第二章_橋梁的量測技術

1、1橋梁檢測的量測技術 土木建筑工程學院土木建筑工程學院 鄧苗毅鄧苗毅2n第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術n第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術n第四節(jié)第四節(jié) 振動測試儀器與技術振動測試儀器與技術n第五節(jié)第五節(jié) 其他物理參數(shù)測試儀器與技術其他物理參數(shù)測試儀器與技術主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：主要內(nèi)容主要內(nèi)容3第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 量測技術、儀器設備、測試元件量測技術、儀器設備、測試元件是橋梁是橋梁檢測的重要技術保障，量測技術的科學性、檢測的重要技術保障，量測技術的科學性、準確性直接關系到橋梁檢測能否達到預期的準確性直接關系到橋梁檢測能否達到預期的

2、目的。目的。4主要包括：主要包括：第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n橋梁靜載、動載試驗中的測試內(nèi)容橋梁靜載、動載試驗中的測試內(nèi)容n檢測儀器的分類檢測儀器的分類n儀器的性能指標儀器的性能指標n橋梁檢測對儀器的要求（選用原則）橋梁檢測對儀器的要求（選用原則）n儀器的計量標定儀器的計量標定5橋梁檢測的測試內(nèi)容：橋梁檢測的測試內(nèi)容：n作用力作用力的大小，包括試驗荷載的大小、一些構的大小，包括試驗荷載的大小、一些構件的內(nèi)力、支座反力、推力等的大小。件的內(nèi)力、支座反力、推力等的大小。n結構截面上各種結構截面上各種應力（變）應力（變）的分布狀態(tài)及其大的分布狀態(tài)及其大小。小。n結構的各種結構的各種靜態(tài)變形靜態(tài)變形，包括

3、水平位移、豎向撓，包括水平位移、豎向撓度、相對滑移、轉角等。度、相對滑移、轉角等。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述6橋梁檢測的測試內(nèi)容：橋梁檢測的測試內(nèi)容：n結構局部的結構局部的損壞現(xiàn)象損壞現(xiàn)象如裂縫的分布及其寬度、如裂縫的分布及其寬度、深度等。深度等。n在在動動荷載作用下，要測定結構的動應力（變、荷載作用下，要測定結構的動應力（變、動撓度、加速度時程等。動撓度、加速度時程等。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述7檢測儀器的分類：檢測儀器的分類：n按儀器的工作原理按儀器的工作原理機械式測試儀器機械式測試儀器電測儀器電測儀器光學儀器光學儀器聲學儀器聲學儀器復合式儀器（與電結合）復合式儀器（與電結合）伺服式儀器（智能）伺

4、服式儀器（智能）第一節(jié)第一節(jié) 概述概述8檢測儀器的分類：檢測儀器的分類：n按儀器的用途按儀器的用途測力計測力計應變汁應變汁位移計位移計傾角儀傾角儀測振儀測振儀第一節(jié)第一節(jié) 概述概述9檢測儀器的分類：檢測儀器的分類：n按測定的方法按測定的方法分為平衡式分為平衡式非平衡式非平衡式n按結果的顯示與記錄方式按結果的顯示與記錄方式直讀式直讀式自動記錄式自動記錄式模擬式模擬式數(shù)字式數(shù)字式第一節(jié)第一節(jié) 概述概述10n量程量程( (測量范圍測量范圍) )儀器的最大測量范圍叫做量程。如百分表的量程一儀器的最大測量范圍叫做量程。如百分表的量程一般有般有5cm5cm和和10cm10cm千分表的量程有千分表的量程有3

5、mm3mm和和5mm5mm。n最小分度值最小分度值( (最小刻度最小刻度) )儀器指示裝置的每一最小刻度所代表的數(shù)值叫做最儀器指示裝置的每一最小刻度所代表的數(shù)值叫做最小刻度。百分表的最小刻度為小刻度。百分表的最小刻度為0.01mm0.01mm，千分表的最，千分表的最小刻度為小刻度為0.001mm0.001mm。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述儀器的性能指標：儀器的性能指標：11n靈敏度靈敏度被測結構的單位變化所引起儀器指示裝置的變化數(shù)被測結構的單位變化所引起儀器指示裝置的變化數(shù)值叫做靈敏度。靈敏度與最小刻度互為倒數(shù)。值叫做靈敏度。靈敏度與最小刻度互為倒數(shù)。n準確度準確度( (精確度精確度) )儀器指示的

