结构实验结构的应力应变测试ppt课件

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1、建筑构造实验南京工程学院 2021.11.01 第四章 构造实验数据采集系统重点习题1、绘出应变计1/4桥另贴温度补偿片和半桥的桥路衔接图，分析半桥和1/4桥两种桥路衔接方式应变仪输出应变的特点。2、某矩形截面钢筋混凝土简支梁，截面150mm*300mm，长2000mm，支座间净距1800mm，采用均布加载，应变计温度补偿为任务片互补方式，设计完成实验内容：1测试梁纯弯矩引起的最大应变，绘出测点布设简图；2绘出应变计桥路衔接图，计算丈量应变值测 与梁实践应变值实)之间的数量关系。3、在碳纤维布加固钢筋混凝土简支梁受弯承载力的实验研讨中，假设梁长为2.6m，截面为150*300mm，支座净距2.

2、4m，实验研讨内容1加固后，梁受弯承载力的变化特点；2加固后，梁的挠度、裂痕开展及破坏特点，请回答以下问题：1绘出简支梁三分点加载实验安装的简图，简要阐明各仪器的丈量内容；2绘出30kN和50kN作用时，梁跨中截面应变沿梁高的分布特征最大应变为0.00084、加载制度 概念 传感器主要内容：传感器主要内容：概述概述机测法机测法(感受机构、转换机构、显示和附属安装感受机构、转换机构、显示和附属安装)电测法把非电物理量变化转化成电量变化，电测法把非电物理量变化转化成电量变化，感受部分、转换部分、传输和附属安装感受部分、转换部分、传输和附属安装其他传感器：光纤、激光、红外线、超声波传感其他传感器：光

3、纤、激光、红外线、超声波传感器器 一、钢振弦传感器一、钢振弦传感器 二、电阻应变式传感器二、电阻应变式传感器 三、电涡流式传感器三、电涡流式传感器非接触式非接触式应变数据处置应变数据处置应力应变转换关系应力应变转换关系 加速度传感器拉力传感器振弦式拉力传感器振弦式土压力传感器光纤测力传感器电涡流位移传感器内埋式光纤温度传感器内埋式光纤温度传感器概述概述 根据应力与应变之间的转换关系，经过测构造或构件外表、内部应变来得到构造或构件的应力形状。钢材的拉伸实验中，在其屈服之前，其应力应变之间存在着线性关系 我们就可以经过测应变来测应力，而应变测试方法比较简单，由于根据应变的定义：E概述概述式中：应变

4、 测区长度的变化量 测区的原始长度，称之为标距 LLLL概述概述如在机测中，将 放大后丈量；在光测中，将 变化转换光波长的变化；在电阻应变测试技术中，将 转换为传感元件的电阻并进一步转换为电压的变化等等。LLL概述概述 应变测试的主要方法：应变测试的主要方法：机测法机测法 光测法光测法 电测法电测法 机测法机测法 定义：定义：利用机械式测试仪器来实现对应变的丈量利用机械式测试仪器来实现对应变的丈量 主要仪器：主要仪器：杠杆引伸仪杠杆引伸仪 手持式应变仪常用手持式应变仪常用 接触式应变计接触式应变计 机测法机测法 定义：定义：利用机械式测试仪器来实现对应变的丈量利用机械式测试仪器来实现对应变的丈

5、量 主要仪器：主要仪器：杠杆引伸仪杠杆引伸仪 手持式应变仪常用手持式应变仪常用 接触式应变计接触式应变计 手持式应变仪手持式应变仪 手持式应变仪手持式应变仪 手持式应变仪构造原理1刚性的金属杆；2插轴（尖形）；3薄钢片；4千分表；5-千分表的测杆；6刚性的金属杆213L546接触式应变计接触式应变计 接 触 式 应 变 计 测 装 置1 金 属 夹 头；2 顶 杆；3 位 移 计；4 试 件1234千分表千分表 构造：千分表由测杆、齿轮、弹簧、指针和度盘等各种零部件组合而构成四个机构：传感机构千分表中的触杆 转换机构千分表中的大小齿轮及弹簧 指示机构千分表中的指针 机体和维护部分千分表千分表

