桥梁荷载试验-试验仪器及元件使用

桥梁荷载试验桥梁静载试验仪器设备1桥梁动载试验仪器设备2静载试验仪器设备1静载试验仪器设备1桥梁静载试验时需测结构的反力、应变、位移、倾角、裂缝等物理量,应选择适当的仪器进行量测。常用的仪器有百分表、千分表、位移计、应变仪、应变计(应变片)、精密水准仪、经纬仪、倾角仪、刻度放大镜等。静载试验仪器设备1一、机械式位移计机械式位移计包括百分表、千分表及张线式位移和挠度计等,其构造和工作原理基本相同,主要区别在于精度和量程不同。百分表和千分表是一种多功能仪表,与其它附属装置配套后可用于量测位移、应变、力、倾角等。静载试验仪器设备1使用方法使用时,百分表装在表座上(目前大都采用磁性表座),表架安装在临时专门搭设的支架上,支架应具有一定的刚度,并与被测结构物分开。将测杆触头抵在测点上,借助弹簧的使用,使其接触紧密。当测点沿(或背向)测杆方向发生位移时,推动(或放松)测杆,使测杆的平齿带动小齿轮,小齿轮又和它同轴的大齿轮一起转动,最后使指针齿轮和指针旋转,经过一系列放大之后,便在表盘上指示出位移值。百分表构造图1-测杆；2-小齿轮；3、4-中央齿轮；5-长针；6-弹簧；7-轴颈9-扇形齿轮；8-躯体；10-平齿；11-孔环；12-表盘静载试验仪器设备1二、手持式应变仪当需要在现场较长期连续地观测结构的应变时,一般的应变仪不适用,手持式应变仪则比较适用。静载试验仪器设备1

手持式应变仪构造原理1-刚性的金属杆；2-插轴(尖形)；3-薄钢片；4-千分表；5-千分表的测杆；6-刚性的金属杆静载试验仪器设备1三、电子式数显倾角仪公路行业较早使用的是水准管式倾角仪,其原理是使用高灵敏度的水准管来测定结构节点、截面或支座处的位移。目前使用的是电子式数显倾角仪。静载试验仪器设备1四、连通管连通管是一种可用来测量桥梁结构挠度的简单装置。利用物理学上“连通器中处于水平平面上的静止液体的压强相同”的原理。静载试验仪器设备1五、电阻应变仪用电阻式应变仪测试桥梁结构应变时需用应变仪和电阻应变片(应变计)配合使用。静载试验仪器设备11.电阻应变片电阻应变片又称电阻应变计,简称应变片或电阻片。它是非电量电测中最重要的变换器。电阻应变片连接端子电阻应变片的构造1-敏感丝栅；2-基底；3-覆盖层；4-引出线静载试验仪器设备1(2)电阻应变仪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。下面介绍常用两种静态电阻应变仪。静载试验仪器设备1江苏省靖江市东华测试技术开发有限公司DH3816静态应变测试系统本套静态应变测试系统由江苏省靖江市东华测试技术开发有限公司生产,由计算机控制操作,能够完成多测点(最多960个测点)的应变应力的测试和分析。静载试验仪器设备1日本产TDS-602静态数据采集仪本仪器为日本东京测器TML公司生产、由欧美大地仪器设备中国有限公司经销的静态数据采集仪。该仪器具有自动多通道测量应变、应变式传感器、直流电压、热电偶和热电阻的功能。内部可以最多测量30个通道,如果接上自动转换箱最多可以测量1000点。彩色触摸屏操作。通常测量速度是0.06秒/点,高速ADC方式时扫描速度为0.02秒/点。可以通过以太网方式与网络通讯。仪器使用方便,是目前较为先进的仪器设备。静载试验仪器设备1六、传感器电阻变仪不仅可以测量应变,在结构试验中尚可利用它的工作原理对其他物理参数进行测定。这时需通过相应的转换器,先把要求观测的物理量转换成该转换器中某一弹性元件的应变,由贴在该元件上的应变片所测得的应变量间接求得被测量的数值。