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结构试验1节-量测仪器

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《结构实验》实验大纲

《结构实验》实验大纲

《结构实验》实验大纲一、总则1、本大纲的适用范围1)本大纲相关的课程名称及课程属性《结构试验》，属专业模块课。

2)本大纲的适用范围土木工程本科专业3)实验总时数16学时2、本大纲的实验目的和要求1）验证基本理论，学习实验方法，培养科学的研究能力和严谨慎密的科学态度。

2）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划；通过对结构物受作用后的性能进行观测和对测量参数进行分析，从而对结构物的工作性能作出评价，对结构物的承载能力作出正确估计，并为验证和发展结构的计算理论提供可靠的依据，使学生得到初步的训练和实践。

3）进行科学研究的基本训练，培养学生严谨认真的科学态度，提高分析问题、解决问题的能力。

3、本实验课程的重点和内容结构试验设计、结构模型设计、工程结构静力试验、工程结构非破损检测和试验数据的统计分析等。

4、本大纲的所需实验设备YAW――5000kN微机控制电液伺服压力试验机PWS――1000型微机控制电液伺服疲劳试验机静态应变数采系统YE2539、YE2533和YE2538B，动态数据采集和分析系统YE6261B（含传感器CA－YD－109和模态软件）200/100t钢结构反力架和油压千斤顶（10－320t系列）二、实验项目及学时安排实验项目一静态电阻应变仪和机械仪表的使用方法和试验技术1)实验类型验证性实验2)实验开设属性必开实验3)学时数2学时4)实验目的a．静态电阻应变仪的使用b.机械式仪表的使用5)实验要求正确掌握结构试验常用的静态电阻应变仪和机械式仪表的使用方法和试验技术。

实验项目二钢筋混凝土梁的静力试验1)实验类型综合性实验2)实验开设属性必开实验3)学时数4学时4)实验目的a.应力、应变测定b.裂缝测量c.开裂荷载的测定5)实验要求结合课程作业进行结构试验设计，通过实验掌握结构试验工作的全过程。

实验项目三钢桁架的静力试验1)实验类型综合性实验2)实验开设属性必开实验3)学时数4学时4)实验目的a.应力、应变测定5)实验要求结合课程作业进行结构试验设计，通过实验掌握结构试验工作的全过程。

桥梁结构测量技术

桥梁结构测量技术


温度补偿技术
产生温度效应的原因有两个： 电阻丝温度改变△t，电阻值将随之改变； 电阻丝与试件材料的膨胀系数不相等，而 两者粘合在一起，当温度改变△t时，引起 一个附加电阻变化△Rt，总的应变效应为两 者之和。
温度补偿原理
P P R2补偿片
工作片R1
B
A
C
UBD
R4 D U
R3
应变测量防干扰措施
四、仪器的计量标定
• 在桥梁检测中，以下常用仪器应定期标定。
• 机械仪器：百分表、千分表、测力计、回弹仪等。 • 电子仪器：超声波仪、应变仪、应变计（应变片）、 荷载传感器等。 • 光学仪器：精密水准仪，测距仪，激光挠度仪，倾角 仪，读数显微镜等。
第二节 应变测试仪器与技术
• 结构在外力的作用下，内部会产生应力，应力 测度比较困难，一般测试方法：测定应变。 • 应用最广泛：电阻应变测试技术和振弦式应变 测试技术 • 近年逐渐发展成熟：光纤光栅应变测试技术
一、检测仪器的分类
机械式测试仪器 测力计 电测仪器 应变计 光学仪器 仪器工作原理 声学仪器 倾角仪 复合式仪器 测振仪 伺服式仪器 式 附着式
自动记录式 结果的显示 记录方式 模拟式 仪器与结构 的相对关系
接触式
手持式
遥测式 数字式
二、仪器的性能指标
最小分 度值
• ①半桥—三芯屏蔽导线，全桥——四芯屏蔽导线 • ② 远离干扰源 • ③ 缩短测量导线的长度 • ④屏蔽网接在应变仪外壳接地点，接地点应良好 接地 • ⑤ 绝缘电阻应符合要求。
二、振弦式应变测试技术
• 原理：构件的变形使得两端块相对移动并导致钢 弦张力变化，张力的变化又使钢弦的谐振频率发 生变化，通过测量钢弦谐振频率的变化从而测出 待测构件的应变和变形。
工程结构实验2.2 结构静载试验(仪器)

工程结构实验2.2 结构静载试验(仪器)

