《建筑力学与结构》学习指南及《建筑力学》实验指导书

《建筑力学与结构》学习指南1.课程简介1.1课程性质《建筑力学与结构》课程以力学知识为基础，学习结构和构件设计工作任务及相关知识与技能，是一门以培养学生的实际工作能力为目标的应用技术课程；是一门实践性较强，并且理论与实践联系非常紧密的应用技术课程。是工程监理专业的专业核心基础课，本课程以结构设计工作任务来组织相关知识与技能的学习，培养学生混凝土结构构件的设计计算能力、绘制与识读结构施工图能力。

本课程的前导课程有《建筑制图》、《建筑CAD》、《建筑构造》、《建筑材料等》，后续课程有土《力学与地基基础》、《建筑施工》、《建筑工程计量与计价》、《建筑抗震》、《建筑施工组织与管理》、《工程质量检验与验收》等。1.2课程作用本课程主要学习力学基本知识和建筑结构一般结构构件的计算方法和构造要求，通过学习让学生会设计混凝土结构和砌体结构常用构件，会绘制与识读混凝土结构施工图，同时培养学生具备对常见工程事故分析与处理的能力。为进一步学习建筑施工、工程质量检验与验收、建筑工程计量与计价等课程提供有关建筑结构的基本知识，为将来从事施工技术和管理工作奠定基础。

该课程是学生职业素质养成的重要平台。有利于对学生进行标准意识、规范意识、质量意识及态度意识的培养。此外，混凝土结构设计涉及到方案拟定、数据计算和绘图等诸多环节，可以为学生创造沟通、表达、协作的素养。2学习目标2.1能力目标：具有对一般结构进行受力分析、内力分析和绘制内力图的能力；了解材料的主要力学性能并有测试强度指标和构件应力的初步能力；掌握构件强度、刚度和稳定计算的方法；掌握各种构件的基本概念、基本理论和构造要求，能进行各种结构基本构件的设计和一般民用房屋的结构设计，具有熟练识读结构施工图和绘制简单结构施工图的能力，并能处理解决与施工和工程质量有关的结构问题。2.2知识目标在整个教学过程中应从高职培养目标和学生的实际出发，重点学习建筑力学与结构的基本理论和基本知识、常用杆件及结构的受力分析方法、结构的内力计算及内力图的绘制方法、结构位移的计算方法及常用结构构件的设计方法。2.3素质目标（1）培养基本职业素养和良好的劳动纪律观念；（2）具有获取、分析、归纳、交流、使用信息的能力。（3）具有合理利用与支配资源的能力（4）具有自学能力、理解能力、表达能力和沟通与交流能力（5）培养认真做事，细心做事的科学态度；6.培养学生的团队协作能力，根据工作任务合理分工，互相帮助、协作完成任务；7.培养学生正确描述工作任务、工作要求，任务完成后独立完成技术总结。3学习内容及要求建筑施工技术专业主要为建筑企业、施工单位培养服务于生产一线的高素质技能型人才，即具有结构设计基本知识，能够理解设计意图，正确指导现场施工的技能型人才。为此，课程组与行业、企业专家合作，在“工作流程模块化、模块内容项目化、项目实施情景化、情景模拟任务化、任务考核行业化”的课程开发理念的指导下，针对土建施工企业生产一线施工员为主的职业岗位对建筑力学与结构所需要的钢筋、混凝土材料的种类和性能，结构构件的计算和验算，配筋图的绘制与识读，钢筋的绑扎、安装和质量验收等知识、能力和素质的要求，以完成真实工作任务及其工作过程为依据，并根据现代建筑业、建筑企业的发展方向，选取教学内容。经过分析将《建筑力学与结构》整合为现设有5个模块，14个任务和项目，35个学习情景，将课程理论知识及操作技能任务化，融入到教学情境中，并通过集中实践环节进一步加强。教学内容模块项目或任务学习情境任务载体学时模块一钢筋混凝土梁板结构任务1完成所在教室简支梁上的荷载计算1.结构计算简图的确定。图片库、工程实例、课件42.平面杆件体系的几何组成分析图片库、课件23.平面力系的平衡条件课件44.钢筋混凝土梁、板荷载分析课件图片库4任务2完成所在教室梁板内力计算5．钢筋混凝土梁、板的支座和支座反力计算课件、工程实例46.钢筋混凝土梁、板内力、应力计算课件6任务3完成所在教室现浇板、简支梁的设计7.钢筋和混凝土材料的力学性能课件图片库、视频48.钢筋混凝土梁、板构造课件、工程实例、图片库、实训大棚49.钢筋混凝土梁、板承载力计算工程实例、课件6项目1：现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖设计10．现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖荷载和内力计算课件、工程实例、图片库411.现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖构造规定课件、工程实例、图片库、实训大棚212.现浇钢筋砼单向板肋梁楼盖设计实例工程实例、课件、2项目2：完成所在宿舍楼现浇楼梯设计13．.现浇梁式楼梯设计工程实例、课件、实训大棚214..现浇板式楼梯设计工程实例、课件实训大棚2项目3完成所在宿舍雨篷设计15.悬臂板式雨蓬设计课件、工程实例、图片库、实训大棚2项目4完成所在教室、宿舍的装配式钢筋混凝土楼盖结构平面设计16．预应力混凝土构件课件、图片库、图集217．预应力空心板选型省标图集、工程实例、实训大棚218.装配式楼盖钢筋混凝土的连接构造省标图集、工程实例、实训大棚2模块二框架结构项目5：钢筋混凝土受压柱设计19．钢筋混凝土柱计算简图确定、荷载计算、内力计算课件、工程实例、图片库、220．钢筋土受压柱的构造规定课件、工程实例、图片库、实训大棚221．钢筋混凝土受压柱承载力计算课件、工程实例、图片库、4任务4：学院新区多高层房屋结构类型及结构体系布置分析22.多高层房屋结构体系、布置和特点课件、工程实例、图片库、423.钢筋混凝土结构抗震设计基本知识课件、工程实例、图片库、图集2模块3：砌体结构项目6：学生公寓楼砖混房屋结构设计24.砌体材料的力学性能课件、工程实例、图片625.砌体结构墙、柱承载力验算26..过梁、挑梁、圈梁图集、工程实例、图片库、227..某砖混办公楼结构设计实例课件、工程实例、图片库228.砌体结构结构抗震设计基本知识课件、工程实例、图片库2模块4：钢结构任务5：钢屋架施工图翻样29.钢结构连接课件、工程实例、图片库430．轴心受力构件的形式和应用课件、工程实例、图片库4任务6：学院体育馆轻钢屋架结构的分析和应用31．门式刚架、桁架、网架应用实例课件、工程实例、图片库4模块5：建筑结构施工图识读任务7：砖混结构施工图识读32.砖墙结构构造国标图集、学院新区工程结构施工图图纸、课件、实训大棚26（实训一周）33.构造柱抗震节点构造任务8：钢筋混凝土结构施工图识读34.基础平法施工图识读国标图集、学院新区工程结构施工图图纸、课件、实训大棚35.主体结构平法施工图识读总学时：96学时（

