东南大学工程结构设计原理试验指导书课案

1、土木工程基础实验（四）工程结构设计原理实验指导书东南大学土木工程实验中心2016 年 3 月东南大学学生实验守则(1999 年 5 月 12 日)第一条 学生必须按时到指定实验室做实验，不得迟到。第二条 实验前， 学生必须预习实验指导书规定的有关内容。实验时，经指 导教师检查认可后，才能开始做实验准备。第三条 学生应独立完成实验准备工作。 在启动设备之前， 需经指导教师检 查认可。第四条 实验时，要严肃认真，正确操作，仔细观察，真实记录实验数据的 结果。不许喧闹谈笑，不做与实验无关的事，不动与实验无关的设备，不进入与 实验无关的场所。第五条 实验中要注意安全，遵守实验室安全规则及有关的操作规程

2、。第六条 仪器设备发生不正常现象时， 应及时报告指导教师。 发生人身安全 事故时，应立即切断相应的电源、 气源等，并听从指导教师的指导， 要沉着冷静， 不要惊慌失措。第七条 实验中，如发现仪器设备损坏，应及时报告，查明原因。凡属违反 操作规程导致设备损坏的，要追究责任，照章赔偿。第八条 实验结束时， 实验数据要指导教师审阅、签字， 并整理好实验现场 后，方可离去。第九条 学生要进入开放实验室做自行设计的实验时， 应事先和有关实验室 联系，报告自己的实验目的、内容和所需实验仪器，经同意后，在实验室安排的 时间内进行。第十条学 生因某项实验不合格需重做者， 或未按规定时间做实验而要补做 者，必须交

3、纳实验仪器设备折旧费、实验器材和水电消耗费。第十一条 本守则学校授权教务处实验室与设备管理科负责解释。 校办通知 (1999)6 号 实验一在短期荷载下单筋矩形截面梁正截面受弯承载力实验一、实验目的1、通过少筋梁、 适筋梁和超筋梁的实验， 认真观察梁的两种破坏性质 （延性、 脆性） 以及三种破坏形态。2、加深对受弯构件正截面三个工作阶段的认识，并验证正截面受弯承载力 计算公式 。二、实验内容和要求少筋梁和超筋梁为演示实验。先进行演示实验，然后分组做适筋梁实验。1. 观察少筋梁和超筋梁的破坏性质以及破坏形态。2. 观察梁在纯弯区段的裂缝出现和开展过程，并记录抗裂荷载 Pc0r（ Mc0r）3.

4、量测适筋梁在各级荷载下的跨中挠度值。绘制梁跨度中点弯矩 挠度的 （Mf ）图。4. 量测适筋梁在纯弯区段沿截面高度的平均应变，绘制沿截面高度的应变 分布图。5. 观察和描绘梁的破坏情况和特征，记下破坏荷载Pu0（ M u0） 。验证梁承载力计算公式，并对实验值和理论值进行比较。三、试件和材料力学性能实验1. 试件实验梁的混凝土强度等级为 C25，试件尺寸和配筋如图 l 所示。主筋净保护 层为 20mm。、级钢筋分别为 HPB300、HRB400。2、材料力学性能实验（1）混凝土：混凝土立方体抗压强度 fc0u ；（2）钢筋：、级钢筋屈服强度 fy0 。（由于实验课内时间的限制，这项工作由老师在

5、实验前完成）四、实验方案1. 实验设备 反力架、千斤顶或压力机，百分表、手持式应变仪、静态应变采集仪、读 数放大镜，裂缝读数仪等。2. 加载方案和仪表布臵这次实验分三组， 每组十二人左右，均进行适筋梁实验。实验在反力架装臵 或静力台座上进行。（1）用反力架和分配梁通过液压千斤顶进行二点同步加荷，或在压力机上使用试验机台座进行二点直接加荷；（2）用手持式应变仪测量混凝土变形，静态应变采集仪测量钢筋应力应变。（3）用读数放大镜，裂缝读数仪测量裂缝宽度；（4）用百分表测读挠度。（ 5）加荷仪表布臵如图 2所示。百分表700百分表P100070025025012001200240手持应变仪脚标 （ 铜

6、头）图 2 正截面受弯承载力4. 实验方法（1） 加荷程序在实验准备阶段， 先根据材料力学性能结果， 估算实验梁的开裂荷载 Pcr 和 破坏荷载 Pu 。在实验前，用卷尺或钢尺量取实验梁的实际尺寸。正式加荷。梁开裂前 , 每级荷载为预估开裂荷载 Pcr 的三分之一。如加至开裂 荷载 Pcr ，尚未开裂，再略加荷载，直至出现裂缝。开裂以后，每级荷载为预估破坏荷载 Pu 的10%。在临近破坏时（约为破坏荷 载的80%），可适当减小加荷量（如每级由 10%降至 5%），直至破坏。（2）仪表测读在未加荷载前 , 测读百分表及手持式应变仪的初读数 （ 各两次 ） ，用放大镜 检查有无初始干缩裂缝。每次加

