結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課件PPT課件

1、水平反力裝置反力墻、反力架 反力墻：1）固定式反力墻：采用混凝土結(jié)構(gòu)(混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土),并且和試驗(yàn)臺(tái)座剛性連接以減少自身的變形。2）在混凝土反力墻上,按一定距離設(shè)有孔洞,以便用螺栓錨住加載器的底板。3）反力墻與千斤頂?shù)倪B接方式為三種：縱向滑軌式錨栓連接、橫向滑軌式錨栓連接、螺孔式錨栓連接型 。 反力架：為固定式和移動(dòng)式兩種 移動(dòng)式反力架一般采用鋼結(jié)構(gòu),通過螺栓與試驗(yàn)臺(tái)座的槽軌錨固。第1頁/共95頁豎向反力裝置1、組成：由荷載架、千斤頂連接桿件組成。2、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)荷載架：1）由橫梁、立柱組成的反力架和試驗(yàn)臺(tái)座等組成2）適用于中小型構(gòu)件的抗彎大梁或空間桁架式臺(tái)座。3、現(xiàn)場試驗(yàn)：用平衡重塊、錨固

2、樁頭或?qū)ｉT為試驗(yàn)澆筑的鋼筋混凝土地梁來平衡試件的荷載。荷載架主要是由立柱和橫梁組成。如圖所示。特點(diǎn)：1）以型鋼制成, 制作簡單,取材方便,可按鋼結(jié)構(gòu)的柱與橫梁設(shè)計(jì)，橫梁與柱的連接采用精制螺栓或圓銷。2）荷載架的承載力、剛度要求較高,能滿足大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的要求。3）荷載架的高度和承載力可按試驗(yàn)需要設(shè)計(jì),可成為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)固定的大型試驗(yàn)臺(tái)座上的豎向加載架。第2頁/共95頁豎向反力裝置1、靜力試驗(yàn)時(shí),要求千斤頂與試件保持穩(wěn)定即可。2、抗震試驗(yàn)時(shí),由于水平地震反復(fù)作用,試件會(huì)發(fā)生側(cè)移。垂直千斤頂要求對試件的荷載點(diǎn)保持不變,即必須同試件一起移動(dòng)?？梢砸揽壳Ы镯斉c橫梁之間的滾軸來實(shí)現(xiàn)。如圖所示的千斤頂滾軸連接圖

3、。 圖4-試件 5-反力架 6-千斤頂滾軸連接第3頁/共95頁分配梁 用分配梁可實(shí)現(xiàn)一個(gè)加載器施加兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上荷載,如圖所示。分配梁特點(diǎn):1、單跨簡支形式,剛度大,重量小。2、分配梁不超過兩層,以免失穩(wěn)或引起誤差。 圖分配梁加載示圖1-分配梁 2-試件第4頁/共95頁支座與支墩 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的支座與支墩是試驗(yàn)裝置中模擬結(jié)構(gòu)受力和邊界條件的重要組成，是支承結(jié)構(gòu)、正確傳遞作用力和模擬實(shí)際荷載圖式的設(shè)備。 對于不同的結(jié)構(gòu)形式和不同的試驗(yàn)要求,可使用不同的支座和支墩 。 第5頁/共95頁1.支座支座類型：活動(dòng)鉸支座、固定鉸支座、球鉸支座和刀口支座。用鋼材制作?；顒?dòng)鉸支座構(gòu)造形式如圖所示。 第6頁/共9

4、5頁固定鉸支座示意圖 第7頁/共95頁球鉸支座示意圖 第8頁/共95頁支座要求要求：保證試件在支座處能自由轉(zhuǎn)動(dòng) 。保證試件在支座處力的傳遞。如果試件在支承處沒有預(yù)埋支承鋼墊板,試驗(yàn)時(shí)必須另加墊板。 第9頁/共95頁支座設(shè)計(jì) 加設(shè)的墊板寬度b試驗(yàn)支承處截面的寬度.支承墊板的長度可按下式計(jì)算: 第10頁/共95頁支座設(shè)計(jì)構(gòu)件支座處鉸的上下墊板要有一定剛度,其厚度為： 滾軸的長度,一般取等于試件支承處截面寬b 第11頁/共95頁支座設(shè)計(jì)滾軸的直徑, 參照表選用, 按式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算 第12頁/共95頁不同結(jié)構(gòu)形式，不同支座不同的結(jié)構(gòu)形式 ，要求有不同的支座形式：(1)簡支梁和連續(xù)梁支座 通常一端為固定

