結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)之工程結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)T

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)StructuralTestingTechnology

陳再現(xiàn)講師、博士上課了?。?！1§3.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

量測(cè)系統(tǒng)又稱(chēng)為采集系統(tǒng)，是用各種儀器和裝置測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的輸入（作用）和輸出（效應(yīng)、響應(yīng)）數(shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集是試驗(yàn)的重要步驟，也是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)成功的必要條件之一，只有采集到可靠的數(shù)據(jù)，才能通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到正確的試驗(yàn)結(jié)果。為采集到準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)，應(yīng)該采用正確的采集方法。2一、數(shù)據(jù)測(cè)量方法儀器測(cè)量與人工記錄：如用百分表測(cè)量位移，用直尺或裂縫觀測(cè)儀測(cè)裂縫寬度儀器測(cè)量與儀器記錄：如用傳感器配X-Y記錄儀進(jìn)行測(cè)量和記錄，或用傳感器、放大器和磁帶記錄儀進(jìn)行測(cè)量和記錄。數(shù)字化測(cè)量與記錄：計(jì)算機(jī)系統(tǒng);用應(yīng)變儀配應(yīng)變計(jì)或位移計(jì)測(cè)量應(yīng)變或位移。

在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，采用何種數(shù)據(jù)采集方法應(yīng)該根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵蠹皟x器設(shè)備的實(shí)際條件來(lái)確定，應(yīng)該按照用最經(jīng)濟(jì)合理的代價(jià)來(lái)獲取最多的有用數(shù)據(jù)的原則來(lái)確定?！?.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

3§3.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

感受部分放大部分顯示記錄部分測(cè)量?jī)x表的基本組成

傳感器將被測(cè)物理量(如位移,力)檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號(hào)分析，顯示記錄裝置則測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。

4感受部分：被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換部分：齒輪傳動(dòng)，變化放大顯示部分：刻度盤(pán)測(cè)量?jī)x表的基本組成5

二、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)量?jī)x器的主要技術(shù)性能指標(biāo)1．刻度值：（最小分度值）儀器的指示或顯示裝置所能指示的最小測(cè)量值，即是每一最小刻度所表示被測(cè)量的數(shù)值。2．量程：儀器可以測(cè)量的最大范圍3．靈敏度：被測(cè)量的單位物理量所引起儀器輸出或顯示裝置示值的大小，即儀器對(duì)被測(cè)物理量變化的反應(yīng)能力。4．分辯率：儀器測(cè)量被測(cè)物理量最小變化值的能力。§3.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

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5．線性度：儀器校準(zhǔn)曲線對(duì)理想擬合直線的接近程度，可用校準(zhǔn)曲線與擬合直線的最大偏差作為評(píng)定指標(biāo)。6．穩(wěn)定性：當(dāng)被測(cè)物理量數(shù)值不變，儀器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持標(biāo)值與特性參數(shù)不變的能力。7．精密度（重復(fù)性）：在同一工作條件下，儀器多次重復(fù)測(cè)量同一數(shù)值的被測(cè)量時(shí)，保持示值一致的能力。

8.精確度：儀器指示值與被測(cè)值的符合程度。準(zhǔn)確度和精密度的總稱(chēng)?！?.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

7三、儀器的標(biāo)定為了確定儀器設(shè)備的靈敏度和精確度，確定試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差，應(yīng)該在試驗(yàn)前或試驗(yàn)后對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。儀器標(biāo)定可按兩種情況進(jìn)行：

1.對(duì)儀器進(jìn)行單件標(biāo)定2.對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定?！?.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

8四、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)測(cè)量?jī)x器的使用要求

1．測(cè)量?jī)x器不應(yīng)該影響結(jié)構(gòu)的工作，要求儀器自重輕，尺寸小，尤其是對(duì)模型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，還要考慮儀器的附加質(zhì)量和儀器對(duì)結(jié)構(gòu)的作用力。

2．測(cè)量?jī)x器具有合適的靈敏度和量程，精度一般要求所測(cè)最大誤差不超過(guò)5%，量程以選最大被測(cè)值的1.25至2倍為好。3．安裝使用方便，穩(wěn)定性和精確度好。

