現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法學習教案

1、會計學1第一頁，共53頁。 對輸入與輸出數(shù)據(jù)的量測、采集和分析處理。 輸入數(shù)據(jù)：試件所受到的外部作用，如力、位移和溫度等。 輸出數(shù)據(jù)：試件的反應，如應變、應力(yngl)、裂縫、位移、速度、加速度等。 數(shù)據(jù)的量測與采集方法 人工測量、人工記錄 儀器測量、人工記錄 儀器測量、儀器記錄 自動化采集系統(tǒng)測量、記錄、處理3.1 概述(i sh)第1頁/共52頁第二頁，共53頁。感受(gnshu)部分放大部分分析儀器顯示記錄部分傳感器放大器顯示器、記錄儀計算機、程序第2頁/共52頁第三頁，共53頁。按儀器用途：應變計、位移傳感器、測力傳感器、傾角傳感器、頻率計和測振傳感器等。量測儀表主要性能指標 量程：

2、儀表所能量測的最小至最大的量值范圍。 最小分度值：儀表的指示所能指出的最小測量值。 精確度：儀表的指示值與被測值的符合程度。 靈敏度：被測量的單位(dnwi)變化引起儀表示值的變化值。 分辨率：測量被測物理量最小變化值的能力。 穩(wěn)定性：規(guī)定時間內(nèi)保持示值與特性參數(shù)不變的能力。 滯后：恒定環(huán)境條件下，起始值到最大值來回輸出的最大偏差值或該值與最大量程的百分比。第3頁/共52頁第四頁，共53頁。 量測儀器基本方法偏位測定法：按儀表發(fā)生的偏轉(zhuǎn)或位移定出被測值。 該方法為土木工程結(jié)構(gòu)試驗與檢測常用方法，如：百 分表、雙杠桿應變儀、動態(tài)(dngti)電阻應變儀均屬于該方法。零位測定法：用已知的標準量去抵

3、消未知量引起的轉(zhuǎn)。 如稱重天平。該方法更為精確，若進行放大后更為精 確。第4頁/共52頁第五頁，共53頁。結(jié)構(gòu)試驗對儀器設備的使用要求：符合量測所需的量程和精度要求；動態(tài)試驗量測儀表，其線性范圍、頻響特征(tzhng)以及相移特性等都滿 足試驗要求；自重輕、尺寸小，不影響結(jié)構(gòu)工作；同一試驗中選用的儀表和傳感器種類應盡量少，以便統(tǒng)一數(shù)據(jù)的 精度，簡化量測數(shù)據(jù)的整理工作和避免錯誤；選用儀表時應考慮試驗環(huán)境條件。 第5頁/共52頁第六頁，共53頁。 電測和機測兩類 應變量(binling)電測法 RU Un 構(gòu)件截面(jimin)應力值測定方法n 電阻應變計粘貼(zhnti)技術(shù)n 保證測點感受元件

4、（應變計）與試件同步變形應變應力E（或-關(guān)系曲線）n 應變量測原理l/ln 應變量測方法應變計電橋放大指示3.3 應變量測第6頁/共52頁第七頁，共53頁。 1、電阻(dinz)應變計的原理及構(gòu)造 （1）工作原理 靈敏(ln mn)系數(shù)第7頁/共52頁第八頁，共53頁。 （2）構(gòu)造(guzo)：敏感柵：將應變變換成電阻變化量基底和覆蓋層：定位和保護電阻絲、絕緣粘結(jié)劑：固定(gdng)敏感柵 引出線：電橋接線第8頁/共52頁第九頁，共53頁。 2、電阻應變片主要技術(shù)指標 （1）標距：敏感柵在縱軸方向的有效長度L。 （2）規(guī)格：以使用面積LB表示。 （3）電阻值：應變片阻值一般在120左右。 （4

5、）靈敏系數(shù)：抽樣確定(qudng)。 （5）應變極限：保持線性輸出時所能量測的最大應變值。 （6）機械滯后； （7）疲勞壽命；（）零飄；（）蠕變；（）絕緣。第9頁/共52頁第十頁，共53頁。 1、電橋(din qio)基本原理 橋路：不平衡(pnghng)電橋 測量方法：偏位測量法 電阻應變儀的測量(cling)電路第10頁/共52頁第十一頁，共53頁。 偏位測量法缺點： 1）電源電壓波動影響(yngxing)量測結(jié)果的準確性 2）檢測計需要很高的靈敏度和較大的測量范圍 橋路：平衡(pnghng)電橋 測量方法：零位測量法 2、平衡電橋(din qio)原理第11頁/共52頁第十二頁，共53頁

