含水率试验文档格式.docx
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电阻应变仪型号繁多，常用的有静态电阻应变仪，如YJ-16，YJ-25,7V14C型，静动态电阻应变仪YJD-1型，动态应变仪YD-15型，以及数字式应变仪，遥测应变仪等，现以YJ-25为例作一介绍。
YJ-25静态电阻应变仪采用了大规模集成电路，数码显示和长导线补偿技术。
具有精度高，稳定性好，可靠性高，抗干扰能力强，体积小，重量轻，使用和维修方便等特点。
1．结构原理
（1）该仪器主要特点是将放大后的信号经A/D转换器变成数码显示，读数方便准确，其原理框图见图7-1。
被测信号
220v
信号发生器
电桥盒
放大器
检波解调
A/D转换器
数码显示
稳压电源
图7-1应变仪原理框图
（2）仪器结构，前面板如图7-2。
包括：
电源开关、粗细调节、基零测量按钮及灵敏系数、电阻平衡、基零平衡调节旋钮和读数显示屏。
后面板如图7-3所示。
标定、电桥盒、转换器；
灵敏度调节旋钮及电源输入插口、预调箱插口、保险丝等。
平衡箱
图7-2前面板示意图图7-3后面板示意图
2．操作步骤
（1）接线：
联接电源，应变仪及电桥盒的各接线。
将与工作片和补偿片相联的导线接入电桥盒。
根据测量的需要，电桥盒的接线有半桥及全桥联接两种。
半桥联接：
电桥盒（图7-4）上的1，2，3，4分别相当于电桥的A、B、C、D四个接线柱。
R3，R4为电桥盒内的两个120Ω无感线绕电阻作为内半桥。
将接线柱1和5，3和7，4和8分别短接，在1、2之间接工作片R1，2、3之间接补偿片R2，即为半桥单点测量接线。
见图7-4（a）。
全桥联接：
将电桥盒1和5，3和7，4和8之间的短接片全部取下。
分别在（1、2），（2、3），（3、4），（4、1）之间接应变片。
即为全桥联接见图7-4（b）。
R4
R1R2
R1R2R3
（a）（b）
图7-4电桥盒示意图
多点测量时应变片的导线接入P20R-25型预调平衡箱，并将预调平衡与应变仪联在一起，后面板上的开关拨到预调箱档上。
（2）标定：
调整灵敏系数，使指示值K对在2.00上，在仪器标定后，再对至与应变片灵敏系数相同的数值上。
（3）通电：
检查接线无误后，按下电源开关。
（4）调节：
①按下“基零”开关，调节“基零”电位器，使显示屏显示为±
0000。
②再按下“测量”开关，调节“电阻平衡”电位器，使荧屏显示为±
0000，这时将“粗”，“细”开关置于“细”，若调零无法调到±
0000时，则按下“粗”。
③将后面板开关拨至“标定”档，调节“灵敏度”电位器，使标定值显示为-10000με然后拨至“电桥盒”档。
④反复几次调平衡（零点）和标定值读数（10000με）。
⑤为了提高测试精度，若条件允许，每隔一段时间在无载荷情况下核对一下平衡和标定值读数。
（5）测量：
再次按上“测量”开关，仪器即可按预定加载方案进行测量。
（6）还原：
测试完毕，关闭电源，拆下各接线，整理好现场，试验结束。
3．注意事项
（1）仪器使用前应预热半小时，可连续工作4小时。
周围应无腐蚀性气体及强磁场干扰。
（2）导线、连线，插头均应旋紧。
测量工作片与补偿片值应尽量一致，连接导线应采用长度，规格相同的屏蔽电缆，测量时导线不得移动。
（3）严格遵守操作规程。
试验中发现故障，应立即关掉电源。
二、多点测量预调平衡箱
预调平衡箱是与静态应变仪配套使用进行多点测量的仪器。