测量方法： 1）电阻应变仪：应变计+应变仪（常用） 2）手持应变仪：校核，测点少时采用。 3）位移计方法：足尺结构试验应变测量 4）光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）： 测量平面应变，较多用于测量节点和局部应力。
一、电阻应变计
1、应变计原理： 利用金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物 理特性。
2．位移计方法：
常用于实际结构、足尺试 件的应变测量。
用位移计测量一条直线上 两点之间的相对位移来表示两 点之间的平均应变，两点之间 的距离L称为标。
3、应变传感器 1）弦式应变传感器 量测不受温度和长导线的 影响，工作稳定，但安装复杂。
《=振弦式应变计
使用中的振 弦式应变计 ==》
2）砼应变计传感器 浇筑时预埋，防水性 能好，能消除弯曲影响， 适合长期监测。
B
R
Vi
2
C
Vo
R
4
R
D
3
6. 温度补偿技术
采用1/4桥测量时需要设置温度补偿应变计，主要用 于消除温度变化引起的应变计的电阻变化。温度补偿 应变计必须满足： 1）与测量应变计规格相同； 2）粘在相同的材料上； 3）处在相同的温度场；
4）补偿片不能受力。
多点补偿：一个温度补偿片可供多个测量片使用。 一般砼5点，钢结构10点共用一个补偿片。
2、裂缝宽度:读数显微镜、裂缝标尺
读数显微镜
裂缝标尺
裂缝塞尺
《=裂缝宽度观 测仪
裂缝宽度测试=》 （数字显示）
2.3.6 数据采集仪器
一、X-Y记录仪
可直接绘出曲线，精度高，记录速度快，可用静载，也可用 于低平动载试验。
X-Y记录仪
二、计算机数据采集器
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。
土木工程结构实验分类：试验(1)

土木工程结构实验分类：试验(1)

★土木工程结构实验分类：试验场合、试验对象、试验目的、荷载性质、结构反应、构件破坏情况、荷载作用时间、荷载类别。

★试验荷载和结构反应分类：静力试验、动力测试、抗震试验、风洞试验、疲劳试验、建筑构件耐火试验；/按试验场合分类：实验室试验、现场检测；/按试验对象分类：结构原型试验；/按试验目的分类：探索性试验、验证性试验；/按结构或构件破坏情况分类：非破损性检验、局部破损试验、破坏性试验；/按荷载作用时间分类：短期荷载试验、长期荷载试验。

★量测方案是指确定试验所需的量测项目、测点布置、仪器选择、量测要求。

★测点的选择：①在满足试验目的和试验分析的前提下，应使重点观测项目突出，控制量测数量，测点宜少不宜多②特点位置必须有代表性，以便能量测关键的数据③测点布置应有利于试验时操作和测读④应布置一定数量的校核性测点，校核量测数据的准确性。

★结构试验中试验荷载加载方法：重物加载、气压加载、机械机具加载、液压加载、动力激振加载。

重物荷载可直接堆放于结构表面作为均布荷载或置于荷载盘上通过吊杆挂在结构上形成集中荷载。

水是一种很好的加载重物。

重物作集中荷载试验时，常采用杠杆原理讲荷载值放大。

★气压加载分为：正压加载、负压加载★机械机具加载是利用简单的机械原理对结构构件加载★液压加载是最常用的试验加载方法，通常由油泵、油管系统、千斤顶、加载控制台、加载架和试验台座等组成。

★惯性力加载按产生惯性力的方法分为：冲击力加载法、离心力加载法、直线位移惯性力加载法★试验台座：①槽式试验台座、②地锚式试验台座、③箱式试验台座、④槽锚式试验台座、⑤抗弯大梁式试验台座、⑥空间桁架式试验台座。

①优点是加载点位置可沿台座的纵向任意变动，不受限制，以适应试验结构加载位置的需要；缺点要求槽轨的构造应该和混凝土部分有很好的联系不能拔出。

②优点是通常设计成预应力钢筋混凝土结构，可以节省材料，不仅用于静力实验，同时可以安装结构疲劳实验机进行结构构件的动力疲劳试验，其缺点是螺丝受损后修理困难。

桥梁结构静载试验的量测仪器的使用1

桥梁结构静载试验的量测仪器的使用1

桥梁结构静载试验的量测仪器的使用事物的量变是质变的重要反映，桥梁结构也不例外。

所以桥梁检验不公要观察结构的变化的形态。

更重要的要取得反映结构性能变化的定量数据，只有取得了可靠的数据，才能对结构的性能做出正确的结论，以达到试验目的。

随着科学技术的不断发展，各学科互相渗透，新的量测仪器也不断涌现，从最简单的逐个测读，手工记录的仪表到应用计算机快速采集和处理数据的复杂系统，种类繁多，原理各异，量测系统基本上由三部分组成：如图1—1所示：图1-1感受部分把直接从测点上感受的被测信号传给放大部分，通过各种元件（机械式，电子式或光学式的）转换放大后传给最后部分，启动指针或码管或屏幕等进行指示，显示或记录设备进行记录。

