实验指导建筑结构试验

1建筑结构试验指导书南华大学建筑工程与资源环境学院2本实验指导书是为钢筋混凝土结构及建筑结构试验课程教学而编写的，专供指导学生进行教学实验用。本指导书在编写时，注意了以下几点：1、密切教学实验与理论课程的关系实验内容结合实际，有利于加强理论与实验的有机联系，钢筋混凝土及建筑结构试验是建立在建筑材料、工程力学与结构力学等理论课程基础上的一门综合性的骨干课程，为此尽力使课程中的重要内容和工程检测技术，通过实验达到进一步了解、熟悉掌握的目的。2、培养学生独立工作和分析问题、解决问题的能力。实验内容的安排，尽可能地依据循序渐进的原则，由机测仪器到电测仪器，由手工操作到自动检测，使学生通过教学实验全过程，学会实验现象的观察和分析并独立写出实验报告。3、注意基本操作和实验技能的训练。通过教学实验，掌握常用仪器设备的工作原理和主要技术性能，对于最基本的实验技能，将在不同实验中得到反复运用、多次实验的机会。4、加强实验报告的编写能力。每个实验结束后，由学生对实验数据进行整理分析，并根据实验目的要求分析讨论，对实验结果作出结论，学生可以参考本实验指导书及实验报告图表，正确全面的编写实验报告，以巩固和扩大理论教学知识。由于水平有限，缺点和错误在所难免，希望提出批评指正。编者 200453目 录1、实验一 电阻应变计在电桥中的接桥方法及应变的测定 . 52、实验二 机械式量测仪表及电测仪表的使用 . 103、实验三 结构的静荷载试验一六米钢桁架试验 .144、实验四 悬臂梁动力特性的测定 224实 验 注 意 事 项为了达到实验目的，确保实验顺利进行，学生应做到以下几点: 1、学生在实验前必须认真做好实验前的预习，明确实验目的、方法和步骤，对本次实验所用的仪器设备有一定的了解。2、实验必须在老师和实验人员指导下进行。要自觉遵守实验室的各项规章制度，不迟到不早退，保持实验室的整洁。3、实验时要注意安全，爱护仪器设备，严格按照仪器设备操作规程进行使用操作，节约材料。如不按操作规程或不听从指导而造成机器、仪器、设备、工具、元件等损坏者，按有关规定进行赔偿。4、认真做好试验工作，专心听取老师在实验前的讲解和演示，认真仔细地按照实验指导的要求进行试验。5、明确分工，按照测读记录要济南市，把数据正确填入记录表格中，包括测点编号、仪器型号、试件的几何尺寸等各种参量，原始数据必须书写清晰，原始数据不得随意涂改。6、认真填写实验报告，通过报告的全过程的填写，提高分析问题的能力，试验报告要求做到试验数据齐全，图表清晰，结论正确。5实验一 电阻应变计在电桥中的接桥方法及应变的测定一、实验目的：l、掌握在静载荷作用下，使用静态电阻应变仪进行单点与多点应变的测量方法。2、学会电阻应变片的半桥、全桥接法。3、验证电桥的桥路特性，测取不同接桥方式时的桥路桥臂灵敏系数。二、实验设备、仪备： 1、等强度梁、加载砖码。 2、静态电阻应变仪、螺丝刀、预调平衡箱。3、电阻应变片：在等强度梁轴向上、下表面各粘贴 2 枚。横向上下表面各粘贴一枚，在补偿块上粘贴 2 枚，具体见下图 2-1。三、实验原理与方法6电阻应变仪电桥输出U 与各桥臂应变片的指示应变 有下列关系：U=uK( + )4其中：K 为应变片的灵敏系数，u 为电桥桥压， 、 、 、 分别为各桥臂应变片的应变。1、半桥接法：(参看图 2-2)a、如应变片 R1(上表面，受拉应变 )与温度补偿片 R1 接成半桥，另外半桥为应变，仪内部固定桥臂电阻，则输出只有应变 b、如果上表面应变片 R1 (受拉应变 )与梁下表面应变片 R2(受应变 2)接成半桥，则输出为 22 ( 2 )。