5、鉸支座,其他為滾動(dòng)支座。要求安裝時(shí)各支座軸線應(yīng)彼此平行并垂直試件的縱軸線。各支座間的距離取為試件的計(jì)算跨度。第13頁/共95頁 嵌固端支座示意圖 當(dāng)需要模擬梁的嵌固端支座時(shí),在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用試驗(yàn)臺(tái)座用拉桿錨固,如圖所示,只要保證支座與拉桿間的嵌固長度,即可滿足試驗(yàn)要求。第14頁/共95頁板、殼支座的布置方式(2)四角支承板和四邊支承板的支座 在配置四角支承板支座時(shí)應(yīng)安放一個(gè)固定滾珠;對于四邊支承板,滾珠間距不宜過大,宜取板在支承處厚度的35倍。板、殼支座的布置方式如圖所示。 對于四邊簡支板的支座應(yīng)注意四個(gè)角部的處理。當(dāng)四邊簡支板無邊梁時(shí),加載后四角會(huì)翹起。因此,角部應(yīng)安置能承受拉力的支座。第15

6、頁/共95頁不同結(jié)構(gòu)形式，不同支座 梁式受扭構(gòu)件試驗(yàn), 支座形式可如圖所示。為保證試件在受扭平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)試件,兩端架設(shè)在兩個(gè)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的支座上,支座的轉(zhuǎn)動(dòng)平面應(yīng)相互平行,并與試件的扭曲軸相垂直。(3)受扭試件兩端的支座第16頁/共95頁(4)受壓試件兩端的支座在進(jìn)行柱與壓桿試驗(yàn)時(shí),試件應(yīng)分別設(shè)置球形支座或雙層正交刀口支座。如圖、圖、圖所示。球鉸中心與加載點(diǎn)重合，雙層刀口的支點(diǎn)應(yīng)落在加載點(diǎn)上 。圖第17頁/共95頁受壓試件兩端的支座第18頁/共95頁2、支墩 支墩本身的承載力必須進(jìn)行計(jì)算,以保證試驗(yàn)時(shí)不致發(fā)生過度變形。 在現(xiàn)場多用磚塊臨時(shí)砌成,支墩上部應(yīng)有足夠大的平整支承面,最好在頂部鋪鋼板,

7、支承面積要按地耐力復(fù)核。 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一般用鋼或混凝土制成的專用支墩 。第19頁/共95頁 對支墩的要求1、支墩和地基有足夠的剛度與承載力,在試驗(yàn)荷載下的總壓縮變形不宜超過試驗(yàn)構(gòu)件撓度的1/10 。2、使用兩個(gè)以上的支墩時(shí),要求各支墩應(yīng)具有相同的剛度。如連續(xù)梁、四角支承板等,為了防止支墩不均勻沉降及避免試驗(yàn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力而破壞。3、單向簡支試件的2個(gè)支墩及雙向板支墩在2個(gè)跨度方向的高差應(yīng)符合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求,偏差不宜大于試件跨度的1/50。因?yàn)檫^大的高差會(huì)在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力,改變結(jié)構(gòu)的工作機(jī)制。4、連續(xù)梁各中間支墩應(yīng)采用可調(diào)式支墩,因?yàn)橹Ф盏母叨葘B續(xù)梁的內(nèi)力有很大影響。必要時(shí)還應(yīng)安裝測力

8、計(jì),按支座反力的大小調(diào)節(jié)支墩高度。第20頁/共95頁土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測 第四章量測儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第21頁/共95頁 4.1概述 量測儀器從最簡單的逐個(gè)讀數(shù)、手工記錄數(shù)據(jù)的儀表到計(jì)算機(jī)快速、自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理的復(fù)雜系統(tǒng)，種類繁多,原理各異。本章重點(diǎn)闡述常用量測儀器的原理、功能和使用要求。 第22頁/共95頁量測儀器的組成組成：感受、放大和顯示記錄三個(gè)基本部分。感受部分直接與被測對象相連,感受被測參數(shù)的變化并轉(zhuǎn)換和傳遞給放大部分。放大部分將感受部分傳來的被測參數(shù)通過各種方式(如機(jī)械式的齒輪、杠桿、電子放大線路或光學(xué)放大等)進(jìn)行放大。顯示記錄部分是將放大部分傳來的量測結(jié)果通過指針、電子數(shù)

9、碼器、屏幕等顯示出來,或通過各種記錄設(shè)備將試驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線記錄下來。機(jī)械式儀器的感受、放大和顯示記錄三部分都在同一個(gè)儀器內(nèi)，電測儀器三部分常常是開的,分別為傳感器、放大器和記錄儀器。 第23頁/共95頁量測儀器的工作原理 量測方法：偏位測定法和零位測定法兩種量測方法。 偏位測定法是根據(jù)量測儀器產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)或位移定出被測值,百分表、雙杠桿應(yīng)變儀及動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀就是采用偏位法。零位測定法是用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去抵消未知物理量引起的偏轉(zhuǎn),使被測量和標(biāo)準(zhǔn)量對儀器指示裝置應(yīng)經(jīng)常保持相等，指示裝置指零時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)量叫被測物理量，稱重天平就是零位測定法的例子，一般來講,零位測定法比偏位測定法更精確,尤其當(dāng)采用電子儀器將被

