结构试验量测技术

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,花絮,花絮,快讯,:,宁波奉化一居民楼发生,粉碎性倒塌,奉化,20,年房龄居民楼倒塌 年前已鉴定,为,C,级危房,浙江奉化坍楼损失 谁该埋单,奉化塌楼,2,责任人被刑拘,1,人取保,浙江奉化塌楼调查：,5,年两起塌楼事件涉同一房企,结构试验,模拟结构在,实际受力工作状态,下的,反应,对试验对象,施加荷载,量测,应变、力、裂缝、位移、速度、加速度,等,第四章 结构试验量测技术,概述,应变量测,力的量测,位移与变形量测,裂缝的测定,加速度的测定,1,、人工测量、人工记录,(,量结构的尺寸,),2,、仪器测量、人工记录,(,千分表测应变,),3,、仪器测量、仪器记录,(,应变仪测应变,),4,、自动化数据采集系统进行测量、记录、处理,(,智能数据采集系统,),概述,试验数据的量测与采集方法,从简单到复杂、从单一学科到各学科互相渗透、从低级到高级的过程。,量测系统的基本组成单元,敏感元件,传感器,敏感元件,控制装置,指示记录系统,应变片,应变信号转换为电阻值的变化,测量桥路,将电阻值变化转换成电流或电压信号,电阻应变仪,对测量信号进行控制、,放大,、显示或记录的装置,显示器,显示所测数据，分为模拟显示和数字显示,试件,荷载,传感器,敏感元件,控制装置,传感器,敏感元件,量测仪器的分类,按,功能,分类,传感器：,将感受的各物理量（力、位移、 应变等）转变成电信号；,放大器：,将传感器传来的信号进行放大，使之可以被显示和记录；,显示器：,将信号用可见的形式显示出来；,记录器：,将数据记录以利长期保存；,分析仪器：,对采集的数据进行分析处理。,量测仪器的分类,按,工作原理,机械式仪器：,纯机械传动、放大和指示,(,千分表,),电测仪器：,利用机电转换，将机械量转换为电量,(,电测千分表、位移计,),光学测量仪器：,利用光学原理转换、放大和显示,(,水准仪,),复合式仪器：,以两种或几种原理的组合,伺服式仪器：,测量和控制功能的组合,量测仪器的分类,应变计：,用来测量应变；,测,力传感器：,用来测量荷载,；,位移传感器：,用来测量位移,；,倾角传感器：,用来测量转角；,频率计：,测量结构振动的频率；,裂缝传感器：,测量混凝土的裂缝；,测振传感器：,测量结构振动的位移、速度和,加速度。,结构试验通常量测的参数有哪些？,按用途分,按仪器与结构的关系分,附着式与手持式,接触式与非接触式,绝对式与相对式,量测仪器的分类,按仪器显示与记录方式分,直,读式与自动记录式,模拟式与数字式,量测仪器的分类,量测仪表的性能指标,量程：,仪表所能量测的,最小,至,最大,的量值范围。,滞后：,在恒定的环境条件下，仪器在整个量测范围内，从起始值到最大值来回输出中的最大偏差值或该值与量程的百分比。,精确度：,仪表的,指示值,与,被测值,的符合程度，常用满程相对误差表示。,灵敏度：,被测量的,单位变化,引起仪器,示值的变化,值。,最小分度值：,仪器的指示或显示装置所能指出的,最小测量,值。,量测仪表的性能指标,量程：,仪表所能量测的,最小,至,最大,的量值范围。,65,66,0,100,200mm,量程：,0100,量测仪表的性能指标,最小分度值：,仪器的指示或显示装置所能指出的,最小测量,值。,65,66,0,100,200mm,量程：,0100,最小分度值：,0.1,量测仪表的性能指标,65,66,0,100,200mm,量程：,0100,最小分度值：,0.1,精确度：,当前测量值,65.7,，实际精确值,65.5,，则精确度,=,（）,/100=0.2%,精确度（,/,测量精度,/,准确度）：,仪表的,指示值,与,被测值,的符合程度，常用满程相对误差表示。