電阻應(yīng)變測試技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀我國現(xiàn)在進行世界上規(guī)模最大的基本建設(shè)。這樣優(yōu)越的條件以為世人所關(guān)注，電阻應(yīng)變測試技術(shù)也越來越多的應(yīng)用到公路、橋梁等土木工程中。一、應(yīng)用現(xiàn)狀盡管材料力學、結(jié)構(gòu)力學和彈性理論在解決工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析方面已經(jīng)相當?shù)爻墒?，而且由于結(jié)構(gòu)的矩陣分析方法和有限元的研究和應(yīng)用，把解決工程問題的范圍又向前大大地推進了一步使得很多過去用傳統(tǒng)的分析方法不容易解決和不能解決的問題都可以比較滿意的獲得解答，但是應(yīng)該承認還有不少實際問題暫時還處于不能求解的狀況。不論是用傳統(tǒng)的方法或者是用現(xiàn)代的數(shù)值方法，對于那些復雜的工程結(jié)構(gòu)所求得的解都需要通過實驗的檢驗才能做出最后的結(jié)論。此外，由于結(jié)構(gòu)的工作條件（如外載、環(huán)境等）以及結(jié)構(gòu)本身的性狀一般都帶有隨機性，因而需要通過實驗的手段獲得大量的、長期的統(tǒng)計資料，方能作為分析的依據(jù)。早期的電測方法主要用于測量常溫下物體的表面應(yīng)變，但近些年來在高溫和低溫、動態(tài)應(yīng)變和各種動力學參數(shù)、各種性質(zhì)的介質(zhì)環(huán)境、極大的加速度、高壓力、強輻射以及遙感測試技術(shù)等方面都得到了很好的應(yīng)用。在實驗應(yīng)力分析科學的領(lǐng)域內(nèi)還有不少其它的新技術(shù)。不同的方法可能在不同的條件下顯示出其優(yōu)越性，但是在土木工程中用途最廣泛和適應(yīng)能力最強的還是電測法。應(yīng)變測試是橋梁、建筑工程等結(jié)構(gòu)試驗的一項重要內(nèi)容。當前，盡管已有各種預(yù)埋式混泥土應(yīng)變傳感器應(yīng)用于混凝土內(nèi)部的應(yīng)變測試，以提高測試的可靠性，但由于現(xiàn)場測試條件的限制，目前的結(jié)構(gòu)試驗如大型建筑、橋梁等結(jié)構(gòu)在荷載作用下的現(xiàn)場應(yīng)變測定以及室內(nèi)的模型試驗仍大量采用表面應(yīng)變測試。一般常用的表面應(yīng)變測試手段可分為機測和電測兩類，機測主要用于千分表、手持式應(yīng)變儀等，電測則大量采用電阻應(yīng)變片等，由于機測靈敏度低，一般作輔助手段，應(yīng)變片的靈敏度則高出千分表數(shù)倍，常用做主要手段。電測法所使用的儀器和設(shè)備主要有三部分，即電阻片、電阻應(yīng)變儀和指示記錄儀器。電測法就是用牢固的粘貼在分析對象上的電阻片將被測量的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電學量，經(jīng)過電阻應(yīng)變儀的放大后再將電信號書給指示記錄儀器，完成對應(yīng)變的指示或記錄。電測法有以下主要特點：（1） 靈敏度高由于利用電阻應(yīng)變片將非電量轉(zhuǎn)換成電量，再經(jīng)電子儀器進行放大、顯示和記錄，所以能獲得很高的放大倍數(shù)，從而達到很高的靈敏度。目前的電阻應(yīng)變儀可以精確地分辨出1X10-6應(yīng)變，這個應(yīng)變的量級對于鋼材而言相當于2千克/厘米2的應(yīng)力。（2） 電阻應(yīng)變片尺寸小且粘貼牢固這個特點十分重要，當對于某些工程結(jié)構(gòu)進行全面的應(yīng)力分析時，往往要測量數(shù)十點乃至百點的應(yīng)力，電阻應(yīng)變片可以很容易的大量粘貼使用。對于結(jié)構(gòu)十分緊湊以至使用其它測量儀表（如杠桿引申儀）根本無法安裝的場合，這種情況下電測法就能發(fā)揮很大的作用。尺寸小還有另一個重要的意義，即可以用來測量局部應(yīng)力。現(xiàn)在電阻應(yīng)變片的標距可以小于1毫米，這對于應(yīng)力集中區(qū)的測量是比較合適的。（3） 電阻應(yīng)變片質(zhì)量小這是個突出的優(yōu)點，它使得電測法不僅可以做靜態(tài)應(yīng)力的測量，而且可以在動態(tài)應(yīng)力分析方面發(fā)揮獨特的作用，使得一系列重要的動力學參數(shù)（如加速度、振幅、頻率、沖擊力及爆炸壓力等）能夠比較精確地進行實驗研究。測量動態(tài)應(yīng)變的頻率可以由靜態(tài)直到50千周/秒以上。（4） 適于高溫和低溫下測量目前電測法可以在一268?1093°C的范圍內(nèi)成功地使用，技術(shù)上的主要問題是電阻絲材料和粘接劑材料的性能問題。（5） 高介質(zhì)壓力電測法可以在數(shù)千大氣壓的氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)中進行測量，這對于高壓結(jié)構(gòu)和深水結(jié)構(gòu)的研究是十分有利的，例如測量處于深水區(qū)的橋墩或樁基內(nèi)的應(yīng)力狀況。（6） 可以在結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)下進行測量這對于檢驗理論計算的可靠性和研究結(jié)構(gòu)的工作特性都有重要的作用，可以在結(jié)構(gòu)工作過程進行控制與調(diào)節(jié)。（7） 可進行遙測結(jié)合無線電和電子計算技術(shù)的應(yīng)用，電測法可以用于遙測和測量與分析計算自動化。這對于條件很嚴酷的情況下，可以大大地減少工程技術(shù)人員的勞動強度，提高工作效率。（8） 電阻應(yīng)變計由于結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低廉，加之可多次重復使用，因此其經(jīng)濟性能較好。二、基本原理電阻應(yīng)變計是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。由此可見，電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)變計中不可缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作p，這種材料的泊松系數(shù)是p。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：R=pL/S（Q） （1）當他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長△L，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少△r。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作Ap。對式（1）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有：△R=△pL/S+△Lp/S-△SpL/S2（2）用式（1）去除式（2）得到R/R=Ap/p+△L/L-△S/S(3)另外，我們知道導線的橫截面積S=nr2，貝U△s=2nr*Ar,所以S/S=2Ar/r(4)從材料力學我們知道r/r=-p△L/L(5)其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。p是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(4)(5)代入(3)，有R/R=△p/p+△L/L+2p△L/L=(1+2p(△p/p)/(△L/L))*△L/L=K*△L/L(6)其中K=1+2p+(△p/p)/(△L/L) (7)式(6)說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率(電阻相對變化)和電阻絲伸長率(長度相對變化)之間的關(guān)系。需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。在材料力學中△L/L稱作為應(yīng)變，記作￡，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便常常把它的百萬分之一作為單位，記作p￡。這樣，式(6)常寫作：R/R=K￡(8)彈性體性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個，首先是它承受電阻應(yīng)變計所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場(區(qū))，使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變橐電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點的應(yīng)變表達式?！?(3Q(1+p)/2Eb)*(B(H2-h2)+bh2)/(B(H3-h3)+bh3)(9)其中：Q--截面上的剪力；E--揚氏模量：p一泊松系數(shù)