結(jié)構(gòu)靜載試驗-第4節(jié)靜載試驗儀器設備

第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗

結(jié)構(gòu)靜載試驗是最常規(guī)的試驗之一。靜載試驗中使用的儀器、儀表和設備可分為加載設備、測試元件和儀表、放大儀和記錄儀等儀器設備。試驗中觀測的物理量為力、位移、應變、溫度、裂縫寬度與分布、破壞或失穩(wěn)形態(tài)等。一、靜載試驗加載設備二、試驗裝置的支座設計三、應變測試技術四、靜載試驗用儀器儀表五、靜載試驗準備與實施六、結(jié)構(gòu)靜載試驗示例精選ppt四、靜載試驗用儀器儀表精選ppt4.1測量儀表的基本概念4.2結(jié)構(gòu)試驗中儀器儀表的選用原則4.3變形測量儀器（位移測試儀表、轉(zhuǎn)角測量儀表）4.4力的測量儀器4.5裂縫測量儀器4.6溫度測量儀器4.7數(shù)據(jù)采集儀器精選ppt測量

測量可以廣義的理解為試驗人員對試驗現(xiàn)象的認識的量化過程。測量技術一般包括：

a測量方法

b測量儀器儀表

c測量誤差分析

從最簡單的逐個測讀、手工記錄的儀表到應用電子計算機快速采集和處理的復雜系統(tǒng)。試驗人員必須對試驗所用的儀器儀表的基本原理和功能有所了解，才能正確的使用儀器儀表，在結(jié)構(gòu)試驗中準確的獲得試驗數(shù)據(jù)。4.1測量儀表的基本概念精選ppt測量系統(tǒng)基本上由以下幾個部分組成

傳感部分——放大部分——顯示部分傳感部分由傳感元件或傳感器組成，它從試驗對象的測點感受信號并傳送給放大部分。放大部分也稱為放大器，它通過各種方式將傳感器傳來的信號放大并傳送至顯示部分。顯示部分將經(jīng)過放大的機械或電信號通過指針、電子數(shù)碼管、顯示屏等顯示。有的儀器將顯示部分與記錄裝置連在一起。機械式儀表的三部分常組裝在一體，電測儀器儀表大多數(shù)由三個獨立的部分組成精選ppt儀器儀表的基本參數(shù)包括主要性能指標，儀器儀表運行環(huán)境的相關參數(shù)（工作電壓、溫度、濕度）

量程：儀器儀表所能測量的物理量的范圍。

靈敏度：儀器儀表的輸出量的變化Δy與相應輸入量的變化Δx的比值。

分辨率:儀器儀表的顯示裝置所顯示的最小變化量的測量值。

準確度：有時稱為精確度或精度，儀器儀表的顯示值或記錄值與被測物理量真實值的符合程度，常用滿量程的相對誤差來表示。

線性度：測量系統(tǒng)的實際輸入輸出特性曲線相對于理想線性輸入輸出特性的接近程度。

漂移量：測量系統(tǒng)的輸入不變時，系統(tǒng)的輸出量隨時間變化的最大值，有時又稱為測量系統(tǒng)的不穩(wěn)定度。精選ppt4.2結(jié)構(gòu)試驗中儀器儀表的選用原則結(jié)構(gòu)靜載試驗對測量儀器的基本原則是：⑴根據(jù)被測物理量的物理性質(zhì)選擇儀器儀表的基本功能。⑵預估被測物理量的變化范圍選擇儀器儀表的量程和精度。⑶選用可靠性程度較高的儀器儀表?？煽啃耘c精度之間存在矛盾。精選ppt1、結(jié)構(gòu)試驗對儀器設備的使用要求（1）具有合適的量程、靈敏度和精度（1%）。（2）安裝使用方便，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。（3）不影響結(jié)構(gòu)的工作：自重輕，尺寸小。（4）同一物理量測量儀器型號盡量相同，避免系統(tǒng)誤差。（5）經(jīng)濟好：價廉耐用，可重復使用，安全可靠。（6）按規(guī)定存放、使用和標定。精選ppt

2、測量儀器標定（1）目的：確定儀器設備的靈敏度和精確度，應該在試驗前或試驗前后對儀器設備進行標定。（2）標定：單件標定：確定某一件儀器的靈敏度和精確度；系統(tǒng)標定：確定某些儀器組成的系統(tǒng)的靈敏度和精確度。（實際試驗中采用）精選ppt1、位移量測儀器位移反映了結(jié)構(gòu)的整體剛度和工作性能，與應力、應變一樣是結(jié)構(gòu)計算和結(jié)構(gòu)性能評定的重要數(shù)據(jù)。常用的位移測量儀表有各類位移傳感器及其它一些測量儀器及裝置。2、其它變形測量儀器除應變和位移外，結(jié)構(gòu)試驗中轉(zhuǎn)角、曲率等有時也需要進行測量。掌握了基本方法后，還可以自行設計各類測量裝置。4.3變形測量儀器精選ppt1、位移量測儀器1）各類位移傳感器（位移計）常用的位移傳感器有機械式百分表、千分表、電子百分表、滑阻式位移傳感器和差動式位移傳感器等，如下圖。這類儀器精度高，可達0.01mm或0.001mm，雖然構(gòu)造不同，其原理：都是通過機械或電子手段將測桿感受到的位移放大并顯示出來。精選ppt幾種常用位移傳感器構(gòu)造原理圖