6、數(shù)值與被測對象的真實值相符合的程度儀器指示的數(shù)值與被測對象的真實值相符合的程度叫做準確度。叫做準確度。n誤差誤差儀器指示的數(shù)值與真實值之差叫做儀器的誤差。儀器指示的數(shù)值與真實值之差叫做儀器的誤差。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述儀器的性能指標：儀器的性能指標：12n分辨率分辨率使儀器輸出量產(chǎn)生能觀察出變化的最小被測量。使儀器輸出量產(chǎn)生能觀察出變化的最小被測量。n滯后滯后儀表的輸入量從起始量程增至最大量程的測量稱為儀表的輸入量從起始量程增至最大量程的測量稱為正行程，輸入量由最大量程減至起始量程的測量稱正行程，輸入量由最大量程減至起始量程的測量稱為反行程。同一輸入量程正反兩個形成輸出值間的為反行程。同一輸入

7、量程正反兩個形成輸出值間的偏差稱為滯后。偏差稱為滯后。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述儀器的性能指標：儀器的性能指標：13n漂移漂移零位溫漂，指當儀表的工作環(huán)境溫度不為零位溫漂，指當儀表的工作環(huán)境溫度不為2020時時零位輸出溫度的變化率。零位輸出溫度的變化率。滿量程熱漂移，指當儀表的工作環(huán)境溫度不為滿量程熱漂移，指當儀表的工作環(huán)境溫度不為2020時滿量程輸出隨溫度的變化率。時滿量程輸出隨溫度的變化率。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述儀器的性能指標：儀器的性能指標：14n對于對于動力試驗量測動力試驗量測儀表的傳感器、放大器及顯儀表的傳感器、放大器及顯示記錄儀器等各類儀表需考慮下述特性。示記錄儀器等各類儀表需考慮

8、下述特性。線性范圍：線性范圍：保持儀表的輸入量和輸出信號為線性關保持儀表的輸入量和輸出信號為線性關系時，輸入量的允許變化范圍。系時，輸入量的允許變化范圍。頻響特性：頻響特性：指儀器在不同頻率下靈敏度的變化特性。指儀器在不同頻率下靈敏度的變化特性。相移特性：相移特性：振動參量經(jīng)傳感器轉換成電信號或經(jīng)放振動參量經(jīng)傳感器轉換成電信號或經(jīng)放大、記錄后在時間上產(chǎn)生的延遲叫相移。大、記錄后在時間上產(chǎn)生的延遲叫相移。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述儀器的性能指標：儀器的性能指標：15n儀器的儀器的量程、準確度、靈敏度量程、準確度、靈敏度要根據(jù)檢測的要要根據(jù)檢測的要求合理選用，儀器工作性能穩(wěn)定，抗干擾能力求合理選用，儀

9、器工作性能穩(wěn)定，抗干擾能力良好，在野外檢測時這一點顯得尤為重要。良好，在野外檢測時這一點顯得尤為重要。n儀器儀器使用方便使用方便，安裝快捷，適應性強。，安裝快捷，適應性強。n儀器儀器結構簡單，經(jīng)久耐用結構簡單，經(jīng)久耐用，無論是外包裝還是，無論是外包裝還是儀器本身結構，都應具有良好的防護裝置，便儀器本身結構，都應具有良好的防護裝置，便于運輸，不易損壞。于運輸，不易損壞。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述橋梁檢測對儀器的要求（選用原則）：橋梁檢測對儀器的要求（選用原則）：16n儀器輕巧儀器輕巧自重輕、體積小，便于野外橋梁檢自重輕、體積小，便于野外橋梁檢測時攜帶。測時攜帶。n儀器的多用途儀器的多用途，所使用的儀

10、器應具有多種用途。，所使用的儀器應具有多種用途。如應變儀，既可單點測量，也可多點測量，既如應變儀，既可單點測量，也可多點測量，既可測應變也可測位移?？蓽y應變也可測位移。n使用安全使用安全。包括儀器本身不易損壞，不會危及。包括儀器本身不易損壞，不會危及操作人員的人身安全。操作人員的人身安全。（核磁輻射）（核磁輻射）第一節(jié)第一節(jié) 概述概述橋梁檢測對儀器的要求（選用原則）：橋梁檢測對儀器的要求（選用原則）：17 量測儀器的某些性能之間經(jīng)常是互相矛盾量測儀器的某些性能之間經(jīng)常是互相矛盾的，如精度高的儀器，其量程較小；靈敏度高的，如精度高的儀器，其量程較??；靈敏度高的器適應性較差。因此在選用用儀器時應避