静载试验仪器设备11.应变式测力传感器压力传感器的典型构造,圆柱(或筒)形弹性元件承受轴向压力,而粘贴在元件上面的应变片感受其应变。知道元件的截面积,即可求得压力。为了提高量测的灵敏度和达到温度补偿,在元件上粘贴8片应变片[图a)],并组成全桥式接线[图b)]。静载试验仪器设备12.电子式位移传感器电子式位移传感器是一种位移测量计,属于一次仪表,它只能检测试件的位移,而本身不能显示其数值,因此,使用时必须依赖二次仪表进行显示或指示。(1)电阻式位移计YHD型电子位移计是电阻式位移计的一种,它主要由机械传动机构、应变电桥和滑线电阻等组成(如图)。YHD型电子位移计⒈测杆;⒉触点;3-滑线电阻;4-精密无感电阻静载试验仪器设备1(2)应变式位移传感器应变式位移传感器结构见图,它主要由测杆、悬臂梁、应变片和弹簧等组成。由图可见,将两个弹性元件、弹簧和悬臂梁串联,在矩形截面悬臂梁根部正、反面分别贴上2片应变片,组成应变电桥。结构位移时推动弹性变形,再用应变片来感受弹性元件的变形来实现位移的测量。这种传感器的特点是分辨率高,反应速度快,但测量精度和稳定性受应变片粘贴质量的影响。应变式位移计⒈测杆;2-悬臂梁;3-应变片;4-弹簧;5-导杆静载试验仪器设备1(3)HJ型应变测量传感器在桥梁静、动载试验时，应变是必须观测的主要物理量之一。目前测量应变主要是用应变片,使用时将应变片直接粘贴在结构物被检测部位。贴片、焊线、封片等工作常常在几米乃至几十米的高空进行,难度比较大,质量很难保证,效率低,而且测量值受环境温度和环境湿度影响很大,经常有些测点的测量值漂移很大,测量数据可信度低。为了克服应变片的上述缺点,长安大学桥梁实验室研制出了HJ型系列应变测量传感器,其原理如图所示。HJ型应变测量传感器1-四芯插座;2-传感器;3-连杆;4-限动螺钉;5-支座;6-被测构件静载试验仪器设备1七、钢弦式式传感器钢弦式传感器有结构简单、制作安装方便、稳定性好、抗干扰能力强及远距离输送误差小等优点,在桥梁结构的长期检测中得到广泛应用。单弦式表面应变传感器1-固定支架;2-钢弦夹紧装置;3-电磁激励线圈;4-钢弦;5-保护管;6-被测构件静载试验仪器设备1工程中常用的钢弦式传感器有:钢弦式应变传感器、钢弦式压力传感器、钢弦式荷载传感器、钢弦式位移传感器。钢弦式压力计主要用于基础结构工程动、静态的测试;钢弦式荷载传感器主要用于隧道和地下结构中锚杆的轴力、钢拱架及其它支撑的反力,基础边坡、挡墙和斜拉桥锚索反力的测试;钢弦式位移计主要用于岩体位移,软土沉降,结构基础下沉等方面的测试。在此只介绍桥梁检测中最常用的钢弦式应变传感器。静载试验仪器设备1钢弦式应变传感器又分为钢弦式表面应变传感器、钢弦式钢筋应力传感器和钢弦式内部应变传感器。1)钢弦式表面应变传感器钢弦式表面应变传感器主要用于结构物表面应变的量测。2)钢弦式钢筋应力传感器钢弦式钢筋应力传感器主要由传力应变管、钢弦夹紧部件、电磁激励线圈等组成,常用于量测钢筋混凝土结构中的钢筋应力。3)钢弦式内部应变传感器钢弦式内部应变传感器多埋于混凝土、钢筋混凝土等结构物中,主要用于结构物内部应变的长期观测。静载试验仪器设备1八、光纤布拉格栅传感器光纤光栅不仅具有光纤的小巧、柔软、抗电磁干扰能力强、集传感与传输于一体、易于制作和埋入结构内部的优点,而且布拉格光栅的波长分离能力强、传感精度和灵敏度极高、能进行外界参量的绝对测量,其物理载面和力学强度小,在粘贴或嵌入到主体中不会对其性能和结构造成影响。