理论学时：92学时；机动学时：4学时）3.2综合实训教学1）课程设计实训（一周）安排一周课程设计，主要内容为：现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖设计，并绘制施工图。2）结构施工图识图实训（一周）根据建筑工程技术专业高技能型专门人才培养目标、岗位需求及后续课程的衔接，经专业教学指导委员会确定，该课程必须让学生获得识读结构施工图的能力，实训以选取典型的真实的工程项目（至少选取砖混结构、框架结构两个代表性工程）为载体，设计识图实训教学过程，并学习混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图，实现“教、学、做”相结合。4教学安排模块项目或任务学习情境任务载体学时模块一钢筋混凝土梁板结构任务1完成所在教室简支梁上的荷载计算1.结构计算简图的确定。图片库、工程实例、课件42.平面杆件体系的几何组成分析图片库、课件23.平面力系的平衡条件课件44.钢筋混凝土梁、板荷载分析课件图片库4任务2完成所在教室梁板内力计算5．钢筋混凝土梁、板的支座和支座反力计算课件、工程实例46.钢筋混凝土梁、板内力、应力计算课件6任务3完成所在教室现浇板、简支梁的设计7.钢筋和混凝土材料的力学性能课件图片库、视频48.钢筋混凝土梁、板构造课件、工程实例、图片库、实训大棚49.钢筋混凝土梁、板承载力计算工程实例、课件6项目1：现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖设计10．现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖荷载和内力计算课件、工程实例、图片库411.现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖构造规定课件、工程实例、图片库、实训大棚212.现浇钢筋砼单向板肋梁楼盖设计实例工程实例、课件、2项目2：完成所在宿舍楼现浇楼梯设计13．.现浇梁式楼梯设计工程实例、课件、实训大棚214..现浇板式楼梯设计工程实例、课件实训大棚2项目3完成所在宿舍雨篷设计15.悬臂板式雨蓬设计课件、工程实例、图片库、实训大棚2项目4完成所在教室、宿舍的装配式钢筋混凝土楼盖结构平面设计16．预应力混凝土构件课件、图片库、图集217．预应力空心板选型省标图集、工程实例、实训大棚218.装配式楼盖钢筋混凝土的连接构造省标图集、工程实例、实训大棚2模块二框架结构项目5：钢筋混凝土受压柱设计19．钢筋混凝土柱计算简图确定、荷载计算、内力计算课件、工程实例、图片库、220．钢筋土受压柱的构造规定课件、工程实例、图片库、实训大棚221．钢筋混凝土受压柱承载力计算课件、工程实例、图片库、4任务4：学院新区多高层房屋结构类型及结构体系布置分析22.多高层房屋结构体系、布置和特点课件、工程实例、图片库、423.钢筋混凝土结构抗震设计基本知识课件、工程实例、图片库、图集2模块3：砌体结构项目6：学生公寓楼砖混房屋结构设计24.砌体材料的力学性能课件、工程实例、图片625.砌体结构墙、柱承载力验算26..过梁、挑梁、圈梁图集、工程实例、图片库、227..某砖混办公楼结构设计实例课件、工程实例、图片库228.砌体结构结构抗震设计基本知识课件、工程实例、图片库2模块4：钢结构任务5：钢屋架施工图翻样29.钢结构连接课件、工程实例、图片库430．轴心受力构件的形式和应用课件、工程实例、图片库4任务6：学院体育馆轻钢屋架结构的分析和应用31．门式刚架、桁架、网架应用实例课件、工程实例、图片库4模块5：建筑结构施工图识读任务7：砖混结构施工图识读32.砖墙结构构造国标图集、学院新区工程结构施工图图纸、课件、实训大棚26（实训一周）33.构造柱抗震节点构造任务8：钢筋混凝土结构施工图识读34.基础平法施工图识读国标图集、学院新区工程结构施工图图纸、课件、实训大棚35.主体结构平法施工图识读总学时：96学时（