10、測量和標(biāo)準(zhǔn)量的差值放大后,可達(dá)到很高的精度 。 第24頁/共95頁量測儀器的主要指標(biāo) 1.量程 儀器所能測量的最大范圍。2.刻度值 儀器所能指示的最小測量數(shù)值。3.分辨率 儀器測量被測物理量最小變化的能力。第25頁/共95頁量測儀器的主要指標(biāo) 4.靈敏度 被測量的單位物理量所引起的顯示值的大小。靈敏度的單位也各不相同,如百分表的靈敏度單位是mm/mm,測力傳感器的靈敏度單位是/N。有些儀器的靈敏度還有另外的含義,使用時(shí)應(yīng)查對其說明書。第26頁/共95頁量測儀器的主要指標(biāo)5.精確度 精確度是指儀表指示值與被測真值的符合程度，簡稱精度。精度高的儀表意味著隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差都小。常以最大量程時(shí)的相對

11、誤差來表示精度,并以此來確定儀器的精度等級。例如,一臺(tái)精度為0.2級的儀表,即測定值的誤差不超過最大量程的0.2%。 第27頁/共95頁量測儀器的主要指標(biāo)6.滯后 儀器的輸入量從起始值增至最大值的測量過程稱為正行程;輸入量由最大值減至起始值的測量過程稱為反行程。同一輸入量正反兩個(gè)行程輸出值間的偏差稱為滯后。常以滿量程中的最大滯后值與滿量程輸出值之比表示。 第28頁/共95頁量測儀器的主要指標(biāo) 7.線性范圍 保持儀器的輸入量和輸出信號為線性關(guān)系時(shí),輸入量的允許變化范圍。在動(dòng)態(tài)量測中,對儀器的線性度應(yīng)嚴(yán)格要求,否則將使量測結(jié)果引起較大的誤差。動(dòng)力試驗(yàn)量測儀器的傳感器、放大器及顯示記錄儀器等需考慮下

12、述指標(biāo): 第29頁/共95頁量測儀器的主要指標(biāo)8.頻響特性 儀器在不同頻率下靈敏度的變化特性.在頻響曲線表示. 頻響曲線:對數(shù)頻率值為橫坐標(biāo), 相對靈敏度為縱坐標(biāo)。 高頻動(dòng)態(tài)量測時(shí), 將使用頻率限制在頻響曲線的平坦部分以免引起過大的量測誤差。 對于傳感器,提高其自振頻率將有助于增加使用頻率范圍。 第30頁/共95頁量測儀器的主要指標(biāo)9.相移特性 振動(dòng)參量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號或經(jīng)放大、記錄后在時(shí)間上產(chǎn)生的延遲叫相移。若相移特性隨頻率變化, 對于具有不同頻率成分的復(fù)合振動(dòng)將會(huì)引起輸出電量的相位失真。常以儀器的相頻特性曲線來表示其相移特性。在使用頻率范圍內(nèi),輸出信號相對于信號的相位差應(yīng)不隨頻率改變而

13、變化。 第31頁/共95頁應(yīng)注意的問題 由傳感器、放大器、記錄器組成的整套量測系統(tǒng),還需注意儀器相互之間的阻抗匹配及頻率范圍的配合等問題。 第32頁/共95頁量測儀器的選用 試驗(yàn)用的量測儀器,應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范中精度等級的規(guī)定,并應(yīng)有主管計(jì)量部門定期檢驗(yàn)的合格證書,在選用量測儀器時(shí),應(yīng)考慮下列要求 :第33頁/共95頁量測儀器的選用的要求符合量測所需的量程及精度要求。在選用儀器前,應(yīng)先對被測值進(jìn)行估算。一般應(yīng)使最大被測值控制在儀器的2/3量程范圍附近,以防儀器超量程而損壞。同時(shí),為保證量測精度,應(yīng)使儀器的最小刻度值不大于最大被測值的5%。 第34頁/共95頁量測儀器的選用的要求動(dòng)力試驗(yàn)量測儀器,其

14、線性范圍、頻響特性及相移特性等都應(yīng)滿足試驗(yàn)要求。 對于安裝在結(jié)構(gòu)上的儀器或傳感器,要求自重輕、體積小,不影響結(jié)構(gòu)的工作。特別要注意夾具安裝設(shè)計(jì)是否合理正確,不正確的夾具安裝將使試驗(yàn)結(jié)果帶有很大的誤差。 第35頁/共95頁量測儀器的選用的要求同一試驗(yàn)中選用的儀器種類應(yīng)盡可能少,以便統(tǒng)一數(shù)據(jù)的精度,簡化量測數(shù)據(jù)的整理工作和避免差錯(cuò)。選用儀器時(shí)應(yīng)考慮試驗(yàn)的環(huán)境條件。例如,在野外試驗(yàn)時(shí)儀器常受到風(fēng)吹日曬,周圍的溫、濕度變化較大,宜選用機(jī)械式儀器。此外,應(yīng)從試驗(yàn)實(shí)際需要出發(fā),選擇儀器的精度,切忌盲目選用高精度、高靈敏度的儀器。一般來說,測定結(jié)果的最大相對誤差不大于5%即滿足要求 。 第36頁/共95頁儀

