结构静载试验-第4节静载试验仪器设备课件

第三章第三章 结构静构静载试验 结构静构静载试验是最常是最常规的的试验之一。静之一。静载试验中中使用的使用的仪器、器、仪表和表和设备可分可分为加加载设备、测试元元件和件和仪表、放大表、放大仪和和记录仪等等仪器器设备。试验中中观测的物理量的物理量为力、位移、力、位移、应变、温度、裂、温度、裂缝宽度与度与分布、破坏或失分布、破坏或失稳形形态等。等。一、静一、静载试验加加载设备二、二、试验装置的支座装置的支座设计三、三、应变测试技技术四、静四、静载试验用用仪器器仪表表五、静五、静载试验准准备与与实施施六、六、结构静构静载试验示例示例1精选课件四、静四、静载试验用用仪器器仪表表2精选课件4.14.1测量量仪表的基本概念表的基本概念4.24.2结构构试验中中仪器器仪表的表的选用原用原则4.3 4.3 变形形测量量仪器（位移器（位移测试仪表、表、转角角测量量仪表）表）4.44.4力的力的测量量仪器器4.54.5裂裂缝测量量仪器器4.64.6温度温度测量量仪器器4.74.7数据采集数据采集仪器器3精选课件测量量 测量可以广量可以广义的理解的理解为试验人人员对试验现象的象的认识的量化的量化过程。程。测量技量技术一般包括：一般包括：a a 测量方法量方法 b b 测量量仪器器仪表表 c c 测量量误差分析差分析 从最从最简单的逐个的逐个测读、手工、手工记录的的仪表到表到应用用电子子计算机快速采算机快速采集和集和处理的复理的复杂系系统。试验人人员必必须对试验所用的所用的仪器器仪表的基本原理表的基本原理和功能有所了解，才能正确的使用和功能有所了解，才能正确的使用仪器器仪表，在表，在结构构试验中准确的中准确的获得得试验数据。数据。4.1测量量仪表的基本概念表的基本概念4精选课件测量系量系统基本上由以下几个部分基本上由以下几个部分组成成 传感部分感部分放大部分放大部分显示部分示部分 传感部分由感部分由传感元件或感元件或传感器感器组成，它从成，它从试验对象的象的测点感受信号并点感受信号并传送送给放大部分。放大部分。放大部分也称放大部分也称为放大器，它通放大器，它通过各种方式将各种方式将传感器感器传来来的信号放大并的信号放大并传送至送至显示部分。示部分。显示部分将示部分将经过放大的机械或放大的机械或电信号通信号通过指指针、电子数子数码管、管、显示屏等示屏等显示。有的示。有的仪器将器将显示部分与示部分与记录装置装置连在在一起。一起。机械式机械式仪表的三部分常表的三部分常组装在一体，装在一体，电测仪器器仪表大多表大多数由三个独立的部分数由三个独立的部分组成成5精选课件仪器器仪表的基本参数包括主要性能指表的基本参数包括主要性能指标，仪器器仪表表运行运行环境的相关参数（工作境的相关参数（工作电压、温度、湿度）、温度、湿度）量程：量程：仪器器仪表所能表所能测量的物理量的范量的物理量的范围。灵敏度：灵敏度：仪器器仪表的表的输出量的出量的变化化yy与相与相应输入入量的量的变化化xx的比的比值。分辨率分辨率:仪器器仪表的表的显示装置所示装置所显示的最小示的最小变化量化量的的测量量值。准确度：准确度：有有时称称为精确度或精度，精确度或精度，仪器器仪表的表的显示示值或或记录值与被与被测物理量真物理量真实值的符合程度，常用的符合程度，常用满量程的相量程的相对误差来表示。差来表示。线性度：性度：测量系量系统的的实际输入入输出特性曲出特性曲线相相对于于理想理想线性性输入入输出特性的接近程度。出特性的接近程度。漂移量漂移量 ：测量系量系统的的输入不入不变时，系，系统的的输出量出量随随时间变化的最大化的最大值，有，有时又称又称为测量系量系统的不的不稳定度。定度。