一,、說明

在建筑工程的強震觀測及建筑結構試驗的長期測量中，鋼筋應力,、應變是了解力學性能的重要參量,。強震觀測及長期測量的著眼點是數(shù)據(jù)的長期穩(wěn)定和可靠性，并能真實反映物理及力學狀態(tài)的變化,。在鋼筋應力應變的長期測量中可以采用的方法和器材雖多,，但目前適于房屋建筑結構的并不多，除振弦式鋼筋應力計外,，國內(nèi)尚無比較可靠的方法,。自接受強震觀測及結構試驗中鋼筋應力,、應變測量問題的任務以來，力求以應變片技術去解決這一問題,。原因是,，隨著國內(nèi)應變片電測技術應用水平和儀器生產(chǎn)技術的日益提高和普及，為鋼筋應力長期測量創(chuàng)造了良好條件,，多年來我們積累了一些應變式傳感器加工制造,、工藝處理和使用的經(jīng)驗，有一定的技術基礎,。

在國外（如美國和日本）,，由于應變式傳感器技術過關，各種力學參量都有相應的傳感器產(chǎn)品可供工程測量及試驗選用,，如日本“共和電業(yè)”（株）就有BF-A型鋼筋應力傳感器的系列產(chǎn)品,，其規(guī)格和技術性能如下

從產(chǎn)品廣告說明和外觀照片來看，BF-A型鋼筋應力傳感器就是用相當于我國二級鋼筋經(jīng)過應變片工藝 處理的應力型傳感器,。由于制成了傳感器,，力學性能基本滿足長觀測的一般要求。

我們研制生產(chǎn)的應變式鋼筋計規(guī)格和技術指標是：

    二,、鋼筋應力計結構

對鋼筋應力計的結構,，從工程實用性來看，力求結構簡單,、可靠,、成本低,、使用方便,。從應力計結構設計要求：使傳感體形狀簡單、易加工,，應變片工藝處理簡單,，長期電氣力學性能穩(wěn)定。為此選用國產(chǎn)Ⅱ級或Ⅲ級鋼筋,，稍事加工處理即可,。傳感體采用圓柱形結構，表面經(jīng)車加工,，外用鋁或鋼保護罩,全傳感器只有三種四個機械零件,，如圖1所示。

傳感體的直徑設計,，按zui少影響鋼筋應力角度出發(fā)選用：

φd=k·ΦdD           k——加工系數(shù)0．80~0．95             ΦD——傳感體公稱直徑

一般來說對于小于φ15的鋼筋,，取k=0．80，φ15~φ25,，

取k=0．85~0．90,，φ25~φ35,，取k=0．90~0．95

加工長度L=4~5ΦD

傳感器的長度L選取值為0．5~0．7米長，細直徑的短些,，粗直徑的長些,。在這樣長度下，工程實際運用時,，即使用焊接（接觸焊,、電弧焊）方法和實測鋼筋連接，也不會因熱傳導的溫升,，影響傳感器的電氣性能,。

保護罩的作用是為灌注環(huán)養(yǎng)樹脂及保護應變片和引出線不受機機械損傷之用。研制時用硬鋁材料,，成本高些,，大量生產(chǎn)時可用薄壁鐵管制成，經(jīng)防腐處理即可,。

傳感體的應力δ按2200~2400公斤/厘米²設計,，彈性模量取E—=2．0x10⁶公斤/厘米²。鋼筋的應變?yōu)?/span>

由于應變電橋采用全橋,，貼片方式用二片縱向應變片（工作片）,，二片橫向片（補償片）。傳感器在儀器上的讀出應變e讀為

  e讀=2（1+μ）e              μ=泊桑比   取值0．25

  =2(1+0．25) ×1200

  =2700μe

    三,、工藝處理

1)     傳感體時效處理

為消除鋼材軋制,、機械加工引起的內(nèi)應力和提高彈性體力學性能，將加工好的傳感體放入烘箱內(nèi),，在案180℃～200℃下時效處理6～8小時,。

時效處理后，用200～300號金相砂紙按45^O方向交叉打磨,，經(jīng)清洗干凈后保存,，以備粘貼應變片之用。

2)     應變片的處理和選擇

應變片采用材3×5毫米規(guī)格的箔式應變片,，基底是聚乙烯醇縮甲乙醛,。購入的應變片按電阻值分選后放入烘箱在165℃～175℃固化處理4～6小時。這是因為,，購入的應變計一般基底固化不充分,、阻值不穩(wěn)。經(jīng)予固化處理后膠膜和阻值都穩(wěn)定下來了,。