15、器的率定 為了確定儀器的精確度或換算系數(shù),確定其誤差,需將儀表指示值和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較,這一工作稱為儀器的率定。率定后的儀器按國家規(guī)定的精確度劃分等級。 第37頁/共95頁儀器的率定的原則 用來率定儀器的標(biāo)準(zhǔn)量應(yīng)是經(jīng)國家計(jì)量機(jī)構(gòu)確認(rèn),具有一定精確度等級的專用率定設(shè)備產(chǎn)生的。率定設(shè)備的精確度等級應(yīng)比被率定的儀器高。常用來率定液壓試驗(yàn)機(jī)荷載度盤示值的標(biāo)準(zhǔn)測力計(jì)就是一種專用率定器。第38頁/共95頁儀器的率定的原則 若沒有專用率定設(shè)備時(shí),可以用和被率定儀器具有同級精確度的“標(biāo)準(zhǔn)儀器”相比較進(jìn)行率定。還可以利用標(biāo)準(zhǔn)試件來進(jìn)行率定,即把尺寸加工非常精確的試件放在經(jīng)過率定的試驗(yàn)機(jī)上加載,根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)試件及加載

16、后產(chǎn)生的變化求出安裝在標(biāo)準(zhǔn)試件上的被率定儀器的刻度值。此法的準(zhǔn)確度不高,但較簡便,所以常被采用。第39頁/共95頁儀器率定的重要意義 為了保證量測的精確度,儀器的率定是一件十分重要的工作。所有新生產(chǎn)或出廠的儀器都經(jīng)過率定,正在使用的儀器也必須定期進(jìn)行率定,因?yàn)閮x器經(jīng)長期使用,其零件總有不同程度的磨損,或者損壞后經(jīng)檢修的儀器，零件的位置會(huì)有變動(dòng),難免引起示值的改變。儀器除需定期率定外,在重要的試驗(yàn)開始前,對儀器進(jìn)行率定。 第40頁/共95頁4.2應(yīng)變量測 應(yīng)變量測是用應(yīng)變計(jì)測出試件在一定長度范圍L (稱為標(biāo)距)內(nèi)的長度變化 ,再計(jì)算出應(yīng)變值=L/L。測出的應(yīng)變值實(shí)際是標(biāo)距范L內(nèi)的平均應(yīng)變。因此,

17、對于應(yīng)力梯度較大的結(jié)構(gòu)或混凝土等非勻質(zhì)材料,都應(yīng)注意應(yīng)變計(jì)標(biāo)距的選擇。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力梯度較大時(shí),應(yīng)變計(jì)標(biāo)距應(yīng)盡可能小;但對混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)變計(jì)的標(biāo)距應(yīng)大于23倍最大骨料粒徑;對磚石結(jié)構(gòu),應(yīng)變計(jì)的標(biāo)距應(yīng)大于4皮磚;在作木結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí),一般要求應(yīng)變計(jì)標(biāo)距20cm;對于鋼材等勻質(zhì)材料,應(yīng)變計(jì)標(biāo)距可取小一些 。 第41頁/共95頁4.2應(yīng)變量測 應(yīng)變量測:電測與機(jī)測兩類. 電測法特點(diǎn):1、精度高、靈敏度高、可遠(yuǎn)距離量測和多點(diǎn)量測、采集數(shù)據(jù)快速、自動(dòng)化程度高.2、將量測數(shù)據(jù)信號和計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)連接,為采用計(jì)算機(jī)控制和用計(jì)算機(jī)分析處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)創(chuàng)造了有利條件。 第42頁/共95頁 機(jī)測引伸儀 1.手持式應(yīng)變儀 圖

18、為手持式應(yīng)變儀,主要由兩片彈簧鋼片連接兩個(gè)剛性骨架組成,兩個(gè)骨架可作無摩擦的相對運(yùn)動(dòng)。骨架兩端帶有錐形插腳,測量時(shí)將插腳插入結(jié)構(gòu)表面上預(yù)置的腳座中,結(jié)構(gòu)表面上的兩個(gè)預(yù)置腳座之間的距離為測量標(biāo)距。試件的應(yīng)變由裝在骨架上的千分表讀出。 第43頁/共95頁機(jī)測引伸儀 2.千分表測應(yīng)變裝置 自制的應(yīng)變測量裝置如圖它有兩個(gè)粘貼在試件上的腳座,分別固定千分表和剛性桿,測量標(biāo)距可通過調(diào)節(jié)兩個(gè)腳座的距離任意確定。構(gòu)件伸長(縮短)量由千分表讀出,除以標(biāo)距即算得應(yīng)變。特點(diǎn)：裝置構(gòu)造簡單、測量精度較高、可重復(fù)利用。但由于腳座較長,不適合測量有彎曲變形的構(gòu)件第44頁/共95頁電阻應(yīng)變計(jì) 電阻應(yīng)變計(jì)又稱電阻應(yīng)變片,是電