理论学时：92学时；机动学时：4学时）5考核方式1.采取知识考核与能力考核相结合。知识考核占总分的50%，能力考核占总分的50%。（主要选择平时表现和作业考核）2．知识考核采取形成性考核（主要选择平时表现、课堂提问和作业考核）和期末考试两种形式。两部分的分数比例为：课程知识考核成绩=平时成绩(20%)+期末考试成绩(80%)。期末考试以卷面的形式出现(开卷和闭卷相结合)，集中考核学生对所学知识的掌握程度。3．能力考核包括项目作业、实验、实训（含课程设计实训和结构施工图识读实训）和顶岗实习。为便于成绩管理，顶岗实习成绩单独记入毕业综合实践成绩中。作业、实验、结构施工图识读实训的成绩权重依次为：0.2、0.3、0.5。4．课程教学中，把人才的培养标准与职业资格的标准和行业用人的标准有机的结合，推动双证书教学,把施工员（未来的建造师）职业资格考试中《建筑力学与结构》考试大纲融入到《建筑力学与结构》课程教学与考试中。5．题型应包括基本概念、填空、选择（单选、多选）、判断、简答、作图、计算等且不少于四种类型。题量要适中，确保2个小时做完，但也不得少于1.5小时；考题宜先易后难，基本知识的题量占80%，难度题量占20%。闭卷考试，时间2小时。学生必须在完成作业和正常考勤后，方能参加考试。6学习指导6.1课程的重点难点及解决办法1）本课程的重点：（1）常用结构的受力分析、内力计算和内力图的绘制方法；（2）各种构件的基本概念、基本理论和构造要求，各种结构基本构件的设计和砖混结构房屋的结构设计；（3）结构工程图识读和简单结构施工图的绘制。2）本课程的难点：（1）力学知识的抽象化；（2）结构知识的综合应用；（3）用结构理论指导施工实际。3）解决方法：（1）利用大量图例的方法降低力学知识的抽象化程度，使之易于理解，并能扎实地掌握知识要点；（2）以工作任务的完成组织教学内容；(3)通过大量的课程实践（认识实习、项目作业、课程设计及施工图识读实训、工学结合顶岗实习）及案例教学。(4)借助现代教育技术，通过实物、图像、网络、多媒体等形式，改变了传统的教学方式，增大信息量，职得了良好效果。6.2校内实训条件目前，用于该课程的实训室主要有建筑工程技术专业实训大棚、建筑构造陈列、计算机辅助设计工作室，可满足本课程校内实践教学要求。6.3校外实训条件通过积极的努力，相继与南阳市建筑设计研究院、河南天工建设集团有限公司、中建七局四分公司、平顶山市建筑设计研究院、洛阳市建筑设计研究院、郑州大学建筑设计研究院、广州南方建筑设计院、河南国基建设集团、洛阳城建集团等十多家资质高、生产技术先进、管理严格的企业建立了长期的产学研合作机制，共创教学、就业、生产服务平台。通过校企共同组成专业建设指导委员会，企业全方位参与人才培养、专业建设、课程建设，共同设计开发实验实训、编写工学结合实训指导教材。部分校外实习基地实训内容基地名称服务内容协议签订状态建立时间郑州宏业监理公司生产实习、顶岗实习是2007.10南阳中咨监理公司生产实习、顶岗实习是2007.10无锡市湖滨建设监理咨询有限公司生产实习、顶岗实习是2007.11南阳市天天监理公司生产实习、顶岗实习是2007.10河南天工建设集团有限公司工种实训、生产实习、顶岗实习、建筑工程测量放线是2007.10中国建筑第七工程局安装公司认识实习、测量实习、电气安装实习、管道安装实习是2007.06河南国基建设集团工种实训、生产实习、顶岗实习、建筑工程测量放线是2007.10河南四建二分公司工种实训、生产实习、顶岗实习是2007.10南阳宛城建筑有限公司工种实训、生产实习、顶岗实习是2007.10南阳豫阳建筑责任有限公司工种实训、生产实习、顶岗实习是2007.107学习资源7.1参考教材序号书名主编出版社出版时间1建筑力学与结构吴承霞中国电力出版社20082建筑力学与结构张友全中国电力出版社20083混凝土结构（上册）（第四版）沈普生中国建筑工业出版社20094建筑结构杨鼎久机械工业出版社20095建筑结构（第二版）周绥平

