应变片测试原理及在实际工程中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第２８期　Ｖ．ｏＩ．３４　Ｎｏ．２８　２　０　０　８年１　０月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ　ｒＩ瓜Ｅ　Ｏｃｔ．２００８　・９９・　文章编号：１００９—６８２５（２００８）２８—００９９—０２　应变片测试原理及在实际工程中的应用　夏祁寒　摘要：结合工程项目对实验测试技术提出的新要求，介绍了应变片的构成及其工作原理，阐述了电阻应变仪的作用及　测量电桥的组桥方式，探讨了应变测量技术在实际工程中的应用，并得出应变片具有使用方便、操作简单、相对稳定、灵　敏度高、测量结果可靠等优点的结论。　关键词：实验应力分析，应变片，测试原理，电桥。应用　中图分类号：ＴＵ３１７．３　文献标识码：Ａ　科学的进步和发展是与科学实验密不可分的。随着我国城　电阻应变仪的作用就是可以将被测试构件因荷载作用引起　市化进程的发展、基本建设规模的不断扩大，许多工程项目对实　的应变量转换为电阻变化率　，ＸＲ可以看出只要测得　ＺｋＲ的值。验测试技术不断提出新的要求。实验应力分析在工程实际中得　，我　到了更广泛的应用。例如：在设计大型工程结构（混凝土结构、钢　们就可以通过换算得到应变值￡。　结构）或重要机械设备时，一般都需要用实验应力分析的方法对　电桥是应变仪的重要组成部分。通过电桥可以将应变片转　模型进行应变、应力的测试。测定某些必要的参数。为改进设计　换来的电阻变化率－－　６　－再转换为电压变化，然后再由电压变化输　方案提供必要依据；为鉴定结构可靠性提供必要的参数。　给放大器加以放大。测量电桥见图３。　１测试原理　Ｒ　１．１应变片的构成　应变片是由敏感栅、基底、覆盖层及引出线组成（见图１）。　Ａ　敏感栅是电阻应变量转化为电阻变化量的敏感部分；基底和　覆盖层具有定位和保护电阻丝与被测体绝缘的作用；引线起着连　接测量导线的作用。　覆盖屡　图３恿斯通电桥　图中Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４为桥臂电阻，且Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４。　图１　应变片的构成　Ａ＇Ｂ端电压为　：Ｒ－蕊￣－Ｒ２，Ａ，Ｄ端电压为　：页　；　１．２应变片的工作原理　应变片的工作原理是基于金属丝的电阻应变效应，即金属丝　，Ｄ端输出电压为　＝　一Ｕａｏ＝　感筠。　电阻随机械变形而改变的物理现象。其在不同方向的外力作用　当电桥处于平衡时，Ｂ，Ｄ间输出电压为０，即Ｕａｏ＝０，因此　下，所产生的变形量（ｅ）不同。　Ｒ１Ｒ３＝Ｒ２Ｒ４。各电阻应变片所感受的应变量分别为ｅ１，。２，ｅ３，　设有一根长度为Ｌ的导线，横截面积为Ａ、电阻率为ｌ０的金　ｅ４，各电阻的变化量为ＺｋＲ１，ＺｋＲ２，ＺｋＲ３，ＺｋＲ４，则有：　ｒ　属丝，其初始电阻值为Ｒ＝ｌ０　，见图２。　＾　Ｕａｏ＝　带群器瓮　；　。　，．　Ｄ　Ｕａｏ＝　（了Ｉ　一酉一　＋　十　一　）　／　＝　（ｅ１ｌ　　２十ｅ３　４　；　故：ｅ读＝１￣４　Ｉ．／／３／９＝（ｅ１一ｅ２＋ｅ３一ｅ４）；ｅ读＝（ｅ１一ｅ２＋ｅ３一ｅ４）。　其中，ｅ读为应变仪读数。　图２应变效应特性分析　１．４温度效应　对Ｒ＝１０　两边取对数后微分得：　由于被测结构构件上粘贴的应变片不仅受到荷载的作用，也　会因温度的影响产生一定的变化量，从而产生附加应力，即温度　警＝警＋　一　，而　＝２　＝一２　＝一２　；　效应。为了消除温度效应，我们采用与被测材料相同的物体作为　补偿块，补偿块不受荷载作用，只感受环境温度的变化。在补偿　故：警　（１　）＋　／ｅ’　＋２　Ｋ；　块上粘贴与被测构件相同的等效电阻应变片，将其接入电桥。利　则：　ｄＲ＝Ｋ　即：　ＡＲ＝Ｋ　（Ｋ为电阻应变片的灵敏系数）用惠斯通电桥的加减特性，则电桥相邻两臂上的电阻，由于温度　，。　引起的应变变化量相互抵消，从而消除了温度带给测试的影响。　１．３电阻应变仪　１．５测量电桥的组桥方式　收稿日期：２ｏ０８－０５一ｌ１　作者简介：夏祁寒（１９６５一），女，工程师，兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０　维普资讯 http://www.cqvip.com ・１００・　第３４卷第２８期　２　０　０　８年１　０月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖ０１．３４　Ｎｏ．２８　ＯＣｔ．　２００８　文章编号：１００９—６８２５（２００８）２８　０１００—０２　轻钢结构设计中关键问题的几点体会　介仰清　摘要：针对轻钢结构在实际工程中的广泛应用，结合实际工程经验就轻钢结构在设计过程中需要设计人员特别｝ｌ起注　意的几个问题进行了探讨，主要包括屋面荷载，刚架平面外计算长度，柱脚底板抗剪键的设计，基础的设计，支撑的设计　及屋面檩条的设计等关键问题。　关键词：轻钢结构，屋面荷载，计算长度，抗剪键　中图分类号：ＴＵ３９２．５　文献标识码：Ａ　由于冶金工业的快速发展，我国钢产量不断增长，钢结构在　作用在轻钢结构屋面上的荷载有屋面恒荷载、屋面活荷载、　现代建筑中的应用逐渐呈现递增的发展趋势。钢结构房屋虽然　雪荷载及风荷载等，本节论述的内容主要是针对屋面活荷载和雪　１０２：２００２　ｆ－ｉ式刚架轻型房屋钢结构技术　造价高，但其轻质高强、抗震性能好、建造速度快、工期短，因而综　荷载而言。按照ＣＥＣＳ　合经济效益较好。时下，越来越多的大、中型工业厂房、仓库、超　规程中３．２．２的规定：当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均　市等均采用了轻钢结构形式。