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测量学试验指导书 建筑结构试验实验指导书1试验一电阻应变片的粘贴技术与静态电阻应变仪的使用 一、试验目的 （1）掌握电阻应变片的选用原则和方法。 （2）学习常温用电阻应变片粘贴技术。 （3）熟悉静态电阻应变仪的操作规程。 （4）掌握静态电阻应变仪单点测量与多点测量的基本原理。 （5）学会电阻应变片作半桥及全桥测量的接线方法。 （6）验证电桥的桥路特性，测取不同接桥方式的桥路桥臂的灵敏系数。 二、试验设备及器材 （1）等强度梁一根。 （2）万用表。 （3）粘结剂（502快干胶及305型AB胶、丙酮等）。 （4）常温用电阻应变片。 （5）电烙铁、镊子、放大镜及其他工具。 （6）测量导线若干。 （7）加载砝码。 （8）静态电阻应变仪及预调平衡箱。 三、实验方法及步骤 （1）电阻应变片的粘贴。 检查、分选电阻应变片用放大镜剔除丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。 用万用表测量各应变片电阻值，进行电阻值选配。 同一测区用片的电阻值相差不得超过仪器可调平的允许范围。 试件测点表面准备用砂纸等工具除去试件待测表面漆层、电镀层、锈斑、污垢覆盖层，划出测点定位线，然后用0#砂纸磨平，再打成与测量方向成45交叉的条纹，最后用棉球蘸丙酮沿一方向擦拭干净。 贴片使用502快干胶，要掌握时机，左手捏住应变片引线，右手上胶，胶水应均而薄（多用反而不好）。 待一分钟左右，当胶水发黏时，校正方向贴好，2再垫上玻璃纸（最好用聚乙烯类非极性塑料薄膜），用手指稍加滚压即可。 用环氧树脂胶贴片时，先需在待测面上涂一薄层胶液，将应变片放上，轻轻校正方向，然后盖上一张玻璃纸，用手指朝一个方向滚压应变片，挤出气泡和过量的胶液，保证胶层尽可能地薄而均匀，而在应变片周围应有胶液溢出效果才好。 贴片后垫上橡皮等，用重物或夹具加压，压力为0.050.1MPa，24小时固化后方可进行贴片的质量检查。 1-试件；2-电阻应变片；3-温度补偿片；4-引线图1-1电阻应变片粘贴示意图固化快干胶和环氧树脂胶均靠自然干燥让溶剂挥发而固化。 为加快这一过程，可用红外线灯或热吹风机，将贴片区加热至6070o C，但过热将会损伤应变片。 检查包括外观检查和应变片电阻值及其绝缘电阻值的测量。 胶层固化后，应变片电阻值应无明显变化。 绝缘电阻值是检验胶层干燥或固化程度的标志，胶层完全干燥或固化后，绝缘电阻可达104M以上。 一般静动态测量均应大于200M以上方为合格。 固定导线应变片到电阻应变仪之间的测量导线布置，应使同一测区导线同规格、同型号、等长、排列整齐，分区成束捆扎，屏蔽网接地。 应变片引出线也应事先固定，防止扯坏应变片，连接焊点应光滑、牢固、防止虚焊。 引出线应编号并作记录。 再用万用表检查应变片是否通路。 如有必要重贴时，一定要除去原有胶层，重新擦洗，涂胶粘贴。 做防潮处理在试件上绕上23层绷带，再用305胶涂满。 固化后，即形成一防潮保护层，如图1-1所示。 3 （2）静态电阻应变仪的操作。 电阻应变仪利用惠斯顿电桥将应变计产生的电阻变化率转换成电信号，经放大器放大后显示成应变读数。 电桥输出U与各桥臂应变片的指示应变i有下列关系4/)(4321?+?=UK U静态电阻应变仪的读数仪与各桥臂应变片的应变值i有下列关系4321?+?=仪式中K应变片的灵敏系数；U电桥电压；1234分别为各桥臂上应变片的应变值。 半桥接法如果应变片R1接于应变仪AB接线柱，温度补偿应变片R5接于BC接线柱，则构成外半桥。 内半桥由应变仪内部两个无感绕线电阻构成。 如图1-2所示。 图1-2弯曲应变半桥单补偿接线图图1-3弯曲应变半桥互补偿接线图图1-3弯曲应变全桥单补偿接线图图1-4弯曲应变全桥互补偿接线图4则应变仪读出的应变值为仪=1如果应变片R1和R2接于AB和BC接线柱，则构成外半桥，两电阻片既属测量片又互为补偿。 