結構實驗技術講稿靜力部分

結構實驗技術講稿靜力部分1第一頁，共五十頁，2022年，8月28日§3.3結構靜載試驗的量測系統(tǒng)

量測系統(tǒng)又稱為采集系統(tǒng)，是用各種儀器和裝置測量試驗數(shù)據(jù)中的輸入（作用）和輸出（效應、響應）數(shù)據(jù)試驗數(shù)據(jù)的采集是試驗的重要步驟，也是結構試驗成功的必要條件之一，只有采集到可靠的數(shù)據(jù)，才能通過數(shù)據(jù)處理得到正確的試驗結果。為采集到準確、可靠的數(shù)據(jù)，應該采用正確的采集方法。2第二頁，共五十頁，2022年，8月28日一、數(shù)據(jù)測量方法人工測量與人工記錄：如用直尺測量位移、裂縫寬度。儀器測量與人工記錄：如用百分表測量位移，或用應變儀配應變計或位移計測量應變或位移。儀器測量與儀器記錄：如用傳感器配X-Y記錄儀進行測量和記錄，或用傳感器、放大器和磁帶記錄儀進行測量和記錄。先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量與記錄：計算機系統(tǒng)。

在實際試驗時，采用何種數(shù)據(jù)采集方法應該根據(jù)試驗目的和要求及儀器設備的實際條件來確定，應該按照用最經濟合理的代價來獲取最多的有用數(shù)據(jù)的原則來確定?！?.3結構靜載試驗的量測系統(tǒng)

3第三頁，共五十頁，2022年，8月28日§3.3結構靜載試驗的量測系統(tǒng)

感受部分放大部分顯示記錄部分測量儀表的基本組成4第四頁，共五十頁，2022年，8月28日

二、結構試驗測量儀器的主要技術性能指標

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量值，即是每一最小刻度所表示被測量的數(shù)值。

2．量程：儀器可以測量的最大范圍

3．靈敏度：被測量的單位物理量所引起儀器輸出或顯示裝置示值的大小，即儀器對被測物理量變化的反應能力。

4．分辯率：儀器測量被測物理量最小變化值的能力?！?.3結構靜載試驗的量測系統(tǒng)

5第五頁，共五十頁，2022年，8月28日5．線性度：儀器校準曲線對理想擬合直線的接近程度，可用校準曲線與擬合直線的最大偏差作為評定指標。

6．穩(wěn)定性：當被測物理量數(shù)值不變，儀器在規(guī)定的時間內保持標值與特性參數(shù)不變的能力。

7．精密度（重復性）：在同一工作條件下，儀器多次重復測量同一數(shù)值的被測量時，保持示值一致的能力。

8.

精確度：儀器指示值與被測值的符合程度。準確度和精密度的總稱?！?.3結構靜載試驗的量測系統(tǒng)

6第六頁，共五十頁，2022年，8月28日三、儀器的標定為了確定儀器設備的靈敏度和精確度，確定試驗數(shù)據(jù)的誤差，應該在試驗前或試驗后對儀器設備進行標定。儀器標定可按兩種情況進行：

1.對儀器進行單件標定

2.對儀器系統(tǒng)進行系統(tǒng)標定?！?.3結構靜載試驗的量測系統(tǒng)

7第七頁，共五十頁，2022年，8月28日

四、結構試驗時測量儀器的使用要求

1．測量儀器不應該影響結構的工作，要求儀器自重輕，尺寸小，尤其是對模型結構試驗，還要考慮儀器的附加質量和儀器對結構的作用力。

2．測量儀器具有合適的靈敏度和量程，精度一般要求所測最大誤差不超過5%，量程以選最大被測值的1.25至2倍為好。

3．安裝使用方便，穩(wěn)定性和精確度好。

4．價廉耐用，可重復使用，安裝可靠，維修容易。

5．在達到上述要求條件下，盡量要求多功能、多用途，以適應多方面的需要?！?.3結構靜載試驗的量測系統(tǒng)

8第八頁，共五十頁，2022年，8月28日

四、主要內容應變測量其他參數(shù)測量儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)§3.3結構靜載試驗的量測系統(tǒng)