11、的器適應性較差。因此在選用用儀器時應避繁就簡，根據(jù)試驗的要求來選用合適的儀器，繁就簡，根據(jù)試驗的要求來選用合適的儀器，靈活運用。靈活運用。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述橋梁檢測對儀器的要求（選用原則）：橋梁檢測對儀器的要求（選用原則）：18n什么是什么是標（率）定標（率）定？n為了保證檢測的數(shù)據(jù)準確性，在檢測過程中使用為了保證檢測的數(shù)據(jù)準確性，在檢測過程中使用的儀器設備必須對其進行計量標定。的儀器設備必須對其進行計量標定。n標定是統(tǒng)一量值確保計量器具準確的重要措施；標定是統(tǒng)一量值確保計量器具準確的重要措施；是進行標準傳遞的重要形式；是為生產(chǎn)、科研、是進行標準傳遞的重要形式；是為生產(chǎn)、科研、生活等提供計

12、量保證的重要條件。生活等提供計量保證的重要條件。n儀器的標定可以分為儀器的標定可以分為強制標定強制標定和和非強制標定非強制標定兩類。兩類。強制標定的儀器儀表實行定點、定期標足，非強強制標定的儀器儀表實行定點、定期標足，非強制標定的儀器表可由使用單位依法自行標定。制標定的儀器表可由使用單位依法自行標定。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述儀器的計量標定：儀器的計量標定：19n標定的目的是確保量值的統(tǒng)一，主要是評定量標定的目的是確保量值的統(tǒng)一，主要是評定量測儀器的計量性能，確定儀器的誤差大小、準測儀器的計量性能，確定儀器的誤差大小、準確程度、使用壽命、安全性能等。確程度、使用壽命、安全性能等。n標定的目是要要確

13、定儀器是否合格，是否對以標定的目是要要確定儀器是否合格，是否對以繼續(xù)正常使用，是否達到國家計量標準。繼續(xù)正常使用，是否達到國家計量標準。n標定具有法制性，標定證書在社會上具有法律標定具有法制性，標定證書在社會上具有法律效力，標定的本身是國家對量測的一種監(jiān)督，效力，標定的本身是國家對量測的一種監(jiān)督，標定結果具有法律地位和效力。標定結果具有法律地位和效力。（計量認證（計量認證CMA）第一節(jié)第一節(jié) 概述概述儀器計量標定的特點：儀器計量標定的特點：20n機械儀器的標定：如百分表、干分表、測力計機械儀器的標定：如百分表、干分表、測力計的標定，回彈儀的率定。的標定，回彈儀的率定。n電子儀器的標定：超聲波儀

14、電子儀器的標定：超聲波儀 的標定，應變儀、的標定，應變儀、應變計應變計( (應變片應變片) )的標定荷載傳感器的標定。的標定荷載傳感器的標定。n光學儀器的標定：如精密水準儀、測距儀、激光學儀器的標定：如精密水準儀、測距儀、激光撓度儀、傾角儀、度數(shù)顯微鏡等。光撓度儀、傾角儀、度數(shù)顯微鏡等。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述儀器的計量標定：儀器的計量標定：21n電阻應變測試技術電阻應變測試技術電阻應變片電阻應變片n振弦式應變測試技術振弦式應變測試技術n光纖光柵應變測試技術光纖光柵應變測試技術第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術主要包括：主要包括： 結構在外力的作用下，內(nèi)部會產(chǎn)生應力，而結構在外力

15、的作用下，內(nèi)部會產(chǎn)生應力，而直接測定結構截面的應力比較困難，目前還沒有直接測定結構截面的應力比較困難，目前還沒有直接的測試方法，一般的方法是測定應變。直接的測試方法，一般的方法是測定應變。22n應變電測技術是憑借安裝在試件上的應變片將力應變電測技術是憑借安裝在試件上的應變片將力學量學量( (如應變、位移等如應變、位移等) )轉換成電阻變化，并用專轉換成電阻變化，并用專門的儀器使其轉換為電壓、電流或功率輸出，從門的儀器使其轉換為電壓、電流或功率輸出，從而獲得應變讀數(shù)的測試方法，通常簡稱為電測技而獲得應變讀數(shù)的測試方法，通常簡稱為電測技術或電測法。其轉換過程如圖所示：術或電測法。其轉換過程如圖所示

16、：第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變測試技術：電阻應變測試技術：23n靈敏度高，測量結果比較可靠（幾個靈敏度高，測量結果比較可靠（幾個微應變微應變）n實施簡便，測量速度快。易于實現(xiàn)全自動化數(shù)實施簡便，測量速度快。易于實現(xiàn)全自動化數(shù)據(jù)采集、多點同步測量、遠距離測量和遙控測據(jù)采集、多點同步測量、遠距離測量和遙控測試，操作方便，測試方法易于掌握。試，操作方便，測試方法易于掌握。n應變片標距小、粘貼方便。測試時可不改變結應變片標距小、粘貼方便。測試時可不改變結構的原有應力狀態(tài)，可以測量其他儀表構的原有應力狀態(tài)，可以測量其他儀表(如機如機械式應變計械式應變計)無法安裝部位處的應變