桥梁结构静载试验对量测仪器的基本要求：1． 性能必须满足试验的具体要求，如合适的灵敏度，足够的精度和量程；2． 安装在结构上的仪表，要求质量轻，体积小，不影响被测结构的工作性能和受力情况；3． 选用的仪表种类，规格应尽量小，尽可避免繁杂的换算而引进误差；4．仪器对环境的适应性要强，且使用方便，工作可靠和经济耐用等。

一． 应变量测仪表结构在外力作用下，内部产生应力，不同部位的应力值是评定结构性质的重要指标，也是建交结构理论的重要依据。

但目前直接测定应力还没有较好的方法，一般均采用测定应变，而通过公式б=E ε求得，或由已知的б-ε曲线查得。

应变的量测通常是在预定的标准长度范围L 内，量测长度变化，增量的平均值△L ，由ε=△L/L 得，这是应变量测的基本原理。

应变量测方法和仪表很多，主要有电测和机测两类，电测法以电阻应变仪量测为主。

（一） 电阻应变仪变仪量测是通过粘贴在试件测点的感受元件电阻应变计与式主义试件同步变形，输出电信号进行量测与处理，其简单流程如下：△I d k △I d ±k △I d±цε图1-2它具有感受元件重量轻，体积小，量测系统信号传递迅速，灵敏度高，可遥测，便于与计算机联用和实现自动化等优点，从而得到大量应用。

[注册结构专业基础]结构试验的荷载设备和量测仪器讲义_secret

[注册结构专业基础]结构试验的荷载设备和量测仪器讲义_secret

第二节结构试验的荷载设备和量测仪器一、结构试验的荷载设备结构试验为模拟结构在实际受力工作状态下的结构反应，必须对试验对象施加荷载，试验用的荷载型式、大小、加载方式等都是根据试验的目的要求，以如何能更好地模拟原有荷载等因素来选择。

在决定试验荷载时，还取决于试验室的设备和现场所具备的条件。

正确的荷载设计和选择适合于试验目的需要的加载设备是保证整个工作顺利进行的关键之一。

（一）重力加载法重力加载就是利用物体本身的重量施加于结构上作为荷载。

在试验室内可以利用的重物有专门浇铸的标准铸铁砝码，混凝土立方试块，水箱等；在现场则可就地取材，经常是采用普通的砂、石、砖块等建筑材料，或是钢锭、铸铁、废构件等。

重力直接加载方法是将重物荷载直接堆放于结构表面(如板的试验)形成均布荷载或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载。