轻型门式刚架结构正以其自身独　布活荷载的标准值（按水平投影面积计算）应取０．５　ｋＮ／ｍ２，同时条　特的优点逐渐被社会广泛的接受和认可。此类结构虽然简单，设　文备注中又补充说明：对受荷水平投影面积大于６０　ｍ２的刚架构　屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于０．３　ｋＮ／ｍ２的值。　计程序也日臻完善，但在设计中有些问题仍需设计者特别重视。　件，为此，本文根据笔者工程设计的经验就该类结构在设计中经常发　钢结构的工程质量。　此外，对于高寒地区，雪荷载很大，是屋面结构的主控制荷　数，尤其是有高低跨相邻的建筑物，即便设计程序中没考虑雪载　不均匀系数也应自行调整，以保证结构安全。　生及容易忽视的问题发表几点看法，供大家探讨，以求提高轻型　载，应按ＧＢＪ　５０００９—２００１建筑结构荷载规范考虑屋面积雪分布系　１　轻型钢结构设计中应注意的几个问题　１．１　屋面荷载　测量电桥的组桥方式很多，有１／４桥、半桥、全桥三大类。　１．２刚架平面外的计算长度　实验应力分析在结构工程中发挥着重大的作用。应变片具　测试中可根据实际情况的需要进行各种方式的组桥，恰当的　有使用方便、操作简单、相对稳定、灵敏度高、结构受力后出现的　组桥方式，不仅可以消除因荷载偏心造成的影响，也可以消除由　微小变形能够直接被反映出来、测量结果可靠等优点被广泛使　于温度变化而带来的影响，提高测量精度。　用。但在长期的使用中，我们也发现了一些问题，例如，因场地的　２应用　狭小使我们必须采用长导线，而长导线必然会增大电桥桥臂的初　那么处于潮湿环境中的应变　应变测量法是结构实验中非常重要的实验内容，通过测试结　始电阻。另外若测试在雨季时进行，防潮处理等都是关键的问题，这些因素都会直　构有关部位的应变，就可以了解其在荷载作用下的应力分布情　片如何做好防水、更完善电阻应　况、内力情况，从而了解结构的性能和承载力等，为建立结构理论　接影响到测试的结果。如何更好地解决这些问题，是目前需要解决的问题。应变测量技术以其自身特　提供重要的依据。应变片的测量用途非常广泛，我们可以根据测　变片的使用，在不远的将来应变测量技术不仅会　试要求，将一个弹性元件上粘贴电阻应变片，组成桥路，制作出各　性而被广泛应用于多个领域，更加完善，也会得到更充分的应用和发展。　种所需要的应变式传感器。　　在工程结构静载检测中，对于单点或多点加载无施加力的大　参考文献：　小显示时，就需要荷载传感器来感受并反映受力信息，那我们就　［１］徐俊刚，张立材．绝缘电阻在线检测研究［Ｊ］．山西建筑，可以采用应变式力传感器来实现加载。　片。在施工过程中，将粘贴于结构表面或受力筋上的应变片经特　殊防护处理后，埋置于混凝土内，可以对受力结构进行实时监测。　２００８，３４（４）：１８５　１８６．　社．２００７：２．　Ｍ］．北京：北京大学出版　另外，对钢筋混凝土结构的应变监测也普遍采用电阻应变　［２］周　详，刘益虹．工程结构检测［［３］　刘　斐．电阻应变测试技术在土木工程中的应用［Ｊ］、公路　与汽运，２００２（１０８）：９３　９４．　３结语　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｉｎ　ｇａｕｇｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＸＩＡ　Ｑｉ．ｈａｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｔｅｍｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｇ　ｐｒｎｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｉｎ　ｇａｕｇｅ，ｄ￣ｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｓｔｒａｉｎ　ｇａｕｇｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｂｒｉｄｇｅ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｉｎ　ｍｅａｓｕｒｉｇ　ｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｄｒａｗｓ　ａ　ｍｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｉｎ　ｇａｕｇｅ　ｈａｓｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓｔｈｅｍｎｖｅｎｉｅｍ　ｕｓｅ，ｔｈｅ　ｓｉｍｐｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｇｏｏｄ　ｓｔａｂｉｌｉｗ，ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｓｍ￣ｓｉｔＭｖ￣ａｎｄｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｌｅｍｅａｓｕｒｍａｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｔｒａｉｎ　ｇａｕｇｅ，ｔｅｓｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂｒｉｄｇｅ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　收稿日期：２００８—０５—０７　作者简介：介仰清（１９７２一），男，工程师，山西汾西工程建设有限责任公司工程公司，山西孝义０３２３００