常用的平衡箱可同时测量20个点的应变值，可进行半桥（单片补偿和多点公共补偿），全桥应变测量及对其它转换成电压信号物理量的测量。
1．结构与工作原理
预调平衡箱1-20点中任一点半桥连接如图7-5所示。
任一点全桥连接如图7-6所示。
R1、R2、R3、R4全部为工作片。
上海华东电子仪器厂
图7-5半桥连接图7-6全桥连接
图7-7平衡箱前面板示意图
图7-7中①为切换开关。
转换该开关可进行多点测量，当该开关置于“0”时，预调箱处于转换状态。
②为电阻平衡电位器。
它是用于调节测量点桥路的电阻平衡，将该电位器顺时针方向旋转应变值增大，反之，减小。
12345181920
图7-8平衡箱后面板示意图
1．使用方法
（1）将YJ-25型静态电阻应变仪的“选择开关”置“转换”档。
灵敏系数盘调到和使用的应变片灵敏系数相同的数值上。
（2）平衡箱联接线分别插入“预调箱”座和“应变仪”座。
（3）按下YJ-25应变仪的电源开关接通电源。
并将“测量基零”开关置“测量”档。
（4）将“切换开关”置于“1-20”档，调节相应电阻平衡电位器，使YJ-25电阻应变仪显示为“±
0000”。
（5）接线半桥时将平衡箱后面板转换开关打到半桥，在平衡箱上把工作片接在AB接线柱上，把补偿片接在BC接线柱上。
若想用一个片补偿所有工作片，可用短接铜片把对应的C行所有接线柱短接起来。
在BC上接一只补偿片。
全桥测量时，将平衡箱后面板转换开关置全桥位置，并依次将应变片引线接在平衡箱的ABCD接线柱上。
（6）加载，旋转“切换开关”记录相应的测量值。
注意：
如在测量时发现有跳字现象，可将桥路B节点和接地柱用导线将它们连接起来，并要求电源插座的接地线接地。
三、电测法的基本原理
电测方法不仅用于验证材料力学的理论、测量材料的机械性能，而且作为一种重要的实验手段来解决实际工程中的问题及从事研究工作。
电测法就是将物理量、力学量，机械量等非电量通过电感元件转换成电量来进行测量的一种实验方法，其原理框图如下图所示。
敏感元件测量设备
被测构件电量测量结果
光、电、机械传感器数据采集与处理
物力机生电电数
理学械物压流字
量量量参量
数
图7-9电测技术原理框图
电测法之所以得到广泛应用，是因为它具有如下诸方面的优点：
（1）灵敏度高，测量范围广。
如应变测量范围为±
1～±
10４微应变，力或重力的测量范围为10-2～105N等。
（2）能进行静、动态测量，频响范围为0～±
50KHZ。
（3）轻便灵活，可用于现场及野外等恶劣环境下进行测试。
（4）能在高温、低温及高压液下等特殊条件下的测量。
（5）便于与计算机联结进行数据采集处理。
可广泛应用于生产管理的自动化及其控制。
一、电阻应变片的构造及工作原理
金属丝的电阻值随机械变形而发生变化的现象称为应变一电效应。
电阻式敏感元件称作电阻应变片。
电阻应变片分丝式电阻片和箔式电阻片两大类。
丝绕式应变片是用直径为0.003～0.01mm的合金丝绕成栅状而制；
箔式应变片则是用0.003～0.01mm厚的箔材经化学腐蚀成栅状。
主体敏感栅是一个电阻，在感受被测物体的应变时，其电阻也同时发生变化。
实验表明被测物体测量部位的应变片
与电阻变化率ΔR/R成正比关系。
即
（7-1）
式中Ks称为金属丝的电阻应变灵敏系数
上式也可由物理学基本公式导出：
电阻值R与电阻丝长度L及截面积A之间的关系为：
（7-2）
ρ为金属丝的电阻率，上式等号两边取对数再微分得：
（7-3）
根据金属物理和材料力学理论得知ΔA/A，Δρ/ρ也与ΔL/L成线性关系，由此得到：