武汉理工大学出版社20086建筑结构试验易伟建等中国建筑工业出版社20057.2行业标准多种结构设计规范、相关标准图集等，主要见下表：序号书名编者出版社出版时间1混凝土结构设计规范中华人民共和国建设部中国建筑工业出版社20022混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）中国建筑科学研究院中国建筑工业出版社2002303G101中华人民共和国建设部中国建筑工业出版社2003404G101中华人民共和国建设部中国建筑工业出版社2002506G101中华人民共和国建设部中国建筑工业出版社2002608G101中华人民共和国建设部中国建筑工业出版社20027.3参考网站（1）国家精品课程网站：（3）天工网（4）筑龙网7.4参考期刊（1）《施工技术》；（2）《建筑结构》；《建筑力学》实验指导书基本实验

1低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验

一、实验目的

1．试样在拉伸或压缩实验过程中，观察试样受力和变形两者间的相互关系，并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。

2．测定该试样所代表材料的PS、Pb和ΔL等值。

3．对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较，对其强度指标和塑性指标进行比较。4．学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。二、仪器设备和量具

电子万能材料试验机，x-y函数记录仪，钢板尺，游标卡尺。三、低碳钢的拉伸和压缩实验

1．低碳钢的拉伸实验

在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中，观察屈服（流动）、强化，卸载规律、颈缩、断裂等现象；绘制p——ΔL曲线如图2—1（a）所示；记录试件的屈服抗力Ps和最大抗力Pb。试件断裂后，测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据，计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。图2—1

低碳钢拉伸图及压缩图

强度指标：

屈服极限

强度极限

塑性指标：延伸率

断面收缩率

2．低碳钢的压缩实验实验前，测量试件的直径d和高度h。实验时，观察低碳钢试件压缩过程中的现象，绘出P—ΔL曲线，测定试件屈服时的抗力Ps，从而计算出低碳钢的屈服极限：四、灰口铸铁的拉伸和压缩实验

1．灰口铸铁的拉伸实验实验前测定试件的直径d。试件在拉伸过程中注意观察与低碳钢拉伸试验中不同的现象（如变形小、无屈服、无颈缩、断口平齐等）；绘出P——ΔL曲线如图2—2（a）所示；记录断裂时的最大抗力Pb，从而计算出灰口铸铁的拉伸强度极限：。图2—2

灰口铸铁拉伸图及压缩图2．灰口铸铁的压缩实验

实验前测定试件的直径d和高度h。实验时观察灰口铸铁试件在压缩过程中的现象，尤其是断口形状；绘出P——ΔL曲线如图2—2（b）所示；记录压缩破坏时的最大抗力Pb，计算灰口铸铁压缩强度极限。即五、实验操作1．准备工作（1）打开试验机总电源和负载测量单元、位移测量单元、x-y记录仪的电源开关进行预热。

（2）测量拉伸试样的标距长度L和直径d，测量低碳钢压缩试样的长度H和直径d，作好原始数据的记录。2．安装试件和调整荷载单元

（1）调整荷载测量单元。按下传感器选择键：“拉”。根据低碳钢（A3）试件直径为10mm的承载力，大约在40kN左右即可拉断，故选择50kN为满量程，按下50kN键。然后调整荷载的零点，检查标定值。