,量测仪表的性能指标,65,66,0,100,200mm,量程：,0100,最小分度值：,0.1,精确度：,当前测量值,65.7,，实际精确值,65.5,，则精确度,=,（）,/100=0.2%,灵敏度：,200mm/100=2mm/,灵敏度：,被测量的,单位变化,引起仪器,示值的变化,值。,量测仪表的性能指标,65,66,0,100,200mm,滞后：,将该温度计置于冰水混合物中煮开再降为冰水混合物，如显示,1,，则称该温度计的滞后为,1,。,滞后：,在恒定的环境条件下，仪器在整个量测范围内，从起始值到最大值来回输出中的最大偏差值或该值与量程的百分比。,温度计,65,66,0,100,200mm,量程：,0100,最小分度值：,0.1,精确度：,当前测量值,65.7,，实际精确值,65.5,，则精确度,=,（）,/100=0.2%,灵敏度：,200mm/100=2mm/,滞后：,将该温度计置于冰水混合物中煮开再降为冰水混合物，如显示,1,，则称该温度计的滞后为,1,。,应变量测,概述,千分表量测应变,L,2,应变量测,电阻应变计（简称应变片）,电阻应变计的测量电路,应变片的粘贴技术,应变的其他量测方法与仪表,电阻应变计原理及构造,电阻应变片的主要技术指标,温度适用范围：,取决于胶合剂的性质,灵敏系数：,由出厂前抽样试验确定，使用,时应变仪的灵敏系数一般应与,应变片相同,K,电阻值：,产品标准为,120,规格：,敏感栅的有效使用面积,LB,标距：,敏感栅在纵轴方向的有效长度,L,电阻应变片的分类,按栅极分,丝式,箔式,半导体,按基底材料分,纸基,胶基,按使用温度分,低温,常温,高温,电阻应变计的工作原理,电阻应变效应,当金属丝在外力作用下发生,机械变形,时，其,电阻值,将发生变化，这种效应称为,电阻应变效应,。,R,金属丝电阻,一个长度为,l,，截面积为,A,，电阻率为,的导体,当电阻丝受到拉力,F,作用时， 将伸长,l,，横截面积相应减小,A,，电阻率因材料晶格发生变形等因素影响而改变了,d,，从而引起电阻值相对变化量为,轴向应变,径向应变,式中,为电阻丝材料的泊松比， 负号表示应变轴向方向相反。,代入得,:,通常把,单位应变,能引起的电阻值变化称为,电阻丝的,灵敏系数,。,物理意义是,单位应变,所引起的,电阻相对变化量,。,对于金属材料，,1+2,（,d,/,）,/,;,大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即,K,为常数,。,应变片受力后材料几何尺寸的变化,应变片受力后材料的电阻率发生的变化,用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的,压阻效应,。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时， 其电阻率,发生变化的现象。,半导体应变片,应变量测的基本原理：,在标准长度范围,L,内，量测长度变化增量的平均值,L,，由,= L/L,求得平均应变,。,标距,L,的选择原则：,根据,应力的均匀性,和,材料的均质性,选择，应力梯度大，,L,应尽量小，对非均质材料，如混凝土，,L4dmax,。,粘贴在混凝土上的应变片,（,L4dmax & L=50mm),粘贴在钢结构上的电阻应变片,2,应变量测,电阻应变计（简称应变片）,电阻应变计的测量电路,应变片的粘贴技术,应变的其他量测方法与仪表,测量电路的引入,R ,U,电阻应变计,电阻应变仪,测量电路,电阻应变量测的基本公式,(1),R,1,R,2,B,A,C,D,R,4,R,3,U,电阻应变量测的基本公式,(2),R,1,R,2,B,A,C,D,R,4,R,3,U,温度补偿技术,进行温度补偿的原因：,(1),温度改变使电阻应变片的,导电率,发生改变；,(2),应变片与构件测点粘贴在一起，温度改变使,构件发生变形。