=
（7-4）
式中：
μ——金属丝材料的泊桑系数。
m——常数与材料的种类有关。
（7-4）式说明粘贴在构件上的电阻片，其电阻变化率ΔR/R与其感受的应变值ΔL/L成正比，比例系数为Ks。
由于电阻片的敏感栅并不是一根直丝，所以比例系数一般在标准应变梁上由抽样标定测得，标定梁为纯弯梁或等强度钢梁。
对电阻片来说，式（7-4）可写成。
二、电阻片的温度效应
温度变化时，金属丝的电阻值也随着产生变化，称之为（ΔR/R）T。
该电阻变化是由两部分引起的，一是电阻丝的电阻温度系数引起的
另一部分是由于金属丝与构件的材料膨胀系数不同而引起的：
因而温度引起的电阻变化为
（7-5）
式中
——金属丝（箔）材料的电阻温度系数；
——金属丝（箔）材料的热膨胀系数；
——构件材料的热膨胀系数。
要想准确地测量构件的应变，就要克服温度对电阻变化的影响，一种方法是使电阻片的系数
等于零，这种电阻片称为温度自补偿电阻片；
另一种方法是利用测量电路——电桥的特性来克服的，这将在下面仔细阐述。
四、测量电路----电桥的工作原理
测量电路的作用是将电阻片感受的电阻变化率ΔR/R变换成电压变化输出，再经放大电路放大。
测量电路有许多种，最常用的是桥式电路，它有四个桥臂R1，R2，R3，R4按顺序接在A、B、C、D之间图7-11。
电桥的对角点AC接电源E。
另一对角BD为电桥的输出端，其输出电压uDB。
可以证明输出电压。
（7-6）
若电桥的四个桥臂与四枚粘贴在构件上的电阻片连接。
当构件变形时，其电阻值的变化分别为：
，此时，电桥的输出电压即为：
（7-7）
由式（7-7）和（7-4）可以解出电桥电压的变化量ΔUDB。
当ΔR/R＜＜1，ΔUDB可以简化为
（7-8）
式中a=R2/R1，b=R3/R4,当R1=R2=R3=R4时，（7-8）式又可进一步简化成
（7-9）
上式表明，电桥输出电压的变化量ΔUDB与两个桥臂的电阻变化率成线性关系，需要注意的是该式成立的必要条件是：
a、小应变
1b、等桥臂，即R1=R2=R3=R4
当四枚电阻片的灵敏系数K相等时，（7-9）式可以写成
（7-10）
ε1，ε2，ε3，ε4分别代表电阻片R1，R2，R3，R4感受的应变值。
上式表明，电压变化量ΔUDB与四个桥臂电阻片对应的应变值ε1，ε2，ε3，ε4成线性关系。
应当注意，式中的ε是代数值，其符号由变形方向决定。
通常拉应变为正，压应变为负，可以看出，相邻两臂的ε（例如，ε1，ε2或ε3，ε4）符号一致时，根据式（7-9）应变相互抵消。
如符号相反，则两应变绝对值相加。
两相对桥臂的ε（例如ε1和ε3）符号一致时，其绝对值相加，否则二者相互抵消。
显然，不同符号的应变按照不同的顺序组桥，会产生不同的测量效果。
因此，灵活地运用（7-10）式正确地布片和组桥，可提高测量的灵敏度并减少误差。
这种作用称为电桥的加减特性。
下面讨论几种常用的组桥方式。
1．组桥方式
（1）单臂测量，电桥中只有一个桥臂（常用AB臂）是参与机械变形的电阻片，其它三个桥臂的电阻片都不参与机械变形。
这时，电桥的输出电压为：
（7-11）
（2）半桥测量。
电桥中相邻两个桥臂（常用AB、BC桥臂）参与机械变形的电阻片，其它两个桥臂是不参与机械变形的固定电阻。
这时电桥的输出电压为
（7-12）
（3）对臂测量。
电桥中相对的两个桥臂（常用AB、CD桥臂）是参机械变形的电阻片，其它两个桥臂是固定电阻，这时电桥的输出电压为
E
B
R2
R1
D
C
A
图7-10桥式测量