17、或結構某無法安裝部位處的應變或結構某個局部的應力，制成大標距時可以測量混凝土個局部的應力，制成大標距時可以測量混凝土結構的應變。結構的應變。第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變測試技術優(yōu)點：電阻應變測試技術優(yōu)點：24n適用范圍廣?？稍诟邷亍⒌蜏?、高壓、高速、旋轉和適用范圍廣?？稍诟邷?、低溫、高壓、高速、旋轉和具有核輻射干擾等特殊條件下成功量測，可用于模型具有核輻射干擾等特殊條件下成功量測，可用于模型實驗，也能直接用于運行中的機械和實體結構各部位實驗，也能直接用于運行中的機械和實體結構各部位的靜、動態(tài)和瞬態(tài)應變量測，可測頻帶寬。的靜、動態(tài)和瞬態(tài)應變量測，可測頻帶寬。n使用廣

18、泛。根據(jù)應變原理可以制成不同形式的傳感器，使用廣泛。根據(jù)應變原理可以制成不同形式的傳感器，用于各種物理、力學參數(shù)的量測。易于實現(xiàn)整個測試用于各種物理、力學參數(shù)的量測。易于實現(xiàn)整個測試系統(tǒng)的自動化和電氣化。系統(tǒng)的自動化和電氣化。第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變測試技術優(yōu)點：電阻應變測試技術優(yōu)點：25n貼片工作量大，使用的導線多貼片工作量大，使用的導線多n易受溫度和電磁場等的影響易受溫度和電磁場等的影響n應變片不能重復使用等。應變片不能重復使用等。第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變測試技術缺點：電阻應變測試技術缺點：26n電阻應變片簡稱應變片或應變

19、計。是電阻應變電阻應變片簡稱應變片或應變計。是電阻應變測試中，將應變轉換為電阻變化的傳感元件。測試中，將應變轉換為電阻變化的傳感元件。并借助具有一定特性的粘結劑膠粘成型，安裝并借助具有一定特性的粘結劑膠粘成型，安裝到所需測試的材料或結構上用以測量應變。電到所需測試的材料或結構上用以測量應變。電阻應變片除用干測量應變、溫度、壓力、裂紋阻應變片除用干測量應變、溫度、壓力、裂紋等外，還大量用于制造各種用途的傳感器。等外，還大量用于制造各種用途的傳感器。第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變片：電阻應變片：27第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變片：電阻應變片

20、：28第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變片：電阻應變片：應變片型號命應變片型號命名規(guī)則名規(guī)則29第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變片：電阻應變片： ASM2-10/20/30便攜式多通道精密應變儀便攜式多通道精密應變儀靜態(tài)應變分析系統(tǒng)靜態(tài)應變分析系統(tǒng)30n應變片測量府變的工作原理是基于金屬絲的電阻應變片測量府變的工作原理是基于金屬絲的電阻隨其機械變形而變化的一種物理特性。隨其機械變形而變化的一種物理特性。n如圖如圖2 22 2所示。取長度為所示。取長度為L L，直徑為，直徑為D D，截面積為，截面積為A A，電阻率為，電阻率為 的金屬絲，則其電阻

21、的金屬絲，則其電阻R R為為: :LR =A第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變片的工作原理：電阻應變片的工作原理：31第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術32n當金屬絲受拉而伸長當金屬絲受拉而伸長 ，則電阻的變化率為：，則電阻的變化率為：n略去略去 項，則項，則n式中：式中： 電阻絲的橫向應變。電阻絲的橫向應變。LD第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術33由材料力學可知，在一定范圍內(nèi)由材料力學可知，在一定范圍內(nèi) ，所，所以有以有: : n式中：式中： 電阻絲材料的泊松比；電阻絲材料的泊松比； 單電阻絲的靈敏系數(shù)。單電阻絲的靈敏系數(shù)。0K第二節(jié)

22、第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術34n 與兩個因數(shù)有關，一個是電阻絲材料的泊松與兩個因數(shù)有關，一個是電阻絲材料的泊松比，由電阻絲幾何尺寸改變引起，當選定材料比，由電阻絲幾何尺寸改變引起，當選定材料后，泊松比為常數(shù)；另一個是由電阻絲發(fā)生單后，泊松比為常數(shù)；另一個是由電阻絲發(fā)生單位應變引起的電阻率的改變，對大多數(shù)電阻絲位應變引起的電阻率的改變，對大多數(shù)電阻絲而言也是一個常量。由此可以認為而言也是一個常量。由此可以認為 是一個是一個常數(shù)，通常上式可以寫成如下：常數(shù)，通常上式可以寫成如下：n由此可見，應變片的電阻變化率與應變值成線由此可見，應變片的電阻變化率與應變值成線性關系。性關系。K