4．價(jià)廉耐用，可重復(fù)使用，安裝可靠，維修容易。

5．在達(dá)到上述要求條件下，盡量要求多功能、多用途，以適應(yīng)多方面的需要?！?.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

9四、主要內(nèi)容應(yīng)變測(cè)量其他參數(shù)測(cè)量?jī)x器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)§3.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

103.3.1應(yīng)變測(cè)量測(cè)量方法：：電阻應(yīng)變儀儀：應(yīng)變計(jì)計(jì)+應(yīng)變儀（常常用）手持應(yīng)變儀儀：校核，，測(cè)點(diǎn)少時(shí)時(shí)采用。位移計(jì)方法法：足尺結(jié)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)應(yīng)應(yīng)變測(cè)量光測(cè)法（云云紋法、激激光衍射法法、光彈法法）：測(cè)量量平面應(yīng)變變，較多用用于測(cè)量節(jié)節(jié)點(diǎn)和局部部應(yīng)力。11一、電阻應(yīng)變計(jì)計(jì)3.3.1應(yīng)變測(cè)量12構(gòu)造：基底底有膠基和和紙基，電電阻柵有金金屬絲或箔箔3.3.1應(yīng)變測(cè)量13電阻應(yīng)變計(jì)計(jì)原理：設(shè)變形后其其長(zhǎng)度變化化為取對(duì)數(shù)微分分：式中：在彈性范圍圍電阻應(yīng)變變計(jì)的靈敏敏系數(shù)為一一常數(shù)靈敏系數(shù)通通常K=2.0左右3.3.1應(yīng)變測(cè)量14選用原則：：標(biāo)距L：選擇原則則上應(yīng)盡量小。特別是對(duì)對(duì)于應(yīng)力梯梯度較大的的結(jié)構(gòu)和應(yīng)應(yīng)力集中的的測(cè)點(diǎn)。但但對(duì)某些非非均質(zhì)材料料組成的結(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)有有適當(dāng)范圍圍，如混凝凝土應(yīng)取大大于骨料的的最大粒徑徑的3倍；磚石結(jié)結(jié)構(gòu)取大于于4皮磚等，才才能正確反反映平均值值。阻值R：R=120ΩΩ(60～600Ω)。應(yīng)變計(jì)阻阻值相差0.5%，并結(jié)合和和應(yīng)變儀選選用。靈敏系數(shù)K：K≈2.0(1.8～2.6)，同次試驗(yàn)驗(yàn)宜相同3.3.1應(yīng)變測(cè)量15粘貼技術(shù)3.3.1應(yīng)變測(cè)量16粘貼技術(shù)3.3.1應(yīng)變測(cè)量17二、電阻應(yīng)變變儀3.3.1應(yīng)變測(cè)量量e=1000meDR/R=Ke=2.0*1000me=0.002微弱的電電信號(hào)測(cè)測(cè)量困難難信號(hào)測(cè)量量然后經(jīng)經(jīng)放大電電路放大大后處理理Q235屈服應(yīng)變變?cè)?00~300me左右18二、電阻應(yīng)變變儀3.3.1應(yīng)變測(cè)量量電阻應(yīng)變變儀是把把電阻應(yīng)應(yīng)變量測(cè)測(cè)系統(tǒng)中中放大與與指示（（記錄、、顯示））部分組組合在一一起的量量測(cè)儀器器，主要要是由振振蕩器，，測(cè)量電電路、放放大器，，相敏檢檢波器和和電源等等部分組組成，把把應(yīng)變計(jì)計(jì)輸出的的信號(hào)進(jìn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換換，放大大，檢波波以至指指示或記記錄。19二、電阻應(yīng)變變儀3.3.1應(yīng)變測(cè)量量20電阻應(yīng)變變儀的原原理:本質(zhì)上就就是電橋橋的工作作原理，，通常采采用惠斯登電電橋。如下圖圖所示。。AUUBDBCD3.3.1應(yīng)變測(cè)量量21由分壓原原理可得得：假定四臂發(fā)生的電阻變化分別為、、、則橋路輸出電壓增量為：3.3.1應(yīng)變測(cè)量量22若4個(gè)應(yīng)變計(jì)計(jì)規(guī)格相相同即，，由此可見(jiàn)見(jiàn)，電橋橋的輸出出電壓與與四個(gè)橋橋臂應(yīng)變變的代數(shù)數(shù)和呈線線性關(guān)系系，且鄰臂電阻阻變化的符號(hào)相相反，成成相減輸出出，對(duì)臂電阻阻變化的符號(hào)相相同，成成相加輸出出。