试验一静态应变测试工艺及静态应变仪的操作方法.docx

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试验一静态应变测试工艺及静态应变仪的操作方法

试验一静态应变测试工艺及静态应变仪的操作方法

一、试验目的及要求

1.掌握电阻应变片的选用原则、方法及其粘贴技术；

2.熟悉静态应变仪的操作规程；

3.掌握静态电阻应变仪单点测量的基本原理；

4.学会电阻应变仪的半桥测量接线方法。

二、试验设备及仪表

电桥

兆欧表

万用电表

粘结剂

电阻应变片

电烙铁及其它工具

导线若干

Bz-2206型静态电阻应变仪

标准钢梁（等强度梁）

三、试验内容及原理

1.电阻应变片的粘贴技术

（1）、外观检查；用放大镜仔细检查应变片结构，检查丝栅有无短路、有无锈蚀斑痕、有无弯折；测试应变片的阻值，检查其阻值是否和提供的电阻应变片阻值相符；

（2）、贴片前表面的处理：

将欲贴应变片部位表面用砂纸打光，并将其表面打出与等强度梁轴线成450的细纹，然后用药棉沾丙酮将表面擦洗干净，细至药棉上无污迹为止；

（3）、画线定位：

在贴片处，根据测量方向定位画线（如图2）；

（4）、在粘贴应变片处滴一小滴502胶（注意应变片正反面），将应变片贴在预定位置上，用一小块塑料布盖在应变片上，用手轻轻挤压应变片，将多余的胶水挤出（注意不要让胶水粘在手上）；

（5）、检查贴片质量：

先观察应变片下是否有气泡、漏粘现象，检查引出线是否粘在试件上，再用万用表检查应变片的绝缘度，绝缘度要求大于100MΩ，若不符合要求，则用吹风机烘烤（注意温度不能超过600），若仍不能达到要求，则需要重新贴片；

（6）、接线：

先贴端子，将应变片的引线、导线分别焊在端子的对应接头上；

（7）、在导线的一端进一步检查片子的绝缘度及阻值；

（8）、防潮处理：

用凡士林把应变片、端子封好；

2.静态电阻应变仪的操作原理

静态电阻应变仪的读数ε仪与各桥臂应变片的应变值εi有下列关系：

ε仪=ε1-ε2-ε3+ε4

半桥接线与测量

如果应变片R1接于应变仪AB接线柱，温度补偿片R2接于BC接线柱，则构成外半桥，如图3；内半桥由应变仪内部两个精密无感绕线电阻组成，应变仪读出的数值为ε仪=ε1。

