结构试验课件2(新)

量测仪器的选用的要求
④同一试验中选用的仪器种类应尽可能少,以便统 一数据的精度,简化量测数据的整理工作和避免 差错。 ⑤选用仪器时应考虑试验的环境条件。例如,在野 外试验时仪器常受到风吹日晒,周围的温、湿度 变化较大,宜选用机械式仪器。此外,应从试验 实际需要出发,选择仪器的精度,切忌盲目选用 高精度、高灵敏度的仪器。一般来说,测定结果 的最大相对误差不大于5%即满足要求 。
竖向反力装置示意图
竖向反力装置
在一般静力试验时,只要使千斤顶与试件保
持稳定即可。但在抗震试验时,由于水平地震反
复作用,试件会发生侧移。此时垂直千斤顶要求
对试件的荷载点保持不变,即必须同试件一起移
动。这时需要依靠千斤顶与横梁之间的滚轴来 实现。如图3.6.7b所示的千斤顶滚轴连接图。
3.6.4分配梁
板、壳支座的布置方式
不同结构形式，不同支座
(3)受扭试件两端的支座 对于梁式受扭构件试验,为保证试件在受 扭平面内自由转动,支座形式可如图3.6.13 所示。试件两端架设在两个能自由转动的支 座上,支座的转动平面应相互平行,并与试件 的扭曲轴相垂直。
(3)受扭试件两端的支座
(4)受压试件两端的支座
4.1.3量测仪器的主要指标
9.相移特性 振动参量经传感器转换成电信号或经放大、 记录后在时间上产生的延迟叫相移。若相移 特性随频率而变化,则对于具有不同频率成 分的复合振动将会引起输出电量的相位失真。 常以仪器的相频特性曲线来表示其相移特性。 在使用频率范围内,输出信号相对于信号的 相位差应不随频率改变而变化。
应注意的问题
由传感器、放大器、记录器组成的整套量测
系统,还需注意仪器相互之间的阻抗匹配及
频率范围的配合等问题。
4.1.4量测仪器的选用
试验用的量测仪器,应符合现行规范中精度
等级的规定,并应有主管计量部门定期检验
的合格证书,在选用量测仪器时,应考虑下列
要求 :
量测仪器的选用的要求
①符合量测所需的量程及精度要求。在选用仪
1.支座
按作用方式不同,支座有活动铰支座、
固定铰支座、球铰支座和刀口支座(固定铰
支座的一种特定形式)。铰支座一般都用钢
材制作,常见的构造形式如图3.6.10所示。
对铰支座的基本要求如下。
1.支座
按作用方式不同,支座有活动铰支座、
固定铰支座、球铰支座和刀口支座(固定铰
支座的一种特定形式)。铰支座一般都用钢
仪器率定的重要意义
为了保证量测的精确度,仪器的率定是一件十分
重要的工作。所有新生产或出厂的仪器都经过
率定,正在使用的仪器也必须定期进行率定,因
仪器等需考虑下述指标:
7.线性范围 保持仪器的输入量和输出信号为线性关系时, 输入量的允许变化范围。在动态量测中,对 仪器的线性度应严格要求,否则将使量测结 果引起较大的误差。
4.1.3量测仪器的主要指标
8.频响特性 仪器在不同频率下灵敏度的变化特性,常以 频响曲线(一般以对数频率值为横坐标,以相 对灵敏度为纵坐标)表示。在进行高频动态 量测时,应将使用频率限制在频响曲线的平 坦部分以免引起过大的量测误差。对于传感 器,提高其自振频率将有助于增加使用频率 范围。
土木工程结构试验与检测
第四章 量测仪器与数据采集系统
4.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ概述
量测仪器从最简单的逐个读数、手工记 录数据的仪表到计算机快速、自动采集数据 并进行处理的复杂系统，种类繁多,原理各 异。本章重点阐述常用量测仪器的原理、功 能和使用要求。
4.1.1量测仪器的组成
无论是一个简单的量具还是一套高度自动化的量测系统，尽管在 外形、内部结构、量测原理及量测精度等方面有很大差别,但作为 量测仪器,都应具备感受、放大和显示记录三个基本部分。其中,感 受部分直接与被测对象相连,感受被测参数的变化并转换和传递给 放大部分。放大部分将感受部分传来的被测参数通过各种方式(如 机械式的齿轮、杠杆、电子放大线路或光学放大等)进行放大。显 示记录部分是将放大部分传来的量测结果通过指针、电子数码器、 屏幕等显示出来,或通过各种记录设备将试验数据或曲线记录下来。 机械式仪器的感受、放大和显示记录三部分都在同一个仪器内， 而电测仪器三部分常常是开的,分别为传感器、放大器和记录仪器。