（7-13）
（4）全桥测量。
电桥中四个桥臂都是参与机
械变形的电阻片。
这时电桥输出电压与公式（7-9）
及（7-10）相同。
另外，还有串联组桥方式，即两枚参与机械变
形电阻片串联在同一桥臂中，其测量结果为两枚电
阻片电阻变化率的平均值。
2.温度补偿片
前已述及电阻片的电阻随温度的变化而变化的，利用电桥的加减特性，可通过温度补偿片来消除这一影响。
所谓温度补偿是将电阻片贴在与构件材质相同但不参与变形的一块材料上，并与构件处于相同的温度条件下。
将补偿片正确地连接在桥路中即可消除温度变化所产生的影响。
下面分别讨论各种组桥方式温度补偿片的连接方法。
通常参与机械变形的电阻片称为工作片在电桥中用符号来表示；
温度补偿片用符号来表示；
另外仪器中还接有不随温度变化的内接标准电阻。
（1）单臂测量图7-11。
其中BC臂接温度补偿片，CD，DA臂接仪器内的标准电阻。
考虑温度引起的电阻变化
（7-14）
由于R1和R2温度条件完全相同，因此
，所以电桥的输出电压只与工作引起的电阻变化有关，与温度变化无关。
（7-15）
（2）半桥测量图7-12。
其中AB、BC臂接工作片，CD、DA仍接仪器内的标准电阻。
两枚工作片处在相同的温度条件下，
（7-16）
桥路的加减特性自动消除了温度的影响，无需另接温度补偿片。
图7-11温度补偿电路图7-12半桥测量
（3）对臂测量图7-13。
一般AB、CD两个对臂接工作片，另两个对臂BC、DA接温度补偿片。
这时四个桥臂的电阻都处于相同的温度条件下，相互抵消了温度的影响，得到的结果如式（7-13）。
图7-13相对两臂工作
（4）全桥测量图7-14。
四个桥臂都是工作片，由于它们处在相同的温度条件下，相互抵消了温度的影响。
其计算如（7-9）或（7-10）式所示。
在串联测量时图7-15，BC臂需要将两个补偿片串联起来，才能消除温度的影响。
图7-14全桥测量图7-15电阻片的串联
实验二C40混凝土配合比设计与试验
一、实验目的
本综合设计实验目的：
了解普通混凝土配合比设计的全过程，培养综合设计实验能力，熟悉混凝土拌和物的和易性混凝土强度试验方法。
根据提供的工程条件和材料，依据JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》设计出符合工程要求的普通混凝土配合比。
二、工程和原材料条件
某工程的预制钢筋混凝土梁，不受风雪影响。
混凝土设计强度等级要求为C40，要求强度保证率为95%。
施工要求塌落度为30-50mm（施工现场混凝土由机械搅拌，机械振捣），施工单位无历史统计资料。
原材料：
水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，砂石以实验室的材料检测数据为准。
三、主要仪器设备
混凝土搅拌机、振动台、塌落度筒等。
四、实验步骤
1.原材料性能检测实验：
水泥性能实验，砂性能实验，石性能实验等。
2.计算配合比：
根据给定的工程条件、原材料和试验测得的原材料性能进行配合比计算，计算依据JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》规定进行。
将每立方米混凝土中水、水泥、砂和石子的用量全部求出，供试配用。
3.配合比试配：
根据第四章《普通混凝土实验》进行。
4.不符合工程要求者，重新调整配合比再进行《普通混凝土实验》
五、结论
得出C40的混凝土实验室配合比
实验三钢筋混凝土简支梁受弯破坏试验