19、阻應(yīng)變量測系統(tǒng)的感受元件。常見的電阻應(yīng)變片如圖 所示。 第45頁/共95頁紙基絲繞式電阻應(yīng)變計(jì)構(gòu)造 在拷貝紙或膠薄膜等基底與覆蓋層之間粘貼合金敏感柵(電阻柵),端部加引出線組成。 第46頁/共95頁電阻應(yīng)變計(jì)測應(yīng)變的原理 由物理學(xué)可知,金屬電阻絲的電阻R與長度L和截面面積A有如下關(guān)系: 第47頁/共95頁電阻應(yīng)變計(jì)測應(yīng)變的原理 當(dāng)電阻絲受到拉伸或壓縮后,相應(yīng)的電阻變化如圖所示,D為電阻絲受到拉伸前直徑,D為拉伸后的直徑，將上式兩邊進(jìn)行微分可得： 將上式兩端同除R，則有：A式第48頁/共95頁電阻應(yīng)變計(jì)測應(yīng)變的原理如果設(shè)電阻絲的泊松比為，則有：將 代入A式可得：，A式第49頁/共95頁電阻應(yīng)變計(jì)

20、測應(yīng)變的原理 公式的意義：在于揭示了電阻變化率與機(jī)械應(yīng)變之間確定的線性關(guān)系,更重要的是它建立了機(jī)械量與電量之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。 第50頁/共95頁電阻應(yīng)變片主要有下列幾項(xiàng)性能指標(biāo) (1)標(biāo)距L 電阻絲柵在縱軸方向的有效長度。(2)電阻值 R 電阻應(yīng)變片的電阻值為120,當(dāng)使用非120應(yīng)變計(jì)時(shí),應(yīng)按電阻應(yīng)變儀的說明進(jìn)行修正。(3)靈敏系數(shù)K0 電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)取值范圍在1.92.3之間。通常 K0=2.0。 第51頁/共95頁電阻應(yīng)變片的其他性能指標(biāo)4、應(yīng)變極限、機(jī)械滯后、疲勞壽命、零飄、 蠕變、絕緣電阻、橫向靈敏系數(shù)、溫度特 性、頻響特性等性能。 應(yīng)變計(jì)的選用：根據(jù)試驗(yàn)量測的精度要求選定所

21、需電阻應(yīng)變片的等級。 （應(yīng)變片出廠時(shí), 電阻值、靈敏系數(shù)、機(jī)械滯后等指標(biāo)對其名義值的偏差程度分成若干等級）。第52頁/共95頁電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù) 應(yīng)變量測中,應(yīng)變片的粘貼是比較重要的一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié),應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量直接影響測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性. 應(yīng)變片的粘貼共分七步: 1.應(yīng)變片的檢查分選 2.測點(diǎn)處理和測點(diǎn)定位 3.應(yīng)變片粘貼 4.粘貼質(zhì)量檢查 5.引出線的絕緣及固定 6. 導(dǎo)線的焊接及固定 7. 應(yīng)變片的保護(hù)與密封 第53頁/共95頁電阻應(yīng)變儀 1.電阻應(yīng)變儀的組成 電阻應(yīng)變儀是把電阻應(yīng)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.主要由振蕩器、量測電路、放大

22、器、相敏檢波器和電源等部分組成 。第54頁/共95頁電阻應(yīng)變儀 2.電阻應(yīng)變儀的原理 電阻應(yīng)變儀的測量原理是通過惠斯登電橋,將微小電阻變化轉(zhuǎn)為電壓或電流變化,惠斯登電橋是由4個(gè)電阻，R1、R2、R3和R4。組成,如圖所示,4個(gè)電阻構(gòu)成電橋的4個(gè)橋臂。 惠斯登電橋第55頁/共95頁惠斯登電橋工作原理 根據(jù)電工學(xué)原理,在電橋的B、D端輸出電壓UBD與電橋的A、C端的輸入電壓UAC的關(guān)系為: 當(dāng)4個(gè)電橋的電阻滿足 時(shí)，電橋的輸出電壓為零,這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。 第56頁/共95頁惠斯登電橋工作原理 假設(shè)初始狀態(tài)為平衡狀態(tài)，受力后橋臂電阻分別有微小的電阻增量R1，R2，R3，R4，這時(shí)電橋輸出電壓增量