1.測桿2.外殼3.彈簧4.電阻應變片5.電阻絲6.線圈7.電纜精選ppt《=電阻應變式位移計機械百分表==》《=機電百分表精選ppt2）其它位移測量儀器及裝置對于大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件如橋梁等，當位移較大、測量精度要求不高時，可用張線式位移傳感器（圖3.28）、連通管（圖3.29）進行測量，也可用水準儀、經(jīng)緯儀及直尺進行測量，其精度不如上述各類位移傳感器，一般在0.1mm～1mm之間。

連通管是一種簡單裝置，將連通管注水，則各豎向管水位在一個平面內(nèi)，試件變形后水位仍在一個平面內(nèi)，可利用試件變形前后水位在標尺上的讀數(shù)變化，求得試件撓度。精選ppt精選ppt2、其它變形測量儀器精選ppt水準式角度傳感器用液體擺來感受角位移，液面的傾斜將引起電極A、B之間和B、C之間的電阻發(fā)生相應改變，把電極A、B和C接人測量電橋，就可以得到與角位移相對應的電壓輸出。

精選ppt電阻應變式傾角儀精選ppt水準管式傾角儀精選ppt4.4力測量儀表靜力試驗需要測定的力，主要是荷載和支座反力，其次有鋼絲的張力，還有風壓、油壓、土壓力等。測量儀器也有機械式和電測兩種。其品種規(guī)格繁多，列出一些例子，基本原理不外是利用彈性元件的彈性變形或應變與其所受外力構(gòu)成一定的比例關系而制成的測力裝置。機械式測力計利用千分表等測量彈性元件的變形，電測傳感器需要用二次電測儀器如電子秤、電阻應變儀等測量彈性元件的應變，由標定關系得到力值。精選ppt精選ppt結(jié)構(gòu)（尤其是混凝土結(jié)構(gòu)）靜力試驗、檢測中觀察裂縫的發(fā)生和發(fā)展，對于確定開裂荷載，研究結(jié)構(gòu)抗裂性能和破壞過程有著重要的作用。1、開裂：開裂時間和位置。1）借助放大鏡用肉眼觀察。表面先刷大白漿或涂料2）用應變計或?qū)щ娖崮そ惶娲罱硬贾脕頊y量開裂。當某處開裂時，該處應變計讀數(shù)突變或跨裂縫的漆膜出現(xiàn)火花直至燒斷。3）聲發(fā)射法：利用材料開裂時發(fā)射出聲能的現(xiàn)象。將傳感器布置在試件的表面或內(nèi)部，通過聲波的測量來確定開裂。4）裂縫應變計：鋼結(jié)構(gòu)斷裂試驗2、裂縫寬度:讀數(shù)顯微鏡、裂縫標尺4.5裂縫測量儀表精選ppt裂縫寬度測量儀器主要有：（1）讀數(shù)顯微鏡。讀數(shù)鼓輪上標有刻度，旋動讀數(shù)鼓輪，使鏡內(nèi)長線分別處于裂縫兩側(cè)邊緣并讀出兩次刻度值。兩次讀數(shù)差即為裂縫寬度。讀數(shù)顯微鏡精度一般為0.01mm，量程可達3～8mm。（2）裂縫讀數(shù)卡。硬質(zhì)紙片上印有許多寬度不同的線條，其寬度為標準寬度，將標準寬度線條與裂縫放在一起，用放大鏡比照以測量裂縫寬度。此法精度較讀數(shù)顯微鏡低。精選ppt讀數(shù)顯微鏡裂縫標尺精選ppt裂縫塞尺精選ppt《=裂縫寬度觀測儀裂縫寬度測試=》（數(shù)字顯示）精選ppt4.6溫度測量儀器接觸式測溫：基于熱平衡原理非接觸式測溫：利用熱輻射原理熱電偶溫度計和熱敏電阻溫度計。精選ppt將應變片粘貼在彈性元件上，接成橋路，從而將感受到的電信號輸出。根據(jù)所測力學量不同可做成各種傳感器，常用的有：1、力（載荷）傳感器；2、位移傳感器；3、扭矩傳感器；4、壓強傳感器；5、加速度傳感器；應變片式傳感器精選ppt彈性元件是這類傳感器的關鍵元件，因此要求彈性元件：b）穩(wěn)定性好。因而對材料、結(jié)構(gòu)形式，熱處理加工等都有一定的要求。a）高，彈性范圍大。要求彈性元件的最大工作應力處于材料的線彈性范圍內(nèi)。c）為保證靈敏度，要求貼片部位的應變足夠大，精選ppt一、測力傳感器根據(jù)彈性元件上粘貼應變片處的變形特點，可分為拉壓彈性元件、彎曲彈性元件和剪切彈性元件。1、拉壓彈性元件（1）柱式彈性元件測拉力或壓力的傳感器，彈性元件常采用空心圓柱，以便于粘貼應變片和易于熱處理、淬透。為防止失穩(wěn)，壁厚不易太薄。應變片在圓筒中部均布，每處貼一縱向片和一橫向片。8片應變片組全橋。精選ppt應變片在圓筒中部均布，每處貼一縱向片和一橫向片。8片應變片組全橋?？v向串：橫向串：各橋臂應變?yōu)椋簯儍x讀數(shù)應變?yōu)椋?/p>