如图1-3所示。 则应变仪读出的应变值为仪=121=2仪=21全桥接法如果应变片R1和R2接于AB和CD接线柱，温度补偿就变片R5和R6接于BC和DA接线柱，则构成全桥。 如图1-4所示。 则应变仪读出的应变值为仪=1+21=2仪=21如果应变片R1和R2接于AB和BC接线柱，R3和R4接于CD和DA接线柱，则构成全桥。 如图1-5所示。 则应变仪读出的应变值为仪=12+341=3=2=4仪=41按上述接桥方法分别接通桥路。 将静态电阻应变仪预调平衡，加砝码10N，读取应变值，加砝码20N，读取应变值，加砝码50N，读取应变值，所有数据填入表1-2中。 将步骤重复3次，进行数据处理，检查仪与应变值的倍数。 接好应变仪配预调平衡箱进行多点测量。 将等强度梁上所贴的4个应变测点接到预调平衡箱上作半桥测量，用温度补偿片R5或R6补偿温度影响，仪器各点调平后，加砝码10N，读取各点应变值，加砝码20N，读取各点应变值，加砝码50N，读取各点应变值，所有数据填入表1-3中。 5将步骤重复3次。 表1-2试验数据记录表接法半桥接法 （1）单补半桥接法 （1）互补全桥接法 （1）单补全桥接法 （1）互补序号荷载（N）荷载（N）荷载（N）荷载（N）102050102050102050102050123平均桥臂系数表1-3测点1测点2测点3测点4102050102050102050102050123平均 四、试验结果的、分析和试验报告 （1）试验数据。 （2）简述选片原则和贴片、焊线、防潮防水处理的注意事项。 （3）分析在操作过程中发生的故障原因及排除方法。 （4）画布片和编号图。 （5）根据试验数据对半桥和全桥接线测量进行比较。 （6）讨论应变片各种接桥方法的优缺点和使用条件。 测点号荷载应序()变值号6试验二等强度梁的挠度量测试验 一、试验目的 1、学习机械式位移计的工作原理和使用方法； 2、掌握使用位移计量测构件位移或挠度的方法。 二、试验仪器及设备 1、等强度悬臂梁及加载砝码； 2、机械式位移计（百分表）、磁性表座； 3、钢直尺、铁块等。 三、试验原理及方法 1、机械式位移计的工作原理及使用方法机械式位移计由测杆、齿轮、指针和弹簧等零件组成。 （1）工作原理测杆感受试件变形，通过齿轮转动机构加以放大和变换方向，即将测杆的直线运动转换成指针的回旋转动，由指针指示出位移值。 测杆弹簧的作用是使测杆紧跟试件变形，并使指针自动复位。 （2）使用方法使用时，将位移计安装于专用表座上，用表架横杆上的颈箍夹住位移计的颈轴，并将测杆顶住测点，使测杆与侧面保持垂直。 2、等强度悬臂梁挠度量测方法如图所示，等强度悬臂梁于自由端在某级荷载作用下，某点的挠度为该级荷载以前各级荷载下的位移之和。 每级荷载下该点的位移即为位移计在该级荷载与前一级荷载下所测读数之差，而等强度悬臂梁在自由端荷载作用下的理论值按材料力学方法计算，公式为236xEbhPlf?=理论77 四、试验步骤 1、准备工作将等强度悬臂梁支撑稳固，在其自由端适当位置选定一挠度测点，用钢直尺量测钢梁的长度l、梁截面高度h、支座处截面宽度b及测点到支座的距离x，并将结果记录在实验报告中； 2、安装位移计按照位移计使用方法安装好位移计，使测杆对准测点，记下位移计初读数； 3、加载试验用砝码在自由端加载，分三级，记下每级荷载下位移计的读数。 加完三级后，逐级卸载，并记录每级卸载后的位移计读数； 4、试验结束 五、试验结果与分析 1、数据处理表1原始数据记录表代号次序l(mm)b(mm)h(mm)x(mm)123平均等强度梁挠度量测装置示意图88表2试验数据记录表荷载读数差值累计挠度实测值挠度理论值比值% 2、实测值与理论值产生差异的原因 六、思考题 1、正确使用百分表应注意哪些问题？ 2、试验进行过程中发现百分表的量程不够，应如何处理？99试验三简支钢桁架非破坏试验 一、试验目的 （1）进一步学习和掌握几种常见仪器仪表的性能、安装和使用方法。 （2）熟悉结构静荷载试验的全部过程。 （3）通过对桁架节点位移、杆件内力、支座处上弦杆转角的测量对桁架结构的工作性能作出分析，并验证理论计算的准确性。 （4）学习试验方法和试验结果的分析。 二、试件、试验设备及仪器 （1）试件钢桁架，跨度为4.3m,上下弦采用等边角钢2505，腹杆采用等边角钢2403，节点板厚=4mm，测点布置见图3-1所示。 图31试验桁架杆件测点布置图 （2）试验加载设备油压千斤顶、测力传感器、电子称、加荷架。 试验装置如图3-2所示。 （3）测位移的仪器设备百分表、电子位移计及磁性表架。 （4）测应变的仪器双杠杆式引伸仪（标距100mm），静态电阻应变仪（YJ-33型）及预调平衡箱。 （5）电子倾角仪、应变数据采集系统。 三、试验方案 （1）将桁架一端采用铰支承，另一端采用滚动支承的支承方法就位于支座上，1010并在上弦节点E点处安装加载设备，施加载荷，利用测力传感器和电子称测量加载的数值。 1-桁架2-油压千斤顶3-垫板4-压力传感器5-测力显示器6-支墩7-百分表8-反力架横梁9-支座图3-2试验装置图 （2）在桁架下弦各节点J、K、L、M、N、O、P点处安装百分表，测量各节点的挠度，在上弦点A、I点处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，消除支座位移的挠度曲线。 （3）用电子倾角或位移计测量上弦杆AB、HI的转角，同时支座处尚应装置百分表测量沉降值及侧移值。 并对其值进行比较。 （4）用电阻应变片测量桁架各杆件的应变，杆件应变测量点均设置在每一杆件的中间区段，电阻应变片均装在截面的重心连线上。 具体位置见图3-1。 四、试验步骤 （1）桁架就位于支座上，在上弦节点中点E处安装加荷架及加载设备。 （2）检查试件和试验装置，装上仪表。 电阻应变片已预先贴好，只需检查阻值和接线测量。 （3）对桁架进行预载试验，先加荷载P=8kN，练习各种仪表的测读，并检查装置、试件、仪表，看其是否正常工作，然后卸载，把发现的问题及时排除。 确认无问题后，进行正式试验。 （4）所有仪表重新调零，并记录初读数，作好记录和描绘试验曲线的准备。 （5）正式试验。 用液压缸式千斤顶加载，加载点的最大荷载为P=80KN，分5级加载，每级16KN，每次加载后，每级停歇时间为5分钟，停歇的中间时间读数。 （6）满载为80KN，满载后分两级卸载，并相应记录读数。 1111 （7）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）桁架杆件的内力计算。 桁架在实际荷载作用下各杆件的内力见图3-3图33桁架在实际荷载作用下各杆件的内力图图34单位力作用下桁架内力图1212 （2）桁架下弦节点的挠度计算。 计算公式f1EAL NNp?=其中pN结构（桁架杆件）在实际荷载作用下所产生的内力。 N结构（桁架杆件）在虚拟状态中由于广义的虚单位荷载所产生的虚内力。 L桁架杆件的长度。 A桁架杆件的截面面积。 E桁架杆件材料的弹性模量（取E=2.1105MPa）同理可求出单位力作用于N点、O点、P点时的桁架内力图，见图3-4，从而求出J、K、L、M、N、O、P各点的挠度值。 （3）桁架上弦AB、HI杆的转角计算。 单位力偶作用于杆件AB时的桁架内力见图3-5。 图35单位力偶作用于杆件AB时桁架内力图180?=?EAL NNpB A同理，可求得HI杆的转角。 六、试验结果的、分析和试验报告 （1）将所有的原始资料收集并完善归档。 （2）桁架下弦节点挠度的与分析。 绘制满荷载作用下，桁架下弦的实测与理论挠度曲线。 （要考虑支座刚性位移的影响修正）。 绘制桁架下弦节点K、L、M、N、O点的实测与理论的荷载挠度曲线。 1313比较桁架加载时，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）。 见表3-1。 表3-1 （3）桁架上弦杆AB、HI的转角（角变位）分析。 