四、试验步骤

1.按要求粘贴应变片（轴线上），测量等强度梁的厚度及各部分尺寸；

2.按半桥接法接通桥路，预调应变仪，使所接测点读数为零，如果实在不能调零，则记下初始读数。

3.加载试验：

分级加载5N、10N、15N、20N、25N、30N共6级。

逐级记取读数。

4.重复上述步骤3次，取每级荷载下应变的平均值。

并在每一次试验后记下残余应变值。

五、数据处理与分析

绘出荷载—应变关系曲线，实测的和理论的相比较。

分析产生误差的原因。

六、试验报告

1、根据测试结果，得到在不同荷载情况下测点的应变及应力（梁的弹性模量按210000MPa取值）；

2、分析测点布置在不同测点时测试结果有何不同？

3、分析为何将应变片灵敏系数、电阻值相近的放在一起？

图3

试验二动态应变测试工艺及动态应变仪的操作方法

一、试验目的及要求

1.了解动态应变测试的原理及方法；

2.掌握动态电阻应变仪和信号分析仪的操作方法，重点掌握应变仪的标定及衰减。

二、试验仪器及设备

箔式应变片

万用表

导线

等强度梁

电吹风

502胶

丙酮

静态电阻应变仪

剥线钳

电烙铁

焊锡

放大镜

砂纸

电桥盒

动态电阻应变仪

信号分析仪

三、试验内容及步骤

1.由指导教师介绍动态电阻应变仪、分析仪各按纽的功能及使用注意事项；

2.按以下步骤操作、调试仪器

（1）、所有仪器电源置关闭状态，应变仪上各健纽按仪器使用说明书要求就位；

（2）、连接桥盒、应变仪和分析仪，按半桥连接桥盒和应变片；

（3）、打开仪器电源开关（先应变仪，再分析仪）；

（4）、应变仪调零、调节应变仪上的电阻平衡、确定标定值和衰减档次（见仪器说明书）；

（5）、确定分析仪的采样诸参数；

注意：

该仪器功能较多，具体操作必须在指导教师指导下进行；

3、试验

（1）、仪器再次调零；

（2）、试加载并用手按住已加砝码的悬臂梁，然后释放，通过分析仪显示屏估计动应变的大小；

（3）、打标定；

（4）、正式分级加载（10KN一级，共5级），测量、记录；

（5）、将数据记入表1；

数据记录表

测点

内容

1

2

3

4

电压

应变

电压

应变

电压

应变

电压

应变

正标定

负标定

10KN

20KN

30KN

40KN

50KN

10KN

20KN

30KN

40KN

50KN

10KN应变动态增量

50KN应变动态增量

四、试验报告

1、整理出各工况动应变测试曲线图；

2、计算实测动应变值。

3、分析动态测试中导线采用屏蔽线的原因？

试验三钢弦传感器的工作原理及应变测试

一、试验目的及要求

1.掌握表面、内置钢弦传感器测试结构静应变的原理及方法；

2.掌握内置、表面传感器的安装要点及注意事项；

3、了解索结构内力测试采用弦式传感器的工作原理及优点。

二、试验仪器及设备

JMZX-215型钢弦传感器

JMZX-212型钢弦传感器

JMZX-200X综合测试仪

粘结剂502胶

砂纸

丙酮

标准杆

扳手

三、试验内容及步骤

1.按粘贴应变片处理粘贴表面的方法将待安装传感器的部位清洗干净；

2.按以下步骤安装表面钢弦传感器

（1）、将表面钢弦传感器的底座从传感器上卸下，卸下底座时注意不能用力过猛，以防将传感器损坏；

（2）、将卸下的底座安装在标准杆上，拧紧底座螺丝；

（3）、在底座底面滴502胶，将涂有502胶、带有标准杆的底座底面朝向构件表面，用力将底座压向构件表面，直至粘牢后松开；

（4）、待底座和构件表面粘牢后，卸下标准杆；

（5）、安装表面传感器：

将传感器安装在已粘牢的底座上，拧紧底座螺丝，通过调整传感器上的旋钮，调节传感器的初始读数；

（6）、在梁的跨中截面拉、压区分别安装上表面钢弦传感器；

3、试验

（1）、对简支梁施加竖向力；

（2）、待每级荷载施加完毕后，将读数仪接在钢弦传感器上，读出每级荷载下传感器的读数；

（3）、加载共分5级（10KN为一级），按下表格式记录相应读数；

钢弦传感器测试数据记录表

测点

荷载分级

1

2

钢弦频率（Hz）

应变（με）

钢弦频率（Hz）

应变（με）

初读数

10kN

20kN

30kN

40kN

50kN

四、试验报告

1、根据附录所给公式，整理2个测点应变、应力随荷载变化历程；

2、分析两测点钢弦传感器读数变化差异，分析表面传感器调整初读数的原因；

五、思考题

1、叙述出内置、表面传感器安装注意事项？

2、查阅相关文献，分析斜拉桥中拉索、悬索桥中吊杆内力测试采用弦式传感器的原理；

3、叙述智能传感器的优点。

附录：

钢弦传感器的工作原理

钢弦式应变传感器工作原理是：

在微幅振动条件下，钢弦的自振频率与钢弦应力有如下关系：

式中：

f——钢弦的自振频率；

L——钢弦的自由长度；

σ——钢弦应力；

ρ——钢弦的质量密度。

上式可变换为：

σ=k·f2

式中：

k——常数。

从上式可发现，钢弦应力与其自振频率的平方成正比，常数k可通过标定求得。

