結(jié)構(gòu)試驗測量技術(shù)

結(jié)構(gòu)試驗測量技術(shù)SchoolofUrbanConstructionandManagement2023/3/61本章重點土木工程試驗中的測量系統(tǒng)的基本測試單元組成。電阻應(yīng)變片的原理，構(gòu)造，技術(shù)指標。電橋原理，橋接方式，實用橋路。應(yīng)變片的粘貼技術(shù)。應(yīng)對常見的位移、力、轉(zhuǎn)角、曲率、裂縫等測量方法、測量裝置有所了解。2023/3/624.1概述結(jié)構(gòu)試驗測量技術(shù)（MeasuringTechniqueofStructuralTesting）指通過一定得測量儀器或手段，直接或間接地取得結(jié)構(gòu)性能變化的定量數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)測試單元結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）敏感元件（感受裝置）變換器（傳感器）控制裝置指示記錄系統(tǒng)從被測物體接受能量，輸出一定測量數(shù)值將被測參數(shù)變換為電量并傳送到控制裝置進行處理對變換器的輸出信號進行測量計算，并在顯示器上顯示出來顯示記錄所測數(shù)據(jù)2023/3/634.1概述結(jié)構(gòu)試驗的主要測量參數(shù)外力（支座反力、外荷載）內(nèi)力（鋼筋的應(yīng)力、混凝土的拉、壓力）變形（撓度、轉(zhuǎn)角、曲率）裂縫等測量方法直接測量法

用一個事先按標準量分度的測量儀表對某一被測量進行直接測定，從而得出該量的數(shù)值。是工程結(jié)構(gòu)試驗中應(yīng)用最廣泛的一種方法間接測量法

不直接測量待測量，而是對于待求量有確切函數(shù)關(guān)系的其他物理量進行測量，然后通過函數(shù)關(guān)系求得待求量偏位測定法（接觸式位移計）零位測定法（天平秤）2023/3/644.2應(yīng)變測量應(yīng)變測量（MeasurementofStrain）結(jié)構(gòu)試驗中的基本測量內(nèi)容，在結(jié)構(gòu)試驗量檢測內(nèi)容中具有極其重要的地位，往往是其它物理量測量的基礎(chǔ)應(yīng)變測量的方法機測法：簡單易行，適用于現(xiàn)場作業(yè)或精度要求不高的場合電測法：手續(xù)較多，適用范圍廣，精度較高2023/3/654.2應(yīng)變測量4.2.1電阻應(yīng)變片（ResistanceStrainGauge）工作原理電阻絲長度變化會引起阻值變化電阻公式R：電阻，Wr：電阻率，W·mL：電阻絲長度，mA：電阻絲截面積，m2相應(yīng)的電阻變化由上式兩邊進行微分后得到2023/3/664.2應(yīng)變測量其中，設(shè)電阻絲泊松比為m，則有其中dL/L為電阻絲長度方向上的應(yīng)變值e，則設(shè)則K0，稱作點做應(yīng)變計的單絲靈敏度系數(shù)2023/3/674.2應(yīng)變測量K0的物理意義表示單位應(yīng)變所引起電阻絲阻值的改變量，它能反映出電阻絲阻值對應(yīng)變的敏感程度，故稱作單絲靈敏度系數(shù)。可知，K0由兩部分組成，(1+2m)e反映了電阻絲材料的幾何特性對靈敏度的影響，對于常見金屬絲而言，該值約為1.6；(dr/r)/e則表示了電阻率隨應(yīng)變的改變量，對于絕大多數(shù)材料而言該值約為0.4。故電阻絲的單絲靈敏度系數(shù)K0為常數(shù).注意：金屬單絲靈敏系數(shù)K0與應(yīng)變片靈敏系數(shù)K略有不同，K由實驗求得，K<K0。可以用電阻應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)表示2023/3/684.2應(yīng)變測量電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造敏感柵：將應(yīng)變變換成電阻變化量的敏感部分。用高電阻率的電阻絲制成的柵狀體。敏感柵的形狀與尺寸（柵長L，柵寬B）直接影響應(yīng)變片的性能?；缀透采w層：起定位和保護電阻絲作用，并使電阻絲和被測試件之間絕緣?；椎某叽绱響?yīng)變片的外形尺寸。粘結(jié)劑：將敏感柵固定在基底上。引出線：將電阻應(yīng)變片通過它焊接于應(yīng)變測量電橋。2023/3/694.2應(yīng)變測量電阻應(yīng)變片的技術(shù)指標標距：敏感柵在縱軸方向的有效長度L。規(guī)格：以實用面積L×B表示。電阻值：與電阻應(yīng)變片配套使用的電阻應(yīng)變儀中的測量線路，其電阻均以120W作為標準設(shè)計，因此應(yīng)變片的阻值大部分為120W左右，否則應(yīng)加以調(diào)整或?qū)Y(jié)果進行修正。