6、。 雙電橋電路(dinl)：輸出靈敏度高，現(xiàn)代應變儀一般采用。 3、溫度補償技術(shù)(jsh) 應變片電阻值隨溫度變化原因： 1）電阻值隨電阻絲溫度變化而變化； 2）試件溫度變化導致應變片產(chǎn)生溫度變化，引起一附加電阻變化。 橋路輸出電壓：第12頁/共52頁第十三頁，共53頁。 溫度補償方法(fngf): 1）溫度補償應變計補償法； 2）工作應變計溫度互補償法； 3）溫度(wnd)自補償法第13頁/共52頁第十四頁，共53頁。 1、實用電路(dinl)及其應用 （1）實用電路(dinl) 實用電路(dinl)與電阻片粘貼技術(shù)第14頁/共52頁第十五頁，共53頁。 1）全橋電路：測量橋四個臂上全部接入

7、工作應變片。工作片兼作溫度(wnd)補償片?？商岣吡繙y靈敏度。 2）半橋電路：測量橋分別接入兩個工作(gngzu)片和兩個固定電阻。工作(gngzu)片兼作溫度補償?？商岣吡繙y靈敏度。 3）1/4橋電路：測量橋由一個工作(gngzu)片、一個溫度補償片和兩個固定電阻。溫度補償片溫度補償。不能提高量測靈敏度。 （2）應用 橋路輸出靈敏度取決于應變片的貼片位置和方向，以及接線方式。根據(jù)具體情況進行橋路設計，可得橋路輸出的不同放大系數(shù)。第15頁/共52頁第十六頁，共53頁。放大系數(shù)放大系數(shù) 2（1）放大系數(shù) 2第16頁/共52頁第十七頁，共53頁。 2、電阻應變片粘貼技術(shù) （1）粘貼要求： 1）測點

8、基底平整、清潔、干燥； 2）粘結(jié)劑的電絕緣性、化學穩(wěn)定性及工藝性能良好，蠕變小，粘貼強度高，溫濕度影響?。?3）同一組應變計規(guī)格型號應相同； 4）應變片的粘貼應牢固，方位準確，不含氣泡； 5）粘貼前后阻值不改變； 6）粘貼干燥后，敏感(mngn)柵對地絕緣電阻一般不低于500M； 7）應變線性好、滯后、零飄、蠕變等要小，保證應變能正確傳遞。第17頁/共52頁第十八頁，共53頁。（2）粘貼方法及步驟1）應變片檢查分選，外觀、阻值檢查； 2）測點處理：包括測點檢查、打磨、清洗、打底、 測線定位； 3）應變片粘貼：上膠、清洗、打底、測線定位； 4）固化處理； 5）粘貼質(zhì)量檢查，外觀、阻值和絕緣度檢查

9、； 6）導線(doxin)連接； 7）防潮處理。第18頁/共52頁第十九頁，共53頁。 應變(yngbin)的其他量測方法與儀表 （1）機測法 （2）光測法第19頁/共52頁第二十頁，共53頁。 結(jié)構(gòu)位移：指構(gòu)件的撓度(nod)、側(cè)移、轉(zhuǎn)角、支座偏移等。 1、接觸式位移計 組成：測桿、齒輪、指針和彈簧等機械零件。 性能指標：刻度值、量程和允許誤差。 結(jié)構(gòu)(jigu)線性位移量測類型類型刻度值刻度值/ /mmmm量程量程/ /mmmm允許誤差允許誤差/ /mmmm千分表千分表0.0010.0011 10.0010.001百分表百分表0.010.015 5、1010或或30300.010.01撓度

10、計撓度計0.050.05 或或0.10.15050、100100或或3003000.050.05或或0.10.13.4 位移(wiy)與變形量測第20頁/共52頁第二十一頁，共53頁。第21頁/共52頁第二十二頁，共53頁。 量程為30150mm，讀數(shù)(dsh)分辨率可達0.01mm。 位移傳感器位移：2、應變(yngbin)梁式位移傳感器第22頁/共52頁第二十三頁，共53頁。 3、滑線電阻式位移傳感器 組成：測桿、滑線電阻和觸頭 原理：運用(ynyng)半橋接線，由相鄰兩臂電阻增量相減的特性的輸出電壓。 量程(lingchng)為10100mm以上。第23頁/共52頁第二十四頁，共53頁。