9第九頁，共五十頁，2022年，8月28日3.3.1應變測量測量方法：電阻應變儀：應變計+應變儀（常用）手持應變儀：校核，測點少時采用。位移計方法：足尺結構試驗應變測量光測法（云紋法、激光衍射法、光彈法）：測量平面應變，較多用于測量節(jié)點和局部應力。10第十頁，共五十頁，2022年，8月28日一、電阻應變計3.3.1應變測量11第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日構造：基底有膠基和紙基，電阻柵有金屬絲或箔3.3.1應變測量12第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日

電阻應變計原理：設變形后其長度變化為取對數(shù)微分：式中：在彈性范圍電阻應變計的靈敏系數(shù)為一常數(shù)靈敏系數(shù)通常K=2.0左右

3.3.1應變測量13第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日選用原則：標距L：選擇原則上應盡量小。特別是對于應力梯度較大的結構和應力集中的測點。但對某些非均質材料組成的結構，應有適當范圍，如混凝土應取大于骨料的最大粒徑的3倍；磚石結構取大于4皮磚等，才能正確反映平均值。阻值R：R=120Ω(60～600Ω)。應變計阻值相差0.5%，并結合和應變儀選用。靈敏系數(shù)K：K≈2.0(1.8～2.6)，同次試驗宜相同3.3.1應變測量14第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日粘貼技術3.3.1應變測量15第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日粘貼技術3.3.1應變測量16第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日二、電阻應變儀3.3.1應變測量e=1000meDR/R=Ke=2.0*1000me=0.002微弱的電信號測量困難信號測量然后經放大電路放大后處理Q235屈服應變在200~300me左右17第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日二、電阻應變儀3.3.1應變測量

電阻應變儀是把電阻應變量測系統(tǒng)中放大與指示（記錄、顯示）部分組合在一起的量測儀器，主要是由振蕩器，測量電路、放大器，相敏檢波器和電源等部分組成，把應變計輸出的信號進行轉換，放大，檢波以至指示或記錄。18第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日二、電阻應變儀3.3.1應變測量19第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日

電阻應變儀的原理:

本質上就是電橋的工作原理，通常采用惠斯登電橋。如下圖所示。

AUUBDBCD3.3.1應變測量20第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日由分壓原理可得：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應變測量21第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日若4個應變計規(guī)格相同即，由此可見，電橋的輸出電壓與四個橋臂應變的代數(shù)和呈線性關系，且鄰臂電阻變化的符號相反，成相減輸出，對臂電阻變化的符號相同，成相加輸出。3.3.1應變測量22第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日1、溫度補償技術

TemperatureCompensationTechnique解決方案利用橋臂工作特性23第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日解決方案利用橋臂工作特性1、溫度補償技術

TemperatureCompensationTechnique補償片R2工作片R1所要滿足的條件環(huán)境溫度相同材質相同應變片相同不受力多點補償24第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日2、常見應力狀態(tài)的量測

StrainMeasurementofCommonStressState軸向受力構件R1R21/4橋路R2半橋25第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日2、常見應力狀態(tài)的量測

StrainMeasurementofCommonStressState軸向受力構件R1全橋R2R4R326第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日2、常見應力狀態(tài)的量測

StrainMeasurementofCommonStressState軸向受力構件R1R2R4R327第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日2、常見應力狀態(tài)的量測

StrainMeasurementofCommonStressState軸向受力構件R11R21R22R12?28第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日2、常見應力狀態(tài)的量測

StrainMeasurementofCommonStressState彎曲受力構件R2R11/4橋路半橋R3R4全橋29第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日2、常見應力狀態(tài)的量測

StrainMeasurementofCommonStressState軸力彎矩共同作用構件R2R1彎曲應變R3軸向應變R2R430第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日三、其他應變測量儀器根據(jù)應變的定義3.3.1應變測量31第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日三、其他應變測量儀器1、手持應變儀工作原理：在標距兩端粘結兩個腳標（每邊各一個），通過測量結構變形前后兩個腳標之間距離的改變，求得標距內的平均應變常用于現(xiàn)場測量，且適用于持久試驗，標距為50～250mm，讀數(shù)的位移計可選用百分表或千分表1－插腳；2－千分表；3－剛性骨架；4－薄鋼片；5－腳座；6－試件3.3.1應變測量32第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日2、位移計方法：常用于實際結構、足尺試件的應變測量。用位移計測量一條直線上兩點之間的相對位移來表示兩點之間的平均應變，兩點之間的距離L稱為標距。3.3.1應變測量33第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日3、弦式應變傳感器量測不受溫度和長導線的影響，工作穩(wěn)定，但安裝復雜。1、4－腳座；2－激振與電感；3－鋼弦；4、光測法