靈敏系數(shù)：電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)出廠前經(jīng)抽樣試驗確定，使用時應(yīng)把應(yīng)變儀上的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)器調(diào)整至應(yīng)變片的靈敏系數(shù)值。溫度適用范圍：主要取決于膠合劑的性質(zhì)，可溶性膠合劑的工作溫度約為-20~+60℃；經(jīng)化學作用而固化的膠合劑，其工作溫度約為-60~+200℃。2023/3/6104.2應(yīng)變測量量4.2.2電阻應(yīng)變變儀（ResistanceStrainApparatus）電阻應(yīng)變變片可以以把試件件的應(yīng)變變信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電電阻的變變化，但但由于土土木工程程中的試試件應(yīng)變往往較小，因此，電阻的變化值也也將非常微小。例如HRB335鋼筋的屈服強度度fy=310N/mm2，彈性模量E=2.0×105N/mm2，因此鋼筋屈服服時候應(yīng)變?yōu)?550me，如果使用的應(yīng)應(yīng)變計電阻值為為120W，對應(yīng)電阻值變變化量是DR=0.372W。必須要專門儀器才能對對信號進行測量量和鑒別，這種專門儀器器成為電阻應(yīng)變變儀。2023/3/5114.2應(yīng)變測量電橋基本原理應(yīng)變儀的測量電電路一般采用惠惠斯登電橋。四四個臂上分別接接入電阻R1，R2，R3，R4，在A、C端接入電源，B、D端為輸出端?；菟沟请姌蜉敵鲭妷号c輸入入電壓的關(guān)系1/4電橋：AB橋路作為工作片片接在被測試件件上半橋：R1，R2為工作片，輸出出電壓全橋：接4個應(yīng)變片，輸出出電壓若各應(yīng)變片阻值R和變化值DR相同，那么上式統(tǒng)一一寫成A稱作橋臂放大系系數(shù)，表示電橋橋?qū)斎腚妷篣的提高倍數(shù)。A越大說明橋路靈靈敏度越大2023/3/5124.2應(yīng)變測量溫度補償在電橋BC臂上接一個與與工作片R1阻值相同的應(yīng)應(yīng)變片R2=R1=R（溫度補償片片），并將R2貼在一個與試試件材料相同同、置于試件件附近的位置置。因為R1、R2具有同樣的溫溫度變化條件件，但R2不受外力作用用，因此DR2=DRet（溫度產(chǎn)生的的阻值變化）），對于DR1有DR1=DRs+DRet。則2023/3/5134.2應(yīng)變測量【例】以矩形截面簡支梁梁的跨中受拉邊緣緣的應(yīng)變測量為例例，說明1/4橋、半橋和全橋的的橋路特點。【提示】1/4橋：工作片R1的應(yīng)變包括由彎矩矩M和溫度T引起的應(yīng)變兩部分分，即e1=eM+et。為消除溫度影響響，應(yīng)在簡支梁附附近放置一個與梁梁同材料的試塊，，并粘貼溫度補償償片R2（應(yīng)與R1規(guī)格相同）。由于于R2不受力，只是溫度度T而產(chǎn)生應(yīng)變，故e2=et。1/4橋半橋全橋2023/3/5144.2應(yīng)變測量【例】以矩形截面簡支梁梁的跨中受拉邊緣緣的應(yīng)變測量為例例，說明1/4橋、半橋和全橋的的橋路特點?！窘狻?1)1/4橋：工作作片R1的應(yīng)變包包括由彎彎矩M和溫度T引起的應(yīng)應(yīng)變兩部部分，即即e1=eM+et。為消除除溫度影影響，應(yīng)應(yīng)在簡支支梁附近近放置一一個與梁梁同材料料的試塊塊，并粘粘貼溫度度補償片片R2（應(yīng)與R1規(guī)格相同同）。由由于R2不受力，，只是溫溫度T而產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)變，故故e2=et。電橋輸輸出電壓壓為2023/3/5154.2應(yīng)變測測量(2)半橋：：將工工作片片R1布置在在受拉拉區(qū)邊邊緣，，將工工作片片R2布置在在受壓壓區(qū)邊邊緣，，接橋橋方法法同1/4橋路，，則R1，R2可互為為溫度度補償償；并并由于于矩形形截面面有水水瓶對對稱軸軸，兩兩個應(yīng)應(yīng)變大大小相相等、、符號號相反反，故故輸出出電壓壓為橋臂放放大系系數(shù)為為2，即將將受拉拉區(qū)邊邊緣的的拉應(yīng)應(yīng)變放放大了了2倍。2023/3/5164.2應(yīng)變測測量(2)全橋：：將工工作片片R2，R4布置在在受拉拉區(qū)邊邊緣，，將工工作片片R1、R3布置在在受壓壓區(qū)邊邊緣，，則有有e1=e4=-e2=-e3，則有有橋臂放放大系系數(shù)為為4，從應(yīng)應(yīng)變儀儀得到到的應(yīng)應(yīng)變讀讀數(shù)為為單貼貼一片片時的的4倍，說說明靈靈敏度度提高高了4倍。