橋梁結構靜載試驗的量測儀器的使用1

1、橋梁結構靜載試驗的量測儀器的使用事物的量變是質變的重要反映，橋梁結構也不例外。所以橋梁檢驗不公要觀 察結構的變化的形態(tài)。更重要的要取得反映結構性能變化的定量數(shù)據(jù)，只有取得 了可靠的數(shù)據(jù)，才能對結構的性能做出正確的結論，以達到試驗目的。隨著科學技術的不斷發(fā)展，各學科互相滲透，新的量測儀器也不斷涌現(xiàn)，從 最簡單的逐個測讀，手工記錄的儀表到應用計算機快速采集和處理數(shù)據(jù)的復雜系 統(tǒng)，種類繁多，原理各異，量測系統(tǒng)基本上由三部分組成：如圖11所示：感受部分放大部分顯示，記錄部分圖1-1感受部分把直接從測點上感受的被測信號傳給放大部分，通過各種元件（機 械式，電子式或光學式的）轉換放大后傳給最后部分，啟動指

2、針或碼管或屏幕等 進行指示，顯示或記錄設備進行記錄。橋梁結構靜載試驗對量測儀器的基本要求：性能必須滿足試驗的具體要求，如合適的靈敏度，足夠的精度和量程；安裝在結構上的儀表，要求質量輕，體積小，不影響被測結構的工作性 能和受力情況；選用的儀表種類，規(guī)格應盡量小，盡可避免繁雜的換算而引進誤差；儀器對環(huán)境的適應性要強，且使用方便，工作可靠和經(jīng)濟耐用等。一.應變量測儀表結構在外力作用下，內部產(chǎn)生應力，不同部位的應力值是評定結構性質的重要指標，也是建交結構理論的重要依據(jù)。但目前直接測定應力還沒有較好的方法，一般均采用測定應變，而通過公式6 =Ee求得，或由已知 的6 -曲線查得。應變的量測通常是在預定的

3、標準長度范圍L內，量測長度變化，增量的平均值八由 = L/L得，這是應變量測的基本原理。應變量測方法和儀表很多，主要有電測和機測兩類，電測法以電阻應變儀量測為主。（一）電阻應變儀變儀量測是通過粘貼在試件測點的感受元件電阻應變計與式主義試件同步變形，輸出電信號進行量測與處理，其簡單流程如下: pLUkAU+kAU圖1-2它具有感受元件重量輕，體積小，量測系統(tǒng)信號傳遞迅速，靈敏度高，可 遙測，便于與計算機聯(lián)用和實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，從而得到大量應用。電阻應變計以稱應變片，是電阻應變量測系統(tǒng)工程的感受元件。能將被測試件的應變 轉換為電阻變化量。由公式：由電阻變化率得:d /R=K 式中K為金屬絲的靈敏系

4、數(shù)可見，應變計的電阻變化率與應變值成線性關系。應變計的選用通常應注意 以下幾項主要技術指標：（1）標距L敏感柵的有效長度（mm）；（2）寬度a敏感柵的寬度；（3）電阻值R 一般應變儀按120歐姆計；（4）靈敏系數(shù)K 當K不等于2.00時，測試結果應加以修正。電阻應變儀電阻應變儀是把電阻應變量測系統(tǒng)中放大指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，把輸出的 信號進行轉換，放大檢波以至指示或記錄。應變儀的測量電路，一般均采用惠斯登電橋，把電阻變化轉換為電壓或電流 輸出，并解決溫度被償?shù)葐栴}。電橋由四個電阻組成，如圖13所示，是一種圖1-3圖1-3惠

5、斯登電橋示意圖比較電路。實際應用的橋路接法有兩種；四個橋臂均外接應變計的。稱為全橋接法；只 有R1和R2外接，R3和R4為應變儀內無感電阻的，稱為半橋接法。由電橋特性知道，其平衡（八Ubd=0）條件為：R, * R = R * R若橋臂電阻發(fā)生了變化，艮即失去平衡，產(chǎn)生信號輸出 urdBD（1） 當進行全橋測量時，假定四臂產(chǎn)生的電阻變化分別為 R1， R2， R3, R4 ；則橋路輸出電壓（或電流）增量為：由電阻應變儀原理：若四個應變計規(guī)格相同，R,=R=Rc=R.=R，K,=Kc=K=K.I I I i i /* I / / j 111 11 * it， 1 2 3 4 ， 1 2 3 4U

6、ABUADUBD=U - U = R U - R UBDAD AB R + R R + R對上式求導數(shù)則得恒量:1R UBD當為半橋測量時，r當為半橋測量時，r3和r4不產(chǎn)生應變， 可見，電橋的鄰臂電阻變化的符號相反， = =0成相減輸出；對臂符號相同，成相加輸出。=K （& - & + & - & ）3電阻應變量測技術（1）應變計粘貼技術應變計量感受元件，粘貼的好壞對測量質量影響很大，技術要求十分嚴格， 為保證質量，要求測點基底平整，清潔，干燥；粘結劑的電絕緣性，化學穩(wěn)定及 工藝性能良好，蠕變等，粘貼強度高，溫濕度影響小；同一組應變計規(guī)格型號應 相同；粘貼牢固，方位準確，不含氣泡；粘帖前后阻