6、10090807060504030208712365千 分 表 构 造 图 1 短 针 齿 轮；2 齿 轮 弹 簧；3 长 针；4 测 针5一 测 杆 弹 簧；6，7 齿 轮；8一 齿 条；9一 颈 箍；10一 顶 头910机测法机测法 机测法任务原理：将测区长度的变化经过千分表的测杆传送给一组齿轮，经过齿轮将长度的变化进展放大并改动方向，转换为指针在刻度盘上的转动并指示出值，进而计算出应变值。机测法特点：安装便利，读数方便、准确度高、对环境的顺应性强即普通不受温湿度影响以及电磁场的干扰、性能可靠，但灵敏度不高、需求人工测读、速度慢、任务量大。测振传感器光测法光测法 定义：利用光的某些特性如波

7、长的变化与应变之间的转换关系，经过光的波长的变化来实现对应变的丈量 传感器：光纤布拉格光栅传感器 fiber optic Bragg grating strain sensor 光纤布拉格光栅传感器光纤布拉格光栅传感器 构造：光纤、布拉格光栅组成 1-输 入 信 号；2-反 射 信 号；3-传 输 信 号；4-光 纤 线 芯；光 栅 基 本 构 造 示 意 图6214535-紫 外 写 入 光 栅；6-光 纤 包 层；7-布 拉 格 光 栅 周 期7外表式光纤应变传感器外表式光纤应变传感器内埋式光纤应变传感器内埋式光纤应变传感器外表式温度光纤传感器外表式温度光纤传感器内埋式光纤温度传感器内埋式

8、光纤温度传感器光纤布拉格光栅传感器光纤布拉格光栅传感器 任务原理：式中：光纤光栅的中心波长 纤芯的有效折射率 光栅周期。n2n光纤布拉格光栅传感器光纤布拉格光栅传感器 构造应变势必导致光栅周期的变化这为采用光纤布拉格光栅制成光纤应变传感器提供了最根本的物理特性。同样温度变化也会引起光栅布拉格波长的变化。波长的变化与应变以及温度的变化可用下式来表示：光纤布拉格光栅传感器光纤布拉格光栅传感器 式中：应变以及温度变化引起的波长变化 光纤光栅不受应变及温度变化的中心波长 待测应变 为温度变化量 光纤光栅应变传感灵敏度系数 光纤光栅温度传感灵敏度系数。可采用一样温度环境下的光纤光栅进展温度补偿。TKKT

9、BBBBTKTKTKT光纤布拉格光栅传感器光纤布拉格光栅传感器 特点：光纤传感器是90年代出现的一种用于观测应力、应变、温度以及内部裂痕、变形等构造参数的新型传感器。高精度高灵敏度远间隔分布式耐久性光纤的小巧、柔软、不易拉断抗电磁干扰才干强集传感与传输于一体易于制造和埋入构造内部而且物理截面和力学强度小，在粘贴或嵌入到主体中不会对其性能和构造呵斥影响。电蜗流式传感器非接触式电测法电测法电涡流式电涡流式 组成组成 探头、延伸电缆、前置器、被测体探头、延伸电缆、前置器、被测体 特点特点 非接触式、静态、动态、高线性、高分辩率非接触式、静态、动态、高线性、高分辩率 原理原理 前置器中高频振荡电流经过

10、延伸电缆流入探头前置器中高频振荡电流经过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。假设线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。假设在这一交变磁场的有效范围内没有金属资料接近，在这一交变磁场的有效范围内没有金属资料接近，那么这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体接那么这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体接近这一磁场，那么在此金属外表产生感应电流，电近这一磁场，那么在此金属外表产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。与此同时该电涡流场也产生磁学上称之为电涡流。与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线

11、圈高频电流的幅度和相位得到改反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改动线圈的有效阻抗，这一变化与金属体磁导率、动线圈的有效阻抗，这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何外形、几何尺寸、电流频率、电导率、线圈的几何外形、几何尺寸、电流频率、探头头部线圈到金属导体外表的间隔等参数有关。探头头部线圈到金属导体外表的间隔等参数有关。1-4电测法电测法电涡流式电涡流式磁通量涡流被测体延伸电缆检测电路输出放大器振荡器线性补偿前置器探头线圈电测法电涡流式 任务过程任务过程 被测金属与探头之间的间隔变化被测金属与探头之间的间隔变化线圈线圈的有效阻抗的变化的有效阻抗的变化振荡电压幅度的变振荡电压幅度的变化