3.3.1應(yīng)變測(cè)量量231、溫度補(bǔ)補(bǔ)償技術(shù)術(shù)TemperatureCompensationTechnique解決方案案利用橋臂臂工作特特性24解決方案利用橋臂工作特性1、溫度補(bǔ)補(bǔ)償技術(shù)術(shù)TemperatureCompensationTechnique補(bǔ)償片R2工作片R1所要滿(mǎn)足足的條件件環(huán)境溫度度相同材質(zhì)相同同應(yīng)變片相相同不受力多點(diǎn)補(bǔ)償償252、常見(jiàn)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的量測(cè)測(cè)StrainMeasurementofCommonStressState軸向受力力構(gòu)件R1R21/4橋路R2半橋262、常見(jiàn)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的量測(cè)測(cè)StrainMeasurementofCommonStressState軸向受力力構(gòu)件R1全橋R2R4R3272、常見(jiàn)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的量測(cè)測(cè)StrainMeasurementofCommonStressState軸向受力力構(gòu)件R1R2R4R3282、常見(jiàn)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的量測(cè)測(cè)StrainMeasurementofCommonStressState軸向受力力構(gòu)件R11R21R22R12?292、常見(jiàn)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的量測(cè)測(cè)StrainMeasurementofCommonStressState彎曲受力力構(gòu)件R2R11/4橋路半橋R3R4全橋302、常見(jiàn)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的量測(cè)測(cè)StrainMeasurementofCommonStressState軸力彎矩矩共同作作用構(gòu)件件R2R1彎曲應(yīng)變變R3軸向應(yīng)變變R2R431三、其他他應(yīng)變測(cè)測(cè)量?jī)x器器根據(jù)應(yīng)變變的定義義3.3.1應(yīng)變測(cè)量量32三、其他他應(yīng)變測(cè)測(cè)量?jī)x器器1、手持應(yīng)應(yīng)變儀工作原理理：在標(biāo)標(biāo)距兩端端粘結(jié)兩兩個(gè)腳標(biāo)標(biāo)（每邊邊各一個(gè)個(gè)），通通過(guò)測(cè)量量結(jié)構(gòu)變變形前后后兩個(gè)腳腳標(biāo)之間間距離的的改變，，求得標(biāo)標(biāo)距內(nèi)的的平均應(yīng)應(yīng)變常用于現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量量，且適適用于持持久試驗(yàn)驗(yàn)，標(biāo)距距為50～250mm，讀數(shù)的的位移計(jì)計(jì)可選用用百分表表或千分分表1－插腳；；2－千分表表；3－剛性骨骨架；4－薄鋼片片；5－腳座；；6－試件3.3.1應(yīng)變測(cè)量量332、位移計(jì)計(jì)方法：：常用于實(shí)實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)、足尺尺試件的的應(yīng)變測(cè)測(cè)量。用位移計(jì)測(cè)量一條條直線上上兩點(diǎn)之之間的相相對(duì)位移移來(lái)表示示兩點(diǎn)之之間的平平均應(yīng)變變，兩點(diǎn)點(diǎn)之間的的距離L稱(chēng)為標(biāo)距距。3.3.1應(yīng)變測(cè)量量343、弦式應(yīng)應(yīng)變傳感感器量測(cè)不受受溫度和和長(zhǎng)導(dǎo)線線的影響響，工作作穩(wěn)定，，但安裝裝復(fù)雜。。