（2）将试件夹持于材料试验机的上夹头中，为了夹持方便可用速度100mm/min或250mm/min向下或向上运行调节下夹头的位置，使下拉伸夹头能夹住试件时立即停机，将横梁速度转到2mm/min挡，然后把试件夹持于下夹头中（此时试件可能已受到了夹紧过程中少量的轴力，故不要再调整仪器荷载的零点）。3．安装位移计和夹式引伸计

（1）低碳钢试件拉伸时，把夹式引伸计直接安装在试件上。试件受拉力后，标距内的伸长量通过夹式引伸计转换为电量，经放大后输入给x-y函数记录绘制曲线图（力输入信号线接入y座标，伸长输入信号线接入x座标）。

（2）做灰口铸铁拉伸、压缩实验和低碳钢压缩实验时，用固定在动横梁上的位移计。先关闭支持平台的磁性开关使之失磁，将平台支持住位移计芯轴并使其上下移动，使x-y函数记录仪上画笔接近零位时，打开磁性开关固定于柱上（平台须基本水平）。

（3）实验时，位移计将试验机动横梁下降量作为试件的伸长量或压缩量转变为电压，经放大后把电压信号输入给x-y函数记录仪绘图。4．调整x-y函数记录仪

（1）将纸放到x-y记录仪的画板上摆正，纸开关置于HOLD吸住记录纸。

（2）检查或调整量程旋钮Y2或Y1坐标应置于10mV/cm。输入开关置于MEAS，调节POSITION使画笔到下边缘某零位置。

（3）检查或调整x轴的量程旋钮应置于50mV/cm，将x轴的输入开关置于MEAS，调节POSITION旋钮使笔架移到图纸左边某零点位置。

（4）最后将笔开关置于DOWN，放下笔准备绘图。5．加载试验

（1）检查速度选择键应置于2mm/min（在2～10mm/min速度范围内可任意选择）；荷载单元应为拉传感器，量程50kN；x-y记录仪的笔已在左下角放下。

（2）按横梁下降开关，即开始加载实验。

在此实验中注意弹性范围和屈服现象，记下屈服时的荷载。屈服段之后，可提高加载速度，按下5mm/min键或按下10mm/min。注意观察材料的强化和颈缩现象，记录荷载极限值。6．仪器复原实验完后要使仪器复原，尤其是要使x-y记录仪的笔开关置于UP，Y2或Y1轴和x轴的输入开关置于ZERO以防止画笔乱画乱动。7．铸铁拉伸试验

操作步骤与低碳钢试验基本相同，不同之处有：

（1）速度选择置于2mm/min直至断裂。

（2）在实验中注意读取荷载极限值。8．低碳钢压缩实验其操作步骤与拉伸时基本相同，不同之处有：

（1）试件放于下压头的中心处，移动横梁使上压头逐渐接近试样。但不能接触试样。

（2）调好荷载单元，用压力传感器，量程为100kN。

（3）用速度2mm/min加压，使上压头接触试样（荷载单元可显2～3kN的预压力）。然后安装位移传感器芯轴支持平台。

（4）试验速度在屈服前用2mm/min，屈服后用5mm/min。

（5）试样不会断裂，曲线画到一定程度即可结束试验；在实验中注意读取屈服时的荷载值。9．铸铁压缩实验

操作步骤与低碳钢压缩相同，不同的是试件破断后停机。

10．其它

（1）两根拉伸试件的P——ΔL曲线绘在一张图纸上，两根压缩试件的P——ΔL曲线绘在一张图纸上。因为它们的坐标相同好作比较。

（2）全部实验完毕后，机器和仪器的各开关按键应置于原始位置，然后关掉电源。六、预习思考题1．试比较低碳钢和铸铁在拉伸时的力学性能。2．压缩时为什么必须将试件对准试验机压头的中心位置，如没有对中会产生什么影响？3．说明铸铁和低碳钢断口的特点。

4．低碳钢和铸铁在拉伸、压缩中，各要测得哪些数据？观察哪些现象？

基本实验

2

低碳钢拉伸时弹性模量E与泊桑比μ的测定实验一、实验目的

①学习使用双向引伸计测量材料的弹性模量E和泊桑比μ。

②学习使用电阻应变仪。

③再次熟悉电子万能试验机的使用。二、仪器设备电子万能试验机、电阻应变仪、双向引伸计。三、双向引伸计简介

双向引伸计是用于测量材料拉伸试件变形的一种装置，其特点是能同时测量试件的轴向应变和横向应变。双向引伸计外形结构及其与试件的安装关系见图2—3。由于双向引伸计是一个娇弱的仪器，可调范围小，装卡时易损坏，故不由学生装卡，在这里也就不介绍双向引伸计的装卡过程。双向引伸计主要由A、B、C、D杆、主体和弓形曲板组成。图中A、C杆间和B、D杆间用于测量试件轴向应变度量，弓形曲板是测量试件横向应变的弹性元件。图2—3

