第三章++结构试验量测技术
结构静载试验-第3节应变测试技术汇总.
⑵ε:σ=Eε=Mh/2I f=ML2/3EI ε=3hf/2L2 =0.0005 ⑶K: K=△R/R/ε=2.0
① ②
2、电阻应变片的构造
敏感栅：用金属材料或半导体材料制成的单丝或栅状丝。 基底:纸基和胶基 覆盖层 引出线
电阻应变片构造示意图 1.引出线 2.敏感栅 3.覆盖层 4.基底层
3、电阻应变片的种类及分类
按敏感栅所用材料分类：金属电阻应变片（金属 丝式应变片、箔式应变片、薄膜应变片）和半导 体应变片； 按敏感栅结构的形状分类： 单轴和多轴（应变花） 按应变片的工作温度： 低温片（低于-30℃）、常温片（-30～60℃） 中温片（60～350℃）、高温片（350℃以上） 按基底材料：胶基和纸基
三、应变测试技术
为什么要进行结构应变测试
在外力作用下，工程结构内部产生应力，不同部 位的应力值是评定结构工作状态的重要指标，也 是建立结构理论的重要依据。 但是，目前直接测定构件截面的应力值还没有较 好的方法，一般方法是先测定应变，而后通过 σ=Eε的关系间接测定应力，或由已知的σ-ε 关系曲线查得应力。 应变量测在工程结构试验量测中有极其重要的地 位。应变量测往往还是其他物理量量测的基础。
第三章 结构静载试验
结构静载试验是最常规的试验之一。静载试验 中使用的仪器、仪表和设备可分为加载设备、测试 元件和仪表、放大仪和记录仪等仪器设备。试验中 观测的物理量为力、位移、应变、温度、裂缝宽度 与分布、破坏或失稳形态等。 一、静载试验加载设备 二、试验装置的支座设计 三、应变测试技术 四、静载试验用仪器仪表 五、静载试验准备与实施 六、结构静载试验示例
（二）电测法
电测法（非电量的电测技术） 在测量过程中，常将某些物理量（如长度）发生 的变化，先变换为电参量的变化，然后用量电器 进行量测，这种方法称为电测法。 在结构试验中，因结构受外荷载或受温度及约束 等原因而产生应变，应变为机械量（即非电量） ，用量电器量测非电量，首先必须把非电量（应 变）转换成电量的变化，然后才能用量电器量测 。量测由应变引起的电量变化称为应变电测法。
3-2结构试验量测技术
土木工程结构试验兰州交通大学2011年11月第三章结构试验量测技术（2）3.3位移与变形量测•3.3.1 结构线性位移量测百分表2. 应变梁式位移传感器•采用弹性好、强度高的铍青铜制成的悬臂弹簧片。
•簧片固定端粘帖应变片，组成全桥或半桥测量电路。
•簧片与拉簧、拉簧与测杆、测杆与指针。
位移计一般情况的位移计安装3.划线电阻式位移传感器4.差动变压器式位移传感器5. 位移量测的其它方法•水准仪、全站仪、光电挠度仪、激光测距仪、拉线式位移计等测量仪器。
•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。
•采用0.1mm的光学副尺、1mm的米格纸等•测量仪器的类型选择应根据试验目的和仪器性能。
•同时要考虑仪器精度与被测结构位移的大小相适应。
位移量测仪器的标定•位移量测仪器除机械式百分表和千分表可以由表盘刻度直接读出位移值外，其它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。