一.试验目的
1.了解钢筋混凝土适筋梁、超筋梁和少筋梁从开始加载到破坏的受力过程和破坏特征，以及配筋率对破坏形态的影响；
2.验证钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算理论和计算公式；
3.掌握钢筋混凝土受弯构件的试验方法以及荷载、应变、挠度、裂缝宽度等试验数据的量测技术和有关仪器的使用方法。
二.试验构件和仪器布置
1.试验梁截面尺寸、配筋方式及钢筋粘贴钢筋电阻应变片位置。
受弯试验梁分为三种，分别为FBL-1（少筋梁）、FBL-2（适筋梁）和FBL-3（超筋梁），每组只做一种。
设计混凝土强度等级C30（试验前需测定实际强度），纵向钢筋和箍筋采用HRB400级热轧带肋钢（试验前需测定实际强度），吊钩采用HPB300钢筋，纵向钢筋混凝土保护层厚度cs=25mm，试验梁制作时已在梁底纵向钢筋粘贴钢筋电阻应变片。
梁截面尺寸、配筋方式及粘贴钢筋电阻应变片位置见图2.1，纵向钢筋和箍筋直径见表2.1。
图2.1受弯试验梁尺寸、配筋方式及钢筋应变片位置图
表2.1试验梁纵向钢筋和箍筋直径
试验梁编号
梁纵向钢筋直径及根数
箍筋直径及间距
FBL-1
2
6
6@100
FBL-2
18
8@100
FBL-3
25
2.混凝土强度和弹性模量。
试验梁浇筑混凝土时，每根梁留2组（6个，一组备用）100mm×
100mm×
100mm立方体试块，试验前一天进行立方体抗压试验，实测试验梁混凝土立方体抗压强度fcu0，并由按下列公式计算试验梁混凝土相应的轴心抗压强度fc0、轴心抗拉强度ft0和弹性模量Ec0。
（2.1）
（2.2）
（N/mm2）（2.3）
式中c1为混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值，当混凝土强度等级不大于C50时，c1=0.76；
当混凝土强度等级为C80时，c1=0.82；
当混凝土强度等级为中间值时，按线性变化插值；
c2为混凝土的脆性系数，当混凝土强度等级不大于C40时，c2=1.0；
当混凝土强度等级为C80时，c2=0.87；
0.88为考虑结构中的混凝土强度与立方体试件混凝土强度差异等因素的修正系数。
3.钢筋强度和伸长率。
试验梁钢筋骨架制作时每种规格的钢筋预留3根500mm长试样，用以实测钢筋的屈服强度fy0、极限抗拉强度b0、断口伸长率和最大力下的总伸率（均匀伸长率）gt。
钢筋断口伸长率和最大力下的总伸率（均匀伸长率）g分别按下列公式计算：
（2.4）
式中为断后伸长率（%），l为钢筋包含颈缩区的量测标距拉断后的长度，l0为试件拉伸前的标距长度，可取l0=5d（d为钢筋直径）或l0=10d，相应的断后伸长率表示为5或10。
（2.5）
式中L0为试验前的原始标距（不包含颈缩区），L为试验后量测标记之间的距离，b0为钢筋的实测最大拉应力（即极限抗拉强度），Es为钢筋的弹性模量（对HRB400级热轧带肋钢，取Es=2.00×
105N/mm2）。
gt的量测方法可参照图2.2进行。
在离断裂点较远的一侧选择Y和V两个标记，两个标记之间的原始标距（L0）在试验前至少应为100mm；
标记Y或V与夹具的距离不应小于20mm或钢筋公称直径d二者中的较大值，标记Y或V与断裂点之间的距离不应小于50mm或2倍钢筋公称直径二者中的较大值。
钢筋拉断后量测标记之间的距离为L，求出钢筋拉断时的最大拉应力b0，按（2.5）式计算gt。
图2.2钢筋最大力下的总伸长率量方法
