温度对结构应变测试的影响分析

温度对结构应变测试的影响分析

 环境温度对结构应变测试的影响可以分为两个大的方面, 其一是温度对应变测试仪器、应变计(应变片、应变传感器) 的影响, 使得应变测试结果产生误差, 二是温度变化使结构产生温度应变, 混淆了对荷载产生得结构应变的测试。

一、温度对应变计的影响分析

 应变仪受到环境温度变化的影响, 使测试结果产生误差, 称为温飘。相对而言, 应变计更容易受到温度的影响, 其影响包括两部分:

( 1)由于应变计材料与结构材料的线膨胀系数不同, 在温度变化时两者的变形不一致, 产生相对应变, 它不是荷载效应, 使测试结果产生误差;

( 2)应变计本身的传感特性在温度变化时会发生变化,使测试结果产生误差, 例如, 电阻应变片的阻值在温度变化时会改变、振弦式应变传感器的频率与应变的关系随温度的变化而变化等。

 要完全消除应变仪的温飘是很困难的, 可以通过选择性能等级高的仪器来尽可能的减小温飘的影响。对电阻应变测量, 可采用温度补偿技术消除一部分温度对应变计的影响, 当采用补偿片法时应注意, 必须将补偿片贴在与结构测点同材料的构件上, 且该构件应不受荷载的影响, 并与被测点环境(温度) 相同; 对振弦式应变传感器, 可在不同温度下对传感器进行标定, 得到相应的频率与应变间的标定曲线,从而减小或消除温度的影响。

二、结构温度变化对应变的影响

1、温度对结构的作用

 一般情况下, 结构应变的测试, 是要量测在荷载作用下测点的应变, 但在环境温度发生变化时, 由于材料的热胀冷缩, 测点处除荷载产生的应变外, 还存在温度应变, 有时温度应变是非常显著的, 如混凝土桥梁荷载试验, 在试验荷载作用下的结构应变一般为70με左右, 若环境温度改变1 ℃ ,反映到结构应变改变量约为10με左右, 这对结构试验带来了很大的误差。

 要减小或消除温度应变对结构试验的影响, 必须首先了解结构温度应变的形成机理。对最简单的结构, 如图1所示的简支梁, 跨度为L, 当温度均匀升高Δt后, 长度增量为ΔL,如果测试简支梁的轴向应变, 测试的温度应变为ΔL /L。

 图2为两端固定梁, 跨度同样为ΔL, 当温度均匀升高为Δt后, 温度变化引起的伸长量应为ΔL, 但由于两端约束的存在, 实际上梁上布设的应变计量测不到温度应变。通过上述分析可以看到, 对静定结构, 温度变化引起结构的膨胀和收缩能够自由的进行, 因此, 其温度应变能在应变计上得到充分的反映; 对超静定结构, 由于约束的作用, 温度变化引起结构的收缩和膨胀并不能自由的进行, 在应变计上得到的反映只是温度应变的一部分, 甚至没有反映。

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