c、如应变片 Rl与横向应变片 R5接成半桥，另外半桥为应变仪内部固定桥臂电阻，则输出为 5 ( 1) (1+) 。d、在应变片 Rl与 R3接成半桥，另外半桥为应变仪内部固定桥臂电阻， 5 0( 5 )。 2、全桥接法：(参看图 2-3)a、 如应变片 R1和 R3(上表面、受拉应变)与 R2和 R4(下表面、受压应变)接成全桥，则输出为 2+ 3+ 44 。( 5 2 4 )。b、 如应变片 R1和 R2与横向应变片 R5、R 6接成全桥，则输出为： 2+ 6 52(1+) ( 5 5 1 6 1)。c、 在应变片 R1和 R3与温度补偿片 R7、R 8接成全桥、则输出为：2 7d、 如应变片 R1和 R2与 R3、R 4接成全桥、则输出为： + 2 3 40 ( 2 2 1 4 1)。四、实验步骤：1、 分别按图 23 所示各种接法，接成桥路。2、将应变仪调零，加砖码 20N，测量指示应变，记录于表 21，再加砖码 20N，测量指示应变，记录于表 21，重复 3 次，进行数据处理，检查 8仪与应变值的倍数。3、配预调平衡箱进行多点测量。将等强度梁上所贴的六个应变测点接到预调平衡箱上作半桥测量，用温度补偿块上的补偿片 R7或 R8补偿温度影响，仪器各点调平后，加砖码 20N，读取各点应变数值记录于表 22，再加砖码 20N，读各点应变，记录于表 22，重复三次。五、试验数据分析：1、 整理各种接桥方法的实验数据 (表 2-1，22)2、讨论应变片各种接桥方法的优缺点和使用条件。3、试根据表 22 的应变数值，计算该等强度梁材料的泊松比 。9表 2-1半桥接法 全桥接法a b c d a b c d接桥方式载荷 N应变值 实验次数 0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40123平均变化值表 2-21 2 3 4 5 6 测点号载荷 N应变值 实验次数0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40123平均变化值10实验二 机械式量测仪表及电测仪表的使用一、实验月的： 认识结构静载试验用的各种机械式量测仪表、电测仪表，了解它们的构造、性能，并学习安装的技术和使用的方法。二、实验设备及仪器：l、等强度梁、静态电阻应变仪、杠杆引伸仪、螺丝刀。2、百分表、电子位移计、游标卡尺、钢尺、磁性表架。三、实验内容： 用等强度梁上粘贴的电阻应变计，并安装杠杆引伸仪、百分表，然后在等强度梁端施加砝码，测量其某一截面上的应变及粱端挠度值，并和理论值比较。四、实验步骤：l、用游标卡尺及钢尺、量测等强度梁的几何尺寸(包括等强度梁的总长L，根部宽度 b，平均厚度 h 等，详见图 3 一 1)并记录在表 31 中。2、用磁性表架在距梁端 X1(设在 100mm)的截面上安装百分表(注意百分表安装时应给表一预压量，并且表面应严格垂直于梁表面)，在距梁端 X2处(设为200mm)的截面上安装杠杆引伸仪(杠杆引伸仪活动刀口向着梁悬臂端)，把应变片(编号为 1)接到应变仪上。3、在梁端逐级施加砖码(每级加 20N)，量测等强度梁在相应荷载作用下各被测截面的应变值及位移值(挠度值)，共加两级载荷，即 20N、40N 分别将各级读数记录于表 32 中，(电测应变值、机测应变值、机测位移值)。 