7、值不變。（2）溫度補償技術粘貼的試件測點的應變計所反映的應變值，除了試件受力的變形外，通 常還包含試件與應變計受溫度影響而產(chǎn)生的變形和由于試件材料的溫度線 脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的變形等。這種由于“溫度效應”所產(chǎn)生應變稱為“視 應變”，不是荷載效應，結構試驗中采用溫度補償方法加以消除，常用的消 除溫度影響方法有兩種：溫度補償應變計法選一個與試件材質相同的溫度補償塊，用與試件工作應變計相同的應變計 及相同的工藝粘貼，量測時放在試件同一溫度場中，用同樣導線連接在橋路工 件臂的鄰臂上，如圖14所示：根據(jù)電橋鄰臂輸出相減的原理，達到溫度效應所產(chǎn)生的應變以消除的目 的。這個粘貼在溫度補償塊上，只民生溫度效應的

8、應變計，稱為溫度補償應變 計，此方法稱溫度補償應變計法。一個溫度應變計可以補償一個工作應變計，稱單點補償；也可以連續(xù)補償 多個工作應變計，稱多點補償。這就根據(jù)試驗目的的要求和試件材料不同而定。工作應變計溫度補償法- I. *1圖 溫度補償計法橋路連接示意圖某些被測結構，構件存在著應變符號相反，比例關系已知。溫度條件以相 同的二個或四個測點，可以將這些應變計按照符號不同，分別接在相應的鄰臂 上，這樣在等臂的條件下，既都是工作應變計，以互為溫度補償，如圖15 所示，但圖示接法不適用于砼等非勻質材料。以上兩種方法都是通過橋路連接方法實現(xiàn)溫度補償?shù)?，統(tǒng)稱為橋路補償 法。此外，還有用溫度自補償應變計法，

9、即使用一種敏感柵的溫度影響能自 動消除的特殊應變計，但目前尚少用。二.其他參數(shù)量測儀表（一）位移量測儀表位移是結構在荷載作用下的重要反應，它反應了結構整體剛度，彈性與非 彈性的變化，既體現(xiàn)了總的工作性能，又反映了局部的情況，與應力一樣，也是 結構計算和性能評定的重要指標。位移量測儀表很多，常用的有百分表，電子百分表，電阻式位移傳感器及差 動電感式位移傳感器等。當位移值較大時，可用多圈電位器或撓度計。位移計通常固定于萬用表座上，置于相對固定點?；蛴闷渌鼘ｉT夾具固定， 夾具的剛度應足夠，固定后不得有任何的彈性變形或位移產(chǎn)生。夾緊程度適當， 不能不任何妨礙儀表工作的情況發(fā)生。（二）其他變形量測儀表除

10、了應變和線位移外，結構反應還有轉角，曲率變化，相對滑移等變 形也都是有關結構分析的重要資料。量測儀器基本上均由前述儀表和各類 轉換元器件配以不同的附件及夾具組成。（三）裂縫量測儀表靜載結構試驗中裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，是結構反應的重要特征。例如鋼 筋砼結構，裂縫的發(fā)生及發(fā)展，對確定開殘暴荷載，研究破壞過程和預應 力結構的抗裂及變形性能研究等十分重要。目前最常有發(fā)現(xiàn)裂縫的簡便方法是借助于放大鏡用肉眼觀察，也有采 用各種應變計連續(xù)搭接安裝或粘貼，從某一應變計讀數(shù)突變來發(fā)現(xiàn)裂縫 的，近年還有利用聲發(fā)射技術，把傳感器置于試件表面或內部，接收材料 由于開裂發(fā)射聲能所形成的聲波轉換輸給聲發(fā)射儀處理，顯示或記錄來

11、判 斷裂縫的出現(xiàn)和位置，裂縫應變計則多用于鋼結構斷裂試驗研究中。裂縫寬度的量測常用讀數(shù)顯微鏡，它是由光學透鏡與游標刻度等組成 的復合式儀器。其最小分度值要求不大于0.05mm,.其次，也有用印刷有不 同寬度線條的裂縫標準寬度板（即裂縫卡）與裂縫對比量測，利用一組具有 不同標準厚度的塞尺進行試插對比，正好插入裂縫的塞尺標準厚度，即該 裂縫度度，后兩種方法較粗略，但能滿足一定要求.（四）力的量測儀器結構靜載試驗需要測定的力，主要是荷載和支座反力，其次有預應力 過程中鋼絲或鋼繩的張力，還有風壓，土壓力等.基本原理不外是利用彈性 元件的彈性變形或應變反應與其所受外力構成一定的比例關系而制成的 測力元件。量測