7、荷后，达到加荷值稳定后，持续 5 分钟后，测读百分表的读数。 每两次加荷后，测读手持应变仪。可以在荷载值稳定后立即测读。梁开裂时， 应立即测读荷载值和裂缝宽度 （裂缝宽度在受拉钢筋的中 心线位臵读取）。裂缝出现后，每次加荷后，都应测读裂缝宽度（可以在荷 载值稳定后立即测读）。实验梁破坏时，应立刻测读破坏荷载 Pu0（ M u0） 。破坏时及破坏后，应详 细观察梁的破坏特征。五、注意事项 明确实验目的、要求，熟悉每一步骤及有关注意事项，仔细观察，严肃 认真。如有不清楚的地方，可以进行研究、讨论或询问指导人员。实验时一定要听从指挥，注意安全，严防出现不安全因素。实验二 钢筋混凝土受弯构件斜截面受剪

8、承载力 实验一、实验目的通过受弯构件斜截面受剪斜压破坏、 斜拉破坏的演示实验以及斜截面剪压破 坏实验。1. 加深认识剪压破坏、 斜压破坏、斜拉破坏等三种剪切破坏类型的主要破坏 特征，以及产生这三种破坏特征的机理。2. 正确区分斜裂缝和垂直裂缝， 弯剪斜裂缝和腹剪斜裂缝， 加深了解二种裂 缝的形成原因和裂缝开展的特点。3. 加深了解箍筋在斜截面受剪中的作用。4验证斜截面受剪承载力计算方法。二、实验内容和要求1. 仔细观察斜压破坏、斜拉破坏二种剪切破坏类型的演示实验，然后分为 三组，每组均做剪压破坏实验。2. 量测实验梁的跨中挠度；3. 量测斜裂缝出现前后箍筋的应变；4. 仔细观察裂缝的出现和开展

9、过程， 特别注意观察剪跨段内斜裂缝的出现和 开展的过程。 斜裂缝出现后，用铅笔在裂缝旁边描出裂缝走向， 按出现先后顺序 编号并且在裂缝顶端注明相应的荷载值。 待实验梁破坏后再绘制裂缝分布图和破 坏形态图。5. 记录斜截面受剪破坏荷载 Vu0 ，并与斜截面受剪破坏荷载的理论值 Vu 进行比较6. 在实验过程中，根据实验目的、内容和要求，认真做好记录。三、试件和材料力学性能实验1 、试件 实验梁混凝土强度等级为 C25，试件尺寸和配筋如图 3所示，主筋保护层为 20mm。、级钢筋分别为 HPB300、HRB400。2、材料力学性能试验（由于时间限制，这项工作在实验前由老师完成。 ）（1） 混凝土：

10、混凝土立方体抗压强度 fc0u ；（2） 钢筋：箍筋的抗拉屈服强度 fy0v 。四、实验方法根据实验梁斜截面受剪承载力大小， 确定加载装臵和加载方式。 均加载采用 反力架、千斤顶加载系统。如图 4 所示。1. 实验梁安装本次的实验梁和支座的连接为简支。 实验梁两端搁臵在专门设计的静力台座 上，粱的一端可自由转动，而另一端既可自由转动，又可水平移动。实验梁就位 后，应保证几何尺寸位臵的准确。2. 测点布臵根据实验目的和要求，测点布臵如图 5 所示。a横梁1243213电阻应变片中点位置 （ 贴于箍筋上）PP图 5 斜截面受剪试验梁测点布置图注：百分表l 、2量测实验梁支座沉降 3量测 实验粱 跨

11、中挠 度 1、2、 3、 4为电 阻片 ，量 测实 验梁箍筋 应变3. 实验仪器和设备1）320kN 带压力表的千斤顶用于加荷（或普通千斤顶与力传感器） ；2）TST3822型静态应变采集仪测量箍筋应变；3）百分表，用于量测挠度；4）读数放大镜观察裂缝。4. 加荷方法 在实验准备阶段，先估算实验梁的破坏荷载Pu 。在实验前，用钢卷尺或钢尺量取实验梁的实际尺寸。 采取分级加荷，每级荷载值预估破坏荷载 Pu 的 10%。每次加载后，荷载 持续稳定 5 分钟，再按实验内容和要求量测数据，并且认真记录， 数据校核无误 后方可进行下一级加荷。 当加载超过 80的破坏荷载后， 撤除仪表。 梁破坏时测读破坏

