結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)技術(shù)講稿靜力部分

結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)技術(shù)講稿靜力部分1第一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§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第二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日一、數(shù)據(jù)測(cè)量方法人工測(cè)量與人工記錄：如用直尺測(cè)量位移、裂縫寬度。儀器測(cè)量與人工記錄：如用百分表測(cè)量位移，或用應(yīng)變儀配應(yīng)變計(jì)或位移計(jì)測(cè)量應(yīng)變或位移。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。先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量與記錄：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

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)際條件來確定，應(yīng)該按照用最經(jīng)濟(jì)合理的代價(jià)來獲取最多的有用數(shù)據(jù)的原則來確定?！?.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

3第三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§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4第四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

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)

5第五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日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?！?.3結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的量測(cè)系統(tǒng)

6第六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日三、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)

7第七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

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)

8第八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

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)

9第九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日3.3.1應(yīng)變測(cè)量測(cè)量方法：電阻應(yīng)變儀：應(yīng)變計(jì)+應(yīng)變儀（常用）手持應(yīng)變儀：校核，測(cè)點(diǎn)少時(shí)采用。位移計(jì)方法：足尺結(jié)構(gòu)試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)量光測(cè)法（云紋法、激光衍射法、光彈法）：測(cè)量平面應(yīng)變，較多用于測(cè)量節(jié)點(diǎn)和局部應(yīng)力。10第十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日一、電阻應(yīng)變計(jì)3.3.1應(yīng)變測(cè)量11第十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日構(gòu)造：基底有膠基和紙基，電阻柵有金屬絲或箔3.3.1應(yīng)變測(cè)量12第十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

電阻應(yīng)變計(jì)原理：設(shè)變形后其長(zhǎng)度變化為取對(duì)數(shù)微分：式中：在彈性范圍電阻應(yīng)變計(jì)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(yīng)變測(cè)量13第十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日選用原則：標(biāo)距L：選擇原則上應(yīng)盡量小。特別是對(duì)于應(yīng)力梯度較大的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力集中的測(cè)點(diǎn)。但對(duì)某些非均質(zhì)材料組成的結(jié)構(gòu)，應(yīng)有適當(dāng)范圍，如混凝土應(yīng)取大于骨料的最大粒徑的3倍；磚石結(jié)構(gòu)取大于4皮磚等，才能正確反映平均值。阻值R：R=120Ω(60～600Ω)。應(yīng)變計(jì)阻值相差0.5%，并結(jié)合和應(yīng)變儀選用。靈敏系數(shù)K：K≈2.0(1.8～2.6)，同次試驗(yàn)宜相同3.3.1應(yīng)變測(cè)量14第十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日粘貼技術(shù)3.3.1應(yīng)變測(cè)量15第十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日粘貼技術(shù)3.3.1應(yīng)變測(cè)量16第十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日二、電阻應(yīng)變儀3.3.1應(yīng)變測(cè)量e=1000meDR/R=Ke=2.0*1000me=0.002微弱的電信號(hào)測(cè)量困難信號(hào)測(cè)量然后經(jīng)放大電路放大后處理Q235屈服應(yīng)變?cè)?00~300me左右17第十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日二、電阻應(yīng)變儀3.3.1應(yīng)變測(cè)量

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

電阻應(yīng)變儀的原理:

本質(zhì)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(yīng)變測(cè)量20第二十頁(yè)，共五十頁(yè)，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(yīng)變測(cè)量21第二十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日若4個(gè)應(yīng)變計(jì)規(guī)格相同即，由此可見，電橋的輸出電壓與四個(gè)橋臂應(yīng)變的代數(shù)和呈線性關(guān)系，且鄰臂電阻變化的符號(hào)相反，成相減輸出，對(duì)臂電阻變化的符號(hào)相同，成相加輸出。3.3.1應(yīng)變測(cè)量22第二十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日1、溫度補(bǔ)償技術(shù)

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

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

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

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

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

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

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

StrainMeasurementofCommonStressState軸力彎矩共同作用構(gòu)件R2R1彎曲應(yīng)變R3軸向應(yīng)變R2R430第三十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日三、其他應(yīng)變測(cè)量?jī)x器根據(jù)應(yīng)變的定義3.3.1應(yīng)變測(cè)量31第三十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日三、其他應(yīng)變測(cè)量?jī)x器1、手持應(yīng)變儀工作原理：在標(biāo)距兩端粘結(jié)兩個(gè)腳標(biāo)（每邊各一個(gè)），通過測(cè)量結(jié)構(gòu)變形前后兩個(gè)腳標(biāo)之間距離的改變，求得標(biāo)距內(nèi)的平均應(yīng)變常用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，且適用于持久試驗(yàn)，標(biāo)距為50～250mm，讀數(shù)的位移計(jì)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(yīng)變測(cè)量32第三十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2、位移計(jì)方法：常用于實(shí)際結(jié)構(gòu)、足尺試件的應(yīng)變測(cè)量。用位移計(jì)測(cè)量一條直線上兩點(diǎn)之間的相對(duì)位移來表示兩點(diǎn)之間的平均應(yīng)變，兩點(diǎn)之間的距離L稱為標(biāo)距。3.3.1應(yīng)變測(cè)量33第三十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日3、弦式應(yīng)變傳感器量測(cè)不受溫度和長(zhǎng)導(dǎo)線的影響，工作穩(wěn)定，但安裝復(fù)雜。1、4－腳座；2－激振與電感；3－鋼弦；4、光測(cè)法