光測法有：云紋法、激光衍射法、光彈法等。常用于測量平面應變，較多應用于節(jié)點或構件的局部應力分析。3.3.1應變測量34第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日3.3.2其他參數(shù)量測儀器1、位移測試儀表（1）機械式百分表和千分表1、2、6－齒輪；3－長針；4－測桿；5－測桿彈簧；7－測桿齒輪；

8－齒輪彈簧；9-表座35第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日工作原理：百分表內齒輪和齒輪的齒距是0.625mm。當齒桿移動16齒時，即移動0.625×16＝10(mm)時，帶動16齒小齒輪轉1周。同時，齒數(shù)為100的大齒輪也轉1周。它又帶動齒數(shù)為10齒的小齒輪和長指針轉10周。當齒桿移動1mm時，長指針轉1周。由于表盤上共刻100格，所以長指針每轉1個刻度表示齒桿移動0.01mm。3.3.2其它參數(shù)測量儀器36第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日百分表和千分表百分表的表盤按0.01mm刻度，讀數(shù)精度可以達到0.005mm。百分表的量程一般為10mm，30mm，50mm。千分表的構造與百分表基本相同，但精度齒輪的放大倍數(shù)不同，其測量精度可達到0.001mm,量程一般不超過2mm。3.3.2其它參數(shù)測量儀器37第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日（2）電阻應變式位移傳感器

電阻應變式位移傳感器的測桿通過彈簧與一固定在傳感器內的懸臂梁相連，在懸臂梁的根部粘貼電阻應變片。測桿移動時，帶動彈簧使懸臂梁受力產生變形，通過電阻應變儀測量電阻應變片的應變變化，再轉換為位移量。電阻應變式位移傳感器

電子百分表3.3.2其它參數(shù)測量儀器38第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日（3）滑動電阻式位移傳感器滑動電阻式位移傳感器的基本原理是將線位移的變化轉換為傳感器輸出電阻的變化。

滑動電阻式位移傳感器

3.3.2其它參數(shù)測量儀器39第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日（4）線性差動電感式位移傳感器線性差動電感式位移傳感器，英文為LinearVariableDifferentialTransformer，簡稱為LVDT。工作原理是通過高頻振蕩器產生一參考電磁場，當與被測物體相連的鐵芯在兩組感應線圈之間移動時，由于鐵芯切割磁力線，改變了電磁場強度，感應線圈的輸出電壓隨即發(fā)生變化。LVDT位移傳感器3.3.2其它參數(shù)測量儀器40第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日用位移計觀測撓度或變位時，應注意：1）位移計測桿應與所觀測的位移方向一致，非勻質材料的測點處應粘貼小塊玻璃片。2）固定位移計的不動支架要有足夠的剛性，位移計測桿上下靈活；3）符合觀測所需的量程及靈敏度3.3.2其它參數(shù)測量儀器41第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日2．轉角測量儀表在結構靜載試驗中，結構變形反應的測量大多以線位移為主，但有時也有角位移檢測的要求。最常見的轉角測量儀器是水準管式傾角測量儀，如圖所示。試驗時，先將傾角儀上水準管內的水泡調平，試件受荷變形后，產生傾角，水泡偏離平衡衡位置，這時再將水泡調平，調整量就是測點處的轉角。這種讀數(shù)方法稱為調零讀數(shù)法。

長水準管

3.3.2其它參數(shù)測量儀器42第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日

如圖所示為一電阻應變式傾角傳感器的示意圖，將傾角儀安裝在試驗結構需要測量轉角的部位，結構轉動時，傾角傳感器內的重錘使懸掛重錘的懸臂梁產生撓曲應變，利用粘貼在懸臂梁上的應變片即可測量其變化，再轉換為傾角。電阻應變式傾角傳感器3.3.2其它參數(shù)測量儀器43第四十三頁，共五十頁，