受压钢管柱试验桥梁现场挠度测试3.3.2结构转动变形量测•1.转角测定•杠杆式测角器千分表测扭转角水准管式倾角仪电子倾角仪电阻应变式（阻尼）倾角仪电液（阻尼）倾角仪电阻应变式倾角仪•2. 曲率测定•3. 剪切变形测定•4. 扭角测量3.4力的量测2. 拉力和压力测定几种常用的荷载量测传感器3.结构内部应力测定•埋入式测力装置—埋入式应力栓•埋入式差动电阻应变计•振动丝式应变计及温度测量读数显微镜裂缝标尺（读数显微镜）3.5.1 裂缝检测裂缝塞尺裂缝测量仪器裂缝宽度测试（数字显示）其它裂纹测试方法•裂纹扩展片•脆漆涂层•声发射技术（非金属超声波）•光弹贴片3.5.2 应变场测量1.应变场内任意点的应变—牛顿插值定理2. 应变场的应变分布测定—测量高应变梯度区域的应变分布规律3.5.3 内部温度测量•温度计•热电偶•热敏电阻实验一结构挠度（位移）、倾角的测定—钢桁架测试钢桁架挠度（位移）测试•2、加载设备：•液压千斤顶1台;•荷重传感器1个;•电阻应变仪1台;•反力架1套。
结构实验与量测技术实验
√
4
综 回弹法检测评定混凝土抗压强度
√
合 超声法检测混凝土内部缺陷及裂缝深
5
设度
√√
√
计 钢桁架模型非破坏静载实验及结构内
6
型 力、刚度分析
√
7
结构疲劳试验及疲劳性能分析
√
8
结构模型试验
√
√
9
结构实 验与量
工 混凝土灌注桩完整性的超声波检测法
√
√
10 测技术 程 混凝土灌注桩完整性的低应变检测法
√
√
11 实验 实 基桩静载试验
√
√
12
践 钢筋混凝土结构现场检测与鉴定
√
√
13
型 砖混结构现场检测与鉴定
√
14
钢结构现场检测与鉴定
√
√
15
桥梁结构及构件现场荷载试验与评定
√
16
个 结构动力系数(自振频率及阻尼系数) 性 的测定
√
17
化 超声回弹综合法检测混凝土抗压强度
√
√
创 混凝土内部钢筋情况的无损检测及结
结构实验与量测技术实验
结构实验与量测技术实验是检验土木工程结构安全可靠性以及研究和发展过程结构新
材料、新体系、新工艺、探索结构设计新理论的重要手段，在工程结构的安全可靠性鉴定、
科学研究和技术革新等方面起着重要的作用，它与结构设计、施工实践以及推动土木工程结
构学科的发展有着密切的关系。随着我国目前对工程质量安全性能的要求越来越高，大型、
18
新 构状态分析
√
√
19
型 各种桥路应变计算公式的实验验证
√
√√
序 实验 层 号 课程 次
建筑结构之结构试验现场检测技术
建筑结构之结构试验现场检测技术引言在建筑结构设计和施工过程中，结构试验是非常重要的环节。
试验可以验证设计方案的合理性，评估结构的安全性能，并发现设计和施工中的问题。
为了确保试验的准确性和可靠性，结构试验现场检测技术起着关键的作用。
本文将介绍一些常用的结构试验现场检测技术，包括应力应变测量、位移监测、振动分析等，以及它们在建筑结构试验中的应用。
1. 应力应变测量应力应变测量是结构试验中最常用的技术之一。
其通过安装应变片、应力计等传感器来测量结构体的应变和应力。
常见的应力应变测量技术有：1.1 应变片应变片是一种用于测量结构体应变的传感器。
它通常由金属或聚合物材料制成，可通过粘合或焊接固定在结构表面。
应变片的工作原理是根据材料在受力时的形变产生的电阻变化来测量应变。
它具有灵敏度高、响应快的特点，适用于各种材料和结构形式的应变测量。
1.2 应力计应力计是一种用于测量结构体应力的传感器。
它可以直接测量结构中的力或力矩，并转化为相应的应力值。
常见的应力计有应变式应力计、电阻片应力计等。
应力计通常需要通过安装孔固定在结构体上，适用于静态和动态应力测量。
2. 位移监测位移监测是结构试验中另一个重要的技术。
它通过测量结构的变形和位移来评估结构的稳定性和变形性能。
常见的位移监测技术有：2.1 精密测绘仪精密测绘仪是测量结构位移的常用工具。
它通过观测仪器与参考点之间的方位角和距离变化，来计算结构位移的大小和方向。
精密测绘仪适用于大范围的位移监测，具有测量精度高、适应性强的优点。
2.2 位移传感器位移传感器是一种直接测量结构位移的传感器。