6精选课件4.2结构构试验中中仪器器仪表的表的选用原用原则结构静构静载试验对测量量仪器的基本原器的基本原则是：是：根据被根据被测物理量的物理性物理量的物理性质选择仪器器仪表表的基本功能。的基本功能。预估被估被测物理量的物理量的变化范化范围选择仪器器仪表表的量程和精度。的量程和精度。选用可靠性程度用可靠性程度较高的高的仪器器仪表。可靠性表。可靠性与精度之与精度之间存在矛盾。存在矛盾。7精选课件1 1、结构构试验对仪器器设备的使用要求的使用要求（1 1）具有合适的量程、灵敏度和精度（）具有合适的量程、灵敏度和精度（1%1%）。）。（2 2）安装使用方便，）安装使用方便，稳定性好，抗干定性好，抗干扰能力能力强。（3 3）不影响）不影响结构的工作：自重构的工作：自重轻，尺寸小。，尺寸小。（4 4）同一物理量）同一物理量测量量仪器型号尽量相同，避免系器型号尽量相同，避免系统误差。差。（5 5）经济好：价廉耐用，可重复使用，安全可靠。好：价廉耐用，可重复使用，安全可靠。（6 6）按）按规定存放、使用和定存放、使用和标定。定。8精选课件 2 2、测量量仪器器标定定（1 1）目的：确定）目的：确定仪器器设备的灵敏度和精确度，的灵敏度和精确度，应该在在试验前或前或试验前后前后对仪器器设备进行行标定。定。（2 2）标定：定：单件件标定：定：确定某一件确定某一件仪器的灵敏度和精确度；器的灵敏度和精确度；系系统标定：定：确定某些确定某些仪器器组成的系成的系统的灵敏度和精的灵敏度和精确度。（确度。（实际试验中采用）中采用）9精选课件1 1、位移量、位移量测仪器器 位移反映了位移反映了结构的整体构的整体刚度和工作性能，与度和工作性能，与应力、力、应变一一样是是结构构计算和算和结构性能构性能评定的重要定的重要数据。常用的位移数据。常用的位移测量量仪表有各表有各类位移位移传感器及感器及其它一些其它一些测量量仪器及装置。器及装置。2 2、其它、其它变形形测量量仪器器 除除应变和位移外，和位移外，结构构试验中中转角、曲率等有角、曲率等有时也需要也需要进行行测量。量。掌握了基本方法后，掌握了基本方法后，还可以自行可以自行设计各各类测量量装置。装置。4.3 变形形测量量仪器器10精选课件1 1、位移量、位移量测仪器器1 1）各）各类位移位移传感器（位移感器（位移计）常用的位移常用的位移传感器有机械式百分表、千分表、感器有机械式百分表、千分表、电子百分表、滑阻式位移子百分表、滑阻式位移传感器和差感器和差动式位移式位移传感器等，如下感器等，如下图。这类仪器精度高，可达器精度高，可达0.01mm 0.01mm 或或0.001mm0.001mm，虽然构造不同，其原理：然构造不同，其原理：都是通都是通过机械或机械或电子手子手段将段将测杆感受到的位移放大并杆感受到的位移放大并显示出来。示出来。11精选课件几种常用位移几种常用位移传感器构造原理感器构造原理图1.1.测杆杆 2.2.外壳外壳 3.3.弹簧簧 4.4.电阻阻应变片片5.5.电阻阻丝 6.6.线圈圈 7.7.电缆12精选课件=电阻阻应变式式位移位移计机械百分表机械百分表=机机电百分表百分表13精选课件2 2）其它位移）其它位移测量量仪器及装置器及装置 对于大型于大型结构构件如构构件如桥梁等，当位移梁等，当位移较大、大、测量精度要求不高量精度要求不高时，可用，可用张线式位移式位移传感器感器（图3.283.28）、）、连通管通管（图3.293.29）进行行测量，也可量，也可用水准用水准仪、经纬仪及直尺及直尺进行行测量，其精度不如量，其精度不如上述各上述各类位移位移传感器，一般在感器，一般在0.1mm0.1mm1mm 1mm 之之间。