mm。。当齿杆移动动16齿时，，即移动0.625×16＝10(mm)时，，带动16齿齿小齿轮转1周。同时，，齿数为100的大齿轮轮也转1周。。它又带动齿齿数为10齿齿的小齿轮和和长指针转10周。当齿齿杆移动1mm时，长指指针转1周。。由于表盘上上共刻100格，所以长长指针每转1个刻度表示示齿杆移动0.01mm。3.3.2其其它参数数测量仪器37百分表和千分分表百分表的表盘盘按0.01mm刻度，读数精精度可以达到到0.005mm。百分表的量量程一般为10mm，30mm，50mm。千分表的构造造与百分表基基本相同，但但精度齿轮的的放大倍数不不同，其测量量精度可达到到0.001mm,量程一般不超超过2mm。。3.3.2其其它参数数测量仪器38（2）电阻应变变式位移传感感器电阻应变式位位移传感器的的测杆通过弹弹簧与一固定定在传感器内内的悬臂梁相相连，在悬臂臂梁的根部粘粘贴电阻应变变片。测杆移移动时，带动动弹簧使悬臂臂梁受力产生生变形，通过过电阻应变仪仪测量电阻应应变片的应变变变化，再转转换为位移量量。电阻应变式位位移传感器电子百分表3.3.2其其它参数数测量仪器39（3）滑动电阻式式位移传感器器滑动电阻式位位移传感器的的基本原理是是将线位移的的变化转换为为传感器输出出电阻的变化化。滑动电阻式位位移传感器3.3.2其其它参数数测量仪器40（4）线性差动电感感式位移传感感器线性差动电感感式位移传感感器，英文为为LinearVariableDifferentialTransformer，，简称为LVDT。工作原理是是通过高频振振荡器产生一一参考电磁场场，当与被测测物体相连的的铁芯在两组组感应线圈之之间移动时，，由于铁芯切切割磁力线，，改变了电磁磁场强度，感感应线圈的输输出电压随即即发生变化。。LVDT位移移传感器3.3.2其其它参数数测量仪器41用位移计观测测挠度或变位位时，应注意意：1）位移计测测杆应与所观观测的位移方方向一致，非非匀质材料及及面积过小的的测点处可粘粘贴小块玻璃璃片。2）固定位移移计的不动支支架要有足够够的刚性，位位移计测杆上上下灵活；3）符合观测测所需的量程程及灵敏度3.3.2其其它参数测量仪器器422．转角测量仪表表在结构静载试验中中，结构变形反应应的测量大多以线位移为主，但有时也有有角位移检测的要求。最常见的转角测量量仪器是水准管式倾角测量量仪，如图所示。试验验时，先将倾角仪仪上水准管内的水水泡调平，试件受受荷变形后，产生生倾角，水泡偏离离平衡衡位置，这这时再将水泡调平平，调整量就是测测点处的转角。这这种读数方法称为为调零读数法。水准管式倾角测量量仪3.3.2其其它参数测量仪器器43如图所示为一电阻阻应变式倾角传感感器的示意图，将将倾角仪安装在试试验结构需要测量量转角的部位，结结构转动时，倾角角传感器内的重锤锤使悬挂重锤的悬臂梁产生挠曲曲应变，利用粘贴贴在悬臂梁上的应应变片即可测量其其变化，再转换为为倾角。电阻应变式倾角传传感器3.3.2其其它参数测量仪器器44利用位移计进行转转角测量如下图L位移计测转角装置置3.3.2其其它参数测量仪器器45开裂：开裂时间和和位置。3、裂缝测试仪表表借助放大镜用肉眼眼观察。表面先刷刷大白浆或涂料用应变计或导电漆漆膜