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电阻应变测试技术在土木工程中的应用现状

我国现在进行世界上规模最大的基本建设。这样优越的条件以为世人所

关注，电阻应变测试技术也越来越多的应用到公路、桥梁等土木工程中。

一、应用现状

尽管材料力学、结构力学和弹性理论在解决工程结构的应力分析方面已

经相当地成熟，而且由于结构的矩阵分析方法和有限元的研究和应用，把解

决工程问题的范围又向前大大地推进了一步使得很多过去用传统的分析方

法不容易解决和不能解决的问题都可以比较满意的获得解答，但是应该承认

还有不少实际问题暂时还处于不能求解的状况。不论是用传统的方法或者是

用现代的数值方法，对于那些复杂的工程结构所求得的解都需要通过实验的

检验才能做出最后的结论。此外，由于结构的工作条件（如外载、环境等）

以及结构本身的性状一般都带有随机性，因而需要通过实验的手段获得大量

的、长期的统计资料，方能作为分析的依据。

早期的电测方法主要用于测量常温下物体的表面应变，但近些年来在高

温和低温、动态应变和各种动力学参数、各种性质的介质环境、极大的加速

度、高压力、强辐射以及遥感测试技术等方面都得到了很好的应用。在实验

应力分析科学的领域内还有不少其它的新技术。不同的方法可能在不同的条

件下显示出其优越性，但是在土木工程中用途最广泛和适应能力最强的还是

电测法。

应变测试是桥梁、建筑工程等结构试验的一项重要内容。当前，尽管已

有各种预埋式混泥土应变传感器应用于混凝土内部的应变测试，以提高测试

的可靠性，但由于现场测试条件的限制，目前的结构试验如大型建筑、桥梁

等结构在荷载作用下的现场应变测定以及室内的模型试验仍大量采用表面

应变测试。

一般常用的表面应变测试手段可分为机测和电测两类，机测主要用于千

分表、手持式应变仪等，电测则大量采用电阻应变片等，由于机测灵敏度低，

一般作辅助手段，应变片的灵敏度则高出千分表数倍，常用做主要手段。

电测法所使用的仪器和设备主要有三部分，即电阻片、电阻应变仪和指

示记录仪器。电测法就是用牢固的粘贴在分析对象上的电阻片将被测量的应

变转换成电学量，经过电阻应变仪的放大后再将电信号书给指示记录仪器，

完成对应变的指示或记录。电测法有以下主要特点：

（1）灵敏度高

由于利用电阻应变片将非电量转换成电量，再经电子仪器进行放大、显示和

记录，所以能获得很高的放大倍数，从而达到很高的灵敏度。目前的电阻应

变仪可以精确地分辨出1×10-6应变，这个应变的量级对于钢材而言相当于2

千克/厘米2的应力。

（2）电阻应变片尺寸小且粘贴牢固

这个特点十分重要，当对于某些工程结构进行全面的应力分析时，往往要测

量数十点乃至百点的应力，电阻应变片可以很容易的大量粘贴使用。对于结

构十分紧凑以至使用其它测量仪表（如杠杆引申仪）根本无法安装的场合，

这种情况下电测法就能发挥很大的作用。尺寸小还有另一个重要的意义，即

可以用来测量局部应力。现在电阻应变片的标距可以小于1毫米，这对于应

力集中区的测量是比较合适的。

（3）电阻应变片质量小

这是个突出的优点，它使得电测法不仅可以做静态应力的测量，而且可以在

动态应力分析方面发挥独特的作用，使得一系列重要的动力学参数（如加速

度、振幅、频率、冲击力及爆炸压力等）能够比较精确地进行实验研究。测

量动态应变的频率可以由静态直到50千周/秒以上。

（4）适于高温和低温下测量

目前电测法可以在—268~1093℃的范围内成功地使用，技术上的主要问题是

电阻丝材料和粘接剂材料的性能问题。

（5）高介质压力

电测法可以在数千大气压的气体介质或液体介质中进行测量，这对于高压结

构和深水结构的研究是十分有利的，例如测量处于深水区的桥墩或桩基内的

应力状况。

（6）可以在结构工作状态下进行测量

这对于检验理论计算的可靠性和研究结构的工作特性都有重要的作用，可以

在结构工作过程进行控制与调节。

（7）可进行遥测

结合无线电和电子计算技术的应用，电测法可以用于遥测和测量与分析计算

自动化。这对于条件很严酷的情况下，可以大大地减少工程技术人员的劳动

强度，提高工作效率。

（8）电阻应变计由于结构简单，制作成本低廉，加之可多次重复使用，因

此其经济性能较好。

二、基本原理

电阻应变计是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用

下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变

形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的

测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力

变换