连通管通管是一种是一种简单装置，将装置，将连通管注水，通管注水，则各各竖向管水位在一个平面内，向管水位在一个平面内，试件件变形后水位仍在一形后水位仍在一个平面内，可利用个平面内，可利用试件件变形前后水位在形前后水位在标尺上的尺上的读数数变化，求得化，求得试件件挠度。度。14精选课件15精选课件2 2、其它、其它变形形测量量仪器器16精选课件水准式角度水准式角度传感器感器用液体摆来感受角位移，液面的倾斜将引起电极A、B之间和B、C之间的电阻发生相应改变，把电极A、B和C接人测量电桥，就可以得到与角位移相对应的电压输出。17精选课件电阻应变式倾角仪18精选课件水准管式水准管式倾角角仪19精选课件4.4 力力测量量仪表表静力静力试验需要需要测定的力，主要是荷定的力，主要是荷载和支和支座反力，其次有座反力，其次有钢丝的的张力，力，还有有风压、油油压、土、土压力等。力等。测量量仪器也有机械式和器也有机械式和电测两种。其品种两种。其品种规格繁多，格繁多，列出一些例子，基本原理不外是列出一些例子，基本原理不外是利用利用弹性性元件的元件的弹性性变形或形或应变与其所受外力构成与其所受外力构成一定的比例关系而制成的一定的比例关系而制成的测力装置力装置。机械。机械式式测力力计利用千分表等利用千分表等测量量弹性元件的性元件的变形，形，电测传感器需要用二次感器需要用二次电测仪器如器如电子秤、子秤、电阻阻应变仪等等测量量弹性元件的性元件的应变，由由标定关系得到力定关系得到力值。20精选课件21精选课件结构（尤其是混凝土构（尤其是混凝土结构）静力构）静力试验、检测中中观察裂察裂缝的的发生和生和发展，展，对于确定开裂荷于确定开裂荷载，研究，研究结构抗裂性能和破坏构抗裂性能和破坏过程有着重要的作用。程有着重要的作用。1 1、开裂：开裂、开裂：开裂时间和位置。和位置。1 1）借助放大）借助放大镜用肉眼用肉眼观察察。表面先刷大白。表面先刷大白浆或涂料或涂料 2 2）用）用应变计或或导电漆膜交替搭接布置来漆膜交替搭接布置来测量开裂。量开裂。当某当某处开裂开裂时，该处应变计读数突数突变或跨裂或跨裂缝的漆膜出的漆膜出现火花直至火花直至烧断。断。3 3）声）声发射法：射法：利用材料开裂利用材料开裂时发射出声能的射出声能的现象。将象。将传感感器布置在器布置在试件的表面或内部，通件的表面或内部，通过声波的声波的测量来确定开裂。量来确定开裂。4 4）裂）裂缝应变计：钢结构断裂构断裂试验2 2、裂、裂缝宽度度:读数数显微微镜、裂、裂缝标尺尺4.5 裂裂缝测量量仪表表22精选课件裂裂缝宽度度测量量仪器主要有：器主要有：（1 1）读数数显微微镜。读数鼓数鼓轮上上标有刻度，旋有刻度，旋动读数数鼓鼓轮，使，使镜内内长线分分别处于裂于裂缝两两侧边缘并并读出两出两次刻度次刻度值。两次。两次读数差即数差即为裂裂缝宽度。度。读数数显微微镜精度一般精度一般为0.01mm0.01mm，量程可达，量程可达3 38mm8mm。（2 2）裂）裂缝读数卡。数卡。硬硬质纸片上印有片上印有许多多宽度不同的度不同的线条，其条，其宽度度为标准准宽度，将度，将标准准宽度度线条与裂条与裂缝放在一起，用放大放在一起，用放大镜比照以比照以测量裂量裂缝宽度。此法度。此法精度精度较读数数显微微镜低。低。23精选课件读数显微镜裂缝标尺24精选课件裂裂缝塞尺塞尺25精选课件=裂裂缝宽度度观测仪裂裂缝宽度度测试=（数字（数字显示）示）26精选课件4.6 4.6 温度温度测量量仪器器接触式接触式测温：基于温：基于热平衡原理平衡原理非接触式非接触式测温：利用温：利用热辐射原理射原理 热电偶温度偶温度计和和热敏敏电阻温度阻温度计。27精选课件 将将应变片粘片粘贴在在弹性元件上，接成性元件上，接成桥路，从而将感路，从而将感受到的受到的电信号信号输出。根据所出。