第四章结构试验测量技术 2025/1/7 1
2025/1/7 1
本章重点 ◆ 土木工程试验中的测量系统的基本测试单元组成。 电阻应变片的原理，构造，技术指标。 电桥原理，桥接方式，实用桥路。 应变片的粘贴技术。 应对常见的位移、力、转角、曲率、裂缝等测量方法、测量 装置有所了解。 2025/1/7
2025/1/7 2 本章重点 ◆ 土木工程试验中的测量系统的基本测试单元组成。 ◆ 电阻应变片的原理，构造，技术指标。 ◆ 电桥原理，桥接方式，实用桥路。 ◆ 应变片的粘贴技术。 ◆ 应对常见的位移、力、转角、曲率、裂缝等测量方法、测量 装置有所了解
4.1概述 结构试验测量技术 Measuring Technique of Structural Testing ◆指通过一定得测量仪器或手段，直接或涧接地取得结构性能变化的定量 数据 测量系统测试单元 结构（构件） 7 敏感元件 感受装置) 从被测物体接受能量，输出一定测量数值 变换器（传感器 将被测参数变换为电量并传送到控制装置进行处理 古 控制装置 对变换器的输出信号进行测量计算，并在显示器上显示出来 7 指示记录系统 显示记录所测数据 2025/1/7 3
2025/1/7 3 4.1 概述 结构试验测量技术 （Measuring Technique of Structural Testing） ◆ 指通过一定得测量仪器或手段，直接或间接地取得结构性能变化的定量 数据 测量系统测试单元 结构（构件） 敏感元件 （感受装置） 变换器（传感器） 控制装置 指示记录系统 从被测物体接受能量，输出一定测量数值 将被测参数变换为电量并传送到控制装置进行处理 对变换器的输出信号进行测量计算，并在显示器上显示出来 显示记录所测数据
4.1概述 结构试验的主要测量参数 ◆外力（支座反力、外荷载） ◆ 内力（钢筋的应力、混凝土的拉、压力） ◆ 变形（挠度、转角、曲率） ◆ 裂缝等 测量方法 ◆直接测量法 用一个事先按标准量分度的测量仪表对某一被测量进行直接测定，从而得出该量的数值。 是工程结构试验中应用最广泛的一种方法 间接测量法 不直接测量待测量，而是对于待求量有确切函数关系的其他物理量进行测量，然后通过函 数关系求得待求量 偏位测定法（接触式位移计） 零位测定法（天平秤） 2025/1/7 4
2025/1/7 4 4.1 概述 结构试验的主要测量参数 ◆ 外力（支座反力、外荷载） ◆ 内力（钢筋的应力、混凝土的拉、压力） ◆ 变形（挠度、转角、曲率） ◆ 裂缝等 测量方法 ◆ 直接测量法 用一个事先按标准量分度的测量仪表对某一被测量进行直接测定，从而得出该量的数值。 是工程结构试验中应用最广泛的一种方法 ◆ 间接测量法 不直接测量待测量，而是对于待求量有确切函数关系的其他物理量进行测量，然后通过函 数关系求得待求量 ◆ 偏位测定法（接触式位移计） ◆ 零位测定法（天平秤）
4.2应变测量 应变测量(Measurement of Strain) ◆结构试验中的基本测量内容，在结构试验量检测内容中具有极其重要的 地位，往往是其它物理量测量的基础 应变测量的方法 ◆机测法：简单易行，适用于现场作业或精度要求不高的场合 电测法：手续较多，适用范围广，精度较高 2025/1/7 5
2025/1/7 5 4.2 应变测量 应变测量（Measurement of Strain） ◆ 结构试验中的基本测量内容，在结构试验量检测内容中具有极其重要的 地位，往往是其它物理量测量的基础 应变测量的方法 ◆ 机测法：简单易行，适用于现场作业或精度要求不高的场合 ◆ 电测法：手续较多，适用范围广，精度较高
4.2应变测量 4.2.1电阻应变片(Resistance Strain Gauge) 1.工作原理 电阻丝长度变化会引起阻值变化 电阻公式 R:电阻，2 L R=P D-AD p:电阻率，2m L:电阻丝长度，m A:电阻丝截面积，m2 相应的电阻变化由上式两边进行微分后得到 dR oR dL+ oR dp* ap aL oR d=dptdp-2d A A dR dp,dL dA R D L A 2025/1/7 6
2025/1/7 6 4.2 应变测量 4.2.1 电阻应变片（Resistance Strain Gauge） 1. 工作原理 电阻丝长度变化会引起阻值变化 电阻公式 R：电阻，W r：电阻率，W·m L：电阻丝长度，m A：电阻丝截面积，m2 A L R = r 相应的电阻变化由上式两边进行微分后得到 A A L A A L A A R L L R R dR d d d d d d2 r r r r r r = + − + + = A A L L R dR d d d = + − r r