后者较多用于现场做屋架试验。

利用水作为重力加载用的荷载时，水可以盛在水桶内用吊杆作用于结构上，作为集中荷载。

也可以采用特殊的盛水装置作为均布荷载直接加于结构表面。

杠杆加载也属于重力加载的一种。

当利用重物作为集中荷载受到荷载量的限制时，利用杠杆原理，将荷重放大作用于结构上。

杠杆加载的装置根据试验室或现场试验条件的不同，可以有如图18—2—1的几种方案。

杆杠的支点、力点和重物的加载点的位置必须准确，由此确定杠杆的比例或放大率。

（二）液压加载法1．液压加载器液压加载器俗称千斤顶是液压加载设备中的主要部件。

其主要工作原理是用高压油泵将具有一定压力的液压油压人液压加载器的工作油缸，使之推动活塞，对结构施加荷载。

荷载值由油压表示值和加载器活塞受压面积求得，也可由液压加载器与荷载承力架之间所置的测力计直接测读；或用传感器将信号输给电子秤显示，也可由记录器直接记录。

在静力试验中常用的有普通工业用的手动液压加载器；有专门为结构试验设计的单向作用及双向作用的液压加载器。

2．液压加载系统液压加载系统主要是由储油箱、高压油泵、液压加载器、测力装置和各类阀门组成的操纵台通过高压油管联接组成。

桥梁结构检测仪器设备概述

桥梁结构检测仪器设备概述

1）满足量测所需的量程及精度要求。在选用仪器前，应先对被测值进行估算，一般 应使最大被测值在仪器的2/3量程范围附近，以防仪器超量程。在量程满足要求的前提下， 应尽量选用分辨率高的仪器设备。
桥梁结构检测仪器设备>>> 概 述
2）桥梁结构模型试验中，对于安装在结构上的仪表或传感器，要求自重轻、体积小， 不影响结构的正常工作，同时也要考虑仪表安装的方便性、可靠性与牢固性。特别要注 意夹具的设计是否合理，不正确的安装将会给测量结果带来误差，不能够精确的传递或 反应结构的实际响应数据。
桥梁结构检测仪器设备>>> 概 述
桥梁结构检测中的主要测量参数如下： 1）检测结构控制断面处的作用力大小，包括了试验荷载、构件内力、支点反力和吊 杆轴力等。 2）检测结构控制断面的应力、应变。 3）结构变位，包括了挠度、水平位移、相对滑移、转角等。 4）桥跨结构的动力特性参数，包括了自振频率、阻尼比、振型等；行车动力响应特 性，包括振动加速度、动挠度、动位移、冲击系数等。 5）检测结构的几何尺寸和线形、材料的强度、结构的刚度（裂缝，包括裂缝的发现、 分布、宽度、长度、深度等），及其他必要的结构参数。
3. 仪器设备的标定
为了确定仪表的精确度或换算系数，需要将仪表示值与标准量进行比较，使检测仪 器的量值溯源到国家基准，以保证检测数据的真实可靠，这一工作称之为仪表的标定或 检定，标定后的仪表按国家规定的精确度要求分成若干等级。
（1）系统标定 （2）单件标定 （3）用户标定
桥梁检测与加固
桥梁检测与加固
桥梁结构检测仪器设备>>> 概 述
桥梁结构试验检测的重要内容主要是对受到荷载结构的力学性能参数进行观测和记 录。主要测量仪器设备按工作原理分为非电量电测仪器、机械式仪器和光学测量仪器等。 随着科学技术和计算机技术的发展，桥梁结构检测设备的性能也在不断改善。现阶段， 非电量电测技术和多功能自动化采集仪得到了广泛应用，使得测试精度和试验效率不断 提高；同时，部分沿用至今的机械式检测设备还在使用，有时甚至是不可缺少的；此外， 光学测量仪器在变形测试中也在发挥着不可替代的作用。
工程结构试验课件

工程结构试验课件

第3页，共21页。
第一章 工程结构试验概论
这门课讲的主要内容是什么？ • 是：如何进行土木工程结构的试验。 • 若要使试验结果能反映实际状况，试验对象必须和实际结构一样，承
受相同的荷载、具有相同的边界条件等；
• 要使试验数据能进行比对，必须遵照相同的试验规程； • 如何开展试验？如何正确地施加荷载？如何选择仪器设备？如何量取试
单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的 状态目标，研究结构受力性能的试验。
第13页，共21页。
➢拟静力试验也称低周期反复荷载试验或伪静力试验。它是利用加载系统
对结构施加逐渐增大的反复作用荷载或交替变化的位移，使结构或构件 受力的历程与结构在地震作用下的受力历程基本相似，属于结构抗震试
第21页，共21页。
动力试验的内容包括：
➢动荷载的特性试验；
➢结构的动力特性试验； ➢结构在动荷载作用下的动力反应试验。其中：
第14页，共21页。
1、动荷载的特性试验包括：
➢ 动荷载的特性包括作用力的大小、方向、频率及其作用规律等
➢量测内容：动荷载自身参数和主振源的测定试验；
2、结构动力特性试验包括：
➢ 结构的自振频率、阻尼比、振型等参数。这些参数取决于结构的形式、
3、结构的动力反应试验
测定结构在实际工作（或荷载作用）时的振动参数(振幅、频率等)及性状； ➢ 模拟地震振动台试验 • 对振动台输入各种形式地震波后，量测台上结构模型的反应和地震震 害发生的过程；
• 有助于力学计算模型的建立；
➢ 风洞试验（模拟风力试验） 量测模拟建筑周围气流对结构的作用
➢ 疲劳试验 了解在重复荷载作用下结构的性能及变化规律
并对检验结果作出技术结论；
第6章 工程结构动力试验

第6章 工程结构动力试验

E Blnv
特点：灵敏度高、性能稳定、输 出阻抗低、频率响应范围有一定 宽度，能够线性地感应振动速度。
6.2 结构动力试验的量测仪器
2.压电式加速度传感器
正压电效应：某些晶体介质沿一定方 向受到外力作用时，不仅产生变形，而且 内部产生极化，同时在两个相对的表面形 成电场，当外力去除后，介质又恢复不带 电状态。
压电式传感器就 是利用压电晶体材料 的压电效应制成。具 有以下特点：
动态范围大、频率范 围宽、重量轻、体积 小。
6.3 结构动力特性测试试验
结构的动力特性包括：自振周期、自振频率、振型、阻尼 等。它们都是结构自身固有振动参数，取决于结构在组成形式、 质量及刚度分布、构造及连接方式等。
动力特性 试验方法
迫振法 脉动法
自由振动法 共振法
迫振法：对被测结构施加外界激励，强迫结构振动，根据结构 的响应获得结构的特性。
脉动法：利用地脉动对建筑物引起的振动过程进行记录分析得 到动力特性的方法。
6.3 结构动力特性测试试验 1.自由振动法
常用的自由振动方法有：突加荷载法和突卸荷载法。
突卸荷载法 突加荷载法
6.3 结构动力特性测试试验
xm Aent sin t
2