双向引伸计与试样（尺寸单位：mm）当试件承受轴力伸长时，装夹在试件上的双向伸计的A、C杆和B、D杆悬臂距离随之变化，由于C杆和D杆的刚度大，可以认为不变形，而A杆和B杆在轴向厚度很小，因此试件受力后的伸长量引起A杆和B杆的弯曲变形，在A杆和B杆的根部粘贴有应变片，并组成电桥线路。当A、B杆产生弯曲变形时，电桥就有电信号输出，经过换算可以得到试件的纵向应变值。试件承受轴向拉伸后，横向尺寸要减小，即A、B杆及C、D杆间的距离缩短，这时贴在弓形曲板上的应变片被拉伸，电桥就有电信号输出，经换算后可以得到试件的横向应变值。

试验加载方式，采用加一初载后，按等量荷载递增加载的方法，其每次的荷载增量为一常值ΔP。在每一级荷载下，电阻应变仪输出纵向应变值和横向应变值，进而可得与ΔP对应的纵向应变增量和横向应变增量。为了保证测量的可靠性，需重复做三次试验，选其中一次线性较好的数据计算平均应变值与。

平均应变增量必须乘以转换系数，才能得到试件的真实应变增量，即注意：式中的，对于每一只双向引伸计来说都不相同）从而可以计算出材料的弹性模量E值和泊桑比μ值：四、实验操作步骤1．SY-Ⅲ型应变仪调试

（1）把双向引伸仪装卡在试件上，并把试件夹于万能试验机的上、下拉伸夹头中。

（2）把双向引伸仪的引线A、B、C、D分别接于应变仪背板上A、B、C、D柱上。

（3）应变仪按键置于“系数”位置，用改锥调节系数电位器，使其显示值为1000。

（4）按下系数键，把应变仪按键置于“调零”位置，用改锥调节调零电位器，使其显示值为零或±1均可。

（5）按下平衡键，用改锥调节调零电位器，使显示值为零或±1均可。

（6）应变仪调试工作结束后，等待加载读数。2．WD-10A万能机的调试

（1）负荷单元：按下“2”、调零、标定。

（2）速度单元：按下“2mm/min”键。

3．加载顺序

5kN——100mV或5kN——10mV

10kN——200mV或10kN——20mV

15kN——300mV或15kN——30mV

20kN——400mV或20kN——40mV4．实验操作

（1）在“速度单元”按“下降”按钮进行加载。负载表显示为规定数值时，按“停”按钮，分别在应变仪上读出纵向应变值和横向应变值。（2）重复（1）的操作方法，继续加载，读取纵、横向应变值。（3）实验完毕。卸负荷：按速度单元的“上升”按键，负荷显示为“0”左右时，按“停”按钮，松开下拉伸夹头，关闭试验机及应变仪电源。五、预习思考题1．试验时为什么要加初荷载？

2．测定E值时，最大荷载如何确定？为什么应力不能超过比例极限？

3．电阻应变仪是以什么原理制造的？专门用来测试何种参量？能否直接测得“应力”？

基本实验

3矩形梁纯弯曲时正应力分布电测实验一、实验目的

1．学习使用电阻应变仪，掌握测试技能。

2．测量纯弯曲梁上应变随高度的分布规律，验证平面假设的正确性。二、仪器设备

弯扭试验台、电阻应变仪。图2—8

纯弯曲试验装置三、弯扭试验台弯扭试验台可以做弯曲试验、扭转试验，以及弯曲-扭转的组合试验。这里暂时只叙述其弯曲试验部分，其纯弯曲的加载系统如图2—8，试样简支于A、B两点。在对称的C、D两点通过拉杆和横杆螺旋加载使梁产生弯曲变形，CD段试件受纯弯的作用。采用转动手轮使螺旋下移加载，总荷载的大小用荷载传感器来测量。试件的受力如图2—9。图2—9