12、化经过检波、滤波、线性补偿、放大归经过检波、滤波、线性补偿、放大归一一输出电压的变化输出电压的变化FS8000系列电涡流式电涡流式-探头电测法电涡流式-前置器电测法电涡流式-运用混凝土试件收缩实验混凝土试件收缩实验探头安装探头安装-非接触非接触电涡流式-运用IMP电压信号采集板电压信号采集板数据实时监测数据实时监测电测法电测法钢弦式传感器钢弦式传感器 电测法：利用电的某些特性如电阻、电流、电压、频率等的变化与构造应变之间的转换关系来测定构造的应变。主要有钢振弦式与电阻式 一、钢弦式传感器利用固定在构造上的钢弦振动频率与构造应变之间的转换关系，经过丈量钢弦的振动频率来实现对应变的丈量。构造：由夹

13、块、振弦、永久磁铁、线圈等组成。普通有埋入式与外置式，主要产品有德国麦哈克、法国德来马克、美国基康等以及中国丹东传感器厂消费。电测法电测法钢弦式传感器钢弦式传感器 电测法电测法钢弦式传感器钢弦式传感器 5127541SPN36钢 弦 式 传 感 器 结 构 原 理1-夹 块；2-振 弦；3-永 久 磁 铁；4-线 圈；5-螺 钉；6-软 铁 块；7-膜 片电测法电测法钢弦式传感器钢弦式传感器 任务原理：利用钢弦自振频率与钢弦应变之间存在一定关系，经过测钢弦的频率来测应变。式中：钢弦自振频率 钢弦长度 待测应变 钢弦弹模 钢弦资料常数 cEL21LcE电测法电测法钢弦式传感器钢弦式传感器 特点：

14、构造简单、制造方便、稳定性好、抗干扰才干强及远间隔传输误差小等优点，近年来得到广泛运用，特别是运用于施工应力监控中。缺陷是价钱昂贵，测试速度慢。电测法电测法电阻应变测试技术电阻应变测试技术 电阻应变测试技术的根本原理经过粘贴在构造外表上的传感元件电阻应变片把所测的构造应变转换为电阻的变化，再经过桥路、仪器把电阻的变化转换为电压的变化并加以放大，由显示器显示出应变值。任务框图：结构应变电阻值应变片桥路 电压应变指数电测法电测法电阻应变测试技术电阻应变测试技术 电阻应变测试技术的优点：灵敏度高，可测到1；标距小，箔式应变片最小标距可达0.2mm，可测点应力，用于应力集中测试；可远间隔测试；可测动、

15、测静；经过应变丈量可转换为测力轴力、弯矩、扭矩、剪力、位移等；电测法电测法电阻应变测试技术电阻应变测试技术 缺陷：测外表应力准确度高，测内部应力需求一定技术；测应力集中不准确；丈量系统线路多、易干拢，易受环境温度、湿度、电磁场干拢；电测法电测法电阻应变片电阻应变片 电阻应变片的构造：电阻应变片由三个部份组成：基底纸张、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等胶膜敏感栅或电阻丝栅康铜、镍、铬等特殊资料制成引出线 基底起到维护及固定敏感栅的作用，敏感栅或电阻丝栅直接感受构造变形并将构造变形转换为电阻变化，引出线连结到丈量桥路上；电测法电测法 电阻应变片电阻应变片 应变片构造1敏感丝栅；2基底；3覆盖层；4引

16、出线4312电测法电测法电阻应变片电阻应变片 电阻应变片的任务原理：利用电阻丝的应变效应，所谓电阻丝的应变效应指的是电阻丝的电阻值随其本身应变伸长或缩短而改动的一种物理性质。)24(ALR电测法电测法电阻应变片电阻应变片 经过数学分析，对R求微分得：由资料力学可知：整理得：令：Ks 电阻丝的灵敏系数)34(/AALLRR)44(/2/RR)54(/21/RR)54(/RRKS电测法电测法电阻应变片电阻应变片 由于电阻应变片是由电阻丝按一定规格挠制而成的，因此电阻应变片同样有如下的电阻变化率与应变的关系：其中K为电阻应变片灵敏系数，普通的电阻应变片的灵敏系数比电阻丝的灵敏系数来得小。)64(/K