X0

n

sin t
1

n
2
2



2
n
2
上式中的第1项为微分方程的通
解，也就是自由振动解，会随着时
间的增长而衰减，当阻尼较大时，
振幅的衰减很快直至消失为止，因
第6章 工程结构动力试验
各种类型的结构在服役期内，除承受静力荷载外，还经 手各种动力作用，动力作用的主要特点是作用及作用效应随 时间发生变化，因此考虑动力荷载作用下结构的性质，不仅 考虑荷载作用的大小和位置，还应考虑荷载作用的时间及结 构响应随时间变化的关系。若要了解结构在整个服役期内的 工作状态，有必要了解结构在运动荷载作用下的工作性能。
最新电大《建筑结构试验》任务1-5网考试题及答案

最新电大《建筑结构试验》任务1-5网考试题及答案

最新电大《建筑结构试验》任务1-5网考试题及答案100%通过考试说明：《建筑结构试验》形考共有5个任务，任务1至任务4是客观题，任务5是主观题，任务1至任务4需在考试中多次抽取试卷，直到出现01任务_0001、02任务_0001、03任务_0001、04任务_0001试卷，就可以按照该套试卷答案答题。

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01任务01任务_0001一、单项选择题（共 14 道试题，共 70 分。

）1. 关于建筑结构模型试验的优点，如下表述中，（）项是不对的。

A. 模型的制作相对容易，节省材料、时间和人力B. 可以根据试验目的突出问题的主要因素，针对性强C. 可以严格控制模型试验的主要参数，以避免外界因素干扰，保证试验数据的准确性D. 模型试验能够表达真实结构的一切特征2. 下列选项中，（）项不属于科学研究性试验。

A. 验证结构计算理论的假定B. 为制订设计规范提供依据C. 为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验D. 鉴定服役结构的可靠性3. 下列各项，（）项不属于生产检验性试验。

A. 为制定设计规范提供依据B. 鉴定结构的设计和施工C. 预制构件的性能检验D. 服役结构的可靠性鉴定4. 下列各项中，（）项属于动荷加载方法。

A. 气压加载法B. 重物加载法C. 惯性力加载法D. 机械式加载法5. 电液伺服作动器和控制系统可以完成（）等。

I、结构静载试验 II、结构动载试验III、结构低周期疲劳试验 IV、模拟地震试验A. I、II、IIIB. I、III、IVC. I、II、IVD. I、II、III、IV6. （）不允许试验结构产生转动和移动。

A. 固定端支座B. 滚动铰支座C. 固定铰支座D. 固定球铰支座7. 施加均布荷载的方法有（）。

A. 气压加载和重物加载B. 重物加载和液压加载C. 激振器加载和气压加载D. 重物加载和机械式加载8. 贴电阻应变片处的应变为1500με，电阻应变片的灵敏系数K＝2.0，则在这个电阻应变片上应产生的电阻变化率是下列哪一项？（）A. 0.2％B. 0.4％C. 0.1％D. 0.3％9. 结构受轴向拉压作用情况，（）的布片和测量桥路的特点是：消除了温度影响，也消除了偏心荷载的影响；桥路测量灵敏度提高了2（1＋ν）倍；使用的应变片较多。

结构检测考点

结构检测考点

1.1.1 土木工程结构试验（structural testing）土木工程结构试验是在结构物或试验对象（杆件、构件、子结构或其模型）上，利用设备仪器为工具，以各种试验技术为手段，在施加各种作用（荷载、机械扰动力、模拟的地震作用、风力、温度、变形……）的工况下，通过量测与试验对象工作性能有关的各种参数（应变、变形、振幅、频率……）和试验对象的实际破坏形态，来评定试验对象的刚度、抗裂度、裂缝状态、强度、承载力、稳定和耗能能力等，并用以检验和发展结构的计算理论。