4 加、卸载三次(即重复步骤 3 共 3 次)，从而得到三组读数值。再分别取11这三组读数值的平均值作为该等强度梁在相应荷载下的应变值(电测值飞机测值)、位移值(机测值)。5、卸下杠杆引伸仪、应变片的接线、百分表(磁性表架不动)再在原磁性表架上安装电子位移计，并把导线接在应变仪上重复步骤 3，所不同的这次仅测电测位移。6、重复步骤 4 得到等强度梁在相应荷载作用下的电测位移值。7、计算等强度梁在X1100mm 处的挠度值，X2200mm 处的应变值，再与实验实测值进行比较(比较时，用 P40N时的值)列表于 33。五、理论计算：l、等强度梁几何尺及物理参数：其中： L等强度梁的总长度。b 一等强度梁的根部宽度。bx1一被测挠度截面的宽度 。bx2一被测应变截面的宽度。 h等强度梁的平均厚度。X1一被测挠度截面到加载点的距离。12X2一被测应变截面到加载点的距离。等强度梁材料的弹性模量及泊松比 E2.Ol0 5Mpa =0.285 2、梁截面的应力计算： 26622bhPLXhbPWMxx3、等强度梁挠度计算：距悬臂端 X1截面的挠度211)(2LXEJfx悬臂端挠度 Pf302、杠杆引伸仪的应变计算： LZKV其中：Z 一两次标度读数差 K实际标度分度值L 一杠杆引伸仪的标距 V杠杆引伸仪的放大率六、试验数据分析：1、 整理数据（表 3-1、3-2）表 3-1L b h X1 X2 bx1 bx2 名称单位序号 mm mm mm mm mm mm mm123平均13表 3-2位移（挠度 f）mm机测（百分表） 电测（电子位移计）名称单位值载荷 N次数S S Sf 20f020140020240020340平均2、 比较实测数据与理论计算的结果，并求出误差（表 3-3） 。表 3-3实测试验值 %10理 论 值理 论 值试 验 值误 差 名称序号 项目 截面理论计算值机测 电测 机测 电测1 mf单 位 ：绕 度 X12 MPa单 位 ：应 力 X23、试分析产生误差的原因，并加以讨论。14实验三 结构的静荷载试验一六米钢桁架试验一、实验目的：1、进一步认识结构静荷试验用的各种仪器、设备，了解它们的构造、性能，并学习其安装和使用的方法。2、熟悉结构静荷载试验的全部过程。3、学习试验方法和试验结果的分析整理。二、实验设备及仪器l、试件六米钢桁架。2、荷载设备液压千斤顶测力传感器、电子称、油泵、加荷架。3、测位移的仪器设备百分表、电子位移计及磁性表架。4、测应变的仪器杠杆引伸仪，静态电阻应变仪及预调平衡箱。5、电子倾仪，XY 函数记录仪，数据采集系统。 三、实验内容： 1、六米钢桁架就位于固定的刚性支座上，并在上弦节点 B、D 点处安装加载设备，施加载荷，利用荷重传感器和电子称测量加载的数值。2、在六米钢桁架下弦各节点：F、G、H、K 点安装电子位移传感器，测量各节点的挠度，在上弦 A、E正点安装位移传感器测量支座在各级载荷下的挠度，由此，便可得到钢桁架受载后，消除支座刚性位移的挠度曲线。3、用电子倾角仪或位移计测量上弦杆 AB 及 DE 的转角，并对其值进行比较。4、用电阻应变片和杠杆引伸仪测量桁架各杆件的内力，且电阻应变片和15杠杆引伸仪应布置在每一杆件中间载面的重心上，具体位置见下图：四、实验步骤l、六米钢桁架就位于固定的刚性支座上，在上弦节点 B 点及 D 点处安装加荷架及加载设备。