23、K通常由一批產(chǎn)品中抽樣檢驗定作通常由一批產(chǎn)品中抽樣檢驗定作為該批產(chǎn)品的靈敏系數(shù)。一般取為該批產(chǎn)品的靈敏系數(shù)。一般取K=2.0K=2.0左右。左右。0K0K第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術35n粘結劑的選用粘結劑的選用快干膠快干膠502：迅速聚合固化：迅速聚合固化環(huán)氧樹脂膠：固化速度較慢環(huán)氧樹脂膠：固化速度較慢n粘貼工藝粘貼工藝n防護措施防護措施防止應變片受潮和機械損傷防止應變片受潮和機械損傷第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變片粘貼（安裝）：電阻應變片粘貼（安裝）：36n粘貼工藝粘貼工藝第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變片粘貼（安

24、裝）：電阻應變片粘貼（安裝）：37n粘貼工藝粘貼工藝第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術電阻應變片粘貼（安裝）：電阻應變片粘貼（安裝）：38振弦式應變測試技術振弦式應變測試技術第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術振弦式應變計振弦式應變計 39振弦式應變測試技術振弦式應變測試技術 振弦式（鋼弦式）應變測試技術的原理：一定長度振弦式（鋼弦式）應變測試技術的原理：一定長度的鋼弦張拉在兩個端塊之間，端塊牢固安裝于待測構件的鋼弦張拉在兩個端塊之間，端塊牢固安裝于待測構件上，構件的變形使得兩端塊相對移動并導致鋼弦張力變上，構件的變形使得兩端塊相對移動并導致鋼弦張力變化，張力的變

25、化使鋼弦的諧振頻率發(fā)生變化，通過量測化，張力的變化使鋼弦的諧振頻率發(fā)生變化，通過量測鋼弦諧振頻率的變化從而測出代測構件的應變和變形。鋼弦諧振頻率的變化從而測出代測構件的應變和變形。鋼弦諧振頻率通過靠近鋼弦的電磁線圈進行測量。鋼弦諧振頻率通過靠近鋼弦的電磁線圈進行測量。第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術40振弦式應變測試技術振弦式應變測試技術n分辨率高，測量結果精確、分辨率高，測量結果精確、可靠（可靠（0.1 0.1 ）n不易受溫度和電磁場等的不易受溫度和電磁場等的影響，抗干擾性能好影響，抗干擾性能好n易于自動化數(shù)據(jù)采集和傳易于自動化數(shù)據(jù)采集和傳輸輸n現(xiàn)場操作方便現(xiàn)場操作方便n應

26、變計標距較大，一般為應變計標距較大，一般為100100150mm150mm，不適合小尺，不適合小尺寸構件量測寸構件量測n響應速度較慢，不適合動響應速度較慢，不適合動態(tài)和瞬態(tài)應變量測態(tài)和瞬態(tài)應變量測n量程范圍較小，一般為量程范圍較小，一般為- -15001500n測試元件和儀器成本較高測試元件和儀器成本較高優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術41振弦式應變測試技術振弦式應變測試技術工作原理：工作原理： 牢固安裝于結構待測部位的振弦應變計隨同結構牢固安裝于結構待測部位的振弦應變計隨同結構待測部位一起變形，變形使振弦的張力改變，因此也待測部位一起變形，變形使振弦

27、的張力改變，因此也改變它的自振頻率。改變它的自振頻率。 振弦頻率振弦頻率( (周期周期) )與變形與變形( (應變應變) )之間的理論關系可之間的理論關系可表述如下表述如下: :鋼弦的固有頻率鋼弦的固有頻率鋼弦的長度鋼弦的長度鋼弦的張力鋼弦的張力每單位長度鋼弦的質量每單位長度鋼弦的質量第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術42振弦式應變測試技術振弦式應變測試技術工作原理：工作原理： 振弦的張力與弦的應變有關，可表述為：振弦的張力與弦的應變有關，可表述為：鋼弦的應變鋼弦的應變鋼弦的彈性模量鋼弦的彈性模量 振弦式應變計牢固安裝在構件待測部位，其變振弦式應變計牢固安裝在構件待測部位，其變