实用弦式应变传感器均经过标定得到应变一频率关系：

式中：

k、A——常数；

f0——初始频率。

得到结构测点的微应变后，即可通过胡克定律得到结构测点处的应力。

试验四简支桁梁静载非破坏性试验

一、试验目的及要求

1.进一步学习和掌握几种常用仪表的性能、安装和使用方法；

2.掌握桁梁杆件内力测试方法；

3.掌握桁梁变形测试测点布置及测试方法。

4.通过对桁架节点位移、杆件内力、支座处上弦杆转角的测量，对桁架结构的工作性能作出分析，并验证理论计算的准确性。

图4-1桁架模型

图4-2节间杆件尺寸（mm）

二、试验仪器及设备

1．试件——桁架外形尺寸：

5m×0.5m×0.5m，支座0.5m×0.5m×0.5m；杆件表观弹性模量E=70GPa，杆件截面积：

A=66mm2（外径∅22mm;内径∅20mm壁厚1mm）

试验台重：

50kg（桁架桥模型），20kg砝码，支座40kg

2．加载设备——20kg砝码；

3．静态电阻应变仪、读数仪；

4．应变片及其附属设备；

5．百分表、挠度计及支架等；

6．倾角仪。

三、试验方案

1、采用中点垂直对称加载；

2、测点布置如下图所示；

3、观测项目：

各杆件的内力；各节点的挠度值。

4、加卸载方案：

采用分级加载（分4级），分别为：

40kg、80kg、120kg、160kg。

卸载也采用分级（2级）：

80kg、0kg。

四、试验内容及步骤

1.按应变片粘贴试验中介绍方法将应变片粘贴在桁梁杆件表面（注意应将应变片的轴线和杆件的轴线一致）；

2.按以下步骤操作、调试仪器

（1）、将所有的测点应变片通过导线按测点编号接在静态电阻应变仪上；

（2）、按测点编号、仪器通道号绘出测点位置简图；

（3）、各测点调平；

（4）、在跨中、节点、支点位置桁架下翼缘两侧分别布设百分表或千分表；

（5）、拉动百分表拉杆，观察百分表拉杆触头是否和钢构件表面密贴，调整百分表两个杆，使百分表或千分表的拉杆前端部和构件表面密贴；

（6）、旋动百分表罗盘，使百分表或千分表的指针和某个整数重合，记录初始状态时百分表或千分表的读数；

3、试验

（1）、按每级40kg一级荷载在跨中处施加集中荷载，共分4级；

（2）、记录每级荷载作用下各应力测点静态电阻应变仪、百分表、千分表的度数；

（3）、加完4级荷载后，从40kg开始，每80kg一级卸载，直至0kg；

（4）、记录卸载过程中每级荷载下静态电阻应变仪、百分表、千分表的读数；

（5）、将数据按下表格式记录；

应力测试数据记录表

测点

荷载

1

2

3

4

应变

（με）

应力

（MPa）

应变

（με）

应力（MPa）

应变

（με）

应力（MPa）

应变

（με）

应力

（MPa）

0kg

40kg

80kg

120kg

160kg

120kg

80kg

40kg

0kg

挠度测试数据记录表

测点

荷载

1

2

3

4

读数

（mm）

变形

（mm）

读数

（mm）

变形

（mm）

读数

（mm）

变形

（mm）

读数

（mm）

变形

（mm）

0kg

40kg

80kg

120kg

160kg

120kg

80kg

40kg

0kg

四、试验报告

1、整理出各测点内力随荷载变化曲线图；

2、分析支点处布置变形测点的原因，整理出跨中、1/4截面挠度随荷载变化曲线；

3、对测量数据进行处理与分析，将理论值与实测值相比较，分析误差产生的原因，对试验结果作出结论。

五、思考题

1、分析除采用百分表、千分表测试变形外，可用于结构变形测试的其它方法；

2、掌握百分表、千分表由于行程不够中间需要倒表的具体做法及记录；

3、观察跨中、节点与支点截面百分表、千分表初读数设置值有何不同？

分析其原因。

试验五钢筋混凝土简支梁静载静载试验及传感器应用

一、试验目的及要求

1.掌握钢筋混凝土结构开裂荷载的测试方法；

2.掌握混凝土裂缝宽度的测试方法；

3、掌握混凝土结构应力测试测点布置、测试方法；

4、掌握混凝土结构裂缝发展标示方法；

5、掌握混凝土梁挠度测试方法。

二、试验仪器及设备

1、纸式应变片、万用表、导线、电吹风、502胶、丙酮、静态电阻应变仪、剥线钳、电烙铁、焊锡、放大镜、砂纸

2、表面式钢弦传感器及其读数采集仪

3、放大镜、裂缝宽度读数仪

4、千分表、百分表

5、混凝土简支梁长3000mm、跨度2800mm，截面300×200mm，C30混凝土，分载梁支点距跨中500mm。

三、试验内容及步骤

1.按应变片粘贴方法在简支梁跨中截面混凝土两侧上下翼缘布设纸基应变片；

2.在跨中截面混凝土两侧上下翼缘各布设一个表面钢弦传感器；

3.在混凝土表面涂白灰，并按一定间距用铅笔在混凝土表面画出水平、横向格线；

4、在跨中、两侧1/4跨、两支点处两侧各布置一块百分表；

5、将静态电阻应变仪调平、百分表、千分表记录初读数；

6、试验

（1）、按每级10kN加载；

（2）、记录每级荷载作用下钢弦传感器、应变片、百分表、千分表读数；