2、检查试件即六米钢桁架，并按桁架测点布置图，在相应的测点安装各种仪器、仪表(电阻应变片已预先贴好，焊好导线，故只要将各测点的应变片导线连至应变仪预调平衡箱，即可进行测量)。3、对六米钢桁架进行预载试验，先加载荷 P3KN，练习各种仪表的测读，并检查设备、试件、仪表，看其工作是否正常，然后卸去载荷。4、在预载试验中如发现问题应及时排除，确实无问题，进行正式试验。165、所有仪表调零，并记录初读数。6、正式试验，用液压千斤顶加载，每个加载点的最大荷载为 P 15KN，分 5 级加载，每级加 3KN，每次加载后，荷载读数稳定 3 分钟再进行各测点仪表的测读。7、满载后，分两级卸载(即 6KN；0)并相应记录读数。8、正式试验重复两次，两次试验数据的平均值作为最后试验结果。五、理论计算： 1、 二桁架杆件的内力计算：172、桁架下弦节点的挠度计算：计算公式: EANLfpi其中：Np结构(桁架杆件)在实际荷载作用下所产生的内力。结构(桁架杆件)在虚拟状态中由于广义的虚单位荷载所产兰的虚内N力。L桁架杆件的长度。A桁架杆件的截面面积(取 A6.172cm)。E桁架杆件材料的弹性模量(取 E2.110 5MPa)同理，可求出单位为作用于 H 点、K 点时的桁架内力图，从而求出 F、G、H、K 点的挠度值。183、架上弦 AB、DE 杆的转角计算。 180EANpLBA同理，DE 杆的转角亦可求得。六、试验结果的整理与分析： l、桁架下弦节点挠度的整理与分析。 a、绘制满荷载作用下，桁架下弦的实测与理论挠度曲线。 (要考支座刚性位移的影响修正)19X(m)f(mm)f(mm)b、绘制桁架下弦节点 F、G 点的实测与理论的荷载挠度曲线c、比较桁架地载时，下弦各节点的实测与理论挠度值（考虑支座刚性位移的影响修正）A 点 F 点 G 点 H 点 K 点 E 点 名称 单位值项 mm mm mm mm mm mmf(mm)P(KN)20理论值 f实测值 fTfT2、桁架上弦杆 AB、DE 的转角（角变位）分析：a、绘制上弦杆 AB 的荷载转角曲线（实测值与理论值）b、比较上弦杆 AB 在满荷载作用下转角的实测值与理论值3KN 6KN 6KN 12KN 15KN 荷载 单位值项 sec sec sec sec sec(sec)P(KN)上弦杆 AB 的荷载转角曲线21理论值 实测值 T3、桁架杆件的内力分析a、绘制桁架杆件 BC、GH、AF 在满荷载作用下的荷载应变曲线（P-）b、比较桁架各杆件在各级荷载作用下内力实测值与理论值，列表于下：桁架各杆件在各级荷载作用下，内力实测值与理论值()P(KN)22荷载内力值杆件3（KN）6(KN)9(KN)12（KN）15(KN)满荷载时 LTNNLABNTNLBCNTNLCDNTNLFGNTNLGHNTNLAFNTNLBFNTNLBGNTNLCGNT其中：N L理论杆件内力值NT实测杆件内力值七、分析讨论1、 根据实测试验结果的整理与分析，对六米钢桁架在受载后的实际工作情况作出结论（在弹性范围内，此桁架梁是梁安全） 。2、 试分析采用工作不同仪器所测得的数据与理论值产生误差的原因，并加以讨论。实验四 悬臂梁动力特性的测定23一、实验目的 1、认识结构动载试验用的基本设备与仪器。 2、了解悬臂梁动力特性的测定方法。二、试验设备和仪器 1、 悬臂梁试件一根，电阻应变片。 2、 电子位移计，动态电阻应变仪，光线示波器，数据采集器。三、试验内容在悬臂梁上，用突卸砝码(或给梁一初始位。移 Y。)