用10～40倍放大鏡或顯微鏡選擇應變片,，去除柵絲不勻，焊點不良,，外觀不佳的應變片,。

用精度1/1000的電橋或數(shù)字歐姆表,，選擇應變片阻值，使每四片為一組的應變片阻值,，zui大差值不超過±0．05歐姆,。選出的應變片按阻值編號，分組包裝保存,，以備貼片,。

3)     貼片及工藝處理

塗底膠，傳感體經(jīng)加溫40℃～50℃后,，迅速用毛刷淋掛方法塗1～2層聚乙烯醇縮甲乙醛底膠,，在20℃～25℃室溫下干燥半小時，確認膠膜均勻無氣泡后,，送入烘箱按以下工藝固化處理：

   80℃±5℃         保溫1小時

   120℃±5℃        保溫2小時

   170℃±2℃        保溫2～3小時

烘箱內(nèi)斷電自然冷卻到60℃以下即可取出,。

貼片：在傳感體中部貼片，四片應變片相對位置可用滌綸膠帶法固定之,，如圖2所示,。先在白紙上畫好應變片粘貼位置的展開圖，上面罩以一條滌綸膠帶,，膠膜朝上,。用比柵絲面積略大的聚四氟乙烯薄膜貼在膠帶相應的粘貼位置上。將應變片反貼（柵絲面朝下）,，在相應位置上使應變片基底的一部份（邊緣）和滌淪膠膜相粘貼,，這樣應變片相對位置不變。在應變片基底面上均勻的塗上貼片膠,。

將傳感體加熱至40℃～50℃,，在中部貼片位置塗一層貼片膠（聚乙烯醇縮甲乙醛），稍晾干后,，迅速將固定好應變片的滌綸膠帶,，貼在傳感體上，用手指迅速捻壓應變片,，擠出多余膠和趕出氣泡，壓勻貼牢后,，外面墊以耐熱橡皮用紗布帶緊纏二層,。注意在貼片中，使應變片引出線佈勻,，不得壓在應變片底下,，也不許碰斷引出線。

固化處理：將貼完應變片的傳感體一起放入烘箱按如下工藝進行固化處理

   80℃±5℃         保溫1小時

   120℃±5℃        保溫2小時

   170℃±2℃        保溫4小時

檢查貼片質(zhì)量：固化處理后打開包層,，外觀檢查有無斷線,，焊點是否有損壞,。用歐姆表檢查阻值，看有無超差阻值和斷柵的應變片,。

防潮處理：經(jīng)貼片和格的傳感體,，把應變片再塗一層貼片膠，按上述固化工藝處理,，使應變柵絲有良好的絕緣能力,。

組橋聯(lián)線：將四芯屏蔽線按全橋電路組聯(lián)好四個應變片，用紗線將引出線固定在傳感體上,。接上應變儀,，初測初始不平衡值，凡超過應變儀平衡范圍（按±1000μe）的,，用串或并聯(lián)電阻的方法進行初始不平衡補償,。補償電阻，并聯(lián)于應變片的,，可用經(jīng)退火的錳銅絲,。

塗隔離層：用凡士林、機油,、石蠟混合劑塗在應變片和引線焊點上,，不要太厚也不要太薄。這種隔離層的目的是防止環(huán)氧灌注層的過大變形影響應變片,。

裝保護罩：灌注環(huán)氧樹脂,，裝好保護罩，緊固螺絲后,，灌注環(huán)氧樹脂,，待固化后，用高阻表檢查絕緣,，接上應變儀檢查組橋正確性和初始不平衡值,。

    四、技術性能檢驗

1)     室溫下八小時內(nèi)的電橋零點漂移

這項檢驗目的是衡量室溫下鋼筋應力計電橋零點穩(wěn)定性,。試驗在衡溫箱內(nèi)進行,。衡溫箱內(nèi)溫度控制在20℃±1℃。把待檢應力計放入衡溫箱中,，引線伸出箱外,，接在YJ-5型應變儀的P20R-5型平衡箱上，接通儀器半小時后,，調(diào)節(jié)各點平衡,。使衡溫箱內(nèi)溫度20℃±1℃穩(wěn)定一小時后，再次調(diào)節(jié)各點平衡。八小時后記錄各測點讀數(shù)即為八小時內(nèi)的電橋零點漂移值,。試驗結果如表1所

按照八小時漂移值不超過滿量程輸出的0﹒5％為合格指標,，研制的十四個鋼筋應力計除兩個不合格外，其余都合格,，即合格率為非作歹85％,。

從表1的試驗結果還可以看出，時間漂移值zui小的為

0﹒03％/8小時,，性能極其穩(wěn)定,。十四個鋼筋應力計中有78％（11個）可以達到小于0﹒2％/8小時的指標。所以研制的鋼筋應力計短期內(nèi)時間穩(wěn)定性是可以保證的,。長期（1000小時以上）穩(wěn)定性要通過長期持荷試驗來驗證,。