28、形與構件待測部位的變形一致，鋼弦的應變形與構件待測部位的變形一致，鋼弦的應變 即即為構件待測部位的應變?yōu)闃嫾郎y部位的應變 。第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術43振弦式應變測試技術振弦式應變測試技術工作原理：工作原理： 上述公式整理后：上述公式整理后：振弦應變計的率定系數(shù)（可以出振弦應變計的率定系數(shù)（可以出 廠時測定）廠時測定），令，令 待測應變與振弦自振頻率的平方成正比，測出待測應變與振弦自振頻率的平方成正比，測出安裝在構件待測部位振弦的自振頻率，便可計算出安裝在構件待測部位振弦的自振頻率，便可計算出構件待測部位應變。構件待測部位應變。第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測

29、試儀器與技術44振弦式應變測試技術振弦式應變測試技術n標距：振弦應變計的長度，即兩個安裝塊之間的距標距：振弦應變計的長度，即兩個安裝塊之間的距離，一般約為離，一般約為100100150mm150mm。n量程：指振弦應變計能夠測量的最大應變范圍，一量程：指振弦應變計能夠測量的最大應變范圍，一般為般為3000 3000 。n率定系數(shù)：指將振弦應變計的諧振頻率率定系數(shù)：指將振弦應變計的諧振頻率( (周期周期) )換算換算為應變的常數(shù)。為應變的常數(shù)。n分辨率：指振弦應變計能分辨出的最小應變，一般分辨率：指振弦應變計能分辨出的最小應變，一般可達到可達到0.1 0.1 。n適用溫度范圍：適用溫度范圍：-2

30、0-20+80 +80 。振弦式應變計的技術指標：振弦式應變計的技術指標：C第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術45振弦式應變測試技術振弦式應變測試技術n埋入式振弦應變計的安裝埋入式振弦應變計的安裝n表面式振弦應變計的安裝表面式振弦應變計的安裝短期測試時，可用短期測試時，可用直接粘結直接粘結到待測部位表面到待測部位表面長期測量混凝土表面應變時，長期測量混凝土表面應變時，膨脹螺栓固定并粘結膨脹螺栓固定并粘結長期測量鋼結構應變時，長期測量鋼結構應變時，焊接焊接振弦式應變計的安裝：振弦式應變計的安裝：第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術46光纖光柵應變測試技術光纖光柵應變

31、測試技術第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術埋入式埋入式GFRPGFRP封裝光封裝光纖光柵應變傳感器纖光柵應變傳感器 FRPFRP封裝光纖光柵多維應變計封裝光纖光柵多維應變計 47光纖光柵應變測試技術光纖光柵應變測試技術 光纖光柵是指光纖經(jīng)紫外光照射成柵技術形成光纖光柵是指光纖經(jīng)紫外光照射成柵技術形成的光纖型光柵，作用于光纖光柵的被測物理量（如的光纖型光柵，作用于光纖光柵的被測物理量（如溫度、應變等溫度、應變等) )發(fā)生變化時，導致波長漂移，通過檢發(fā)生變化時，導致波長漂移，通過檢測出波長的漂移量，便可測出被測物理量的信息。測出波長的漂移量，便可測出被測物理量的信息。 應變和溫度的

32、變化都會導致波長的漂移，可通應變和溫度的變化都會導致波長的漂移，可通過特定的技術，實現(xiàn)對應變和溫度的分別測量或同過特定的技術，實現(xiàn)對應變和溫度的分別測量或同時測量。時測量。 光信號轉化為電信號光信號轉化為電信號光調(diào)制解調(diào)器光調(diào)制解調(diào)器。第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術48光纖光柵應變測試技術光纖光柵應變測試技術n抗腐蝕，抵抗電磁干擾強，可用于惡劣環(huán)境下的監(jiān)測?？垢g，抵抗電磁干擾強，可用于惡劣環(huán)境下的監(jiān)測。n尺寸小，光纖光柵長度小于尺寸小，光纖光柵長度小于8mm8mm。n壽命長，有關研究表明，光纖性能在工作壽命長，有關研究表明，光纖性能在工作2525年后基本不退化。年后基本不

33、退化。n信號損失極小，可實現(xiàn)遠距離的監(jiān)測與傳輸。信號損失極小，可實現(xiàn)遠距離的監(jiān)測與傳輸。n響應速度快，能用于響應速度快，能用于動態(tài)動態(tài)和和瞬態(tài)瞬態(tài)應變量測。應變量測。n便于進行便于進行分布式分布式測量，采用波分復用技術，在一根光纖上可以串測量，采用波分復用技術，在一根光纖上可以串接多個中心波長不同的光纖光柵傳感器，將波長值和測點位置對接多個中心波長不同的光纖光柵傳感器，將波長值和測點位置對應起來，就可以實現(xiàn)分布式測量，節(jié)約線路和提高工作效率。應起來，就可以實現(xiàn)分布式測量，節(jié)約線路和提高工作效率。優(yōu)點：優(yōu)點： 缺點：成本高。缺點：成本高。第二節(jié)第二節(jié) 應變測試儀器與技術應變測試儀器與技術49變形