根据不同的试验目的、荷载性质、试验对象、试验场合、构件破坏与否、荷载作用时间等不同因素进行分类。

可分为研究性试验和检验性试验、静力试验和动力试验、实体（原型）试验和模型试验、实验室试验和现场试验、破坏性试验和非破坏性试验，以及短期荷载试验和长期荷载试验。

根据试验的荷载性质，可分为静力试验和动力试验两大类。

（1）静力试验（static testing）静力试验是结构试验中最常见的试验。

所谓“静力”一般是指试验过程中，结构本身运动的加速度效应（惯性力效应）可以忽略不计。

根据试验性质的不同，静力试验可分为单调静力荷载试验，拟静力试验和拟动力试验。

单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能的试验。

拟静力试验也称低周反复荷载试验或伪静力试验。

它是利用加载系统对结构施加逐渐增大的反复作用荷载或交替变化的位移，使结构或构件受力的历程与结构在地震作用下的受力历程的基本相似，属于结构抗震试验方法，但其加载速度远低于实际结构在地震作用下所经历的变形速度。

拟动力试验也是一种结构抗震试验方法，是将地震实际反应所产生的惯性力作为荷载加在试验结构上，使结构所产生的非线性力学特征与结构在实际地震动作用下所经历的真实过程完全一致。

由于这种试验是用静力方式进行的而不是在振动过程中完成的，故称拟动力试验。

（2）动力试验（dynamic testing）研究动荷载的特性、结构的动力特性以及结构在不同性质动荷载作用下的动力反应试验，如研究铁路或公路桥梁的振动特性、工业厂房中的吊车梁的疲劳强度与疲劳寿命、大跨结构和高耸结构在风荷载作用下的动力问题。

土木工程结构试验

《土木工程结构试验》实验指导书土木工程结构实验室二〇一七年九月修订目录实验一：等强度梁机测3实验二：等强度梁电测6实验三：钢桁架机测10实验四：钢桁架电测10 实验五：单自由度系统模型参数的测试27 实验六：测试附加质量对系统频率的影响33 实验七：附加质量分布对系统频率的影响36实验一：等强度梁机测（应变的机测和机械式测量仪表的构造原理）一、实验目的：1、了解、掌握各种机械仪表的性能，原理和使用方法，掌握应变的机测方法和原理。

2、认识和了解结构静力试验的各种机械仪表，掌握它们的原理和构造，掌握它们的安装和测读方法。

二、课前预习要求：1、预习教材的下列章节第三章3.3 试验测量仪器2、思考下列问题（1）结构静载试验中，主要测量的物理量有哪些？（2）选择一种测量仪表应考虑哪些方面的因素？（3）机械式测量仪表采用什么零件放大微小信号？三、参观部分：通过参观认识下列仪器的外貌，了解它们的构造，工作原理，使用方法和适用范围。

1、应变和位移测量仪表：杠杆应变仪、手持应变仪、千分表、百分表、挠度计。

2、其它检测仪表回弹仪、读数显微镜、刻度放大镜。

四、实验操作部分（等强度悬臂梁荷载试验）1、设备：等强度悬臂梁一套百分表一块磁性表座一套杠杆应变仪一套曲率仪一个2、内容在等强度悬臂梁上安装百分表、杠杆应变仪、曲率仪。