2)     溫度對電橋零點影響

本檢驗的目的是衡量溫度變化對鋼筋應力計電橋零點影響的穩(wěn)定性。這是一項重要的檢驗,。因為鋼筋應力計在工程長期應用時,，因季節(jié)溫度變化對應力計究竟有多大影響，是長期穩(wěn)定性的重要指標,。試驗仍在恒溫箱內(nèi)進行（應力計無負荷）,，溫度變化范圍是

15℃～50℃，每升溫5℃,，恒溫20分鐘后記錄各應力計輸出值,。檢驗結果如表2所示。   

按照研制任務要求,，鋼筋應力計溫度穩(wěn)定性用溫度對電橋零點影響來表示,，其指標是：溫度每變化1℃，電橋零點變化小于滿量程輸出的0﹒1％,。從表2的試驗結果來看,，符合這一指標要求的有12個，占研制量14個的85％,。其中的一個為0﹒008％/e（第11號）,。有50％以上都能達到0﹒05％/℃的指標，所以鋼筋應力計的溫度穩(wěn)定性也是能保證的,。

由于試驗條件所限,，負溫穩(wěn)定性沒有做，不過,，從箔式應變片長溫工作范圍為：-10℃～+70℃,，一般室外環(huán)鏡條件，可以保證其工作穩(wěn)定性,。有條件情況下今后要補做鋼筋應力計負溫試驗。

3)     靜態(tài)標定

鋼筋應力計在試驗機上進行靜態(tài)標定，用YZ-5型應變儀記錄各應力計輸出值,，通過靜態(tài)標定可以給出各應力計,，在不同載荷下的應變輸出值，以供實測換算,，靜態(tài)標定時,，按額定應力值分10～12級載荷加載。加載速度為每級1~1．5分鐘,，每級恒載20~30秒,。按三個加載循環(huán)記錄數(shù)據(jù)。各應力計的試驗結果如表3所示,。

按照表3—1至表3—2的實測結果,，以滿量程輸出計算的非線性誤差，zui小的為0﹒08％,，zui大的為0﹒36％,，一般都能做到小于0﹒20％。由于靜標定用的YJ—5型靜態(tài)應變儀,，基本誤差（即精度）為2％,，所以，以它為量測儀表的鋼筋應力計的精度只能為±2％,。

由于應變片式傳感器的線性精度比較高,，因此可用線性插入法根據(jù)有限的標定點數(shù)值去計算額定量程內(nèi)，任何輸出值（微應變）對應的鋼筋應力值或荷載值,。

五,、使用方法

鋼筋應力計實際上是鋼筋拉力計，即可測量應力,，又可測量荷載（拉力或壓力）,。為便于制作，保證技術性能,，應力計的長度一般取有效直徑d的20～30倍,。應力計制成后，經(jīng)過各項技術性能檢驗合格后,，即可用到工程上,，使用方法如下：

1、鋼筋應力計埋設和連接

根據(jù)實際鋼筋額定或zui大應力值選擇適用規(guī)格的鋼筋應力計,，可用螺紋,、焊接（接觸對焊和電弧焊）和實策測鋼筋連接。當用焊接方法連接時,，注意傳感體部分的溫升不得超過70℃,，如果過熱，損壞環(huán)氧防潮層，破壞絕緣性能,。物流軟件為此,，允許用風冷、水冷方法降溫,。

鋼筋應力計的引出導線一般為1000毫米長,，工程施工前，如果導線不夠長,，可以用規(guī)格（SBVVP—4×16/0﹒15）電纜連接,。特別要注意連接頭的防潮和絕緣性能。

鋼筋應力計連接完畢,，導線家長封好絕緣后,，在導線引出端，用高阻絕緣表測量,，芯線和地之間的絕緣電阻要大于100兆歐姆以上,。電橋?qū)蔷€阻抗相等并等于額定阻值。

2,、測量儀表,。本鋼筋應力計可以用普通靜、動態(tài)應變儀做測量儀表,。也可以使用其他類型的儀器儀表,。如：直流電子電位差計，數(shù)學電子秤等,。

3,、使用注意事項：鋼筋應力計多用于鋼筋混凝土內(nèi)部的應力測量，因此進入構件后,，澆灌混凝土時,，不得損壞導線，也不得使傳感體承受過大的彎曲應力,，以防局部過負荷和破壞絕緣層

六,、結論

研制的鋼筋計，是一種簡易型應變片式的傳感器,，為降低成本便于推廣使用,，在保證技術性能的情況下，簡化了機械和電氣制造工藝,。從技術性能的測試和檢驗來看,，技術指標達到了研制要求。