常见的位移传感器有激光位移传感器、光纤位移传感器等。
它们可以通过光学或电子原理来测量结构的线性或非线性位移。
位移传感器具有测量范围广、响应速度快的特点，适用于各种结构位移变化的监测。
3. 振动分析振动分析是衡量结构动力性能的重要手段之一。
它通过测量结构的振动特性，包括自振频率、阻尼比等来评估结构的稳定性和耐久性。
结构实验技术_结构静载试验的量测系统 2
假定四臂发生的电阻变化分别为 R1、 R2、R3、R4 则桥路输出电压
增量为：
U BD
U
R1 R2 (R1 R2
)2
R1 R1
R2 R2
R3 R4 (R3 R4
)2
R3 R3
R4 R4
R3max 4 0
3.3.1 应变测量
若4个应变计规格相同 即 R1 R2 R3 R4 R ， K1 K2 K3 K4 K
U BD
U 4
R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
U 4
K
1
2
3
4
由此可见，电桥的输出电压与四个桥臂应变的代 数和呈线性关系，且邻臂电阻变化的符号相反， 成相减输出，对臂电阻变化的符号相同，成相加 输出。
➢ 先进的数据采集系统测量与记录：计算机系统。 在实际试验时，采用何种数据采集方法应该根
据试验目的和要求及仪器设备的实际条件来确定， 应该按照用最经济合理的代价来获取最多的有用数 据的原则来确定。
Rmax
§3.3 结构静载试验的量测系统
测量仪表的基本组成
感受部分
放大部分
显示记录部分
Rmax
§3.3 结构静载试验的量测系统
➢灵敏系数K：K≈2.0(1.8～2.6)，同次试验宜相 同
粘贴技术
3.3.1 应变测量
粘贴技术
3.3.1 应变测量
Rmax
3.3.1 应变测量
二、电阻应变仪
1000
Q235屈服 应变在
200~300 左右
R/R=K2.0*10000.002
微弱的电信号测量困难
信号测量然后经放大电路放大后 处理
Rmax
§3.3 结构静载试验的量测系统
土木工程结构试验与检测技术3试验量测技术与量测仪表
测量弯曲应变
测量轴向应变
半桥，消除轴力影响；
灵敏度提高1倍。
半桥，消除弯曲影响；
灵敏度不提高。
弯扭组合
测弯曲应变； 分解扭弯复合；
测扭转应变；
分解扭弯复合；
灵敏度提高1倍；
灵敏度提高1倍；
3.4.6 电阻应变计的使用技术
1. 电阻应变计的粘贴技术
1）基本要求： （1）测点基地平整、清洁、干燥。 （2）粘接剂性能良好。如502快干胶、环氧树脂。 （3）粘贴牢固，方位准确，不含气泡。 （4）粘贴前后阻值不变，绝缘电阻50MΩ以上。 2）粘贴过程 （1）测点处理：打磨、清洗、打底、划线 （2）应变粘贴：涂胶、挤压 （3）固化处理：自然干燥或人工加温（<50度） （4）粘贴质量检查：外观、阻值和绝缘 （5）导线连接：固定点设置、焊线。 （6）防潮防护：石蜡、703硅橡胶、环氧树脂等。
1）用传感器感受各种物理量，并把它们转换成电 信号。 2）通过A/D转换，把模拟量转变成数字量。 3）数据的记录、打印输出或存人磁盘文件。
信号 A/D 计算机
PCI采集卡
USB 采集卡
3.11.1 数据采集系统的组成
3.11.2 数据采集系统的几种类型
3.11.1 数据采集系统的组成
3.11.2 数据采集系统的几种类型
分 类
(a)、(d)、(e)、(f)、(h):箔式应变计 (b) 丝绕式应变计 (c) 短接式电阻应变计 (g) 半导体应变计 (i) 焊接应变计
3.4.5测量电路（惠斯登电桥） R
1
B
R2
电阻变化非常小(10-6级)，测
量困难，一般通过电桥把电 阻变化转化电压或电流，并 经应变仪放大来测量。
