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力試驗機自身位移度的評定
1 引言
混凝土材料力學性能試驗中，一般關心的是材料的強度一本構全程試驗曲線和材料的彈性模量和泊松比等，即荷載作用下試件的真實位移反映。而普通的力學性能試驗機在沒有配備試件位移傳感器的條件下，通過位移控制得到的荷載一位移關系曲線中的位移并不能直接反映試件的真實位移，其中含有試驗機自身的位移，這個位移是由試驗機的剛度決定的。這樣就給混凝土的力學性能實驗帶來了一定的局限性。如增加位移傳感器則相應的增加了通道數，現有的試驗機采集軟件也必須配套修改，相應的試驗機成本也增加；也有提出利用試驗機上下壓板相禍合的方法，借助位移計來測定試驗機的位移，但裝配好的試驗機由于行程開關的保護，上下壓板禍合比較麻煩，而且位移計的安裝位置也不好確定；直接在試件上貼電阻應變片是測定材料的應力一應變簡單可行的辦法，但每次試驗過程中都必須對試件貼應變片，而且還必須借助應變采集軟件和設備才能完成。是否有一種簡單而可行的辦法測定出試驗機在荷載作用下的自身位移，這樣在材料試驗過程中利用位移控制得出的荷載一位移關系曲線的基礎上再濾掉試驗機的自身位移，就能得出試件的應力一應變關系曲線，使試驗過程簡單，又能評定試驗機的剛度。
2 試驗過程
2.1試驗方法
選取配制強度為C20的70mm、100mm、150mm、200mm、300mm、400mm自密實混凝土立方體試件各l組一3組進行強度一本構全程試驗，以位移控制加載,其中70mm、100mm立方體試件在WAW-1000C的試驗機上進行試驗，150mm立方體試件在WHY-3000的試驗機上進行試驗，200mm、300mm、400mm立方體試件在YAW-J5000F的試驗機上進行試驗。同時選取與混凝土立方體試件相同截面的Q235鋼試件，借助標準Q235鋼試件的應力一應變曲線為已知的條件來確定試驗機位移。即選取70mm、100mm。的立方體鋼試件，用于確定WAW-1000C試驗機上的位移；由于厚度為150mm、200mm、300mm、400mm的鋼錠市面上難以找到,所以本次試驗選取150×150×100mm的鋼試件用于確定WHY-3000的試機上的位移;選取200×200×100mm的鋼試件用于確定YAW-J5000F試驗機的位移。所用的試件和試驗機如圖1一圖3所示。
圖1 混凝土試件
圖2 鋼試件
圖3 部分試驗機
2.2 試驗步驟和結果
（1）將三種尺寸的Q235鋼試件在相應的試驗機上進行試驗，利用位移控制加載，得到相應的鋼試件的荷載一位移曲線，該位移是包含有試驗機自身位位移在內的試件位移。如圖4所示。
（2）借助普通Q235鋼單軸抗壓應力一應變曲線的上升段[4]作為標準曲線，固定同一級荷載作用下，將所得鋼試件的荷載位移曲線與標準曲線進行對比分析，從而利用總位移減去標準曲線上的位移即為相應試驗機的位移。
（3）將不同尺寸的自密實混凝土試件在相應試驗機上進行單軸抗壓強度試驗，以位移控制加載，在所得的荷載一位移曲線的基礎上，減去相應試驗機自身的位移，即得混凝土試件的真實的荷載一位移全曲線，如圖5所示。
（4）為了驗證所得結果，本次試驗還另取一組150mm的自密實混凝土立方體試件，其上貼有橫向和縱向電阻應變片，在WHY-3000的試驗機上進行試驗，應變通過DH3816靜態應變采集系統采集，將試驗所得荷載一位移曲線與同尺寸試件直接抗壓試驗扣除試壓機位移后的荷載一位移曲線對比，分析表明兩者較吻合。
圖4 鋼試件荷載-位移曲線
圖5 自密實混凝土試件載荷-位移曲線
3 結論
（1）借助Q235鋼抗壓應力一應變曲線作為標準曲線，可以簡單的推定壓力試驗機自身的位移量，從而使在無位移傳感器的基礎上，在普通壓力試驗機上獲得材料的單軸強度一本構全程試驗曲線和彈性模量等參數成為可能。
（2）本次試驗得到WAW-1000C的位移量為1.2-1.4mm，HWY-3000的位移量為1.0-1.2mm，YAW-J5000F的位移量為0.8-1.0mm。
理論上力F與傳感器的信號有一定的線性函數關系:
F= F(v)= kv
以1000kN一級屏顯試驗機為例，傳感器的有效值為100kN-1000kN，線性為0.1 %；等價于四檔的屏顯試驗機測量范圍為20kN-1000kN，示值精度為±1 %。對于試驗機測量的小點20kN這點，按傳感器的線性允許產生1000kN×0.1%=1kN的誤差，按試驗機的示值精度允許產生20kN×±1% =±0.2kN。這樣傳感器示值的大誤差為1kN÷20kN=5%，就超出了±1%的要求，這時就需要對這點進行非線性修正，提高試驗機準確度，減少誤差。因此在不分檔、寬量程的試驗機軟件中，使用分段標定提高示值準確度是必要的。
當傳感器的線性不能夠滿足試驗機測量試驗力的要求時，如圖（1），線性函數的偏差超出允許的范圍時，就要通過軟件對試驗機的力值進行分段標定。分段標定的算法很多，主要使用的是插值法，在整個信號區間內找到一個或者是幾個線性偏差大的點，然后得出曲線Kl和K2，其斜率分別為Kl和K2，如圖2所示：
試驗力F的函數為：
經過分段標定以后，所有的測量點的力值都在允許的范圍以內了。
當插入的點更多，達到無窮多個時就有
試驗機所有的點的示值都與實際標準值相同了。在實際應用過程中，力F對標準值的誤差在±1%以內就達到國家標準的要求，所以只需將F= F（v）=kv中偏離標準值大的幾個點分段標定就能夠滿足試驗機的使用要求了。