12、荷载 Pu ， 同时观察梁的破坏特征。5. 安全措施在实验过程中， 要服从统一指挥 随时注意观察加载装臵和仪表运转是否正 常，如发现偏差过大，应立即停止试验，待纠正后再继续加载试件接近破坏、 时，应在试件下面安装安全支承， 避免测试人员及仪表遭受不必要的损失， 当加 载超过 80的破坏荷载后，应将易损仪表拆除。6. 人员分工加载 1人，读百分表 3人、挠度记录 1人，操作电阻应变仪 1 人、应变记录 1人，寻找裂缝并量测裂缝宽度 13人；负责安全兼计时 1 人，总协调 1 人。五、注意事项1. 进入试验室后， 要服从担任本次实验指导教师的统一指挥， 认真完成本次 实验所要求的内容，注意分工协作

13、。2. 注意安全，尤其是加载阶段后期。实验三 矩形截面对称配筋偏心受压短柱正载面承载力实验一、实验目的验证钢筋混凝土偏心受压构件正截面的受力特点和两种破坏形态以及破坏 特征；验证承载力计算公式；观察偏心受压构件的变形和裂缝发展过程。二、实验内容和要求每班分二组， 一组做大偏心受压破坏 （ 又称受拉破坏 ） 试验，另一组做小偏心 受压破坏（又称受压破坏 ）试验。本组实验结束后观察另一组的试验结果 （主要是 破坏形态）。1. 量测纵向受力钢筋 As ， As 的应变，分析其应力变化情况。2. 观察裂缝出现和裂缝开展过程，记录抗裂荷载。3. 量测柱跨中区段的混凝土变形，分析中和轴位臵变化，验证平截面

14、假定。4. 测量构件挠度值，并画出挠度图。5. 观察短柱的破坏情况， 记录正截面破坏荷载值。 计算偏心受压构件正截面 承载力的理论值 Nu 并且与实验值 Nu0 进行比较。三、试件和材料力学性能实验1. 试件：混凝土强度等级为 C25，主筋保护层为 20mm。尺寸及配筋如图 6 所 示。33433图 6 偏心受压试件尺寸及配筋图图 6 偏心受压试件尺寸及配筋图图 7 偏心受压试件在压力试验机上布置示意图1、试件； 2、刀口； 3、垫板； 4、试验机下压板； ；5 试验机上压板； 6 、调节试验机压板的弹簧2. 材料力学性能实验1）混凝土：混凝土立方体强度 fc0u2）钢筋：纵向受力钢筋的屈服强

15、度 fy0（由于时间限制，这项工作在试验前由老师完成）四、实验方法1. 实验设备和仪器布臵（1）用 2000kN压力试验机或 5000kN压力试验机加荷 （ 见图 7）（2）用百分表观测挠度。（3）用 TST3822静态应变采集仪测量钢筋应力。（4）用手持式引伸仪测定截面应变。测点及仪表布臵如图 8、 9 所示。2. 实验步骤和人员分工1）实验准备（1）试件设计，制作以及混凝土和钢筋力学性能试验。（2）用石灰水（或涂料）刷白试件，并在试件上面画出必要的尺寸线如各截 面中心线。测点位臵线，偏心荷载加荷点等。（限于时间，这两项工作已由教师完成）2）实验步骤（1） 安装试件 试件在压力机上就位时，要

16、求试件垂直、稳定、荷载加荷点的位臵正确、接 触良好，并要做到试件为偏心受力点对准试验机上下承压板的中心， 以保护试验 机。（2） 安装仪表并检查 （ 见仪表布臵图 ）在中间截面上用 502 胶水粘贴手持式引伸测点的脚标（铜头）安装好仪上，预调平测读挠度的百分表支架及百分表。 好的电阻应变片的引线焊接到连线上，编好 衡，电阻使应其变进片入工作状电态阻。应变片12) (43)偏心手持应变仪脚标百分表-图 9偏心受压构件中百分表及手持应变仪号手持应变仪脚标受压试件中电阻应变片点在钢筋上的布置示意图（3）预载 在正式加压力实验前，应进行预加载，对已就位的试件施加少量的压力 （ 相 当于一级荷载值 ）