B
《结构检验》教学大纲
《结构检验》教学大纲英文名称：Structural Testing课程编码：总学时：24 实验学时：学分：1.5适用对象：土木工程专业本科四年级学生先修课程：结构力学、结构设计原理、钢结构、土木工程材料、房屋建筑学大纲主撰人：大纲审核人：一、课程性质、目的和任务建筑结构试验是土木工程专业的一门有较强实践性的专业任选课。
本课程的任务是通过理论和实验的教学环节，使学生掌握结构试验方面的基本知识和基本技能，并能根据设计、施工和科学研究任务的需要，完成一般建筑结构的试验设计与试验规则，并得到初步的训练和实践。
二、教学内容及要求（一）第一章结构试验概论1、教学内容与要求（1）了解建筑结构试验目的、任务和分类；（2）了解本课程与力学、材料和结构等学科的联系，以及如何利用已有专业知识在本课程中综合应用。
（3）理解结构试验与结构理论的关系以及在发展建筑结构学科中的地位和作用。
2、教学重点结构试验与结构理论的关系以及在发展建筑结构学科中的地位和作用3、教学难点结构试验与结构理论的关系（二）第二章结构试验的加荷设备与方法1、教学内容与要求（1）掌握试验室与现场试验常用的各种试验装置与加载方法，能在结构试验设计中选择和设计加载方案，重点掌握液压加载方法。
（2）对于先进的电液伺服加载方法和原理及其在伪静力、拟动力以及模拟地震振动台等试验方法中的应用作一般了解。
（3）对于环境随机激振方法的概念作一般了解。
2、教学重点掌握液压加载方法3、教学难点现场试验常用的各种试验装置与加载方法（三）第三章结构试验的量测技术1、教学内容与要求（1）了解与掌握试验量测设备的原理与使用方法，重点是非电量电测以及各种电测传感器的工作原理适用范围和优缺点，为试验观测设计、仪表选择提供必要的知识准备。
（2）了解先进的测试设备与量测技术，如数据采集与处理系统的应用，以及量测技术的发展方向。
2、教学重点电测传感器的工作原理适用范围和优缺点3、教学难点试验量测设备的原理与使用方法（四）第四章结构静力试验1、教学内容与要求（1）掌握结构静力试验(单调加载)的加载制度，并通过基本构件(梁、板、柱)扩大构件(桁架、薄壳、网架)和建筑物整体试验的实例介绍。
工程结构检测- 第三章 结构静载试验
第三章 结构静载试验
4.结构静载试验通用加载程序
第三章 结构静载试验
5.试验测点布置
试验测点布置基本原则： （1）在满足试验目的的前提下，测点不宜过多，使试 验工作重点突出。 （2）测点要具有代表性，便于分析计算。 （3）为了确保测量数据的可靠，应布置一定数量的校 核点。测点的布置要尽量使测量时安全、方便及满足仪器 的一些特殊要求。
2.试验荷载的几个概念
（1）正常使用短期荷载检测值 它是结构在正常工作状态下应能承受的荷载的检测值
QS GK QK
GK
永久性荷载 结构构件装饰重 使用荷载
GK 1
结构构件自重
QS
正常使用短期荷载检测值
GK 2
QK
第三章 结构静载试验
（2）荷载长期效应组合值 它是考虑了可变荷载对结构作用的长期性。
第三章 结构静载试验
1.应变观测 由应变仪观测各测点应变变化 1）观察应变受力状况是否正确； 2）观察应变是否出现突变的现象； 3）观察结构此时所处的工作状态； 4）观察当荷载并不增加，钢筋应变是否仍不断 增大，以判定钢筋是否屈服。
第三章 结构静载试验
2.位移观测 由位移计观测结构或构件的变形情况 1）观察变形得知结构或构件的工作状态； 2）观察位移计是否超出量程，及时调表； 3）试验末期，位移计位移值出现连续加快变化 时，要及时拆卸位移计，以免损坏。
第三章 结构静载试验