根据所测力学量不同可做成各种力学量不同可做成各种传感器，常用的有：感器，常用的有：1 1、力（、力（载荷）荷）传感器；感器；2 2、位移、位移传感器；感器；3 3、扭矩、扭矩传感器；感器；4 4、压强传感器；感器；5 5、加速度、加速度传感器；感器；应变片式片式传感器感器28精选课件弹性元件是性元件是这类传感器的关感器的关键元件，元件，因此要求因此要求弹性元件：性元件：b b）稳定性好。因而定性好。因而对材料、材料、结构形式，构形式，热处理理加工等都有一定的要求。加工等都有一定的要求。a）高，高，弹性范性范围大。要求大。要求弹性元件的最性元件的最大工作大工作应力力处于材料的于材料的线弹性范性范围内。内。c）为保保证灵敏度，要求灵敏度，要求贴片部位的片部位的应变足足够大，大，29精选课件一、一、测力力传感器感器根据根据弹性元件上粘性元件上粘贴应变片片处的的变形特点，可分形特点，可分为拉拉压弹性元件、弯曲性元件、弯曲弹性元件和剪切性元件和剪切弹性元件。性元件。1 1、拉、拉压弹性元件性元件（1 1）柱式）柱式弹性元件性元件测拉力或拉力或压力的力的传感器，感器，弹性性元件常采用空心元件常采用空心圆柱，以便于柱，以便于粘粘贴应变片和易于片和易于热处理、淬理、淬透。透。为防止失防止失稳，壁厚不易太，壁厚不易太薄薄 。应变片在片在圆筒中部均布，每筒中部均布，每处贴一一纵向片和一横向片和一横向片。向片。8 8片片应变片片组全全桥。30精选课件应变片在片在圆筒中部均布，每筒中部均布，每处贴一一纵向片和一横向片和一横向片。向片。8 8片片应变片片组全全桥。纵向串：向串：横向串横向串：各各桥臂臂应变为：应变仪读数数应变为：d=1-2+3-4 31精选课件圆筒的筒的轴向向应变：若若圆筒截面面筒截面面积为A A，则压力力P P与与读数数应变之之间的关系的关系为：由上式可知，由上式可知，压力和力和应变成成线形关系。形关系。这仅仅是理是理论计算公式。算公式。实际上截面面上截面面积A A在加在加载时是是变化的化的 ，因，因此每一个此每一个传感器的感器的读数数应变与力的关系都是要与力的关系都是要经过严格的格的标定定试验确定的。确定的。上述上述弹性元件受到拉力或性元件受到拉力或压力力时很很难保保证作用力作用力严格通格通过柱的柱的轴线，这就使得就使得弹性元件除了受到性元件除了受到轴向力外，向力外，还会受到会受到横向力和弯矩作用。横向力和弯矩作用。为了消除了消除这种影响，种影响，在在圆筒受筒受载荷端增加两片膜片。荷端增加两片膜片。32精选课件（2 2）平板开孔式）平板开孔式弹性元件性元件当当测量量较小小载荷荷时，常，常选用有小孔的平板作用有小孔的平板作为弹性性元件，将元件，将应变片粘片粘贴在孔的在孔的边缘。由于孔。由于孔边产生生应力集中，力集中，应变比无孔比无孔时大得多，可提高大得多，可提高测量量应变的的读数。数。33精选课件（二）弯曲（二）弯曲弹性元件性元件（1 1）悬臂梁式臂梁式弹性元件性元件这种种弹性元件适用于制性元件适用于制作小作小载荷荷测力力传感器。感器。在固定端附近上下表面各在固定端附近上下表面各贴两个两个应变片，片，组成全成全桥，得得读数数应变为：由材料力学可知：由材料力学可知：载荷荷P P与与读数数应变的关系的关系为：34精选课件问题：当：当P P力作用点移力作用点移动时会会产生生误差，差，显然然P P与与L L有关。有关。改改进后：若后：若P P有偏移，两有偏移，两个截面中一个截面弯矩个截面中一个截面弯矩增加，一个截面弯矩减增加，一个截面弯矩减小，且增加量等于减少小，且增加量等于减少量，不会影响量，不会影响读数的大数的大小。小。