1、4－腳座；；2－激振與與電感；；3－鋼弦；；4、光測(cè)法法光測(cè)法有有：云紋紋法、激激光衍射射法、光光彈法等等。常用用于測(cè)量量平面應(yīng)應(yīng)變，較較多應(yīng)用用于節(jié)點(diǎn)點(diǎn)或構(gòu)件件的局部部應(yīng)力分分析。3.3.1應(yīng)變測(cè)量353.3.2其他參數(shù)量測(cè)測(cè)儀器1、位移測(cè)試儀儀表（1）機(jī)機(jī)械械式式百百分分表表和和千千分分表表1、2、6－齒齒輪輪；；3－長(zhǎng)長(zhǎng)針針；；4－測(cè)測(cè)桿桿；；5－測(cè)測(cè)桿桿彈彈簧簧；；7－測(cè)測(cè)桿桿齒齒輪輪；；8－齒齒輪輪彈彈簧簧；；9-表座座36工作作原原理理：：百分分表表內(nèi)內(nèi)齒齒輪輪和和齒齒輪輪的的齒齒距距是是0.625mm。當(dāng)當(dāng)齒齒桿桿移移動(dòng)動(dòng)16齒時(shí)時(shí)，，即即移移動(dòng)動(dòng)0.625××16＝10(mm)時(shí)，，帶帶動(dòng)動(dòng)16齒小小齒齒輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1周。。同同時(shí)時(shí)，，齒齒數(shù)數(shù)為為100的大大齒齒輪輪也也轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1周。。它它又又帶帶動(dòng)動(dòng)齒齒數(shù)數(shù)為為10齒的的小小齒齒輪輪和和長(zhǎng)長(zhǎng)指指針針轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)10周。。當(dāng)當(dāng)齒齒桿桿移移動(dòng)動(dòng)1mm時(shí)，，長(zhǎng)長(zhǎng)指指針針轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1周。。由由于于表表盤(pán)盤(pán)上上共共刻刻100格，，所所以以長(zhǎng)長(zhǎng)指指針針每每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1個(gè)刻刻度度表表示示齒齒桿桿移移動(dòng)動(dòng)0.01mm。3.3.2其它它參參數(shù)數(shù)測(cè)測(cè)量量?jī)x儀器器37百分分表表和和千千分分表表百分分表表的的表表盤(pán)盤(pán)按按0.01mm刻度度，，讀讀數(shù)數(shù)精精度度可可以以達(dá)達(dá)到到0.005mm。百百分分表表的的量量程程一一般般為為10mm，30mm，50mm。千分分表表的的構(gòu)構(gòu)造造與與百百分分表表基基本本相相同同，，但但精精度度齒齒輪輪的的放放大大倍倍數(shù)數(shù)不不同同，，其其測(cè)測(cè)量量精精度度可可達(dá)達(dá)到到0.001mm,量程程一一般般不不超超過(guò)過(guò)2mm。3.3.2其它它參參數(shù)數(shù)測(cè)測(cè)量量?jī)x儀器器38（2）電電阻阻應(yīng)應(yīng)變變式式位位移移傳傳感感器器電阻阻應(yīng)應(yīng)變變式式位位移移傳傳感感器器的的測(cè)測(cè)桿桿通通過(guò)過(guò)彈彈簧簧與與一一固固定定在在傳傳感感器器內(nèi)內(nèi)的的懸懸臂臂梁梁相相連連，，在在懸懸臂臂梁梁的的根根部部粘粘貼貼電電阻阻應(yīng)應(yīng)變變片片。。測(cè)測(cè)桿桿移移動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，帶帶動(dòng)動(dòng)彈彈簧簧使使懸懸臂臂梁梁受受力力產(chǎn)產(chǎn)生生變變形形，，通通過(guò)過(guò)電電阻阻應(yīng)應(yīng)變變儀儀測(cè)測(cè)量量電電阻阻應(yīng)應(yīng)變變片片的的應(yīng)應(yīng)變變變變化化，，再再轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為位位移移量量。