3.5 静载试验数据处理及分析 1 试验曲线的绘制 常见的测试曲线有 （1）荷载－变形曲线； （2）荷载－应变曲线； （3）截面应变图； （4）裂缝开展分布图。
第三章 结构静载试验
1）．荷载－变形曲
意义：由结构－变形关系曲线，可 判断结构或构件在荷载作用下的工作 状态。 1结构处于弹性阶段； 2结构处于弹塑性阶段（当混凝 (2)是邻近构件、支架参与工作分担 了荷载； (3)是整体钢筋混凝土结构经多次加载后，也会出现此钟情况； (4)是钢筋混凝土结构在卸载过程中也会出现此种情况。
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量程/mm
1 5、10或30 50、100或300
允许误差/mm
0.001 0.01 0.05或0.1
2、应变梁式位移传感器 量程为30～150mm， 读数分辨率可达0.01mm。 位移传感器位移：
4、差动变压器式位移传感器
量程可达 500mm。
3、滑线电阻式位移传感器
量程为10～100mm以上。
（1）分类 按栅极：丝式、箔式、半导体等。 按敏感栅结构：单轴、多轴。
（2）主要技术性能指标 标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度L。
规格：以使用面积L×B表示。
电阻值：应变片阻值一般在120Ω左右。 灵敏系数：抽样确定。 温度适用范围：主要取决于胶合剂的性质。 （3）电阻应变片分级
依据：ZBY
117－82 标准
自动化采集系统测量、记录、处理
仪器设备分类
按功能和使用情况：传感器、放大器、显示器、记录 仪、分析仪器、数据采集仪和数据采集系统等。 按仪器用途：应变计、位移传感器、测力传感器、倾 角传感器、频率计和测振传感器等。 量测仪表主要性能指标 量程：仪表所能量测的最小至最大的量值范围。 最小分度值：仪表的指示所能指出的最小测量值。
放大系数 2（1＋ν）
放大系数 2
2、电阻应变片粘贴技术
（1）粘贴要求：
1）测点基底平整、清洁、干燥； 2）粘结剂的电绝缘性、化学稳定性及工艺性能良好，蠕 变小，粘贴强度高，温湿度影响小； 3）同一组应变计规格型号应相同； 4）应变片的粘贴应牢固ห้องสมุดไป่ตู้方位准确，不含气泡； 5）粘贴前后阻值不改变； 6）粘贴干燥后，敏感栅对地绝缘电阻一般不低于500MΩ；
第三章
结构试验量测技术
应变量测
位移与变形量测 力的量测
裂缝、应变场应变与温度测定
3.1
概述
对输入与输出数据的量测、采集和分析处理。
输入数据：试件所受到的外部作用，如力、位移和温 度等。
输出数据：试件的反应，如应变、应力、裂缝、位移、 速度、加速度等。 数据的量测与采集方法 人工测量、人工记录 仪器测量、人工记录 仪器测量、仪器记录
7）应变线性好、滞后、零飘、蠕变等要小，保证应变能 正确传递。
（2）粘贴方法及步骤
（3）应变电测法优点
优点：感受元件重量 轻，体积小；信号传递迅 速、灵敏度高；可遥测， 便于与计算机联用及实现 自动化。
缺点：连续长时间测 量会出现漂移；粘贴技术 比较复杂，工作量大；不 能重复使用，消耗量也较 大。
应变的其他量测方法与仪表
（1）机测法
（2）光测法
3.3
结构线性位移量测
位移与变形量测
结构位移：指构件的挠度、侧移、转角、支座偏移等。 1、接触式位移计 组成：测杆、齿轮、指针和弹簧等机械零件。 性能指标：刻度值、量程和允许误差。
类型
千分表 百分表 挠度计
刻度值/mm
0.001 0.01 0.05 或0.1
1、荷载和反力测定
荷载传感器形式：拉伸型、压缩型和通用型。 核心部件：厚壁筒 放大系数： 灵敏度： 设计荷载 弹性模量 接线方法：全桥 设计应力
