第四章 结构试验测试技术输入数据-系统-输出数据作用试件反应数据采集 （力、位移、温度等） （位移、速度、应力、应变、裂缝等） 数据采集：用各种方法，对试验输出的数据进行测量和记录。数据采集是结构试验的重要步骤，是结构试验成功的必要 条件之一。只有采集到可靠的数据，才能通过数据处理得到正 确的试验结果，达到试验预期目的。为采集到准确、可靠的数 据，应该采用正确的采集方法，选用可靠的仪器设备。在实际试验时，数据采集方法应该根据试验目的和要求以 及仪器的实际条件来确定，应该 按照用最经济的代价来获取最 多最有用数据的原则来确定。,一、仪器设备的分类 1、按功能和使用情况分：传感器、放大器、显示器、记录器、分析仪器、数据采集仪或系统 各类仪器功能： 传感器感受各种物理量（力、位移、应变等），并把它们转换成电量（电信号）或其它容易处理的信号； 放大器把从传感器得到的信号放大，使信号可以被显示和记录； 显示器把信号用可见的形式显示出来； 记录器把采集得到的数据记录下来，作为长期保存； 分析仪器对采集得到的数据进行分析处理； 数据采集仪用于自动扫描和采集，是数据采集系统的执行机构； 数据采集系统集成式仪器，包括传感器、数据记录仪和计算机或其他记录器、显示器等，可用来进行自动扫描、采集，还能进行数据处理等。,2、按仪器仪表的工作原理分：机械式仪器、电测仪器、光学测量仪器、复合式仪器、伺服式仪器（带有控制功能的仪器） 3、按仪器仪表的用途分：测力传感器、位移传感器、应变计 、倾角传感器、频率计、测振传感器。 4、按仪器仪表与结构的关系分：附着式与手持式、接触式与非接触式、绝对式与相对式 5、按仪器仪表显示与记录方式分：直读式与自动记录式、模拟式与数字式。二、试验仪器仪表的主要技术性能指标 1、刻度值：指示或显示装置所能指示的最小测量值 2、量程：仪器仪表可以测量的最大范围。,3、灵敏度：仪器仪表对被测物理量变化的反应能力和反应速度。 4、 分辨率：仪器仪表测量被测物理量最小变化值的能力。 5、线性度：仪器仪表使用时的校准曲线与理论拟合线的接近程度。 6、稳定性：指测量值不变，仪器在规定时间内保持示值与特性参数也不变的能力。 7、重复性：在同一工作条件下，用同一台仪器对同一观测对象进行多次重复测量，其测量结果保持一致的能力。 8、频率响应： 动测仪器仪表输出信号的幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性，常用幅频和相频特性曲线来表示。,第二节 电阻应变片在结构试验中，电阻应变片的用途： （1）测量试件应变； （2）作为转换元件，组成电阻应变式传感器，测量各种物理量的变化。 一、电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理是利用金属导体的“应变电阻效 应“，即金属丝的电阻值随其机械变形而变化的物理特性。R=*L/A当金属丝受力而变形时，其长度、截面面积和电阻率 都将发生变化。dR/R=K*式中K为金属丝的灵敏系数，表示单位应变引起的相对 电阻变化。,二、电阻应变片的构造电阻应变片的构造如图，在拷贝纸或薄胶膜等基底与覆 盖层之间粘贴合金敏感栅，敏感栅的两端焊上引出线。l为栅 长（标距），b为栅宽，l、b是应变片的重要技术尺寸。电阻应变片的主要技术指标如下： （1）电阻值（）由于应变仪的电阻值一般按120设计，所以应变片的电 阻值一般也是120 。但也有例外，选用时，应考虑与应变仪 配合。 （2）标距l用应变片测得的应变值是整个标距范围内的平均应变， 测量时应根据试件测点的应变梯度的大小来选择应变片的标距。 （3）灵敏系数KK表示单位应变引起应变片的电阻变化。应使应变片的 灵敏系数与应变仪的灵敏系数设置相协调。,三、电阻应变片的种类和粘贴方法电阻应变片的种类很多，按敏感栅的种类分，有箔式、 丝绕式、半导体等；按基底材料分，有纸基、胶基等；按使 用极限温度划分，有低温、常温、高温等。箔式应变片是在薄的胶膜基底上镀合金薄膜，然后通过 光刻技术制成，具有绝缘度高，耐疲劳性能好，横向效应小 等特点，但价格较高。