,温度对测量结果的影响程度：,贴在钢结构上的应变片，当应变片的电阻丝为镍铬合金时，温度变动,1,度，如果不进行补偿，将引起应力的偏差为,14.7MPa,。,温度补偿技术,温度补偿的方法：,(1),温度补偿应变片法,;,(2),工作片自补偿法,。,温度补偿技术,温度补偿应变片法,在电桥上接一个与测量片,R,1,相同规格,的应变片（温度补偿片）,R,2,，,R,2,粘贴在与试件,材料相同,的补偿块上，补偿块置于与试件测点,相同的温度场,中。该方法适用于大部分场合。,B,R,1,R,2,A,C,R,1,R,2,温度补偿应变片法,R,1,R,2,B,A,C,D,R,4,R,3,U,R,1,R,2,某些结构或构件，存在着,应变符号相反,，,比例关系已知,，,温度条件,又相同的,二个或四个（偶数个）,测点，可以将这些应变片按照符号不同，分别接在相应的邻臂上，它们既是工作应变片，又互为温度补偿。,温度补偿技术,工作应变片自补偿法,2,个测点：,4,个测点：,工作应变片自补偿法,R,1,R,2,B,A,C,D,R,4,R,3,U,R,1,R,2,工作应变片自补偿法,R4,桥,半桥,全桥,实用桥路及其应用,全桥桥路：,电桥中的四个桥臂上均为工作片。,半桥桥路：,电桥中二个桥臂上为工作片，另,二个桥臂为固定电阻。,桥桥路：,电桥中只有一个桥臂（,AB,）上,为工作片，另三个桥臂为固定电阻。,接桥方法确定的原则,：在满足特殊要求的条件下，选择测量电桥,输出电压高,、,桥臂系数大,、能实现,温度互补,且,便于分析,的接桥方法。,实用桥路及其应用,多点测量线路,R,t,R,1,R,n,R,3,R,2,A,C,B,实用桥路及其应用,常见接桥方法,见教材,page 52,及例题,应变片编号,画出桥路图,计算公式,结果,2,应变量测,电阻应变计（简称应变片）,电阻应变计的测量电路,应变片的粘贴技术,应变的其他量测方法与仪表,应变片粘贴技术,1.,应变片检查分选,特别注意同一试验的应变片批号最好一致（灵敏系数,K,相同）。,同一测区的应变片阻值基本一致（在仪器的可调范围内能满足初始平衡条件,R,1,R,3,=R,2,R,4,。,2.,测点处理,测点表面应平整、无锈、无浮浆。,测点表面用酒精或丙酮清洗。,混凝土,表面一般用环氧树脂打底抹平。,测点位置准确，应变片,长边方向,与所测应变方向相同。,应变片粘贴技术,3.,应变片粘贴,粘贴用胶一般为,502,等,快干胶,或环氧树脂类,慢干胶,。,快干胶适用于,短期,量测，防潮性能较环氧树脂差、操作时间短。慢干胶在粘贴后需要较,长时间,（,24,小时）的固化时间，期间需加压、加温以促使固化。,应变片粘贴技术,4.,固化处理,自然干燥：,在室温,15,度以上，湿度,60%,以下固化,12,天（环氧树脂类慢干胶）。,人工固化：,气温低、湿度大，在自然固化,12,小时后用人工加温（环氧树脂类慢干胶）。,应变片粘贴技术,5.,粘贴质量检查,粘贴牢固，位置、方向准确。,无短路、断路现象，阻值与粘贴前相同。,电阻应变片与试件间的,绝缘度,达到,50M,以上，在恶劣环境应达到,500M,以上。,应变片粘贴技术,6.,导线连接,保证引出线不与试件形成短路。,保证量测导线轻微拉动时，引出线不被拉断。,导线各连接点应可靠连接，无虚焊。,应变片粘贴技术,7.,防潮防护,短期量测且在干燥环境下可不做防潮处理。,长期观测,或在,潮湿环境,下必须进行防潮处理，一般用硅橡胶密封。,粘贴在钢筋上,浇灌入混凝土时，必须用纱布和环氧树脂密封，防止混凝土浇筑过程中损坏电阻应变片。,应变片粘贴技术,用硅橡胶密封后的应变片,粘贴在钢结构上的电阻应变片,1.,应变片检查分选,2.,测点处理,3.,应变片粘贴,4.,固化处理,5.,粘贴质量检查,6.,导线连接,7.,防潮防护,应变片粘贴技术,应变的量测,荷载的量测,概述,机械式测力仪器,基本原理是利用弹性元件的,弹性变形与所受外力成一定比例,关系，如环箍式拉力计、环箍式压力计。