23、UBD為： 第57頁/共95頁3.測量電路種類 根據(jù)橋臂上工作應(yīng)變片的數(shù)量,測量方式主要有全橋、半橋電路和1/4橋電路。 全橋電路：在量測橋的四個(gè)橋臂上全部接入工作應(yīng)變片,其中相鄰臂上的工作片兼作溫度補(bǔ)償片?，F(xiàn)假定選取的四個(gè)橋臂應(yīng)變片的阻值都相等(全等臂電橋),即R1=R2=R3= R4 ，每個(gè)應(yīng)變片靈敏系數(shù)K相同，則有： 半橋電路 ：是由兩個(gè)工作片和兩個(gè)固定電阻組成。則有： 1/4電路 ：第58頁/共95頁4. 溫度補(bǔ)償 由于環(huán)境溫度變化的影響，通過應(yīng)變片的感受，要引起電阻應(yīng)變儀指示部分的示值變動(dòng)，這種變動(dòng)稱為溫度效應(yīng)。而電阻絲通常為鎳鉻合金絲，溫度變動(dòng)1，將產(chǎn)生相當(dāng)于鋼材應(yīng)力為14.7KN

24、/mm2的示值變動(dòng)。這個(gè)量值不可忽視，必須加以消除。消除溫度效應(yīng)的方法稱為溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償可采用溫度補(bǔ)償片、工作片互補(bǔ)法和溫度自補(bǔ)償三種方法。 第59頁/共95頁(1)溫度補(bǔ)償片法 試驗(yàn)時(shí),選一個(gè)與試件材質(zhì)相同的溫度補(bǔ)償塊粘貼補(bǔ)償片(應(yīng)變片規(guī)格、粘貼工藝,溫度環(huán)境與工作片相同),用相同的導(dǎo)線接在橋路工作臂的鄰臂上,如圖所示。根據(jù)電橋鄰臂輸出相減的原理,達(dá)到溫度效應(yīng)所產(chǎn)生的應(yīng)變得以消除的目的。溫度補(bǔ)償片粘貼在溫度補(bǔ)償塊上,只發(fā)生溫度效應(yīng)的應(yīng)變片,稱為溫度補(bǔ)償片,這種方法稱為溫度補(bǔ)償片法。通常,1個(gè)溫度補(bǔ)償片可以補(bǔ)償1個(gè)工作應(yīng)變片,也可以補(bǔ)償多個(gè)工作應(yīng)變片,分別稱為單點(diǎn)補(bǔ)償和多點(diǎn)補(bǔ)償。對導(dǎo)熱性較

25、好的材料,應(yīng)變片通電后散熱較快,可以采用1個(gè)補(bǔ)償片補(bǔ)償10個(gè)工作應(yīng)變片,如鋼材;而混凝土等材料散熱性能差1個(gè)補(bǔ)償片連續(xù)補(bǔ)償?shù)墓ぷ鲬?yīng)變片不宜超過5個(gè),最好使用單點(diǎn)補(bǔ)償。第60頁/共95頁 某些被測結(jié)構(gòu)或構(gòu)件存在著應(yīng)變符號相反、比例關(guān)系已知和溫度條件相同的2個(gè)或4個(gè)測點(diǎn)時(shí),可以將這些應(yīng)變片按照符號不同,分別接在相應(yīng)的鄰臂上,這樣,在等臂的條件下,這些工作應(yīng)變片互為溫度補(bǔ)償片,可消除溫度效應(yīng)的影響,如圖所示。但工作片互補(bǔ)法不適用于混凝土等非勻質(zhì)材料。（2）工作片互補(bǔ)法以上兩種方法都是通過橋路連接方法實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)? 統(tǒng)稱為橋路補(bǔ)償法。第61頁/共95頁5.多點(diǎn)測量線路進(jìn)行實(shí)際測量時(shí)，一般要求應(yīng)變儀具

26、有多個(gè)測量橋，這樣就可以進(jìn)行多測點(diǎn)的測量工作。多測點(diǎn)測量線路主要有工作肢傳換法和中線轉(zhuǎn)換法。工作肢轉(zhuǎn)換法每次只切換工作片，溫度補(bǔ)償片為共用片；中線轉(zhuǎn)換法每次同時(shí)切換工作片和補(bǔ)償片，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)自動(dòng)切換測點(diǎn)而形成測量橋。 第62頁/共95頁4.3位移量測 位移是工程結(jié)構(gòu)承受荷載作用后最直觀的反應(yīng),是反映結(jié)構(gòu)性能的最主要參數(shù),通過位移測量.可了解結(jié)構(gòu)的剛度及其變化, 區(qū)分結(jié)構(gòu)的彈性和非彈性性質(zhì)。結(jié)構(gòu)任何部位的異常變形和局部損壞都會(huì)在變形上得到反映。 第63頁/共95頁線位移傳感器 線位移量測儀器：機(jī)械式百分表和千分表、電子百分表、電阻式位移傳感器和線性差動(dòng)電感式位移傳感器等。 第64頁/共95頁1