34、測試儀器與技術變形測試儀器與技術n水平位移水平位移n豎向撓度豎向撓度n相對滑移相對滑移n轉角轉角橋梁結構靜態(tài)變形的種類：橋梁結構靜態(tài)變形的種類：常用儀器的種類：常用儀器的種類：n機械式測試儀器機械式測試儀器n電測類儀器電測類儀器n光學儀器：精密水準儀、全站光學儀器：精密水準儀、全站儀儀第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術50機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術 機測儀表機測儀表通過機械傳動系統(tǒng)和指示機構來通過機械傳動系統(tǒng)和指示機構來測定結構的應變及各種變形測定結構的應變及各種變形( (包括撓度、相對位包括撓度、相對位移、轉角、傾角等移、轉角、傾角等) )。 機測儀表具

35、有安裝便捷、讀數(shù)方便、經(jīng)久機測儀表具有安裝便捷、讀數(shù)方便、經(jīng)久耐用、可重復使用等優(yōu)點，所以在許多檢測試耐用、可重復使用等優(yōu)點，所以在許多檢測試驗中還經(jīng)常使用。驗中還經(jīng)常使用。第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術51機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術n準確度高準確度高n對環(huán)境的適應能力對環(huán)境的適應能力強強n安裝和使用方便安裝和使用方便n量測過程直觀、工量測過程直觀、工作可靠作可靠優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：n靈敏度不高，放大能靈敏度不高，放大能力有限力有限n需要安裝儀表的支架需要安裝儀表的支架n一般僅適用于靜態(tài)測一般僅適用于靜態(tài)測量量n使用時試驗人員較多使用時試驗人員較多

36、n數(shù)據(jù)不便于自動記錄數(shù)據(jù)不便于自動記錄和遠程自動監(jiān)測和遠程自動監(jiān)測第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術52機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術百分表和千分表：百分表和千分表： 百（千）分表是利用齒條齒輪傳動機構將百（千）分表是利用齒條齒輪傳動機構將線位移轉變?yōu)榻俏灰?，并通過齒輪傳動比進行放線位移轉變?yōu)榻俏灰疲⑼ㄟ^齒輪傳動比進行放大的精密量具。大的精密量具。 百分表和千分表是結構位移量測中最為常用百分表和千分表是結構位移量測中最為常用的儀器之一。使用與其配套的附屬裝置后可以量的儀器之一。使用與其配套的附屬裝置后可以量測撓度、測撓度、相對位移、轉角、傾角相對位移、轉角、

37、傾角等。等。第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術53機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術百分表的構造圖：百分表的構造圖：1 1短針齒輪；短針齒輪；2 2齒輪彈簧齒輪彈簧; ;3 3長針長針; ;4 4測桿測桿; ;5 5測桿彈簧測桿彈簧; ;6 6、7 7、8 8齒輪齒輪第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術54機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術磁性表座構造圖：磁性表座構造圖：1 1磁體開關磁體開關; ;2,32,3連接桿連接桿; ;4 4徽調(diào)螺栓徽調(diào)螺栓; ;5 5頸箍頸箍; ; 6,8,9-6,8,9-緊固螺栓緊固螺栓; ;7 7連接件連

38、接件第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術55機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術n使用百分表或千分表時，只能拿取外殼，不得隨意使用百分表或千分表時，只能拿取外殼，不得隨意用力推拉測桿，避免大力撞擊，以免造成齒輪系統(tǒng)用力推拉測桿，避免大力撞擊，以免造成齒輪系統(tǒng)損傷而影響精度。損傷而影響精度。n磁性表座上的各個螺栓要擰緊，頸箍夾住百分表軸磁性表座上的各個螺栓要擰緊，頸箍夾住百分表軸頸時，不可夾得太緊，否則會影響測桿的正常移動。頸時，不可夾得太緊，否則會影響測桿的正常移動。n安裝時，應將測桿頂住測點，使測桿與測面保持垂安裝時，應將測桿頂住測點，使測桿與測面保持垂直。注意位移