绘制上弦杆AB的荷载转角曲线（实测值与理论值）。 比较上弦杆AB在满荷载作用下转角的实测值与理论值。 见表3-2。 （4）桁架杆件的内力分析。 绘制桁架杆件BC、CD、DE、KL、LM、AJ在满载作用下的荷载应变曲线（?P）。 比较桁架各杆件在各级荷载作用下内力实测值与理论值。 见表3-3名称单位项值A点J点K点L点M点N点O点P点I点mm mm mm mm mmmmmmmmmm理论值f实测值f Tff fT?=单位荷载项值16kN32kN48kN64kN80kN sec sec secsecsec理论值实测值T?=T1414表3-316kN32kN48kN64kN80kN满荷载时LL TNNN?=AB N L N T B L N TCD N L N T DEN L N TJK N L N T KL N L N TLM N L N T AJN LN TBJ NLNT CJNLNTCK NLNT CLNLNTDL NLNT ELNLNTEM NLNT其中NL理论杆件内力值；NT实测杆件内力值。 1515 七、分析与讨论根据实测试验结果的与分析，对本桁架在受载后的实际工作情况作出结论（在弹性范围内，此桁架梁是否安全）。 1616实验四钢筋混凝土简支梁试验 一、试验目的 （1）掌握钢筋混凝土简支梁的强度、刚度及抗裂度的测定方法。 （2）进一步学习常用仪器仪表的选用原则和使用方法。 （3）掌握试验量测数据的、分析和表达方法。 （4）掌握适筋梁三个受力阶段的受力特征和破坏特性。 二、试件、试验设备和仪器 （1）试件为一普通钢筋混凝土简支梁，截面尺寸及配筋见图1所示。 混凝土等级C25配筋212 （2）加荷设备承重反力架及分配梁等，配置50T级油压千斤顶。 （3）静态电阻应变仪及预调平衡箱。 （4）百分表及表架 （5）压力传感器及测力显示器。 （6）读数显微镜、钢卷尺及其他常用工具等。 图1钢筋混凝土简支梁截面尺寸及配筋图1717 三、试验方案为研究钢筋混凝土梁的受力性能，主要应测定其承载力、抗裂度及各级荷载下的挠度和裂缝开展情况，另外测量纯弯段的应变大小及其变化，找出刚度随外荷变化的规律。 梁的试验荷载一般较大，多点加载常采用同步液压加载方法。 构件试验荷载的布置应符合设计的规定，当不相符时，应采用等效荷载的原则进行代换，使构件在试验荷载下产生的内力图与设计的内力图相近似，主要使两者在最大受力部位的内力值相等。 试验梁一般采用分级加载，在标准荷载以前分5级。 作用在试件上的试验设备重量及试件自重等，应作为第一级荷载的一部分。 裂缝的发生和发展用肉眼和放大镜观察，裂缝宽度用读数显微镜测量，在标准荷载下的最大裂缝宽度测量应包括正截面裂缝和斜截面裂缝。 正截面裂缝宽度应取受拉钢筋重心处的最大裂缝宽度；测量斜裂缝时，应在斜裂缝与箍筋相交处测量。 每级荷载下的裂缝发展情况应按试验的进行在构件上绘出，并注明荷载级别和相应的裂缝宽度值。 为准确测定开裂荷载值，试验过程中应注意观察第一条裂缝的出现。 在此之前应把荷载级取为标准荷载P K的5%。 当试件接近破坏时，注意观察试件的破坏特征并确定出破坏荷载值。 试件的实际开裂荷载和破坏荷载，应包括试件自重和作用在试件上的垫板、分配梁等加荷设备重量。 试验的加载装置和测点布置如图2所示1-测力显示器；2-反力架；3-百分表；4-试件；5-千斤顶；6-压力传感器；7-分配梁；8-电阻应变片；图2试验加载装置和测点布置试验过程采用两点加荷，纯弯区段混凝土表面布置电阻应变片，每侧4个压区顶面一点、受拉钢筋处一点，中间两点沿梁高均匀布置。 另外梁内受拉主筋上布置电阻应变片。 1818通过应变仪测点，测量钢筋及混凝土应变变化。 挠度测点5个跨中一点、分配梁加载点对应处各一点、支座沉降测点两点。 四、测试内容 （1）加载过程中力的变化。 （2）钢筋及混凝土应变变化。 （3）梁的挠度的变化。 （4）破坏时过程中梁的裂缝开展情况。 五、试验步骤 （1）按标准荷载P K的20%分级算出每级加载值。 