27、.機(jī)械式百分表和千分表 機(jī)械式百分表外觀如圖所示。當(dāng)滑動(dòng)的測桿跟隨被測物體運(yùn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)百分表內(nèi)部的精密齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),從百分表的表盤就可讀出線位移量。百分表的量程一般為10mm、30mm和50mm。 百分表通過百分表座安裝,安裝時(shí)應(yīng)注意保證百分表測桿運(yùn)動(dòng)方向平行,被測物體表面一般應(yīng)與百分表測桿垂直。第65頁/共95頁 機(jī)械式千分表 千分表的構(gòu)造與百分表基本相同,但精密齒輪的放大倍數(shù)不同,其測量精密度可達(dá)到0.001mm或0.002mm,量程一般不超過2mm。 第66頁/共95頁2、張拉式位移傳感器 張拉式位移傳感器(圖通過鋼絲與被測物體相連,鋼絲纏繞在張拉式位移傳感器的轉(zhuǎn)軸上,鋼絲的另一端懸掛一重錘

28、。當(dāng)被測物體發(fā)生位移時(shí),重錘牽引纏繞鋼絲推動(dòng)傳感器指針旋轉(zhuǎn),然后從傳感器的表盤讀數(shù)。第67頁/共95頁3.電阻應(yīng)變式位移傳感器 電阻應(yīng)變式位移傳感器的測桿通過彈簧與一固定在傳感器內(nèi)的懸臂梁相連(圖在懸臂梁的根部粘貼電阻應(yīng)變片。測桿移動(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)變儀測量電阻應(yīng)變片的應(yīng)變變化,再轉(zhuǎn)換為位移量 。第68頁/共95頁4.滑動(dòng)電阻式位移傳感滑動(dòng)電阻式位移傳感器(圖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。與被測物體相連的彈簧片在滑動(dòng)電阻上移動(dòng),使電阻R1的輸出電壓值發(fā)生變化,通過與R2的參考電壓值比較，即可得到R1輸出電壓的改變量。第69頁/共95頁5.線性

29、差動(dòng)電感式位移傳感器 線性差動(dòng)電感式位移傳感器,簡稱為LVDT,其構(gòu)造如圖所示. LVDT的工作原理是通過高頻振蕩器產(chǎn)生一參考電磁場,當(dāng)與被測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,改變了電磁場強(qiáng)度,感應(yīng)線圈的輸出電壓隨即發(fā)生變化。通過標(biāo)定,可確定感應(yīng)電壓的變化與位移量變化的關(guān)系。 第70頁/共95頁角位移傳感器 角位移傳感器附著在結(jié)構(gòu)上，隨著結(jié)構(gòu)一起發(fā)生位移。常用的角位移傳感器有水準(zhǔn)式傾角儀和電子傾角儀。第71頁/共95頁1水準(zhǔn)式傾角儀 水準(zhǔn)管1安置在彈簧片4上，一端鉸接于基座上，另一端被微調(diào)螺栓3頂住。當(dāng)儀器用夾具5安裝在測點(diǎn)上后,用微調(diào)螺栓使水準(zhǔn)管的氣泡居中,結(jié)構(gòu)變形

30、后氣泡漂移,再扭動(dòng)微調(diào)螺栓使氣泡重新居中,度盤前后兩次讀數(shù)的差即為測點(diǎn)的轉(zhuǎn)角。儀器的最小讀數(shù)可達(dá)1“2”,量程為3度 。優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、精度高;缺點(diǎn)：受濕度及振動(dòng)影響大,在陽光下曝曬會(huì)引起水準(zhǔn)管爆裂。第72頁/共95頁 電子傾角儀工作原理 電子傾角儀是通過電阻變化測定結(jié)構(gòu)某部位的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。儀器的構(gòu)造原理如圖所示。其主要裝置是一個(gè)盛有高穩(wěn)定性的導(dǎo)電液體的玻璃器皿,在導(dǎo)電液體中插入三根電極A、B、C并加以固定。電極等距離設(shè)置且垂直于器皿底面,當(dāng)傳感器處于水平位置時(shí),導(dǎo)電液體的液面保持水平,三根電極浸入液內(nèi)的長度相等,故A、B極之間的電阻值等于B 、 C 極 之 間 的 電 阻 值 , 即R1=R2。

31、第73頁/共95頁電子傾角儀工作原理 使用時(shí)將傾角儀固定在試件測點(diǎn)上,試件發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傾角儀隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。因?qū)щ娨好媸冀K保持水平,因而插入導(dǎo)電液體內(nèi)的電極深度必然發(fā)生變化,使R1減小R,R2增大R，若將AB、BC視作惠斯登電橋的兩個(gè)臂,則建立電阻改變量R與轉(zhuǎn)動(dòng)角度間的關(guān)系就可以用電橋原理測量和換算，R=K。 第74頁/共95頁4.4力值量測 靜載試驗(yàn)測定的：荷載與支座反力、預(yù)應(yīng)力施力過程中鋼絲或鋼絞線的張力、風(fēng)壓、油壓、土壓力。 力值量測儀器的基本原理：用一彈性元件去感受力或液壓,彈性元件在力的作用下,生成與外力或液壓成對應(yīng)關(guān)系的變形。常用的力傳感器可分為機(jī)械式、電阻應(yīng)變式和振動(dòng)弦式等不同類型。