布拉格光栅传感系统示意图1-光源光谱；2-反射光谱；3-透射光谱；4-宽带光源；5-耦合器；6-布拉格光栅传感器；7-波长探测仪静载试验仪器设备1特别是它可实现分布式传感,即在一根光纤上根据应用要求刻写多个不同布拉格波长的光栅,在光纤一端实现所有光栅信号的检测;同时能进一步集合成分布传感网络系统,可广泛应用于对桥梁结构的应力、应变、温度等参数以及内部裂缝、变形等结构参数的实时在线、分布式检测,能够测量工程结构的外部荷载以及结构本身对荷载的响应。因而被作为当今工程结构检测中首选的传感方式,以实现对工程结构多处目标信息的监控和提取。桥梁动载试验仪器设备2目录CONTENTS桥梁动载试验的测试仪器2桥梁动载试验的测试仪器结构振动的测试仪器包括:测振传感器、信号放大器、光线示波器、磁带记录仪和数字信号处理机。近年振动信号分析处理技术发展很快,已开发出多种以A/D转换和微机结合的数据采集和分析一体化的智能仪器,可以进行实时数据采集分析,并能实现数据储存,有取代磁带记录仪和专用信号处理机的趋势,但还有待普及。桥梁动载试验的测试仪器2(一)测振传感器1.基本原理振动参数有位移、速度和加速度。测量这些振动参数的传感器有许多种类。通常所指的测振传感器即为惯性式测振传感器(以下简称为测振传感器)。桥梁动载试验的测试仪器2测振传感器力学原理⒈传感器;⒉振动体测振传感器的基本原理为:由惯性质量、阻尼和弹簧组成一个动力系统,这个动力系统固定在振动体上(即传感器的外壳固定在振动体上),与振动体一起振动。通过测量惯性质量相对于传感器外壳的运动,就可以得到振动体的振动。由于这是一种非直接的测量方法,所以,这个传感器动力系统的动力特性对测量结构具有很重要的影响。桥梁动载试验的测试仪器2磁电式速度传感器是根据电磁感应的原理制成的,其特点是灵敏度高,性能稳定,输出阻抗低,频率响应范围有一定宽度。调整质量、弹簧和阻尼系统的动力参数,可以使传感器既能测量非常微弱的振动。也能测比较强的振动。磁电式速度传感器1-磁钢;2-线圈;3-阻尼环;4-弹簧片;5-芯轴;6-外壳;7-输出线;8-铝架桥梁动载试验的测试仪器2摆式测振传感器,它的质量弹簧系统设计成转动的形式,因而可以获得更低的仪器固有频率。摆式传感器可以测垂直方向和水平方向的振动;它也是磁电式传感器,输出电压与相对运动速度成正比。摆式传感器1-外壳;2-磁钢;3-重锤:4-线圈;5-十字簧片;6-弹簧;7-输出线桥梁动载试验的测试仪器2压电式加速度传感器从物理学知道,一些晶体材料当受到压力并产生机械变形时,在其相应的两个表面上出现异号电荷,当外力去掉后,晶体又重新回到不带电的状态,这种现象称为压电效应。压电式加速度传感器是利用晶体的压电效应而制成的,其特点是稳定性高、机械强度高及能在很宽的温度范围内使用,但灵敏度较低。加速度传感器1-外壳;2-硬弹簧;3-质量块;4-压电晶体;5-输出端桥梁动载试验的测试仪器2(二)磁带记录仪磁带记录仪是利用磁记录技术在磁带上记录(存储)被测信号的一种记录仪器。磁带记录仪可分为模拟式和数字式两大类。磁带记录仪的记录频带宽(0~2MHz),存储信息密度大,且稳定性好,易于多路记录,并可长期保存,便于复制,磁介质可多次使用,对环境(温度和湿度)不敏感,抗干扰能力强,记录的信号能多次反复重放。重放速度可与记录速度不同,实现对信号的时间压缩和扩展。磁带记录仪十分昂贵,仍得到广泛使用。磁带记录仪的基本组成⒈磁带;2-记录磁头