,电测式仪器,（荷载传感器）,基本原理：,力,应变电阻电压,3,荷载量测,F,R ,U,电子秤,材料试验机的测力元件,水坝坝体承载状况监测,桩基受力监测,应变式力传感器,拉压传感器原理,R,1,R,6,R,7,R,8,R,4,R,3,R,2,R,5,B,A,C,D,R,1,R,4,R,3,R,2,R,6,R,5,R,8,R,7,每个桥路上粘有,2,个应变片，目的是消除传感器受力偏心所产生的影响。,B,A,C,D,R,1,R,4,R,3,R,2,R,6,R,5,R,8,R,7,几种常用的荷载量测传感器,柱式力传感器,筒式压力传感器,梁式力传感器,环式力传感器,轮辐式力传感器,柱式力传感器,筒式压力传感器,梁式力传感器,等截面梁：,悬臂梁的,横截面积,处处相等，所以称等截面梁。,当外力,F,作用在梁的自由端时，固定端产生的应,变最大，粘贴在应变片处的应变为：,式中：,l,0,是梁上应变片至自由端距离，,b,、,h,分别为梁的宽度和梁的厚度。,等强度梁：,悬臂梁长度方向的截面积按一定规律变化，是一种特殊形式的悬臂梁。,当力作用在自由端时，力距作用点任何截面积上应力相等，应变片的应变大小为：,梁式力传感器,顺梁的方向上下各贴两只；,四个应变片组成全桥。上面两个受压时下面两个受拉。,这种传感器适用于测量,500Kg,以下荷重。,问题：根据等强度梁工作原理和电桥，设计一个梁式力传感器。,梁式力传感器,悬臂梁应变式电子秤,上下表面的,应变片,也随之拉伸和缩短。得到正负相间的,电阻值,的变化，接入桥路后，就能产生输出,电压,。,环式力传感器,(a),为拉力环,(b),为压力环,几种常用的荷载量测传感器,概 述,应变的量测,荷载的量测,位移与变形的量测,位移的量测,几种常用的位移传感器,a.,机械式,b.,电阻应变式,c.,滑阻式,d.,差动式,机械式,百分表、千分表,位移的量测,原理,：测杆上下运动，测杆上的,齿条带动齿轮,，使长短针按一定比例关系转动，从而给出位移值。,电阻应变式,位移传感器（电子百分表）,位移的量测,位移量测仪器的标定,电阻应变式,位移计,一般是接入应变仪，测出应变仪读数，此,读数既不是位移，也不是应变,。,因此，在试验前给位移计一,已知,的标准位移，同时在应变仪上得到,对应的读数,，从而求得位移和应变仪读数的对应关系，此过程称为,标定,。,滑阻式,位移传感器,位移的量测,水准仪、 全站仪等测量仪器。,水准仪适用于位移量较大，要求精度不高的测量；而全站仪的精度更高一些。,位移量测的其它方法,变形的量测,转角的测定,曲率的测定,剪切变形的量测,概 述,应变的量测,荷载的量测,位移与变形的量测,裂缝的量测,裂缝测量仪器（读数显微镜）,刻度放大镜最小分度不宜大于,0.05mm,裂缝的量测,白色涂层法（表面刷石灰浆）,脆漆涂层法,裂纹扩展片法,。,裂纹扩展片法,利用,电阻法的基本原理,，通过裂纹扩展计（片）进行,裂纹长度,的测量。使用时将裂纹扩展计的栅条垂直于裂纹扩展方向粘贴，随着裂纹的扩展，敏感栅,栅条渐次断裂,，通过测量其电阻变化而得到裂纹扩展长度。,概 述,应变的量测,荷载的量测,位移与变形的量测,裂缝的量测,加速度的量测,在一,悬臂梁,1,的自由端固定一,质量块,3,。当壳体,4,与待测物一起作加速运动时，梁在质量块惯性力的作用下发生形变，使粘贴于其上的,应变计,2,阻值变化。根据阻值的变化可求得待测物的加速度。,应变式加速度传感器,各种电阻应变式传感器回顾,敏感元件,：应变片；,传感器,：利用测量桥路,d or a,F,R,U,课堂小结,掌握量程、精确度、灵敏度、滞后等量测仪表指标的意义。,掌握电阻应变计测量的原理。,掌握不同桥路的测量方式和相应的精度。,掌握应变片的粘贴技术。,掌握力和位移的测量方法。,