32、 第75頁/共95頁機(jī)械式力傳感器-環(huán)箍式拉力計(jì)機(jī)械式力傳感器的基本原理是利用機(jī)械式儀器測量彈性元件的變形,再將變形轉(zhuǎn)換為彈性元件所受的力。 圖4.41為環(huán)箍式拉力計(jì),它由兩片弓形鋼板組成一個(gè)環(huán)箍。在拉力作用下,環(huán)箍產(chǎn)生變形,通過一套機(jī)械傳動(dòng)放大系統(tǒng)帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng),指針在度盤上的示值即為外力值。第76頁/共95頁環(huán)箍式拉壓測力計(jì) 圖是另一種環(huán)箍式拉壓測力計(jì),它用粗大的鋼環(huán)作彈簧,鋼環(huán)在拉壓力作用下的變形,經(jīng)過杠桿放大后推動(dòng)位移計(jì)工作。位移計(jì)顯示值與環(huán)箍變形關(guān)系應(yīng)預(yù)先標(biāo)定。第77頁/共95頁電阻應(yīng)變式傳感器 應(yīng)用最廣泛的一種測力儀器。利用安裝在力傳感器上的電阻應(yīng)變片測量傳感器彈性變形體的應(yīng)變,再將

33、彈性體的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換電信號輸出, 用電子儀器顯示的測力計(jì),稱為測力傳感器,也稱荷載傳感器。根據(jù)荷載性質(zhì)不同,荷載傳感器的形式分為拉伸型、壓縮型和拉一壓型三種. 外部形狀基本相同,其核心部件是一個(gè)厚壁筒。壁筒的橫斷面取決于材料允許的最大應(yīng)力。在筒壁上貼有電阻應(yīng)變片以便將機(jī)械變形轉(zhuǎn)換為電量變化。如圖所示,在筒壁的軸向和橫向布置應(yīng)變片,并按全橋接入電阻應(yīng)變儀工作電橋,進(jìn)行量測,提高了其量測靈敏度。 第78頁/共95頁振動(dòng)弦式力傳感器 振功弦式力傳感器的測量原理與電阻應(yīng)變式力傳感器的測量原理基本相同。在振動(dòng)弦式力傳感器中,安裝了一根張緊的鋼弦,當(dāng)傳感器受力產(chǎn)生微小的變形時(shí),鋼弦張緊程度發(fā)生變化,使得其自

34、振頻率隨之變化,測量鋼弦的自振頻率, 通過傳感器的變形得到傳感器所受到的力。第79頁/共95頁間接方法測力 采用液壓系統(tǒng)加載時(shí), 采用間接量測力方法:采用壓力傳感器測量液壓系統(tǒng)的工作壓力,將測量的工作壓力乘以加載油缸活塞的有效面積,即為加載油缸對試體所施加的力。 第80頁/共95頁4.5裂縫觀測 對于混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu),裂縫的發(fā)生和發(fā)展是結(jié)構(gòu)受力的重要特征。對于鋼結(jié)構(gòu), 斷裂常發(fā)生在應(yīng)力集中的部位和焊縫部位。 第81頁/共95頁裂縫觀測的方法 1.肉眼觀察 最常用的方法是在試件表面涂白灰并待其干燥，試件受荷后，便會(huì)在石灰涂層表面留下裂縫,借助放大鏡用肉眼觀察裂縫的出現(xiàn)。 2.貼應(yīng)變片 利用粘

35、貼在混凝土受拉區(qū)的電阻應(yīng)變片，當(dāng)混凝土開時(shí),如果裂縫貫穿電阻應(yīng)片，該應(yīng)變片的讀數(shù)突變,從而可以判斷開裂部位。 第82頁/共95頁裂縫觀測的方法 3.涂導(dǎo)電漆膜 在混凝土試件受拉區(qū)表面涂上一種專用的導(dǎo)電漆膜，干燥后兩端接入電路。當(dāng)混凝土裂縫寬度達(dá)到0.0010.005mm時(shí)，導(dǎo)電漆膜會(huì)出現(xiàn)火花直至燒斷，以此判斷裂縫出現(xiàn)的部位。 4.超聲波檢測 基于發(fā)聲原理，采用聲傳感器捕捉材料開裂時(shí)發(fā)射聲能所形成的聲波，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換后，識別裂縫出現(xiàn)的部位。 第83頁/共95頁裂縫寬度量測儀器 1.讀數(shù)顯微鏡 圖 為 讀 數(shù) 顯 微 鏡 的構(gòu) 造 示 意 圖 ， 讀 數(shù)鼓 輪 上 標(biāo) 有 刻 度 ，旋 動(dòng) 讀 數(shù) 鼓 輪 ， 使鏡 內(nèi) 長 線 分 別 處 于裂 縫 量 測 邊 緣 并 讀出 兩 次 刻 度 值 。 兩次 讀 數(shù) 差 即 為 裂 縫寬度。 第84頁