17、以检查各仪表的工作情况以及测读人员的读数和操作能力。试 件传力接触点均应完全接触，若发现异常，立即报告解决；一切正常，方可开始 实验。（4）正式实验 在实验准备阶段， 先估算实验试件的开裂荷载 N cr和破坏荷载 Nu 。在实验 前，用钢卷尺或钢尺量取实验梁的实际尺寸。测读初读数 2 次，然后逐级施加荷载。每级加荷后，应持荷五分钟，测读各 仪表读数。临近开裂时，荷载减半，直至开裂，记下开裂荷载；开裂后，逐级加 荷，直至破坏，记下破坏荷载。每级加荷值一般取 10的破坏荷载 N u 。每次加载后持续稳定 5 分钟后，按 实验内容和要求量测数据， 并认真做好记录，数据校核无误后，方可进行下一级 加载

18、。3）人员分工操作试验机2 人静态应变采集仪2 人测读手持式引伸仪（应变仪）2 人测读百分表2 人观察裂缝2 人安全兼计时1 人实验组织协调1 人4）记录表格见实验报告。五、注意事项1. 注意安全。为防止出现意外，试件要有保护措施，如用绳子捆住，用木楔 垫好等等。实验时，读好数据后，人员应远离试件，尤其是临近破坏荷载时。2. 服从命令，听指挥，并保持安静。读数口令由指挥人员统一下达，服从指 挥，如有问题应立即报告。3. 实验研究工作，是个实践性很强，责任心更强的工作，一定要有实事求是 的精神，数据要认真细致的测读，不能错读，大家分工协作，互相校对。实验四 在轴心受压荷载作用下钢结构柱整体压杆稳

19、定实验一、实验目的1. 通过环形截面钢柱的轴心受压试验，加深认识受压杆件由于受长细比影 响，通常由整体稳定控制其承载力。2. 验证轴心受压钢柱整体稳定承载力计算公式。二、实验内容和要求1. 量测在各级荷载下的钢柱中间断面的应力应变值；2. 量测在各级荷载下钢柱中间挠度值；3. 观察钢柱由于弯曲失稳而丧失承载力的过程和特征：4. 记下钢柱失稳破坏荷载，并将试验值与理论值进行比较。三、试件与原材料力学性能实验1. 采 用圆 形无 缝钢 管 制作 ， 直 径为 60mm， 壁厚 为 2.5mm， 总 高度 为 1500/1800mm，如图 10 所示。(其他规格尺寸的试件，以实验前指导老师公布的 尺

20、寸、材料力学性能为准)2. 钢材为 Q235BF。3. 设计整体失稳承载力为 110135kN范围内。四、实验方法与步骤1. 加载设备；1) 5000kN 或 2000kN 压力试验机，直接加载实验。也可以用钢结构反力架、 320kN油压千斤顶加载。2) 应变片、电阻应变仪测量钢柱中间应力应变值。3) 百分表或位移计测量钢柱中间挠度。2. 实验方法与实验步骤1) 试件安装：严格几何对中，试件初弯曲，初偏心不大于3mm；2) 分级加载： 按设计承载力的 10%为一级， 加至 80%时，减至 5%为一级加荷；3) 每级荷载下测量其杆件中间挠度和应力应变值；4) 观察压杆整体失稳过程，记录失稳荷载。

21、五、实验结果与实验数据分析六、实验注意事项1. 认真阅读实验指导书及相关参考资料， 明确本次实验的目的和要求。 熟悉 加载装臵和试件安装方法，了解实验方法和测试内容。2. 认真听实验指导老师讲解， 在老师指导下完成每一个实验步骤， 服从指挥， 注意安全。实验五 砌体结构在短期荷载下的抗压强度实验一、实验目的通过标准砌体试件的力学性能试验，了解砌体结构的抗压性能以及破坏形 态。二、实验内容和要求 1观察砌体试件在均匀受压状态下的裂缝产生及发展过程，并记下开裂荷 载。2量测试件在各级荷载作用下的轴向变形和横向变形。绘制应力与轴向变 形的关系曲线。3计算弹性模量和泊松比。4观察和描绘试件的破坏情况和

22、特征，计算抗压强度，并与理论值进行比 较。三、试件和实验方法1、试件制作本次试验制作的标准砌体试件尺寸为： 240mm370mm 720mm。同时制作一 组砂浆试件，以测试砂浆强度（M5）；采用普通烧结砖， 外形尺寸为 240mm115mm 53mm（Mu10）。试件在室内制作，自然养护 28 天。砌体抗压试件砌筑在带吊钩的 10mm厚刚性垫板上，试件的顶部采用厚度为 10mm的 1： 3 水泥砂浆找平，可用水平尺检查平整度。2、试验前准备 外观检查，并作记录。 在试件四个侧面上，画出竖向中线。 在试件高度的 1/4 、 1/2 和 3/4 处。分别测量试件的宽度和厚度，测量精 确到 1mm，测量结果取平均值。试件的高度以垫板的顶面为基准，量至找平层