17、RR电测法电测法电阻应变片电阻应变片 应变片类型 1.绕丝式应变片U式 构造：由电阻丝挠制而成，根据基底资料的不同可分为纸基、胶基 特点：制造简单、价钱廉价、纸基易受潮、横向灵敏度大 引出线电阻丝电阻丝回弯头电测法电测法电阻应变片电阻应变片 应变片类型 2.短接式应变片绕丝式的改良H式 构造：纵横向电阻丝经过点焊衔接 特点：横向灵敏度小、焊点易零落，不适用于动测 横向短接电阻丝引出线点焊电测法电测法电阻应变片电阻应变片 应变片类型 3.箔式应变片短接式应变片的改良 构造：敏感栅由很薄的金属箔片采用光刻技术制成，弯头截面大 箔 式 应 变 片电测法电测法电阻应变片电阻应变片 箔式应变片的特点:敏

18、感栅截面为矩形，较圆断面大，粘合面积大不易零落，传送应变较丝式好;具有较大的散热才干；弯头大，横向效应小可忽略；蠕变、机械滞后小、寿命高；由于采用光刻技术，标距可小到0.2mm，可用于点应力测试。电测法电测法电阻应变片电阻应变片 应变片的组成：单轴片双轴片三轴片四轴片 电测法电测法电阻应变片电阻应变片 单轴片双轴片三轴片片片1 2 0 片片片四轴片电阻应变片电阻应变片 电测法电阻应变片 电阻应变片规格及特点：几何尺寸 阻值：规范R=120 灵敏系数：K=2.00 横向敏度(H)极限应变：6000 绝缘电阻：R200M 机械滞后：应变片感受构造的变形会滞后一段时间 任务电流：Imax25mA，并

19、不能用高电压、高电流 零漂与蠕变：零漂是指在恒温、构造不受力情况下应变片指示的应变 值随时间而变化用/h表示。缘由是受潮、电磁场干 拢；濡变构造受荷稳定后，应变片指示的应变继续 变化。温度效应：应经过桥路补偿或自补偿给予消除 电测法电测法电阻应变片电阻应变片 应变片选用构造材性 均质资料：钢丝、钢板、钢筋用中小片标距2、3、5、10mm构造受力 应力梯度大用小片，应力集中用箔式小片，应力变化不大用中大片，单向应力场用单轴片，知主应力方向的双向应力场用双轴片，主应力方向未知的复杂应力场用三、四轴片电测法电测法电阻应变片电阻应变片 粘贴工艺 选片测点表面处理贴片干燥固化焊线防护 实验一 电阻应变片

20、的粘贴一、实验目的 1、掌握电阻应变片的选用原那么及方法。2、学习常温用应变片的粘贴技术及预埋技术。二、实验仪表及器材 1、万用电表、兆欧表；2、试件；3、粘结剂502胶；纸基应变片；4、砂布、棉球、丙酮、镊子；5、电烙铁、焊锡丝、引线等。三、实验方法及步骤一应变片的选择与检查 选择：根据应变片的任务环境、试件类型、测试仪器的要求等来选择适宜的应变片。检查：外观，用目测或放大镜观看，应剔除应变片丝栅中有外形缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的片；阻值，应剔除断路或短路的片，每片阻值相差不得超越仪器可调平衡的允许范围。二贴片1、测点外表的处置 钢筋：除锈、刨光并用砂纸打成与丈量方向呈450交叉细

