维普资讯 http://www.cqvip.com ２ＯＯ７年第ｌ２期 黑龙江交通科技 Ｎｏ．１２，２００７ （总第１６６期） ＨＥＩＬ－０ＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ （Ｓｕｍ Ｎｏ．１６６） 结构应变测试中温度的影响 郝靖秋 ｛黑龙江省公路工程监理咨询公司） 摘要：各类结构测试中一般都要进行应变测试，试验不管是在室内还是在室外进行，都会不同程度的受到 环境因素的影响，而温度的影响是主要的，针对不同的测试方法、试验环境、结构形式等情况，就温度对结构 应变测试的影响问题进行分析和讨论，并提出了相应的处理措施。 关键词：结构；应变；测试；温度 中图分类号：Ｕ４４２ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２００７）１２—０１０４—０２ １前言 能等级高的仪器来尽可能的减小温飘的影响。对电阻应变 应变测试是结构试验中非常重要的试验内容，通过测试 测量，可采用温度补偿技术消除一部分温度对应变计的影 结构有关部位的应变，可以了解其在荷载作用下的应力分布 响，当采用补偿片法时应注意，必须将补偿片贴在与结构测 情况、内力情况，从而了解结构的性能和承载能力，因此，结 点同材料的构件上，且该构件应不受荷载的影响，并与被测 构试验一般情况下都要进行应变测试。 点环境（温度）相同；对振弦式应变传感器。可在不同温度下 结构试验根据试验目的试验内容的不同，有的试验在半 对传感器进行标定，得到相应的频率与应变闻的标定曲线， 天、一天内完成，有的试验要持续一个月。甚至一年时间，有 从而减小或消除温度的影响。 的试验在室内进行，有的在结构现场、野外进行，这些结构试 ２．２结构温度变化对应变的影响 验的整个过程是无法保证环境条件不发生变化的，有时环境 ２．２．１温度对结构的作用 变化是非常剧烈的，尤其是环境温度。温度变化会引起结构 一般情况下。结构应变的测试，是要量测在荷载作用下 材料的收缩或膨胀。使结构产生应变，此外，环境温度变化还 测点的应变，但在环境温度发生变化时，由于材料的热胀冷 会对应变测试仪、应变计等产生影响，并影响测试结果，因 缩，测点处除荷载产生的应变外，还存在温度应变，有时温度 此，结构试验中的应变测试必须消除或尽量减小环境温度的 应变是非常显著的，如混凝土桥梁荷载试验，在试验荷载作 影响。 用下的结构应变一般为７０ ｒ左右，若环境温度改变ｌ℃， ２温度对结构应变测试的影响分析 反映到结构应变改变量约为ｌ０ 左右，这对结构试验带来 环境温度对结构应变测试的影响可以分为两个大的方 了很大的误差。 面，其一是温度对应变测试仪器、应变计（应变片、应变传感 要减小或消除温度应变对结构试验的影响，必须首先了 器）的影响，使得应变测试结果产生误差，二是温度变化使 解结构温度应变的形成机理。对最简单的结构，如图１所示 结构产生温度应变，混淆了对荷载产生得结构应变的测试。 的简支梁，跨度为 ，当温度均匀升高 后，长度增量为△ ， ２．１ 温度对应变计的影响分析 如果测试简支梁的轴向应变，测试的温度应变为△上儿。 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， 图１ 简支梁温度应变示意图 使测试结果产生误差，例如，电阻应变片的阻值在温度变化 图２为两端固定梁，跨度同样为 ，当温度均匀升高为 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 △ｔ后，温度变化引起的伸长量应为△ ，但由于两端约束的存 变化而变化等。 在，实际上梁上布设的应变计量测不到温度应变。 