2、拉力和压力测定 测力计基本原理：钢制弹簧、环箍或簧片受力后产 生弹性变形，变形通过机械放大后，用指针度盘或位移 计来反应力的数值。
3、结构内部应力测量
5、位移测量的其他方法
结构转动变形测量
1、转角测定
2、曲率测定
a、
b、
3、剪切变形测量
4、扭角测量
3.4
力的测量
结构静载试验所需测定的力，主要是荷载与支座反力， 其次有预应力施力过程中钢绳（丝）的张力等。 量测力的仪器分为机械式和电测式两种。 电测仪器具有体积小、反应快、适应性强等优点。
实用电路与电阻片粘贴技术 1、实用电路及其应用 （1）实用电路
1）全桥电路：测量桥四个臂上全部接入工作应变片。
工作片兼作温度补偿片。可提高量测灵敏度。
2）半桥电路：测量桥分别接入两个工作片和两个固定 电阻。工作片兼作温度补偿。可提高量测灵敏度。 3）1/4桥电路：测量桥由一个工作片、一个温度补偿 片和两个固定电阻。温度补偿片温度补偿。不能提高量测 灵敏度。 （2）应用 桥路输出灵敏度取决于应变片的贴片位置和方向，以 及接线方式。 根据具体情况进行桥路设计，可得桥路输出 的不同放大系数。
内部温度测量
3、温度补偿技术
应变片电阻值随温度变化原因： 1）电阻值随电阻丝温度变化而 变化； 2）试件温度变化导致应变片产 生温度变化，引起一附加电阻变化。
桥路输出电压：
温度补偿方法:
1）温度补偿应变计补偿法； 2）工作应变计温度互补偿法；
3）温度自补偿法
4、多点测量线路
（1）多点测量线路 1）工作肢转换法：切换工作片，温度补偿片公用。 2）中线转换法：同时切换工作片和补偿片。
精确度：仪表的指示值与被测值的符合程度。
灵敏度：被测量的单位变化引起仪表示值的变化值。 滞后：恒定环境条件下，起始值到最大值来回输出的 最大偏差值或该值与最大量程的百分比。
3.2
应变
应变量测
应力
ε 放大
△U
构件截面应力值测定方法
σ ＝Eε （或σ -ε 关系曲线）
应变量测原理 ε ＝△l/l 应变量测方法 电测和机测两类
（2）电阻应变片预调平衡原理
1）交流电桥中，两邻近导体、导体与板壳及测量导 线之间存在分布电容。分布电容将影响电桥的平衡，导 致电桥灵敏度大大降低。 2）预调平衡原理
电阻预调平衡线路 电容预调平衡线路 3）电阻应变仪按工作特性 可分为静态、动态和静动态。 4）静载试验用的电阻应变 仪不宜低于ZBY103－82标准的B 级要求。
结构试验一般不低于C级
电阻应变仪的测量电路 1、电桥基本原理
桥路：不平衡电桥 测量方法：偏位测量法
偏位测量法缺点： 1）电源电压波动影响量测结果的准确性 2）检测计需要很高的灵敏度和较大的测量范围 2、平衡电桥原理
桥路：平衡电桥 测量方法：零位测量法
双电桥电路：输出灵敏度高， 现代应变仪一般采用。
内埋式应力栓
内埋式差动电阻应变计
振动丝应变计
3.5
裂缝、应变场应变及温度测定
裂缝检测 裂缝检测方法： 1）放大镜或肉眼观测 2）读数显微镜
3）裂缝标准宽度板
4）裂缝塞尺 5）裂纹扩展片 6）脆漆涂层 7）声发射技术
8）光弹贴片
应变场应变测量
1、牛顿插值公式
2、应变场内任意点的应变
2、应变场的应变分布 1）计算A、B、C三点 应变； 2）基于A、B、C三点 应变，再次利用牛顿插 值公式，计算任意点 x 的应变。
应变计
△
R
电桥
应变量电测法
电阻应变计粘贴技术
指示
保证测点感受元件（应变计）与试件同步变形
电阻应变计 1、电阻应变计的原理及构造 （1）工作原理
灵敏系数
（2）构造： 敏感栅：将应变变换成电阻变化量 基底和覆盖层：定位和保护电阻丝、绝缘 粘结剂：固定敏感栅 引出线：电桥接线
2、电阻应变片的分类及技术指标