当用一个加载器施加两点或两点以上荷载 时,常通过分配梁实现,如图3.6.9所示。分配梁 应为单跨简支形式,刚度足够大,重量尽量小。 分配梁配置不宜超过两层,以免使用中失稳或引
起误差。
分配梁示意图
3.6.5支座与支墩
结构试验中的支座与支墩是试验装置中 模拟结构受力和边界条件的重要组成，是支 承结构、正确传递作用力和模拟实际荷载图 式的设备。对于不同的结构形式和不同的试 验要求,可使用不同的支座和支墩 。
材制作,常见的构造形式如图3.6.10所示。
对铰支座的基本要求如下。
活动铰支座示意图
固定铰支座示意图
球铰支座示意图
支座要求
要求： ①保证试件在支座处能自由转动 。 ②保证试件在支座处力的传递。 ③如果试件在支承处没有预埋支承钢垫板,试 验时必须另加垫板。
支座设计
① 加设的垫板宽度一般不得小于试验支承 处截面的宽度,支承垫板的长度可按下式计算:
常用来率定液压试验机荷载度盘示值的标准测
力计就是一种专用率定器。
仪器的率定的原则
③若没有专用率定设备时,可以用和被率定仪器具有同级
精确度的“标准仪器”相比较进行率定。
④还可以利用标准试件来进行率定,即把尺寸加工非常精 确的试件放在经过率定的试验机上加载,根据此标准试件 及加载后产生的变化求出安装在标准试件上的被率定仪器 的刻度值。此法的准确度不高,但较简便,所以常被采用。
标准量叫被测物理量，称重天平就是零位测定法的例子，常用的 静态电阻应变仪也是零位测定法。一般来讲,零位测定法比偏位测
定法更精确,尤其当采用电子仪器将被测量和标准量的差值放大后,
可达到很高的精度 。
4.1.3量测仪器的主要指标
1.量程 仪器所能测量的最大范围。 2.刻度值 仪器所能指示的最小测量数值。 3.分辨率 仪器测量被测物理量最小变化的能力。
水平反力装置
水平反力装置
3.6.3竖向反力装置
竖向反力装置主要由荷载架、千斤顶连接杆件组成。 在实验室内荷载架一般是由横梁、立柱组成的反力架和试验台 座等组成,也可利用适宜于试验中小型构件的抗弯大梁或空间析 了架式台座。在现场试验时则通过反力架用平衡重块、锚固桩 头或专门为试验浇筑的钢筋混凝土地梁平衡试件的荷载。 荷载架主要是由立柱和横梁组成。它可以用型钢制成,特点是制 作简单,取材方便,可按钢结构的柱与横梁设计，横梁与柱的连 接采用精制螺栓或圆销。对荷载架的承载力、刚度要求较高,能 满足大型结构试验的要求。荷载架的高度和承载力可按试验需 要设计,可成为实验室内固定的大型试验台座上的竖向加载架。 如图3.6.8所示。
4.1.3量测仪器的主要指标
6.滞后 仪器的输入量从起始值增至最大值的测量过 程称为正行程;输入量由最大值减至起始值 的测量过程称为反行程。同一输入量正反两 个行程输出值间的偏差称为滞后。常以满量 程中的最大滞后值与满量程输出值之比表示。
4.1.3量测仪器的主要指标
动力试验量测仪器的传感器、放大器及显示记录
对支墩的要求
1、支墩和地基有足够的刚度与承载力,在试验荷载下的总压 缩变形不宜超过试验构件挠度的1/10 。 2、使用两个以上的支墩时,如连续梁、四角支承板等,为了防 止支墩不均匀沉降及避免试验结构产生附加应力而破坏, 要求各支墩应具有相同的刚度。 3、单向简支试件的2个支墩及双向板支墩在2个跨度方向的 高差应符合结构构件的设计要求,偏差不宜大于试件跨度 的1/50。因为过大的高差会在结构中产生附加应力,改变 结构的工作机制。 4、连续梁各中间支墩应采用可调式支墩,必要时还应安装测 力计,按支座反力的大小调节支墩高度,因为支墩的高度对 连续梁的内力有很大影响 。
4.1.5仪器的率定
为了确定仪器的精确度或换算系数,确定其
误差,需将仪表指示值和标准量进行比较,这
一工作称为仪器的率定。率定后的仪器按国
家规定的精确度划分等级。
仪器的率定的原则