的方法，使悬臂梁产生一自由振动，然后测其自振频率 f 和阻尼系数 r(即对数衰减率)及最大振幅。四、试验步骤 1、先把预先粘在悬臂梁上、下表面的电阻应变片连接到动态电阻应变仪的桥盒上，电子位移计连接到动态电阻应变仪另一通道的桥盒上，然后对动态电阻应变仪进行预平衡。a、将输出线一端二芯插头分别插入应变仪后面板上的“低阻输出”插口中，另一端的接线叉亦分别接到示波器相应的输入柱上(注意接线柱“黑”为负，“红”为正)。b、将电源线的三芯插头接入动态电阻应变仪以专用电源背后的“输入”插座内，另一端接通 220V50Hz 的市电，此时电表指为 24V 为正常，才可与应变仪联接起来。c、动态应变仪平衡调节： i、首先进行基零调节，对动态应变仪的使用通道先观察输出表是否指零，如不指零，可调节“低阻基零”电位器，使输出表指零，(在相应通道背面)或24调“电压基零”电位器，使接在电压输出接线叉上的外接万用电表电压指零。l 接着进行平衡调节，待仪器预热十分钟后，将“衰减”开关依次转到“100”“30”“10”“1”档，同时转换“预静”开关到“预”和“静”位置，分别调节“R”和“C” ，使输出电表在“静”和“预”位置都指零。2、光线示波器调试： a、首先关闭振子“开关” ，让应变仪输出的信号与振子断开 ob、接通电源，打开电源开关，电机转动，使系统恒温装置工作，预热 10-30 分钟。 c、按“起辉”按钮，将超高压水银灯点燃，打开光点光栅及分格线光栅，通过观察屏观察光点，应使其聚成细少光点为宜。 d、根据被测应变的大小与频率，按光线示波器“振子选择原则”选用振子，为安全起见，先将示波器振子外临界电阻调节器调到“0”位置上。 e、松开振子止动螺钉，用专用工具对振子作前、后和左右位置调整，使光点在记录选定位置上，然后拧紧止动螺钉。f、打开振子开关，给悬臂梁一适当震动力，调节振子外临界电阻调节器和应变仪“衰减”开关，使振子有适当的振幅（此振幅约上中纸带宽度的 70左右)。 3、测量：a、在应变仪和示波器调试好后，将应变标定值开关放在已选好的位置上，按下示波器电机按钮并锁牢，纸带记录速度放在最慢一档上，应变仪选择开关在“静”位，按下“拍摄”开关，记录纸的走 10 毫米左右， “标定”开关回零，再按下“拍摄”开关，记录纸记下应变为“0”的基线，并使标定开关在25“+300”“一 300”上，记录正、负应变值标定线段，然后标定开关回到“0”位置。 b、根据动态变频率或变化速度选择适当的纸速和时标，并将“记录定长调节器”调到所需长度的位置上，然后给悬臂梁以一初位移、振动，按下“拍摄”开关，记录纸即记下振动曲线。c、振动停止后，重打标定线，将记录纸撕下在萤光灯下作二次、爆光 5-50 秒即可呈现记录曲线。五、试验结果的处理原理从测得的记录曲线图中，计算应变值、自振频率、阻尼系数：1、应变值的计算：标定常数的确定：C 31312H26.正应变标定常数C-= 24H负应变标定常数其中： 一与标定曲线对应的标准应变值(300)H1、H 3-前、后两次标定曲线，正应变的幅值。H2、H 4一前、后两次标定曲线，负应变的幅值。最大应变：正应变： 1312hHhCM负应变： 242自振频率 f 计算：； mLff其中：m 一所取的波形数f 一时标频率 3、阻尼系数的计算lnKr2kna其中：a n第 n 个波的峰峰值an+k第 n 十 K 个波的峰峰值r对数衰减率27阻尼比：D= 2六、试验报告要求： 1、 复制光线示波器记录的实测振动曲线图。 2、 分析悬臂梁实测频率，振