试件的受力图四、纯弯曲梁电测实验原理

已知试件受纯弯时的正应力公式为：式中，M为横截面上的弯矩，Iz为梁横截面对中性轴z的惯性矩，y为由中性轴到欲求应力点的距离。

本实验在施加初荷载后，采用逐级等量加载的方法，每次增加等量的荷载为ΔP，测定各点相应的应变增量一次，分别取应变增量的平均值把与理论公式算出的应力增量加以比较，从而可验证公式的正确性，上述理论公式的ΔM按下式求出：五、电阻应变片的粘贴位置电阻应变片及电阻应变仪的有关说明请参看指导书的第一部分。为了测量应变随试件截面高度的分布规律，应变片的粘贴位置如图2—10。这样可以测量试件上下边缘处的最大应变和中性层无应变的特殊点，及其它中间点便于了解应变沿截面高度变化的规律。六、SY-Ⅲ型数字应变仪及DSP-10型平衡箱操作使用方法应变仪的使用方法见第一章有关内容。七、试验结果的整理1．求出各测量点在等量荷载作用下，应变增量的平均值。2．以各测点位置为纵座标，以应变增量为横坐标，画出应变随试件高度变化曲线。3．根据各测点应变增量的平均值，可计算出测量的应力值。4．根据实验装置的受力图和截面尺寸，应用弯曲应力的理论公式，可计算出在等量荷载作用下，各测点理论应力值。5．比较试件上下边缘处的理论计算值和试验测定值，并计算相对误差，其计算公式为：6．比较梁中性层的应力。由于电阻应变片是测量一个区域内的平均应变，粘贴时又不可能刚好贴到中性层上。所以只要实测的应变是一个很小的数值，就认为测试是可靠的。八、预习思考题1．影响实验结果准确性的主要因素是什么？2．在中性层上理论计算应变值，这是为什么？基本实验

4弯扭组合作用下的电测试验

一、实验目的

1．用实验方法测定平面应力状态下一点处的主应力。

2．在弯扭组合作用下，用电测分离法单独测量弯矩和扭矩。3．进一步熟悉使用电阻应变仪的测量方法。二、仪器设备弯扭试验台，电阻应变仪。三、弯扭试验装置弯扭试验台用于弯曲试验，已在上一节中谈到。现在主要叙述其弯扭组合试验系统，其弯扭加载的装置如图2—11。弯扭试样的一端固定于机架上，另一端在垂直于轴线的方向上连接有一扇形加力杆，由钢丝绳绕扇形杆的园弧端面，与加载系统相连。这样的做法是使试样发生较大变形时，仍能保持加载的力臂不变。加载和卸载用旋转加载手轮来实现，荷载的大小由传感器将信号送出，经放大后显示。为了使在荷载不太大的情况下产生较大的应力，弯扭试样选用薄壁圆管截面，管状试样的受力如图2—12。图2—11

弯扭试验装置图四、弯扭组合作用时主应力的测量1．应变片布置由图2—13可看出，A点与C点单元体都承受由M产生的弯曲应力σw和由扭矩Mt产生的剪应力τ的作用。B点单元体处于纯剪切状态，其剪应力由扭矩Mt和剪力Q两部分产生。这些应力可根据下列公式计算。图2—12

试样受力图（尺寸单位：mm）

从上面分析看来，在试件的A点、B点、C点上分别粘贴一个三向应变片如图2—14，就可以测出各点的应变值，并进行主应力的计算。图2—13

单元体图

图2—14

应变片的布置2．实验主应力的计算电阻应变片的应变测量只能沿应变片轴线方向的线应变。按图2—15的应变片和坐标，能测得x方向、y方向和45°方向的三个线应变。为了计算主应力还要利用平面应力状态下的虎克定律和主应力计算公式，即图2—15

应变片和坐标

计算中应注意应变片贴片的实际方向，灵活运用此公式。3．实验步骤实验中加载过程和应变读取方法与纯弯曲实验相同，请参阅前面有关内容。五、截面内力的分离测量

在工程实践中应变片电测方法不仅广泛用于结构的应变、应力测量，而且也把它当作应变的敏感元件用于各种测力传感器中。有时测量某一种内力而舍去另一种内力就需要采用内力分离的方法。

1．弯矩的测量

在弯扭组合的构件上，只想测量构件所受弯矩的大小，可利用应变片接桥方法的改变就可实现。图2—16

测量弯矩的接桥方式利用图2—16的应变片布置，选用A点沿轴线方向的应变片接入电桥的测量桥臂A＇B＇，选用C点沿轴线方向的应变片接入电桥的温度补偿臂B＇C＇，这样组成仪器测量的外部半桥如图2—16。

此接桥方式，A片受弯曲拉应力，C片受弯曲压应力，而测量结果与扭转内力无关。又由于分别接于相邻桥臂，既可以满足温度补偿的要求，还使应变读数增加一倍。这样就可计算出弯矩的大小，然后与理论计算相比较。2．扭转力矩的测量图2—17