自重和分配梁等作为初级荷载计入。 （2）按“电阻应变片粘贴技术”要求贴好应变片，作好防潮防水处理，引出导线接应变仪,装好百分表。 （3）进行13级预载试验，测取读数，观察试件、装置和仪表工作是否正常并及时排除故障。 预载值必须小于构件的开裂荷载值。 （4）正式试验，自重及分配梁等应作为第一级荷载值，不足P K的20%或40%时，则用外加荷载补足。 每级停歇5分钟，并在前后两次加载的中间时间内读数，数据填入表1。 （5）随着试验的进行注意仪表及加荷装置的工作情况，细致观察裂缝的发生、发展和构件的破坏形态。 试件达到破坏之前，卸去百分表，而后测量最大破坏荷载。 试验读数记录表表1荷载P变矩M测点挠度测点应变测点应变读数读数差累计读数读数差累计读数读数差累计 六、试验结果的、分析及试验报告 （1）测出如下数据（原始资料）试件的实际尺寸梁的宽度b、高度h、保护层厚度c、箍筋间距及配筋率等.试件材料的力学性能:钢筋和混凝的实测强度oyf和ocf，钢筋和混凝土的弹性模1919量osE和ocE。 试件的制作和养护特点及龄期和外观特征等。 （2）计算出如下数据根据实测截面尺寸和材料力学性能算出破坏荷载Pu、开裂荷载Pcr,以及相应的破坏弯矩Mu、开裂弯矩Mcr，以及构件开裂前后的刚度B。 （3）出下列试验曲线弯矩与受压区混凝土最大应变点的关系曲线。 弯矩与受拉区混凝土最大应变点的关系曲线。 弯矩与受拉钢筋应变点的关系曲线。 弯矩与最大挠度点的关系曲线。 弯矩与截面刚度的关系曲线。 （4）绘出试验荷载下的裂缝开展图和构件的试验破坏形态图裂缝开展图绘法见图3所示。 图3钢筋混凝土梁裂缝开展图 （5）试验结果分析将实测的开裂荷载ocrP、破坏荷载ouP与计算值Pcr和Pu进行比较，并分析其差异的原因。 根据实测得到的M?曲线与理论值进行比较，并分析其差异的原因。 对梁的破坏形态和特征作出评定。 6662020试验五混凝土结构的非破损检测试验 一、试验目的 （1）了解回弹法检测混凝土强度的基本原理；掌握回弹法检测混凝土强度的方法。 （2）了解超声波探测的基本原理；根据超声波速和衰减参数来确定被测材料的强度。 二、试验设备与仪器 （1）混凝土试件 （2）回弹仪、标准钢砧； （3）碳化深度测定仪。 （4）超声仪。 （5）换能器。 （6）测定仪器零读数用的标准件。 （7）定位用的划线板。 （8）黄油。 (9)刮刀、沙头、卷尺等。 三、试验原理 1、回弹法回弹法检测混凝土强度是利用回弹仪弹击混凝土表面、测定回弹值，根据回弹值并结合混凝土表面碳化深度，来推定混凝土强度的一种非破损检测方法。 回弹仪的基本工作原理利用一种标准弹簧的重锤，通过弹击杆弹击混凝土表面，并测出重锤被弹回的距离，以反弹距离与弹簧初始长度之比回弹值，作为与混凝土强度相关的指标，用来推定混凝土强度。 2、超声波法混凝土强度cu f与超声波在其中传播的速度v具有一定的相关性。 四、试验步骤 21211、回弹法 （1）选定测试用混凝土构件，选择构件侧面作为检测面； （2）在检测面划分10个测区，布置测点； （3）测定回弹值，并作记录； （4）测定碳化深度，并作记录； （5）数据处理，计算构件混凝土强度推定值。 2、超声波法 （1）开启电源，使仪器预热10分钟左右，检查仪器工作是否正常。 （2）使用标准件或换能器直接耦合，测量或较核仪器的零读数t o，精确至0.1VS。 （3）测区选择构件混凝土浇筑方向的侧面进行初测，测点分布可以稀一些，但不大于2m，当有疑问时可进行复测，测点可密一些。 当单个检测时，测区数不少于10个，测区面积为200mm200mm。 对于长度不超过2m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于3个。 （4）构件的测试部位应尽量避开内部的钢筋和预埋入铁件，并且其内部应干燥，其表面应清洁、平整、光滑，无缺陷和无饰面层，如有杂物粉尘应清除，测区应编号。