11、量程(lingchng)可達500mm。 4、差動變壓器式位移(wiy)傳感器第24頁/共52頁第二十五頁，共53頁。5、位移測量(cling)的其他方法第25頁/共52頁第二十六頁，共53頁。 1、轉(zhuǎn)角(zhunjio)測定 結(jié)構(gòu)(jigu)轉(zhuǎn)動變形測量第26頁/共52頁第二十七頁，共53頁。2、曲率(ql)測定a、b、第27頁/共52頁第二十八頁，共53頁。3、剪切變形(bin xng)測量第28頁/共52頁第二十九頁，共53頁。4、扭角測量(cling)第29頁/共52頁第三十頁，共53頁。 結(jié)構(gòu)靜載試驗所需測定的力，主要是荷載與支座反力，其次有預應力施力過程中鋼繩（絲）的張力等。 量測

12、力(c l)的儀器分為機械式和電測式兩種。 電測儀器具有體積小、反應快、適應性強等優(yōu)點。 1、荷載和反力測定 荷載傳感器形式：拉伸型、壓縮型和通用型。 核心部件：厚壁筒 接線方法：全橋 放大系數(shù)：靈敏度：設計(shj)荷載設計(shj)應力彈性模量3.4 力的測量第30頁/共52頁第三十一頁，共53頁。第31頁/共52頁第三十二頁，共53頁。2、拉力和壓力測定 測力計基本原理：鋼制彈簧、環(huán)箍或簧片受力后產(chǎn)生彈性變形，變形通過機械放大后，用指針度盤或位移(wiy)計來反應力的數(shù)值。第32頁/共52頁第三十三頁，共53頁。3、結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力(yngl)測量n 內(nèi)埋式應力栓n 內(nèi)埋式差動電阻(dinz

13、)應變計n 振動絲應變計第33頁/共52頁第三十四頁，共53頁。 裂縫檢測 裂縫檢測方法： 1）放大鏡或肉眼觀測 2）讀數(shù)顯微鏡 3）裂縫標準(biozhn)寬度板 4）裂縫塞尺 5）裂紋擴展片 6）脆漆涂層3.5 裂縫、應變場應變及溫度(wnd)測定 7）聲發(fā)射(fsh)技術(shù) 8）光彈貼片第34頁/共52頁第三十五頁，共53頁。第35頁/共52頁第三十六頁，共53頁。 應變(yngbin)場應變(yngbin)測量1、牛頓(ni dn)插值公式2、應變(yngbin)場內(nèi)任意點的應變(yngbin)第36頁/共52頁第三十七頁，共53頁。 1）計算A、B、C三點應變； 2）基于A、B、C三點

14、應變，再次利用(lyng)牛頓插值公式，計算任意點 x 的應變。2、應變(yngbin)場的應變(yngbin)分布第37頁/共52頁第三十八頁，共53頁。第38頁/共52頁第三十九頁，共53頁。 內(nèi)部(nib)溫度測量第39頁/共52頁第四十頁，共53頁。3.6 3.6 動載試驗動載試驗(shyn)(shyn)量測設備量測設備 振動參量量測方法有機械式振動測量法、光學測量法和電測法等。 電測法將振動參量（位移、速度、加速度）轉(zhuǎn)換成電量，而后用電子儀器放大、顯示或記錄。其靈敏度高，且便于(biny)遙控、遙測，是目前最常用的方法。 振動測量系統(tǒng)由拾振器、測振放大器和記錄儀等部分組成。 拾振器按

15、量測參數(shù)分為位移式、速度式和加速度式；按構(gòu)造原理可分為磁電式、壓電式、電感式和應變式。第40頁/共52頁第四十一頁，共53頁。3.6.1 3.6.1 慣性慣性(gunxng)(gunxng)式拾振器的力學原理式拾振器的力學原理tXxsin00)(mmmkxxxxm )sin()cos(022tXtnBexmntm設被測振動(zhndng)物體規(guī)律質(zhì)量(zhling)塊m的振動微分方程為上式通解為其中：mkn/2mn/2第41頁/共52頁第四十二頁，共53頁。22220021nnnmXX212nnarctg22220021nnnmXXnn/其中(qzhng)：阻尼比第42頁/共52頁第四十三頁，