扭转力矩的测量在弯扭组合的构件上，只想测量构件所受的扭转力矩，也可利用应变片的接桥方式来实现。以图2—17中B点的应变片为例，将B点沿轴线呈45°的两个应变片接入相邻的两个桥臂如图2—17。由于B点处于弯曲的中性层，所以弯矩的作用对应变片没有影响。在扭转力矩作用下,应变片a受到伸长变形接于桥臂A＇B＇，应变片b受到压缩变形接于桥臂B＇C＇。由于接入相邻桥臂既自身温度补偿，又使应变读数增加一倍。此处弯曲剪应力较小而未加考虑。再根据广义虎克定律求得。由于在纯剪切状态下，则可进一步计算出内力——扭转力矩。

除了以上接桥之外，利用A点或C点的应变片也要组成同样功能的电桥来测量扭转力矩，现以A点来说明，在只有弯矩的作用下，A点沿轴线呈±45°的方向上的伸长是相等的，即a片b片伸长量相等而连接于电桥的相邻臂，则相互抵消电桥输出为零，其道理与温度补偿是一样的。所以如此接桥方式可消除弯矩的影响，而只测量出扭转力矩。

3．操作与结果计算（1）实验方法与纯弯曲电测应力相同，只是应按现在目的将应变片接入预调箱。

（2）计算内力时应写出计算的各步骤，不能只写出答案。

（3）最后要比较测量值与理论值的相对误差。由于实验中各种因素影响，误差在10%以内都是正常的。六、预习思考题

1．主应力测量时，直角应变花是否可以沿任意方向粘贴？为什么？2．电测实验中，采用半桥测量时，为什要温度补偿片？全桥测量时，为什么不要温度补偿？基本实验

5压杆稳定实验一．实验目的1.观察并用电测法确定两端铰支撑条件下细长压杆的临界力。2.理论计算两端铰支撑条件下细长压杆的临界力并与实验值测试值进行比较。二．实验仪器和设备1．拉压实验装置一台2.矩形截面压杆一根（已粘贴应变片）3．YJ-4501静态数字电阻应变仪一台三．实验原理和方法图1图2压力实验装置见图1，它由座体1，蜗轮加载系统2，支承框架3，活动横梁4，传感器5和测力仪6等组成。通过手轮调节传感器和活动横梁中间的距离，将已粘贴好应变片的矩形截面压杆安装在传感器和活动横梁的中间，见图2，压杆尺寸为：厚度h=3mm，宽度b=20mm，长度l=350mm，见图3（a），材料为65Mn，弹性模量E=210GN/m2。对于两端铰支的中心受压的细长杆，其临界压力为—压杆长度—压杆截面的最小惯性矩图3假设理想压杆，若以压力P为纵坐标，压杆中点挠度为横坐标，按小挠度理论绘出的P-曲线图，见图4。当压杆所受压力P小于试件的临界压力Plj时，中心受压的细长杆在理论上保持直线形状，杆件处于稳定平衡状态，在P-曲线图中即为OC段直线；当压杆所受压力时，图4杆件因丧失稳定而弯曲，在P-曲线图中即为CD段直线。由于试件可能有初曲率，压力可能偏心，以及材料的不均匀等因素，实际的压杆不可能完全符合中心受压的理想状态。在实验过程中，即使压力很小时，杆件也会发生微小弯曲，中点挠度随压力的增加而增大。见图5，若令压杆轴线为x坐标，压杆下端点为坐标轴原点，则在处横截面上的内力为，横截面上的应力为图5在处沿压杆轴向已粘贴两片应变片，按图3（b）半桥测量电路接至应变仪上，可消除由轴向力产生的应变，此时，应变仪测得的应变只是由弯矩M引起的应变，且是弯矩M引起应变的两倍，即由此可得测点处弯曲正应力并可导出处压杆挠度与应变仪读数应变之间的关系式由上式可见，在一定的力P作用下，应变仪读数应变的大小反映了压杆挠度的大小，可将图4中的挠度横坐标用读数应变来替代，绘制出P-曲线图。当P远小于时，随力P增加应变也增加，但增加的极为缓慢（OA段）；而当力P趋近于临界力Plj时，应变急剧增加（AB段），曲线AB是以直线CD为渐近线的，因此，可以根据渐近线CD的位置来确定临界力。四．实验步骤1.将压杆安装在两端铰支承中间；2.接通测力仪电源,将测力仪开关置开；3.按图3（b）半桥测量电路将应变片导线接至应变仪上4.检查应变仪灵敏系数是否与应变片一致，若不一致，重新设置5.在力P为零时将应变仪测量通道置零6.旋转手轮对压杆施加载荷。要求分级加载荷，并记录P值和值，在P远小于段，分级可粗些，当接近时，分级要细，直至压杆有明显弯曲变形，应变不超过1000。五．实验结果处理1.根据实验设计实验数据记录表格2.绘制P-试验曲线，确定临界力测试值3.计算两端铰支的临界力值六．讨论压杆临界力测定结果