35精选课件（2 2）圆环式式弹性元件性元件1）纯圆环弹性元件：性元件：截面截面ABAB的弯矩分的弯矩分别为：组成全成全桥，得到，得到读数数应变与弯曲与弯曲应变关系关系为：36精选课件由材料力学可知，若忽略由材料力学可知，若忽略圆环曲率的影响，曲率的影响，贴片片处的弯曲的弯曲应变为：其中其中 ：b b 是是圆环的厚度；的厚度；h h 是是圆环的的宽度。度。37精选课件（2 2）有加）有加载端的端的弹性元件性元件由于由于环的两端尺寸加大部分的两端尺寸加大部分刚度很大，故可把它看作度很大，故可把它看作圆环的的固定端来固定端来进行内力分析。行内力分析。截面截面ABAB的弯矩分的弯矩分别为：组全全桥，可得到，可得到P P力与力与读数数应变的关系。的关系。38精选课件3 3、剪切、剪切弹性元件性元件（1 1）梁式剪切）梁式剪切弹性元件性元件在梁的中性在梁的中性轴上，各点均上，各点均为纯剪切剪切应力状力状态，故沿，故沿与与轴线成成 方向粘方向粘贴四个四个应变片，片，组成全成全桥，得，得到到P P与与读数数应变的关系的关系为：特点：当特点：当载荷荷P P的作用位置由偏移的作用位置由偏移时，中性，中性轴上的剪上的剪应力和力和 方向上的方向上的线应变不会不会变化，可消除化，可消除载荷作荷作用点偏移造成的用点偏移造成的误差。差。39精选课件为了尽可能减少弯矩的影响，采用了尽可能减少弯矩的影响，采用图中中结构形式，构形式，使得使得贴片截面片截面处的弯矩等于零。的弯矩等于零。PLP(L-L)LL40精选课件4.7 4.7 数据采集数据采集仪器（系器（系统）1 1、X-YX-Y记录仪 可直接可直接绘出曲出曲线，精度高，精度高，记录速度快，可用静速度快，可用静载，也可用于低平，也可用于低平动载试验。41精选课件42精选课件X-Y记录仪43精选课件2、计算机数据采集器算机数据采集器1 1）用）用传感器感受各种物理量，并把它感器感受各种物理量，并把它们转换成成电信号。信号。2 2）通）通过A/DA/D转换，把模，把模拟量量转变成数字量。成数字量。3 3）数据的）数据的记录、打印、打印输出或存人磁出或存人磁盘文件。文件。信号信号A/D计算机算机PCI采集卡采集卡USB 采集卡采集卡44精选课件3 3数据采集系数据采集系统：数据采集系数据采集系统（简称数采系称数采系统）可以）可以进行数据采行数据采集、集、处理、分析、判断、理、分析、判断、报警、直警、直读、绘图、储存、存、试验控制和人机控制和人机对话等，它具有采等，它具有采样通道多、采通道多、采样数据量大、采数据量大、采样自自动化等特点。数采系化等特点。数采系统不不仅适用适用于静力于静力试验，也适用于，也适用于动力力试验。随着。随着软、硬件制、硬件制造技造技术的的发展，呈展，呈现出体出体积小、采小、采样数据量大、数据量大、测量精度高、使用量精度高、使用简单、后、后处理功能理功能强的特点。的特点。45精选课件 数采系数采系统包括硬件系包括硬件系统和和软件系件系统。硬件系。硬件系统包包括括传感器、数据采集感器、数据采集仪和和计算机（控制与分析器）三算机（控制与分析器）三个部分，其工作流程个部分，其工作流程图如如图3.343.34。传感器感器的作用是感受各种的作用是感受各种试验物理量并把它物理量并把它们转变成成电信号；信号；数据采集数据采集仪的作用是的作用是对所有的所有的传感器通道感器通道进行行扫描，描，将将扫描描结果果进行信号行信号/物理量物理量转换，然后将，然后将这些物理些物理量数据量数据传给计算机，或者打印、存算机，或者打印、存盘；计算机通算机通过软件系件系统对数据采集数据采集仪进行采行采样控制，控制，对数据数据进行行实时处理和后理和后处理。理。46精选课件47精选课件此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！