4.2应变测量 其中，设电阻丝泊松比为4，则有 d4 =-2lE A 其中d/L为电阻丝长度方向上的应变值ε，则 dr dp dl dA dp +(1+24)8 R 0 设 dp P+(1+2H)5=Ko 则 dR R =Ko K,称作点做应变计的单丝灵敏度系数 2025/1/7 7
2025/1/7 7 4.2 应变测量 其中，设电阻丝泊松比为m，则有 m r r r r (1 2 ) d d d d d = + − = + + A A L L R R 2m d = − A A 其中dL/L为电阻丝长度方向上的应变值，则 设 0 (1 2 ) d + + m = K r r 则 0 d K R R = K0，称作点做应变计的单丝灵敏度系数
4.2应变测量 K的物理意义表示单位应变所引起电阻丝阻值的改变量，它能反映出电阻丝阻值对应变的敏感 程度，故称作单丝灵敏度系数。 dp P+(1+24)E=Ko 可知，K由两部分组成，(1+2反映了电阻丝材料的几何特性对灵敏度的影响，对于常见金属 丝而言，该值约为1.6；(dplp)/则表示了电阻率随应变的改变量，对于绝大多数材料而言该值 约为0.4。故电阻丝的单丝灵敏度系数K为常数 注意：金属单丝灵敏系数K,与应变片灵敏系数略有不同，由实验求得，KK。 dR =Ko8 R 可以用电阻应变片的灵敏度系数表示 dR R .=K6 2025/1/7 8
2025/1/7 8 4.2 应变测量 K0的物理意义表示单位应变所引起电阻丝阻值的改变量，它能反映出电阻丝阻值对应变的敏感 程度，故称作单丝灵敏度系数。 0 d K R R = 0 (1 2 ) d + + m = K r r 可知， K0由两部分组成，(1+2m)反映了电阻丝材料的几何特性对灵敏度的影响，对于常见金属 丝而言，该值约为1.6；(dr/r)/则表示了电阻率随应变的改变量，对于绝大多数材料而言该值 约为0.4。故电阻丝的单丝灵敏度系数K0为常数. 注意：金属单丝灵敏系数K0与应变片灵敏系数K略有不同，K由实验求得，K< K0。 K R R = d 可以用电阻应变片的灵敏度系数表示
4.2应变测量 2.电阻应变片的基本构造 盖层 引线 敏感栅 基庄 粘结剂 敏感栅：将应变变换成电阻变化量的敏感部分。用高电阻率的电阻丝制成的栅状体。敏感栅的 形状与尺寸（栅长L,栅宽B)直接影响应变片的性能。 基底和覆盖层：起定位和保护电阻丝作用，并使电阻丝和被测试件之间绝缘。基底的尺寸代表 应变片的外形尺寸。 粘结剂：将敏感栅固定在基底上。 引出线：将电阻应变片通过它焊接于应变测量电桥。 2025/1/7 9
2025/1/7 9 4.2 应变测量 2. 电阻应变片的基本构造 敏感栅：将应变变换成电阻变化量的敏感部分。用高电阻率的电阻丝制成的栅状体。敏感栅的 形状与尺寸（栅长L，栅宽B）直接影响应变片的性能。 基底和覆盖层：起定位和保护电阻丝作用，并使电阻丝和被测试件之间绝缘。基底的尺寸代表 应变片的外形尺寸。 粘结剂：将敏感栅固定在基底上。 引出线：将电阻应变片通过它焊接于应变测量电桥
4.2应变测量 3.电阻应变片的技术指标 (1)标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度。 (2)规格：以实用面积L×婊示。 (3)电阻值：与电阻应变片配套使用的电阻应变仪中的测量线路，其电阻均以1202作为标准设 计，因此应变片的阻值大部分为1202左右，否则应加以调整或对结果进行修正。 (4)灵敏系数：电阻应变片的灵敏系数出厂前经抽样试验确定，使用时应把应变仪上的灵敏系数 调节器调整至应变片的灵敏系数值。 (5)温度适用范围：主要取决于胶合剂的性质，可溶性胶合剂的工作温度约为-20~+60℃；经 化学作用而固化的胶合剂，其工作温度约为-60~+200°℃。 盖层 敏感投 粘结剂 2025/1/7 10
2025/1/7 10 4.2 应变测量 3. 电阻应变片的技术指标 (1) 标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度L。 (2) 规格：以实用面积L×B表示。 (3) 电阻值：与电阻应变片配套使用的电阻应变仪中的测量线路，其电阻均以120W作为标准设 计，因此应变片的阻值大部分为120W左右，否则应加以调整或对结果进行修正。 (4) 灵敏系数：电阻应变片的灵敏系数出厂前经抽样试验确定，使用时应把应变仪上的灵敏系数 调节器调整至应变片的灵敏系数值。 (5) 温度适用范围：主要取决于胶合剂的性质，可溶性胶合剂的工作温度约为-20~+60℃；经 化学作用而固化的胶合剂，其工作温度约为-60~+200℃