21、纹，用丙酮清洗干净。砼：先找平，再用砂布打平并用丙酮溶液清洗干净。2、贴片 上胶：胶水均匀而薄地在基底面上涂一层，稍后，当胶水发粘时顺着受力方向对中放好。3、固化处置 分自然枯燥或人工固化。4、粘贴质量检查 分外观、阻值及绝缘度检查。5、接线：分三步 固定点设置 引出线绝缘 导线焊接 挤压：在片上盖上玻璃纸，用手指沿一个方向滚压，挤出多余的胶水和气泡。加压：用手指轻压片，直到粘住为止。三防潮防水处置1、拌制防潮剂 常用的防潮剂有环氧树脂与聚酰胺按2：1或3：2搅拌均匀，配制而成，还可用石腊与凡士林按1：1配制，加热熔化成液体，冷却后运用。2、涂抹：将防潮剂均匀地涂在应变片上，后用纱布一层层缠紧

22、，使胶液从中渗出，胶层外表应光滑，固化后即能起到防潮防水的作用。测点外表处置打磨测点外表处置清洗测点外表处置刷防潮绝缘层测点外表处置刷防潮绝缘层测点外表处置砂纸打磨测点外表处置清洗贴片固定接线端子焊线电测法电测法静态电阻应变仪静态电阻应变仪 电阻应变仪原理 惠斯登电桥BACDRRRR1243UuDB1II2电测法电测法静态电阻应变仪静态电阻应变仪经过电学分析，可得输出电压：对上式求微分，利用R/R=K并令R1=R2=R3=R4=R，可得：)74()(43214231RRRRRRRRUUBD电测法电测法静态电阻应变仪静态电阻应变仪上式阐明，输出电压的变化量与桥路电阻应变的关系，完成了应变电阻电压

23、的转换，从而可以经过测试电压的变化来测试应变，这就是电阻应变仪任务原理，其中：上式阐明：桥路总输出应变等于领臂应变相减，对臂应变相加。)84(40UKUBD)94(43210电测法电测法静态电阻应变仪静态电阻应变仪根本丈量桥路：全桥丈量法半桥丈量法每臂双片丈量法4 电测法电测法半桥丈量法半桥丈量法4 电测法电测法1/4桥丈量法举例桥丈量法举例附:各种接桥法1半桥丈量的接桥法 丈量桥的桥臂由两个电阻应变片和仪器内部的两个固定电阻组成的联接方式，称为半桥接桥法。丈量弯曲应变ab43211)(ttttM仪a：432211)()(tttMtM仪b：仪1M那么：2/1仪M那么：丈量弯曲与拉(压)复协作用

24、的应变cdc:c:43)()(tttNMtNM下下下上上上仪那么:2/仪上Md:tttttNMtNM)(21)(21)(21补补下下下上上上仪那么:仪上N2 2全桥丈量的接桥法全桥丈量的接桥法 特点：可以提高量测精度，主要用特点：可以提高量测精度，主要用于由应变片作为敏感元件的各种传感器于由应变片作为敏感元件的各种传感器上。上。丈量桥的桥臂由四个应变片组成的丈量桥的桥臂由四个应变片组成的联接方式，称为全桥接桥法。联接方式，称为全桥接桥法。应变式位移传感器hxLUs23214M仪sU梁端点挠度与外表应变：仪hxLUs62那么：构造桥接法应变式倾角传感器原理：当转角00-50较小时，转角和应变梁上

25、的弯曲应变成线性关系。即：MK应变式测力传感器12324341EANANE2224)()1(23 31 1NNNN仪仪NN有横向变形时关系：4)(3 31 1NNNNN设：)1(2/仪N那么：留意：长导线电阻对应变丈量的影响 当导线长度大于当导线长度大于10m时，测得的应时，测得的应变将比真实值降低变将比真实值降低%以上，要按下以上，要按下式进展修正。式进展修正。仪)1(RRL实验例子测受弯构件裂痕及挠度 一、实验目的 1、了解适筋梁的正截面与斜截面破坏形状。2、掌握构造性能的评定方法。二、实验仪器 1、钢筋砼简支梁试件一个适筋梁 2、YD-88便携式超级位移计一台；3、读数显微镜一台；4、加