（3）、将所测数据按下表记录；

应变片应力测试数据记录表

荷载

测点

1

2

3

4

应变

（με）

应力

（MPa）

应变

（με）

应力（MPa）

应变

（με）

应力（MPa）

应变

（με）

应力

（MPa）

0kN

10kN

20kN

30kN

40kN

50kN

0kN

钢弦传感器应力测试数据记录表

荷载

测点

1

2

3

4

频率

（HZ）

应力

（MPa）

频率

（HZ）

应力（MPa）

频率

（HZ）

应力（MPa）

频率

（HZ）

应力

（MPa）

0kN

10kN

20kN

30kN

40kN

50kN

0kN

挠度测试数据记录表

荷载

测点

1

2

3

4

读数

（mm）

变形

（mm）

读数

（mm）

变形

（mm）

读数

（mm）

变形

（mm）

读数

（mm）

变形

（mm）

0kN

10kN

20kN

30kN

40kN

50kN

0kN

裂缝测试数据记录表

测点

荷载

1

2

3

4

5

6

7

8

宽度

（mm）

宽度

（mm）

宽度

（mm）

宽度

（mm）

宽度

（mm）

宽度

（mm）

宽度

（mm）

宽度

（mm）

0kN

10kN

20kN

30kN

40kN

50kN

0kN

四、试验报告

1、整理出各荷载工况下各测点应力变化曲线图，比较应力的理论计算值与实测值；

2、整理出跨中、两个1/4截面挠度随荷载变化曲线，比较挠度的理论计算值与实测值；

3、分析理论值与实测值偏差的原因，得出试验结论。

五、思考题

1、分析如何利用支点截面所测数据修正跨中、1/4截面挠度？

2、分析为何在混凝土表面涂白灰、画格线？

3、如何测试出截面的开裂荷载？

4、分析钢结构、混凝土结构应力测试中，采用不同应变片的原因。

p

分载梁

试件

钢弦应变计

试验六预应力结构摩阻测试

一、试验目的及要求

1.掌握预应力结构中摩阻测试的方法；

2.掌握摩擦损失计算公式；

3.掌握预应力结构中产生摩阻的原因；

4.掌握先张、后张预应力结构传力方式；

5.了解锚具构造、安装方法及工作原理；

二、试验仪器及设备

试件——梁长6.0m，下排管道弯起角2.5°，上排管道弯起角6°；

YDC240Q千斤顶；

ZB4—500高压油泵；

高强低松弛钢绞线；

单孔锚具；

夹片；

配套油表；

20t压力传感器；

JMX-3003读数仪

三、试验内容

本试验拟在钢箱梁上，让学生自己实践预应力结构中摩阻测试的方法。

学生通过实际操作，应对预应力结构传力方式、工作原理等有清晰的认识。

四、试验步骤

1.安装混凝土梁；

2.安装用于弯折钢绞线的钢板；

3.穿钢绞线，安装工作锚具及夹片；

4.在混凝土梁两端安装压力传感器；

5.在甲、乙两端安装张拉千斤顶；

6.甲端千斤顶空打油缸6cm，乙端千斤顶进油张拉，张拉分级按400KN，直至钢绞线张拉控制应力；

7.每级荷载作用下，记录两端压力传感器的读数，其压力差即为摩擦损失；

8.做三个循环，求其平均值；

9.让乙端锚固，甲端张拉，同样做三个循环；

10.两端平均值再次平均，作为摩擦损失。

四、试验报告

1、根据测试结果，整理出摩擦损失值；

2、计算出试验混凝土梁的预应力孔道偏差系数Ｋ和摩擦系数ｕ。

五、思考题

1、分析先张、后张梁传力方式有何不同？

2、先张、后张梁的预应力损失有哪些？

试验七千斤顶校验

一、试验目的及要求

1.掌握千斤顶工作原理；

2.掌握千斤顶校验方法；

3.掌握线性回归方程的应用；

4.掌握高压油泵的工作原理及油表的使用方法；

二、试验仪器及设备

YDC240Q千斤顶

ZB4—500高压油泵

20t压力传感器

JMX-3003读数仪

自平衡反力架

三、试验内容

在反力架上用压力传感器对张拉千斤顶进行内部摩擦的校验，得到千斤顶配套油表读数与张拉力之间的线性回归方程，使学生能掌握千斤顶的工作原理、产生内部摩阻的原因、校验方法等。

四、试验步骤

1.将千斤顶放在试验台座上；

2.将千斤顶油缸空打出5cm；

3.在千斤顶顶部放置压力传感器；

4.将压力机的压力头抵住压力传感器；

5.锁死千斤顶油泵的回油阀；

6.用压力机压力头向千斤顶施加竖向压力；

7.每级荷载按400kN一级，记录千斤顶油表读数、传感器读数及压力机油表读数；

8.做三个循环，求其平均值；

9.让压力机静止，用油泵向千斤顶进油，使千斤顶顶试验机压力头；

10.按以上步骤进行三个循环。

四、试验报告

1、根据测试结果，得出此千斤顶油表读数及张拉力的线性回归方程；

2、算出千斤顶的校验系数。

五、思考题

1、分析比较单作用、双作用千斤顶的构造差异；

2、分析双作用千斤顶的工作原理；

3、分析高压油泵的工作原理，观察油表刻度及精度。

4、根据测试过程，分析千斤顶校验的正确方法。