在梁端加砝码，测量等强度悬臂梁。

某一截面上的应变和梁端挠度值及曲率半径，与理论计算值进行分析比较。

3、试验步骤：（1）测量等强度悬臂梁的几何尺寸和仪表安装放位置的X值，并记录在表1—1中。

（2）在距梁端X1处的截面处安装杠杆应变仪，在X2处安装百分表（注意：百分表要有初读数，并严格垂直于梁面），将曲率仪安装在梁上合适的地方。

（3）记录初读数，在梁端分加三级砝码，量测在相应荷载作用下被测截面的应变与梁端的挠度值和曲率值，并记录在表1—2中。

（4）整理记录资料，计算出各级荷载下的实测应变，应力和挠度值和曲率值。

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§2-2.应变量测仪器 结构构件
荷载
应力
应变 l
承载能力
σ＝ E · ε 或 σ～ ε
Δl
应变的定义： ε ＝ Δ l / l
★ 应变测量通常是在标距 l 内，测量长度变化的平均值 Δ l （局部变形），由 ε ＝ Δ l / l 求得。 故 ε 为标距 l 范围内的平均应变。 所以应变测量，实质上就是如何测量Δ l。 ★ 钢筋和混凝土的应变宜采用电阻应变计、振弦式应变计、 光纤光栅应变计、引伸仪等进行测量
（5）应变片的优点 1）灵敏度及准确度高，测量范围大 可精确测量±1με，最大±30000 μ ε 2）体积小，重量轻 可安装在形状复杂，空间很小的区段内，并且不影响被测结
构的静力和动力性能。
3）对环境适应性强 可在高温（800C1000C）、高压（1×104大气压以上）、
高速旋转及水中??????????测量。
（6）
（7）
K0 的物理意义：单位应变所引起的相对电阻变化率。 实用公式： R / R
K
K—电阻应变片的灵敏系数。由试验测得，通常K≈2.0。
结论：在一定范围内，电阻应变片的电阻变化率与应变成比。 这是电阻应变片测量应变的理论基础。
通过(电阻栅)??????????将被测试件的应变转化为电阻的变化， 从而实现 了非电量 电量。 （2）应变片的构造
五、量测仪表的选用原则 选用时应避繁就简，根据试验的具体要求，综合考虑，防止盲 目性和片面性。 1、满足试验的具体要求。量程、精度和灵敏度等 量程S——最大被测量的1.25～2倍
精度——一般最大误差≤±5％ （按规范要求）
2、不影响结构的工作性能和受力情况 体积小，重量轻 3、仪器种类、规格尽量少，以便统一数据精度，简化数据的整理 工作，避免误差。 4、仪器应稳定、可靠，使用方便，经济耐用。 另外，仪器应定期标定。重要试验前，仪器最好采用精度等级 高一级的标定设备进行标定。
误差，因而测量精度高于偏位测量法。
三、仪器误差及消除方法 仪器本身的误差属于系统误差。产生误差的原因主要是由于仪 器在生产工艺或设计上的缺陷（零件尺寸、安装位置或刻度分划 不准确），或者是长期使用使零件磨损、零件变形等。 消除系统误差的方法：事先找出仪器存在的系统误差及其变化
规律，并对其建立各种修正公式、修正曲线。因此有必要对仪器
结构静载试验
§1.概述
直接作用 结构上的作用 自重
外荷载
静载（无加速度） 动载（有加速度）
间接作用—外加变形或约束变形 结构主要承受直接作用，研究结构承受直接作用的状况是结 构试验与分析的主要目的。而起主导作用的是静载，静力荷载试 验也被置于常规试验中。如：对于结构的强度、刚度及稳定等问 题的试验研究，常只需做静载试验。 另外，静力荷载要求的技术和设备简单，容易实现。 为缩短试验周期，尽快取得试验成果，常采用短期试验。所 以目前经常采用短期静载试验。
§2-1.测量仪表的基本概念
一、基本组成和技术指标 1、基本组成
检出、统
2、主要技术指标 （1）量程 S （最大量测范围）
S xmax xmin
使用范围：（20％～80％）S
（2）刻度值 A 仪表指示装置上每一最小刻度所代表的被测量的数值。 仪表的放大率：V =1/A （3）灵敏度 K 被测物理量的单位变化所引起仪表示值的变化。 （4）分辨率 使仪表示值发生变化的最小输入值。 （5）滞后 起始值→最大值，称正行程 最大值→起始值，称反行程 同一输入量正反两个行程输出值之间的偏差。 原因：机械仪表内摩擦或仪表元件吸收能量所致。
（6）精确度——精度 是精密度和准确度的综合反映。 精密度——反映的是随机误差 准确度——反映的是系统误差 精度是用测量误差的相对值来反映，误差越小，精度越高。 仪表的精度等级： g ,max A 100% xmax xmin g ,max ——最大绝对误差允许值；
xmax 、xmin ——测量范围的上、下限值。
当电桥平衡时（Ig=0或UBD=0）
有： R1· R3=R2· R4 当R1→ΔR1时， Ig≠0
此时电桥不平衡
如何测量？？？
1）直接测量 Ig
U R1 Ig ' '' 4( R R ) R1
U K ' '' 4( R R )
Ig ΔR1，或 Ig ε 将ΔR1线性→Ig
（7）可靠性 在规定的条件下（满足规定的技术指标，包括环境、使用和 维护等），在满足给定的误差极限范围内，仪器、仪表连续工 作的可能性。