丝绕式应变片多为纸基，虽有防潮性能，但有耐疲劳性 能差，横向效应大等缺点，但价格较低，且易粘贴，可用于 一般的静力试验。,应变片的粘贴方法： 1、应变片的检查分选：外观检查、阻值检查。 2、测点处理：测点检查、打磨、清洗、打底、划线定位。 3、片的粘贴：上胶、挤压、加压。 4、固化处理：自然干燥或人工固化。 5、粘贴质量检查：外观检查、阻值检查、绝缘度检查 6、导线连接：引出线绝缘、固定点设置、导线焊接。 7、防潮防护第三节 应变测量结构试验中，经常测量试件的应变，常用的应变测量 传感器有电阻应变仪、手持应变仪、百分表引申计等，还 可以用光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）。,一、电阻应变仪测量应变电阻应变片可以把试件的应变量转换成电阻变化，但 在一般情况下试件的应变量较小，由此引起的电阻变化也 非常微弱，难以进行直接测量。采用惠斯登电桥，能够把电阻变化信号转换为电压或 电流的变化信号，并使信号得以放大，桥路还可以解决测 量值的温度补偿问题。电阻应变仪就是根据桥路原理构成的测试系统。二、位移方法测量应变常用测量应变的位移方法有：手持应变仪、 百分表引申计。应变的定义是单位长度上的变形。在结构试验中，可 以用两点之间的相对位移来近似地表示两点之间的平均应 变。,第四节 常用的传感设备一、传感设备的组成传感设备的作用是感受所需要测量的物理量（或信号）， 按一定规律把它们转换成可以直接测读的形式直接显示，或 者转换成电量的形式传输给相应的测量仪器。 1、机械式传感器利用机械原理进行工作，主要由以下四部分组成： 感受机构、转换机构、显示机构和附属机构。 2、电测传感器电测传感器利用某种特殊材料的电学性能或某种装置的电 学原理，把所需测量的非电量变化转化成电量的变化，如力、 应变、速度、加速度等转换成与之对应的电流、电阻、电压 或电感、电容等。电测传感器主要由以下四部分组成：感受部分、转换部分、 传输部分和附属装置。,二、测力传感器在结构试验中，测力传感器是用来测量结构的作用力、 支座反力的仪器。 类型：机械式、电测式 基本原理：用一弹性元件去感受拉力或压力，这个弹性元件即发生与拉力或压力成相对关系的变形，用机械装置把这些变形按规律进行放大和显示即为机械式传感器，用电阻应变片把这些变形转变成电阻变化后再进行测量的即为应变式传感器。此外，还有利用压电效应制成的压电式传感器。 读数方式： （1）机械式传感器为直读仪器，可以直接从传感器上读到力值； （2）应变式传感器应与应变仪或数据采集仪连接，从应变仪上读到应变值再换算成力值，也可由数据采集仪或通过数据采集仪接入计算机，自动换算成力值输出； （3）压电式传感器应与电荷放大器连接，然后输给记录仪。,三、线位移传感器位移传感器可用来测量结构的位移和支座位移，它测到 的位移是某一点相对于另一点的位移，即测点相对于位移传 感器支架固定点的位移。通常把传感器支架固定在试验台或 地面的不动点上，这时所测到的位移表示测点相对于试验台 座或地面的位移。 类型：机械式百分表、电子式百分表、滑阻式传感器、差动电感式传感器 工作原理：用一可滑动的测杆去感受线位移，然后把这个位移量用各种方法转换成表盘读数或电变量。 例如：机械式百分表是用一组齿轮把测杆的滑动位移转换成 指针的转动。 四、倾角传感器倾角传感器附着在结构上，随结构一起发生位移。常用的 倾角传感器有长水准管式倾角仪、电阻应变式倾角传感器等。,五、裂缝观测器结构试验中，结构或构件裂缝的发生和发展、裂缝的 位置和分布、长度和宽度，是反映结构性能的重要指标。 特别是混凝土结构、砌体结构等脆性材料组成的结构，裂 缝测量是一项必要的测量项目。裂缝测量主要有三项内容： （1）开裂，即裂缝发生的时刻和位置； （2）度量，即裂缝的宽度和长度； （3）走向，即裂缝发展的过程和趋势。 1、发现裂缝最常用的发现裂缝的简便方法是借助放大镜用肉眼观 察，为便于观察可先在试件表面刷一层白色石灰或涂料。 2、测量裂缝宽度测量裂缝宽度通常用读数显微镜，它是由光学透镜与 游标刻度等组成，将透镜的“+”字标点从裂缝的一边移到另 一边，游标的末读数与初读数之差则为裂缝宽度。