39、的大小和方向，調(diào)節(jié)測桿，使百分表直。注意位移的大小和方向，調(diào)節(jié)測桿，使百分表的初讀數(shù)在適當?shù)姆秶?，防止當變形達到最大值時的初讀數(shù)在適當?shù)姆秶?，防止當變形達到最大值時量程不夠。量程不夠。 百分表和千分表應用注意事項：百分表和千分表應用注意事項：第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術56機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術n安裝好百分表或干分表后，可用筆頭輕輕敲安裝好百分表或干分表后，可用筆頭輕輕敲擊刻度盤玻璃，觀察指針擺動情況。如果長擊刻度盤玻璃，觀察指針擺動情況。如果長指針輕微震動或在某一固定值小范圍內(nèi)擺動，指針輕微震動或在某一固定值小范圍內(nèi)擺動，說明以儀表安裝正常。說

40、明以儀表安裝正常。n百分表或千分表用于測撓度與變位時，應注百分表或千分表用于測撓度與變位時，應注意位移的相對性，測桿移動的方向與量測的意位移的相對性，測桿移動的方向與量測的位移方向完全一致。測點表面要進行磨平和位移方向完全一致。測點表面要進行磨平和硬化處理，以減少誤差。硬化處理，以減少誤差。n百分表或千分表經(jīng)過一段時間的使用或拆洗百分表或千分表經(jīng)過一段時間的使用或拆洗上油后，必須對其進行重新標定。上油后，必須對其進行重新標定。百分表和千分表應用注意事項：百分表和千分表應用注意事項：第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術57機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術張線式位移計

41、：張線式位移計： 張線式位移計是橋梁結張線式位移計是橋梁結構試驗中測量較大位移的儀構試驗中測量較大位移的儀器。它是通過一根鋼絲使儀器。它是通過一根鋼絲使儀器與結構測點相連，利用鋼器與結構測點相連，利用鋼絲傳遞位移。絲傳遞位移。 張線式位移計可分為張線式位移計可分為簡簡易撓度計易撓度計( (利用杠桿放大的撓利用杠桿放大的撓度計度計) )、靜載撓度計靜載撓度計( (利用摩利用摩擦輪放大的撓度計擦輪放大的撓度計) )和和齒輪傳齒輪傳動的撓度計動的撓度計。1 1被測構件被測構件;2;2鋼絲鋼絲; ;3 3千分表千分表; 4; 4表架；表架；5 5質量塊質量塊; 6; 6彈簧。彈簧。第三節(jié)第三節(jié) 變形測

42、試儀器與技術變形測試儀器與技術58機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術測角器和傾角儀：測角器和傾角儀： 在橋梁試驗時，結構的節(jié)點、截面或支座都在橋梁試驗時，結構的節(jié)點、截面或支座都有可能發(fā)生轉動，有可能發(fā)生轉動，測角器測角器、傾角儀傾角儀就是專門用來就是專門用來量測這種變形的儀器。量測這種變形的儀器。第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術59機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術杠桿式測角器：杠桿式測角器： 1剛性桿；剛性桿；2試件試件; 3,4位移計位移計第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術60機械式變形測試儀器與技術機械式變形測試儀器與技術水

43、準管式傾角儀：水準管式傾角儀： 水準管式傾角儀是利用零位法測定結構節(jié)點、水準管式傾角儀是利用零位法測定結構節(jié)點、截面或支座傾角。截面或支座傾角。1 1水準管；水準管；2 2刻度盤；刻度盤；3-3-微調(diào)螺絲微調(diào)螺絲;4-;4-彈簧片彈簧片; ;5-5-夾具夾具; 6-; 6-基座基座; ;7 7活動鉸活動鉸第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術61電測類電測類變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術n電阻式位移傳感器電阻式位移傳感器n應變式位移傳感器應變式位移傳感器n差動變壓器式位移傳感器差動變壓器式位移傳感器n連通液位式撓度儀（沉降連通液位式撓度儀（沉降儀）儀） 靜位移（撓度、側移、轉

44、角、支座偏移），靜位移（撓度、側移、轉角、支座偏移），轉化為電量信號進行量測。轉化為電量信號進行量測。第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術62電測類電測類變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術電阻式位移傳感器：電阻式位移傳感器：1 1測桿；測桿；2 2滑絲電阻；滑絲電阻；3 3一觸頭；一觸頭；4 4彈簧；彈簧；5 5殼體殼體第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術63電測類電測類變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術應變梁式位移傳感器：應變梁式位移傳感器：1 1應變片；應變片；2 2懸臂梁懸臂梁; ;3 3引線引線; ;4 4彈簧彈簧; ;5 5標尺標尺; ;6 6指針指針; ;7 7測桿測桿; ;8 8固定環(huán)固定環(huán)第三節(jié)第三節(jié) 變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術64電測類電測類變形測試儀器與技術變形測試儀器與技術差動變壓器式位移傳感器：差動變壓器式位