二、基本量测方法 1、直接测量法和间接测量法 （1）直接测量法：用量测仪表对某一被测量直接测定，从而得出 该量的数值。 （2）间接测量法：不直接测量待求量 x，而对与待求量 x有确切 函数关系的其他物理量 y1、y2„„yn进行测量，从而求得 x， x=f (y1、y2……yn) ★ 当直接测量不便进行时，或没有相应的仪器可采用时，或直
（4）应变片的分类 丝式 箔式 电阻栅材料 薄膜式 半导体式 纸基 基底材料 胶基 金属片基 ★ 工程结构试验常用的电阻应变片： 1） 纸基丝式——大标距（一般为单轴），测量非均质材料。 ★ 量测混凝土应变的电阻应变片标距不应小于50mm和4倍粗骨 料粒径。 2） 胶基箔式——小标距（单轴或应变花），测量均质材料。 电阻栅 结构形式 温度场 低温 <-30C 常温 -30C60C 中温 60C350C 高温 >350C 单轴 多轴（应变花）
★ 特点：准确度不高，但简单，容易实现，广泛采用
四、量测仪表的分类 1、机械式仪表 利用杠杠、齿轮、螺杆、弹簧、指针、刻度盘等，将被测量 放大、变向，最后转换为长度的变化，用指针在刻度盘上显示出 来。 ★ 特点：有一定精度，对环境适应性较强，使用简单，工作可 靠，可重复使用，可满足一般试验要求。 2、电测式仪表 将量测的各种参数转换为电阻、电压或电流等电量参数，然 后进行测量。 所谓 “非电量的电测技术” ★ 特点：可快速、准确量测试件表面或内部的各种数据，可远 程操纵，与计算机联机等 3、光学式仪表 读数显微镜，经纬仪，水准仪等 4、光电式仪器——光电挠度仪
l R A
（1）
电阻的变化为：
R R R l l dR d dl dA d dl 2 dA l A A A A
公式（2）两边同除以公式（1）得：
(2)
dR d dl dA R l A 电阻丝的截面面积：
（3）
dD D 2 dA 则 2 ??????? A , 4 A D
一、电阻应变计（片）电测法 ★ 原理：通过粘贴在试件表面上的电阻应变片（感受元件）与试 件同步变形，输出电信号进行测量和处理。
P
ΔR
试件 电桥
Δl
应变片 放大
ΔR
ΔU
ΔI
KΔU KΔI
±KΔI 二次仪表——电阻应变仪
检波
±KΔU
显示记录
± με
1、电阻应变片的工作原理及构造 （1）应变片的工作原理 金属导线的电阻：
只要测出 Ig ，即可求得应变 ε 。而 Ig 可通过检流计指针偏转测
得。 此法要求：检流计量程大，精度高。
并且 Ig 与 U 有关，而 U 将受电网电压不稳定干扰。
2）零位读数法 在D点接入一滑线电阻 r，调节 r
使电桥重新平衡，则： (R1+ΔR1)· (R3-Δr)=R2· (R4+Δr) (R’+ΔR1)· (R’’-Δr)=R’·(R’’+Δr) 整理，并舍掉高阶微量，得： ΔR1/ R’=2Δr /R’’=Kε， ε = 2Δr /K· R’’ ，ε Δr (?????) ★ 只要在滑线电阻 r上标出应变刻度，即可通过调节Δ r 来读取 应变值。 用这种方法测量时，检流计仅用来判断电桥是否平衡，与供桥 电压 U 无关，且对检流计的精度要求不高。 ★ 由于始终将检流计的指针调至零位时才开始读数，故称为零位 读数法。
4）适用性好 可测量多种物理参数。除静力和动力应变外，还可以通过传 感器测量位移、转角、压力等参数。 ★ 主要缺点：粘贴工艺复杂，粘贴工作量大 ，不能重复使用。
2、电阻应变仪的测量电路 例：如K＝2.0，R＝120Ω，要求测量的应变ε＝10-3～10-6 则由ΔR/R=Kε，得ΔR= R K ε ＝2.4×10-1～2.4×10-4Ω。 这是一个非常微弱的电信号，用量电仪器检测很困难，必须借 助放大器将其放大，才能推动量电仪器工作。电阻应变仪是电阻 应变片的专用放大器和量电仪器。 （1）惠斯登电桥 设：R1=R2=R’， R3=R4=R’’
进行定期率定（标定）。
标定：为了确定仪器的精度或换算系数，定出其误差，须将仪 器示值和标准值进行比较，这项工作称为仪器的率定。 1、在专门的标定设备上进行 这种设备能产生一个已知的标准量，将其与被标定仪器的示 值进行比较，从而求得被标定仪器的刻度值。
★ 特点：标定设备的准确度较被标定仪器高一级 ????????
覆盖层 电阻栅
引出线 底基
（3）应变片的主要性能指标 1）标距：电阻栅纵向有效长度l 2）规格（使用面积）：b×l 3）电阻值R：R≈120Ω 电阻应变仪一般按120Ω设计，
如R≠120Ω，则应对测量结果修正。
4）灵敏系数K：K≈2.0 测量时必须将电阻应变仪上的灵敏系数调节调到等于应变片 的灵敏系数K，否则应对测量结果修正。 5）应变极限： 电阻应变片保持线性输出所能测量的最大应变值；1～3％。 6）疲劳寿命 A 107次 B 106次 C 105次 D 104次
低周反复荷载试验（伪静力）和计算机—电液伺服试验机联 机试验（拟动力）方法可以间接研究结构的抗震性能。目前国内 外大多数规范的抗震条文都是以这类试验的结果为依据的，但就 其本质来说，仍为静载试验。其结果不仅为结构的静力分析提供 试验数据，也为某些动力分析提供了数据。 ★ 静载试验是基本试验方法，或结构试验的基础。