4.加荷装置和仪器布置。
试验梁两端铰支于支座上（一端为固定铰支座，另一端为可动铰支座），试验前在跨中纯弯段混凝土表面粘贴混凝土应变片，每根梁布置5块百分表量测支座位移和跨中挠度，用电阻应变仪量测钢筋和混凝土在各级荷载下的应变。
试验梁加荷装置、仪表布置及测点位置如图2.3所示。
图2.3加荷装置、仪表布置及测点位置图
三.试验准备工作
1.认真复习教材有关章节，了解钢筋混凝土梁正截面受力过程和破坏形态。
2.认真了解试验梁的配筋情况，计算纵向受力钢筋截面面积As（确定梁底纵筋直径、数量，计算截面面积）；
量测梁跨中截面实际尺寸b、h（梁截面实际浇筑尺寸与设计尺寸略有差别，计算分析应时采用实测截面尺寸）；
计算梁截面有效高度h0=h-as=h-cs-d/2，式中h为梁跨中截面实测高度，as为纵向钢筋截面形心到梁底面的距离，cs为纵向钢筋混凝土保护层厚度（本次试验梁cs=25mm），d为纵向受力钢筋直径。
3.确定试验梁实测混凝土立方体抗压强度fcu0，以及相应的轴心抗压强度fc0、轴心抗拉强度ft0和弹性模量Ec0。
4.计算梁截面配筋率s=As/bh及最小配筋率min，min取0.2%和45ft0/fy0（%）的较大值。
5.计算受压区高度x=Asfy0/fc0b（当混凝土的强度等级不超过C50时，取1=1.0；
当混凝土的强度等级为C80时，取1=0.94；
其间按线内插法确定），预判试验梁受弯破坏形态：
若x<
bh0且As<
minbh为少筋梁破坏，若x<
bh0且As>
minbh为适筋梁破坏，若x>
bh0为超筋梁破坏；
b为相对界限受压区高度，对强度等级不大于C50的混凝土，采用HRB400钢筋时取b=0.518。
6.称量梁顶加载设备（千斤顶、分配梁、垫板等）重量P1；
计算梁自重弯矩Mg=gl2/8，g为梁均布自重荷载，可由梁截面尺寸和钢筋混凝土容重（25kN/m3）计算得到，l为梁的计算跨度，对本次试验梁取l=2100mm。
7.试验梁表面刷白，打方格。
8.预估试验梁开裂荷载Pcr和破坏荷载Pu。
（1）试验梁开裂荷载Pcr
开裂弯矩Mcr按下式计算：
（3.1）
式中s/Ec0，Es为钢筋的弹性模量，对HRB400级热轧带肋钢取Es=2.00×
105N/mm2；
Ec0为混凝土的弹性模量，按2.3式计算；
s为梁跨中截面配筋率，s=As/bh。
开裂荷载Pcr按下式计算（见图2.3，三分点加载）：
（3.2）
式中Mg为梁自重弯矩，P1为梁顶加载设备（千斤顶、分配梁、垫板等）重量。
（2）试验梁破坏弯矩Mu
①少筋梁（x<
minbh）
（3.3）
②适筋梁（x<
（3.4）
③超筋梁（x>
bh0）
（3.5）
（3）试验梁破坏荷载Pu
试验梁预估破坏荷载按下式计算：
（3.6）
四.试验步骤
1.量测实际尺寸，熟悉仪表操作
加载前仔细量测试验梁的长、宽、高，量测电阻应变片位置以及支座、加载点和百分表位置的实尺寸，作好记录，必要时应画草图。
熟悉电阻应变仪、千斤顶、百分表和刻度放大镜等仪表的操作。
2.加载方法
（1）确定加载级差，每级加载值可取预估破坏荷载Pu的1/10~1/8，临近开裂荷载Pcr和破坏荷载Pu时应适当减小级差。
（2）试加载1~2级，检查仪表读数是否正常。
（3）分级加载，从0逐级增加到试验梁破坏为止。
每次加载后静止2~5分钟，待试验梁变形稳定后再量测各种
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