①用来率定仪器的标准量应是经国家计量机构 确认,具有一定精确度等级的专用率定设备产生 的。
②率定设备的精确度等级应比被率定的仪器高。
器前,应先对被测值进行估算。一般应使最
大被测值控制在仪器的2/3量程范围附近,以
防仪器超量程而损坏。同时,为保证量测精
度,应使仪器的最小刻度值不大于最大被测
值的5%。
量测仪器的选用的要求
②动力试验量测仪器,其线性范围、频响特性 及相移特性等都应满足试验要求。 ③对于安装在结构上的仪器或传感器,要求自 重轻、体积小,不影响结构的工作。特别要 注意夹具安装设计是否合理正确,不正确的 夹具安装将使试验结果带有很大的误差。
3.6.2水平反力装置
水平反力装置主要由反力墙或反力架及千斤顶水平连接件等组成。 反力墙一般为固定式,而反力架则有固定式和移动式两种。 对于固定式反力墙,国内外大多采用混凝土结构(混凝土或预应力混 凝土),并且和试验台座刚性连接以减少自身的变形。在混凝土反力 墙上,按一定距离设有孔洞,以便用螺栓锚住加载器的底板。反力墙 与千斤顶的连接方式大致分为三种,纵向滑轨式锚栓连接、螺孔式 锚栓连接型横向滑轨式锚栓连接。利用反力墙组成的水平反复加 载试验装置:如图3.6.7a所示。 移动式反力架一般采用钢结构,通过螺栓与试验台座的槽轨锚固。 利用反力架和千斤顶滚轴装置组成的水平反复加载试验装置，如 图3.6.7b所示
4.1.3量测仪器的主要指标
4.灵敏度 被测量的单位物理量所引起的显示值的大 小。灵敏度的单位也各不相同,如百分表 的灵敏度单位是mm/mm,测力传感器的 灵敏度单位是μ/N。有些仪器的灵敏度还 有另外的含义,使用时应查对其说明书。
4.1.3量测仪器的主要指标
5.精确度 精确度是指仪表指示值与被测真值的符合程 度，简称精度。精度高的仪表意味着随机误 差和系统误差都小。常以最大量程时的相对 误差来表示精度,并以此来确定仪器的精度 等级。例如,一台精度为0.2级的仪表,即测 定值的误差不超过最大量程的±0.2%。
4.1.2量测仪器的工作原理
结构试验所用量测仪器一般采用偏位测定法和零位测定法两种量
测方法。偏位测定法是根据量测仪器产生的偏转或位移定出被测
值,百分表、双杠杆应变仪及动态电阻应变仪就是采用偏位法。零 位测定法是用已知的标准量去抵消未知物理量引起的偏转,使被测
量和标准量对仪器指示装置应经常保持相等，指示装置指零时的
在进行柱与压杆试验时,试件应分别设置球形支座或双层正交刀口 支座。如图3.6.10、图3.6.14、图3.6.15所示。球铰中心与加载 点重合，双层刀口的支点应落在加载点上 。
受压试件两端的支座
受压试件两端的支座
2、支墩
支墩本身的承载力必须进行计算,以保证试 验时不致发生过度变形。 在现场多用砖块临时砌成,支墩上部应有足 够大的平整支承面,最好在顶部铺钢板,支承 面积要按地耐力复核。 在实验室内一般用钢或混凝土制成的专用支 墩。
支座设计
②构件支座处铰的上下垫板要有一定刚度,其厚度为：
③滚轴的长度,一般取等于试件支承处截面宽b
支座设计
④滚轴的直径,可参照表3.6.1选用,并按式(3.6.3)进行强
度验算
支座设计
不同结构形式，不同支座
对于不同的结构形式 ，要求有不同的支座 形式，具体如下： (1)简支梁和连续梁支座 这类试件通常一端为固定铰支座,其他为滚动 支座。安装时各支座轴线应彼此平行并垂直试件 的纵轴线。各支座间的距离取为试件的计算跨度。 当需要模拟梁的嵌固端支座时,在实验室内可利用 试验台座用拉杆锚固,如图3.6.11所示,只要保证 支座与拉杆间的嵌固长度,即可满足试验要求。
嵌固端支座示意图
不同结构形式，不同支座
(2)四角支承板和四边支承板的支座 在配置四角支承板支座时应安放一个固 定滚珠;对于四边支承板,滚珠间距不宜过大, 宜取板在支承处厚度的3~5倍。此外,对于 四边简支板的支座应注意四个角部的处理。 当四边支板无边梁时,加载后四角会翘起。 因此,角部应安置能承受拉力的支座。板、 壳支座的布置方式如图3.6.12所示。