光測(cè)法有：云紋法、激光衍射法、光彈法等。常用于測(cè)量平面應(yīng)變，較多應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)或構(gòu)件的局部應(yīng)力分析。3.3.1應(yīng)變測(cè)量34第三十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日3.3.2其他參數(shù)量測(cè)儀器1、位移測(cè)試儀表（1）機(jī)械式百分表和千分表1、2、6－齒輪；3－長(zhǎng)針；4－測(cè)桿；5－測(cè)桿彈簧；7－測(cè)桿齒輪；

8－齒輪彈簧；9-表座35第三十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日工作原理：百分表內(nèi)齒輪和齒輪的齒距是0.625mm。當(dāng)齒桿移動(dòng)16齒時(shí)，即移動(dòng)0.625×16＝10(mm)時(shí)，帶動(dòng)16齒小齒輪轉(zhuǎn)1周。同時(shí)，齒數(shù)為100的大齒輪也轉(zhuǎn)1周。它又帶動(dòng)齒數(shù)為10齒的小齒輪和長(zhǎng)指針轉(zhuǎn)10周。當(dāng)齒桿移動(dòng)1mm時(shí)，長(zhǎng)指針轉(zhuǎn)1周。由于表盤上共刻100格，所以長(zhǎng)指針每轉(zhuǎn)1個(gè)刻度表示齒桿移動(dòng)0.01mm。3.3.2其它參數(shù)測(cè)量?jī)x器36第三十六頁(yè)，共五十頁(yè)，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(dá)到0.005mm。百分表的量程一般為10mm，30mm，50mm。千分表的構(gòu)造與百分表基本相同，但精度齒輪的放大倍數(shù)不同，其測(cè)量精度可達(dá)到0.001mm,量程一般不超過2mm。3.3.2其它參數(shù)測(cè)量?jī)x器37第三十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（2）電阻應(yīng)變式位移傳感器

電阻應(yīng)變式位移傳感器的測(cè)桿通過彈簧與一固定在傳感器內(nèi)的懸臂梁相連，在懸臂梁的根部粘貼電阻應(yīng)變片。測(cè)桿移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)彈簧使懸臂梁受力產(chǎn)生變形，通過電阻應(yīng)變儀測(cè)量電阻應(yīng)變片的應(yīng)變變化，再轉(zhuǎn)換為位移量。電阻應(yīng)變式位移傳感器

電子百分表3.3.2其它參數(shù)測(cè)量?jī)x器38第三十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（3）滑動(dòng)電阻式位移傳感器滑動(dòng)電阻式位移傳感器的基本原理是將線位移的變化轉(zhuǎn)換為傳感器輸出電阻的變化。

滑動(dòng)電阻式位移傳感器

3.3.2其它參數(shù)測(cè)量?jī)x器39第三十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（4）線性差動(dòng)電感式位移傳感器線性差動(dòng)電感式位移傳感器，英文為L(zhǎng)inearVariableDifferentialTransformer，簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)VDT。工作原理是通過高頻振蕩器產(chǎn)生一參考電磁場(chǎng)，當(dāng)與被測(cè)物體相連的鐵芯在兩組感應(yīng)線圈之間移動(dòng)時(shí)，由于鐵芯切割磁力線，改變了電磁場(chǎng)強(qiáng)度，感應(yīng)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(cè)量?jī)x器40第四十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日用位移計(jì)觀測(cè)撓度或變位時(shí)，應(yīng)注意：1）位移計(jì)測(cè)桿應(yīng)與所觀測(cè)的位移方向一致，非勻質(zhì)材料的測(cè)點(diǎn)處應(yīng)粘貼小塊玻璃片。2）固定位移計(jì)的不動(dòng)支架要有足夠的剛性，位移計(jì)測(cè)桿上下靈活；3）符合觀測(cè)所需的量程及靈敏度3.3.2其它參數(shù)測(cè)量?jī)x器41第四十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2．轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x表在結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)變形反應(yīng)的測(cè)量大多以線位移為主，但有時(shí)也有角位移檢測(cè)的要求。最常見的轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x器是水準(zhǔn)管式傾角測(cè)量?jī)x，如圖所示。試驗(yàn)時(shí)，先將傾角儀上水準(zhǔn)管內(nèi)的水泡調(diào)平，試件受荷變形后，產(chǎn)生傾角，水泡偏離平衡衡位置，這時(shí)再將水泡調(diào)平，調(diào)整量就是測(cè)點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角。這種讀數(shù)方法稱為調(diào)零讀數(shù)法。

長(zhǎng)水準(zhǔn)管

3.3.2其它參數(shù)測(cè)量?jī)x器42第四十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

如圖所示為一電阻應(yīng)變式傾角傳感器的示意圖，將傾角儀安裝在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)需要測(cè)量轉(zhuǎn)角的部位，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傾角傳感器內(nèi)的重錘使懸掛重錘的懸臂梁產(chǎn)生撓曲應(yīng)變，利用粘貼在懸臂梁上的應(yīng)變片即可測(cè)量其變化，再轉(zhuǎn)換為傾角。電阻應(yīng)變式傾角傳感器3.3.2其它參數(shù)測(cè)量?jī)x器43第四十三頁(yè)，共五十頁(yè)，