要完全消除应变仪的温飘是很困难的，可以通过选择性 通过上述分析可以看到，对静定结构，温度变化引起结 ・１０４・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１２期 结构应变测试中温度的影响 总第１６６期 通过事先测试各测点温度应变和温度的关系曲线，可以 在结构试验的应变测试数据中将温度应变除去。 ３温度应变和温度应力的测试 前面讨论的是关于温度对结构试验中应变测试的影响， 其中温度应变是不希望在试验中测到的，或者是要尽力避免 的，实际工程中，有时需要测试结构的温度应力或温度应变， 图２两端固定梁温度应变示意图 以了解温度变化对结构性能的影响。 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。 ２．２．２温度补偿片方法的局限性 对静定结构，由于补偿片可以粘贴在自由伸缩的材料 上，补偿片和工作片受到的温度变形是一致的，因而补偿效 果是可以达到的。 对超静定结构，结构各构件温度变形受约束的限制不尽 相同，补偿片的粘贴无法完全模拟约束的作用，因此，补偿片 和工作片受到的温度变形不可能一致，温度补偿效果也就不 可能完全达到。 上述分析假设结构受到的温度变化是均匀的，实际的许 多情况，结构的环境温度变化往往是不均匀的，例如，上午在 太阳的照射下，迎太阳面结构温度升高很快，背太阳面温度 升高很慢。这样，实际结构的温度变形是非常复杂的，不但 与温度变化的分布有关，还与结构形式、约束情况有关。 ２．２．３消除温度对结构应变测试影响的措施 温度变形对结构试验中应变测试的影响是非常复杂的， 可以采用以下措施来排除或尽量减小温度的影响。 （１）选择温度变化较小的试验时间，通常选择在晚上， 温度变化幅度是最小的，一般在１—３。。而且温差也小，温度 对应变测试的影响比较小，能满足试验的要求。 （２）无法在晚上进行的试验，在正式试验前，先测试结 构在不加载情况下的各测点应变 （ｔ），并认为所测得的应 变就是由环境温度变化引起的，在一天中的不同时段记录应 变测试数据，并记录当时的温度，读数时段的确定，应与实际 加载试验的数据测读相对应，然后在第二天实际试验时，每 次测读数据均记录当时的温度，这样实测得到的应变数据由 荷载效应 （Ｐ）和温度应变 （ｔ）组成，即 ＝ 。。（ｔ）＋ （Ｐ） （１） 结构由荷载引起的应变为 （Ｐ）＝ 。一 。（ｔ） （２） 对图１所示的简支梁，很显然，温度的变化能使其自由 的伸长或缩短，即可以用应变计测到完全的温度变形情况， 但其温度应力为零。对图２所示的两端固定梁，温度变化， 梁长不发生变化，应变计测不到温度应变，但其温度应力实 际存在。对于一般的超静定结构，将介于两者之间。 当温度升高时，结构材料膨胀伸长受压，而应变计测到的 应变却是拉应变，相反，当温度降低时，结构材料收缩受拉，而 应变计能测到的应变却是压应变，这可由下式得到解释： ＝ 。＋ ， （３） 式中：８ 为实测应变；８。为理论温度应变；８。为与温度应力 对应的结构应变，即约束对结构产生的应变。 实测的应变为理论温度应变与约束对结构产生的应变 之和，在只有温度变化的作用下，约束产生的应变始终与温 度应变相反，其数值也不会大于温度应变，因此，实际测到的 应变与约束产生的应变也是相反的。 结构的温度应力，是无法象荷载效应应力那样，简单的 通过测试其应变而得到，可通过下式得到结构的温度应力。 。＝Ｅ（ 一 ） （４） 。＝ａＡｔ （５） 式中： 为材料线膨胀系数；Ａｔ为温度变化量；Ｅ为弹性模 量。 由以上两式，通过测量结构的温度变化场，在已知材料 膨胀系数的情况下，是可以通过测试应变来得到结构的温度 应力的。 ４结语 通过上述分析和讨论，可以得到一下几点结论。 （１）温度对结构应变测试的影响比较复杂，采用通常的 补偿技术许多情况下将达不到补偿效果。 （２）在温度补偿的基础上，再采取有效的措施，温度对 结构应变测试的影响是可以降低到最小程度的。 （３）在已知结构温度场变化的条件下，可以通过测试温 度应变来得到结构的温度应力。 收稿日期：２００７—０８—２０ ・１０５・