应变测点的选择与布置

1.混凝土应变测点的选择与布置

7.1 实验目的

1.掌握混凝土应变测点的布置原则

2.掌握混凝土电阻应变片的选用原则和方法

3.掌握混凝土电阻应变片的粘贴技术和防护方法

4.掌握百分表装置测量混凝土应变的原理与技术

5.掌握电阻应变片的工作原理及温度补偿技术

6.了解电阻应变仪单点测量应变的基本原理

7.2 实验原理

㈠电阻应变计的工作原理

——利用“应变电阻效应”，即金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。 由物理学 A l R ⋅=ρ 式中 R ——金属丝的原始电阻值()Ω； ρ——金属丝的电阻率()m mm /2⋅Ω；

l ——金属丝的长度（m ）；

A ——金属丝的截面积()2mm 。

当金属丝受力而变形（伸长或缩短）时，对上式两边取对数再微分

()()()[]εευυευυρρυευερρ⋅=⋅-++=-=-==-=-===-+=K c R dR c l

dl c V dV c d l

dl D dD A dA l

dl A

dA l dl d R dR 21212121222所以

而 式中 K ——金属丝的灵敏系数，表示单位应变引起的相对电阻变化。

㈡电阻应变计的构造

1.构造：①引出线

②覆盖层

③电阻栅

④基底

图3 金属丝的电阻应变原理

图4 电阻应变计构造

2.主要指标：

①电阻值()ΩR ：一般按Ω120计，选用时，应考虑与应变仪配合。

②标距l ：即敏感栅的有效长度，应根据试件测点处应变梯度的大小选择。

③灵敏系数K ：单位应变引起应变计的电阻变化。

㈢电阻应变计测量应变（应力）

1.测量电路——将应变片的电阻变化转换为电压或电流的变化

惠斯登电桥示意见图5

由电桥特性知，其平衡条件()0=∆BD U 为：

3241R R R R ⋅=⋅

若桥臂电阻发生变化，即失去平衡，产生信号输出BD U ∆

A.全桥测量——四个桥臂均外接应变片

假定四臂发生的电阻变化分别为4321,,,R R R R ∆∆∆∆，则

图5 惠斯登电桥

图6 电阻应变仪

()U

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

U

BD⎪

⎪

⎭

⎫

⎝

⎛∆

+

∆

-

∆

-

∆

+

⋅

=

∆

4

4

3

3

2

2

1

1

2

2

1

2

1

若四个应变计规格相同，即K

K

K

K

K

R

R

R

R

R=

=

=

=

=

=

=

=

4

3

2

1

4

3

2

1

,，则

()

4

3

2

1

4

4

3

3

2

2

1

1

4

4

ε

ε

ε

ε+

-

-

=

⎪⎪

⎭

⎫

⎝

⎛∆

+

∆

-

∆

-

∆

=

∆K

U

R

R

R

R

R

R

R

R

U

U

BD

B.半桥量测——

2

1

,R

R为外接应变片，

4

3

,R

R为应变仪无感电阻，即0

4

3

=

=ε

ε，则

()

2

1

4

ε

ε-

=

∆

U

U

BD

可见，电桥的邻臂电阻变化的符号相反，成相减输出；对臂符号相同，成相加输出。

2.温度补偿技术

A.温度补偿应变片法：单点补偿（图7）；多点补偿（图8）

图7温度补偿应变计法桥路连接示意（单点补偿）

图8温度补偿应变计法桥路连接示意（多点补偿）

B.工作应变片温度互补偿法（图9）

图9 工作应变计温度互补示意

㈣百分表法测量应变的原理（图10）

利用固定在测点上的两个脚标分别固定百分表和刚性杆，结构变形即由百分表测出。该方法特别适合大标距的量测。

1——百分表；2——脚标；3——固定螺丝；4——刚性杆

图10 百分表法测量应变的装置

7.3 实验容及要求

㈠电阻应变片的检查分选

1.合理选择应变片的标距、类型

2.应变片检查分选

⑴外观检查。借助放大镜肉眼检查，应变片应无气泡、霉斑、锈点，栅极应平直、整齐、均匀。

⑵阻值检查。用万用电表检查，应无短路或断路。在应变片灵敏系数K相同的一批应变片中，将电阻差值变化在±0.5Ω围的应变片选出待用。

㈡测点处理

1.测点检查。检查测点处的表面状况，测点应平整、无缺陷、无裂缝等。

2.打磨。用砂布或磨光机打磨，使表面平整、无锈、无浮浆等，并不使断面减小。

3.清洗。用棉花蘸丙酮或酒精等清洗，要求棉花干檫时无污染。

4.打底。用环氧树脂打底，胶层厚度0.05～0.1mm左右。

5.测线定位。用铅笔在测点上画出纵横中心线，纵线应与应变方向一致。