電阻阻應(yīng)應(yīng)變變式式位位移移傳傳感感器器電子子百百分分表表3.3.2其它它參參數(shù)數(shù)測(cè)測(cè)量量?jī)x儀器器39（3）滑滑動(dòng)動(dòng)電電阻阻式式位位移移傳傳感感器器滑動(dòng)動(dòng)電電阻阻式式位位移移傳傳感感器器的的基基本本原原理理是是將將線線位位移移的的變變化化轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為傳傳感感器器輸輸出出電電阻阻的的變變化化。?；瑒?dòng)動(dòng)電電阻阻式式位位移移傳傳感感器器3.3.2其它它參參數(shù)數(shù)測(cè)測(cè)量量?jī)x儀器器40（4）線性性差差動(dòng)動(dòng)電電感感式式位位移移傳傳感感器器線性性差差動(dòng)動(dòng)電電感感式式位位移移傳傳感感器器，，英英文文為為L(zhǎng)inearVariableDifferentialTransformer，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)為為L(zhǎng)VDT。工工作作原原理理是是通通過(guò)過(guò)高高頻頻振振蕩蕩器器產(chǎn)產(chǎn)生生一一參參考考電電磁磁場(chǎng)場(chǎng)，，當(dāng)當(dāng)與與被被測(cè)測(cè)物物體體相相連連的的鐵鐵芯芯在在兩兩組組感感應(yīng)應(yīng)線線圈圈之之間間移移動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，由由于于鐵鐵芯芯切切割割磁磁力力線線，，改改變變了了電電磁磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度度，，感感應(yīng)應(yīng)線線圈圈的的輸輸出出電電壓壓隨隨即即發(fā)發(fā)生生變變化化。。LVDT位移移傳傳感感器器3.3.2其它它參參數(shù)數(shù)測(cè)測(cè)量量?jī)x儀器器41用位位移移計(jì)計(jì)觀觀測(cè)測(cè)撓撓度度或或變變位位時(shí)時(shí)，，應(yīng)應(yīng)注注意意：：1）位位移移計(jì)計(jì)測(cè)測(cè)桿桿應(yīng)應(yīng)與與所所觀觀測(cè)測(cè)的的位位移移方方向向一一致致，，非非勻勻質(zhì)質(zhì)材材料料及及面面積積過(guò)過(guò)小小的的測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)處處可可粘粘貼貼小小塊塊玻玻璃璃片片。。2）固定位移計(jì)計(jì)的不動(dòng)支架架要有足夠的的剛性，位移移計(jì)測(cè)桿上下下靈活；3）符合觀測(cè)所所需的量程及及靈敏度3.3.2其它參數(shù)測(cè)量量?jī)x器422．轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x儀表在結(jié)構(gòu)靜載試試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)變形反應(yīng)的的測(cè)量大多以以線位移為主，但有時(shí)時(shí)也有角位移檢測(cè)的要求。。最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)角角測(cè)量?jī)x器是是水準(zhǔn)管式傾角角測(cè)量?jī)x，如圖所示。。試驗(yàn)時(shí)，先先將傾角儀上上水準(zhǔn)管內(nèi)的的水泡調(diào)平，，試件受荷變變形后，產(chǎn)生生傾角，水泡泡偏離平衡衡衡位置，這時(shí)時(shí)再將水泡調(diào)調(diào)平，調(diào)整量量就是測(cè)點(diǎn)處處的轉(zhuǎn)角。這這種讀數(shù)方法法稱(chēng)為調(diào)零讀讀數(shù)法。水準(zhǔn)管式傾角角測(cè)量?jī)x3.3.2其它參數(shù)測(cè)量量?jī)x器43如圖所示為一一電阻應(yīng)變式式傾角傳感器器的示意圖，，將傾角儀安安裝在試驗(yàn)結(jié)結(jié)構(gòu)需要測(cè)量量轉(zhuǎn)角的部位位，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)時(shí)，傾角傳傳感器內(nèi)的重重錘使懸掛重錘的懸臂梁產(chǎn)生生撓曲應(yīng)變，，利用粘貼在在懸臂梁上的的應(yīng)變片即可可測(cè)量其變化化，再轉(zhuǎn)換為為傾角。電阻應(yīng)變式傾傾角傳感器3.3.2其它參