26、载设备。三、实验方案一加荷方案设计二实验荷载计算三加载程序设计四察看方法设计四、写出实验报告一量测数据整理 1、测试曲线图的绘制 2、挠度的计算 3、内力的计算 4、平面应力的计算二构造性能的评定 1、承载力评定 2、挠度评定 3、抗裂评定 4、裂痕宽度评定位移计 位移计主要用于观测构造的挠度与变形，也可用于观测力、应变、转角、曲率和滑移变形等。刻度值为0.001mm的位移计，称为千分表；刻度值为0.01mm的位移计，称为百分表；刻度值大于0.01mm的位移计，称为挠度计。分 类外形与构造简图测杆弹簧轴颈测杆顶头表壳齿轮内外度盘长针短针图3-1 百分表外形、构造简图1 1、用位移计观测挠度、用

27、位移计观测挠度(1)固定位移计的不动支架要有足够的刚性，固定位移计的不动支架要有足够的刚性，位移计测杆上下可灵敏挪动。位移计测杆上下可灵敏挪动。(2)位移计测杆应与所观测的位移方向一致。位移计测杆应与所观测的位移方向一致。(3)符合观测所需的量程及灵敏度要求。符合观测所需的量程及灵敏度要求。(4)张线式位移计可用于观测较大的位移量。张线式位移计可用于观测较大的位移量。2、用位移计观测应变(1)用于量测构造构件的轴向应变，不宜用于受荷载后发生曲率变化的构件。如图示：图3-2 位移计应变丈量安装金属夹头顶杆位移计试件(2)手持应变仪可以观测多点应变，但量测精度会因人而异。图3-3 手持应变仪量测安

28、装薄钢片粘结剂脚标钢性金属杆插足位移计3对于长期观测或温度变化较大时，应思索温度变化的影响。3、用位移计观测转角图3-4 用位移计测定梁支座截面转角Ltg21观测点处转角:4、用位移计观测曲率图3-5 曲率量测安装)(21abbursc281aursc 读数显微镜用于观测裂痕宽度，是读数显微镜用于观测裂痕宽度，是由物镜、目镜、刻度分划板组成的光学由物镜、目镜、刻度分划板组成的光学系统。系统。水准仪和经纬仪可以用来量测较大位移，并能作多点和远间隔的量测。读数显微镜读数显微器读数显微器-用于丈量裂痕宽度用于丈量裂痕宽度50倍裂痕观测放大镜1、读数显微镜量测裂痕宽度*目镜物镜测微螺丝裂痕分划板弹簧上

29、下分划板上下分划板1、实验加荷图式 是指实验荷载在试件上的布置方式，是指实验荷载在试件上的布置方式，包括荷载类型和分布情况。包括荷载类型和分布情况。采用等效荷载的原那么采用等效荷载的原那么 控制截面的内力值相等；等效荷载控制截面的内力值相等；等效荷载产生的主要内力图形与实际计算相近；产生的主要内力图形与实际计算相近；变形的差别应思索。变形的差别应思索。2、挠度的计算 支座沉降影响的修正01)(LxUUUULrmS21rLmSUUUU跨中：L0四、写出实验报告 构造自重影响的修正iiggUMMU自重产生的挠度：gSSUUU12跨中实测挠度：gM自重荷载产生的弯距；自重荷载产生的弯距；iM裂痕出现

30、前实验荷载产生的弯距；裂痕出现前实验荷载产生的弯距；iU在 作用下，消除支座沉降影响后的实测跨中挠度iM3 等效荷载图式影响的修正Ch=0.91Ch=1.00跨中实测挠度值：23ShSUCU等效荷载影响系数Ch：支座测点偏移影响的修正假设偏移间隔为a，那么跨中实测挠度US4：US4=CaUS3 徐变影响的修正45)1(SSSLSUMMMU增大系数；LMSM、分别为荷载长、短期效应组分别为荷载长、短期效应组合计算的弯距规范值。合计算的弯距规范值。3、应力的计算单向应力：E 测点处的主应力方向知平面应力：)(12yxxE)(12xyyE2)()1(2maxyxyxE四、写出实验报告测点处的主应力方向未知4、内力的计算1x2y 轴向受力构件AEAEAN221四、写出实验报告内力计算受弯构件截面内力的计算纯弯构件：下下下下hJEhJMxxx上上上上hJEhJMxxx或压弯或拉弯构件：上下)(上下上下hEJJhMxxx)(上下下上hhhEAN