εd=ε1-ε2+ε3-ε4

精選ppt圓筒的軸向應變：若圓筒截面面積為A，則壓力P與讀數(shù)應變之間的關系為：由上式可知，壓力和應變成線形關系。這僅僅是理論計算公式。實際上截面面積A在加載時是變化的，因此每一個傳感器的讀數(shù)應變與力的關系都是要經(jīng)過嚴格的標定試驗確定的。上述彈性元件受到拉力或壓力時很難保證作用力嚴格通過柱的軸線，這就使得彈性元件除了受到軸向力外，還會受到橫向力和彎矩作用。為了消除這種影響，在圓筒受載荷端增加兩片膜片。精選ppt（2）平板開孔式彈性元件當測量較小載荷時，常選用有小孔的平板作為彈性元件，將應變片粘貼在孔的邊緣。由于孔邊產(chǎn)生應力集中，應變比無孔時大得多，可提高測量應變的讀數(shù)。精選ppt（二）彎曲彈性元件（1）懸臂梁式彈性元件這種彈性元件適用于制作小載荷測力傳感器。在固定端附近上下表面各貼兩個應變片，組成全橋，得讀數(shù)應變?yōu)椋河刹牧狭W可知：載荷P與讀數(shù)應變的關系為：精選ppt問題：當P力作用點移動時會產(chǎn)生誤差，顯然P與L有關。改進后：若P有偏移，兩個截面中一個截面彎矩增加，一個截面彎矩減小，且增加量等于減少量，不會影響讀數(shù)的大小。精選ppt（2）圓環(huán)式彈性元件1）純圓環(huán)彈性元件：截面AB的彎矩分別為：組成全橋，得到讀數(shù)應變與彎曲應變關系為：精選ppt由材料力學可知，若忽略圓環(huán)曲率的影響，貼片處的彎曲應變?yōu)椋浩渲校篵是圓環(huán)的厚度；

h是圓環(huán)的寬度。精選ppt（2）有加載端的彈性元件由于環(huán)的兩端尺寸加大部分剛度很大，故可把它看作圓環(huán)的固定端來進行內(nèi)力分析。截面AB的彎矩分別為：組全橋，可得到P力與讀數(shù)應變的關系。精選ppt3、剪切彈性元件（1）梁式剪切彈性元件在梁的中性軸上，各點均為純剪切應力狀態(tài)，故沿與軸線成方向粘貼四個應變片，組成全橋，得到P與讀數(shù)應變的關系為：特點：當載荷P的作用位置由偏移時，中性軸上的剪應力和方向上的線應變不會變化，可消除載荷作用點偏移造成的誤差。精選ppt為了盡可能減少彎矩的影響，采用圖中結(jié)構(gòu)形式，使得貼片截面處的彎矩等于零。PL’P(L-L’)LL’精選ppt4.7數(shù)據(jù)采集儀器（系統(tǒng)）1、X-Y記錄儀可直接繪出曲線，精度高，記錄速度快，可用靜載，也可用于低平動載試驗。精選ppt精選pptX-Y記錄儀精選ppt2、計算機數(shù)據(jù)采集器1）用傳感器感受各種物理量，并把它們轉(zhuǎn)換成電信號。2）通過A/D轉(zhuǎn)換，把模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量。3）數(shù)據(jù)的記錄、打印輸出或存人磁盤文件。信號A/D計算機PCI采集卡USB采集卡精選ppt3．數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（簡稱數(shù)采系統(tǒng)）可以進行數(shù)據(jù)采集、處理、分析、判斷、報警、直讀、繪圖、儲存、試驗控制和人機對話等，它具有采樣通道多、采樣數(shù)據(jù)量大、采樣自動化等特點。數(shù)采系統(tǒng)不僅適用于靜力試驗，也適用于動力試驗。隨著軟、硬件制造技術的發(fā)展，