16、共53頁。1）當）當 ， 時時1/n11212222nnn180 滿足此條件的測振儀滿足此條件的測振儀稱位移計。位移計體積較稱位移計。位移計體積較大較重，使用時對被測系大較重，使用時對被測系統(tǒng)有一定影響統(tǒng)有一定影響(yngxing)，特別對于一些質(zhì)量較小的特別對于一些質(zhì)量較小的振動體不太適用。振動體不太適用。mkn/2第43頁/共52頁第四十四頁，共53頁。2）當）當 ， 時時1/n11211222nn0tg 滿足滿足(mnz)此條此條件的測振儀稱加速件的測振儀稱加速度計。度計。0220XXnmxxnm 21第44頁/共52頁第四十五頁，共53頁。3.6.2 3.6.2 測振傳感器測振傳感器

17、拾振器除應正確反映振動體的振動外，尚應不失真地將位移(wiy)、速度及加速度等振動參量轉(zhuǎn)換為電量，以便用量電器進行測量。第45頁/共52頁第四十六頁，共53頁。 磁電式速度傳感器的特點(tdin)是靈敏度高、性能穩(wěn)定、輸出阻抗低、頻率響應范圍有一定寬度，通過對質(zhì)量彈簧系統(tǒng)參數(shù)的不同設計，可以使傳感器既能量測非常微弱的振動，也能量測較強的振動，是工程振動測量中最常用的拾振儀器。 感應感應(gnyng)電動勢可表達為：電動勢可表達為：1、磁電式速度(sd)傳感器BLnvE q 此類傳感器慣性質(zhì)量塊此類傳感器慣性質(zhì)量塊的位移反映所測振動的位移，的位移反映所測振動的位移，而傳感器輸出的電壓與振動而傳感

18、器輸出的電壓與振動速度成正比，又稱慣性式速速度成正比，又稱慣性式速度傳感器。度傳感器。第46頁/共52頁第四十七頁，共53頁。q 磁電式傳感器的主要技術(shù)指標有：磁電式傳感器的主要技術(shù)指標有：q （1 1）固有頻率：傳感器質(zhì)量彈簧系統(tǒng)本身的固有頻率，是傳）固有頻率：傳感器質(zhì)量彈簧系統(tǒng)本身的固有頻率，是傳感器的一個重要參數(shù)。感器的一個重要參數(shù)。q （2 2）靈敏度：傳感器的拾振方向感受到一個單位振動速度時，）靈敏度：傳感器的拾振方向感受到一個單位振動速度時，傳感器的輸出電壓傳感器的輸出電壓(diny)(diny)。q （3 3）頻率響應：靈敏度隨所測頻率不同有所變化，這個變化）頻率響應：靈敏度隨所

19、測頻率不同有所變化，這個變化的規(guī)律就是傳感器的頻率響應。對于阻尼值固定的傳感器，頻率響的規(guī)律就是傳感器的頻率響應。對于阻尼值固定的傳感器，頻率響應曲線只有一條。如傳感器阻尼可選擇和調(diào)整，則阻尼不同，傳感應曲線只有一條。如傳感器阻尼可選擇和調(diào)整，則阻尼不同，傳感器頻率響應曲線也不同。器頻率響應曲線也不同。q （4 4）阻尼系數(shù)：磁電式測振傳感器質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的阻尼比，）阻尼系數(shù)：磁電式測振傳感器質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的阻尼比，通常磁電式測振傳感器的阻尼比設計為通常磁電式測振傳感器的阻尼比設計為0.50.50.70.7。第47頁/共52頁第四十八頁，共53頁。2、壓電式加速度傳感器、壓電式加速度傳感器 壓電式

20、拾振器利用壓電晶體材料具有的壓電效應制成。當壓電晶片電軸壓電式拾振器利用壓電晶體材料具有的壓電效應制成。當壓電晶片電軸方向受到外力而產(chǎn)生壓縮或拉伸變形方向受到外力而產(chǎn)生壓縮或拉伸變形(bin xng)時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其相應的兩個表面上出現(xiàn)異號電荷，形成電場。當外力去掉后，又重同時在其相應的兩個表面上出現(xiàn)異號電荷，形成電場。當外力去掉后，又重新回到不帶電狀態(tài)。這種將機械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象，稱為新回到不帶電狀態(tài)。這種將機械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象，稱為“正壓電效應正壓電效應”。壓電晶體受外力產(chǎn)生的荷載為：壓電晶體受外力產(chǎn)生的荷載為：AGQ 壓電材料中，石英晶體具壓電材料中，石英晶體具有有(jyu)較高的穩(wěn)定性、高機較高的穩(wěn)定性、高機械強度