2023/3/5174.2應(yīng)變測量實用橋路1/4電橋：只有有一個工作作片，對輸輸出電壓沒沒有放大作作用半橋：電壓壓輸出比1/4橋提高一倍倍切2個工作片可可互作溫度度補償全橋：輸出出電壓可比比半橋進一一步提高接橋方法的的原則：在滿足特殊殊要求的條條件下，選選擇測量電電橋輸出電電壓較高、、橋壁系數(shù)數(shù)大，能實實現(xiàn)溫度互互補且便于于分析的接接橋方法。。2023/3/5184.2應(yīng)變測量2023/3/5194.2應(yīng)變測量2023/3/5204.2應(yīng)變測量電阻應(yīng)變片粘貼技技術(shù)應(yīng)變片是應(yīng)變電測測技術(shù)中的感受元元件，粘貼質(zhì)量的的好壞對測量結(jié)果果影響甚大，結(jié)束束要求十分嚴格。。砂布:0#對應(yīng)P120；1#對應(yīng)P100表面粗糙度：▽▽5=應(yīng)Ra(mm)2.5~52023/3/5214.2應(yīng)變測量電阻應(yīng)變片粘貼貼技術(shù)應(yīng)變片是應(yīng)變電電測技術(shù)中的感感受元件，粘貼貼質(zhì)量的好壞對對測量結(jié)果影響響甚大，結(jié)束要要求十分嚴格。。2023/3/5224.3位移與變形測量量4.3.1位移的測量位移是工程結(jié)構(gòu)構(gòu)承受荷載作用用后的最直觀反反應(yīng)，是反映結(jié)結(jié)構(gòu)整體工作情情況的最主要參參數(shù)結(jié)構(gòu)的位移主要要指試件的撓度、側(cè)移、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角、支座偏移移等參數(shù)主要分為機械式、電子式式、光電式2023/3/5231).接觸式位位移計（（機械式式）原理：測測桿上下下運動時時，側(cè)桿桿上的齒齒條就帶帶動齒輪輪，使指指針按一一定比例例關(guān)系轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，從從而表示示出側(cè)桿桿相對于于表殼的的唯一值值。千分表百分表撓度計4.3位移與變變形測量量2023/3/5242).滑線電阻式位位移計（電子子式）原理：利用應(yīng)應(yīng)變片的電橋橋進行測量。。其輸出電壓壓與應(yīng)變成正正比，即與位位移也成正比比。量程：10~200mm精度：高于百百分表2~3倍滑線電阻式位位移計4.3位移與變形測測量2023/3/5253).激光位移傳傳感器（光光電式）原理：利用用激光三角角反射法進進行測量。。激光三角反反射法：激激光發(fā)射器器通過鏡頭頭將可見紅紅色激光射射向被測物物體表面，，經(jīng)物體反反射的激光光通過接收收器鏡頭，，被內(nèi)部的的CCD線性相機接接收，根據(jù)據(jù)不同的距距離，CCD線性相機可可以在不不同的角度度下“看見見”這個光光點。根據(jù)據(jù)這個角度度及已知的的激光和相相機之間的的距離，數(shù)數(shù)字信號處處理器就能能計算出傳傳感器和被被測物體之之間的距離離。精度：微米米級（mm，1mm=10-6m）激光位移傳傳感器4.3位移與變形形測量2023/3/5264.3位移與變形形測量4.3.2轉(zhuǎn)角的測量量利用兩個百百分表即可可測出構(gòu)件件的轉(zhuǎn)角原理：結(jié)構(gòu)構(gòu)變形后測測得A、B亮點位移Da、Db。則該截面面轉(zhuǎn)角位2023/3/5274.3位移與變形形測量4.3.3曲率的測定定受彎構(gòu)件的的彎矩-曲率（M-f）關(guān)系是反反映構(gòu)件變變形性能的的主要指標標。當構(gòu)件件表面變形符符合二次拋拋物線時，可以根根據(jù)曲率的的數(shù)學定義義，利用構(gòu)件表表面兩點的的撓度差，近似計算測試區(qū)內(nèi)構(gòu)構(gòu)件的曲率A為固定刀口口、B為可移動刀刀口、D為百分表安安裝點，選選定標距AB并使其距離離不因構(gòu)件件變形而改改變，則2023/3/5284.3位移與變形測量量4.3.4裂縫的檢測對于鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)試驗來說說，裂縫的出現(xiàn)現(xiàn)與分布特征具具有重要意義裂縫檢測：縫檢檢測的目的是查查明裂縫的分布布特征、寬度、、深度及發(fā)展情情況，為裂縫的的分析和后續(xù)處處理提供依據(jù)。。1).裂縫分布特征裂縫檢測應(yīng)測定定結(jié)構(gòu)裂縫的分布位置和裂縫縫走向。如裂縫仍在發(fā)發(fā)展，則每次裂裂縫分布特征描描述應(yīng)標明檢測時間間，便于分析裂縫縫變化趨勢。2).裂縫的寬度測量裂縫寬度常常用工具是裂縫縫比對卡和讀數(shù)數(shù)顯微鏡。3).裂縫的深度裂縫深度無損檢檢測技術(shù)，大致致分為基于超聲波的檢檢測方法基于沖擊彈性波波的檢測方法2023/3/5294.3位移與變形測量量裂縫