,裂缝宽度还可以用印有不同宽度线条的裂缝标尺与裂 缝对比来确定，相当于用一组具有不同厚度的标准塞尺进 行插试，正好插入裂缝的塞尺厚度即为该裂缝的宽度。裂 缝标尺和塞尺的测量结果较粗略，但能满足一定的使用要 求。 3、裂缝的走向通过绘制裂缝图反映裂缝的发展和走向，记录裂缝的发 展趋势。,第五节 试验记录方法一、概况数据采集时，为了把数据保存、记录下来，必须使用记 录器。记录器把这些数据按一定的方式记录在某种介质上， 需要时可以把这些数据读出或输送给其他分析处理仪器。数据的记录方式有两种，即模拟式和数字式。 （1）模拟式记录从传感器送到记录器的数据一般都是模拟量，模拟式 记录就是把这个模拟量直接记录在介质上。模拟式记录的数 据一般都是连续的。 （2）数字式记录数字记录是把模拟量转换成数字量后再记录在介质上， 数字式记录的数据一般都是间断的。 记录介质：普通记录纸、光敏纸、磁带和数字光盘等。,常用的记录器有：X-Y记录仪、光线示波器、磁带记录仪、磁盘驱动器、光盘刻录器等。 二、X-Y记录仪X-Y记录仪是一种常用的模拟式记录器，它用记录笔把 试验数据以X-Y平面坐标系中的曲线形式记录在纸上，得到 的是试验变量的关系曲线，或试验变量与时间的关系曲线。 三、光线示波器光线示波器也是一种常用的模拟式记录器，主要用于振 动测量的数据记录，它将电信号转换为光信号并记录在感光 纸或胶片上，得到的是试验变量与时间的关系曲线。 四、磁带记录仪磁带记录仪是一种较理想的记录器，可以用于振动测量 和静力测量的数据记录，它将电信号转换成磁信号并记录在 磁带上，得到的是试验变量与时间的变化关系。,五、数据采集系统 1、数据采集系统的组成硬件由三个部分组成：传感器、数据采集仪、计算机。 （1）传感器部分包括各种电测传感器，其作用是感受各种物理变量。 传感器输出的电信号可以直接或间接（通过放大器后）输 入数据采集仪。 （2）数据采集仪部分数据采集仪部分的作用是采集数据，并将数据传送给 计算机。 （3）计算机部分包括主机、显示器、存储器、打印机、绘图仪和键盘等。 计算机的主要作用：作为整个数据采集系统的控制器，控制整个数据采集过程。,数据采集系统可以对大量数据进行快速采集、处理、 分析、判断、报警、直读、绘图、储存、试验控制和人 机对话等，还可以进行自动化数据采集和试验控制，它 们的采样速度可高达每秒几万个数据或更多。,第六节 建筑结构现场测试技术生产性结构试验特点： 1、大多数属于结构检验性质试验； 2、具有直接的生产目的，经常用来验证和鉴定结构的设计和施工质量； 3、判断和确定已建结构现有的实际承载能力； 4、为工程质量事故和受灾结构的处理提供技术依据； 5、为预制构件产品作质量鉴定。已建结构的可靠性鉴定：指对已建结构的作用、结构抗力及相互关系进行测定、检测、试验、判断和分析研究并取得结论的全部过程。,对已建结构可靠性鉴定的意义： 目前世界各国对于建筑物使用寿命，特别是建筑物的剩 余寿命极为关注。这主要是因为现存的已建结构逐渐增多， 有的已到了老龄期，临近退役，需要更换，有的则已进入了 危险期。由于以上原因，近十几年来，建筑物使用寿命可靠 性的评价和剩余寿命的预测技术有了很大的发展。这对于保 证建筑物的安全使用，延长使用寿命和防止建筑物重大破坏 或倒塌事故的发生，以及减少经济上和社会影响上的损失， 产生了重大的效果。对已建结构可靠性鉴定的方法：非破损检测方法和半破损检测方法，其中主要是材料强 度检测和内部缺陷损伤探测两个方面。,*混凝土结构的现场检测： 非破损检测混凝土强度方法：测量混凝土的某些物理特性，如混凝土表面的回弹值、 声速在混凝土内部的传播速度等，并按相关关系推出混凝土 的强度来作为检测结果。目前回弹法、超声法和回弹超声综合法在实际工程中 应用的较多，其中回弹法和综合法已制定出相应的技术规程。半破损检测混凝土强度方法：在不影响结构构件承载能力的前提下，在结构构件上直 接进行局部的微破损试验，或直接取样试验，以所得的数据 推算出混凝土强度作为检测结果。目前使用较多的是钻芯法和拔出法，其中钻芯法已颁布 了技术规程。,