建筑结构实验指导书2.docx
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建筑结构实验指导书2
《建筑结构实验》
实验指导书
大连理工大学建设工程学部实验教学中心结构实验室
班级：
学号：
姓名：
实验注意事项…………………………………………………………………………………
实验一…………………………………………………………………………………………1
实验二…………………………………………………………………………………………4
实验三…………………………………………………………………………………………7
实验四
（1）…………………………………………………………………………………9
实验四
（2）…………………………………………………………………………………12
附录…………………………………………………………………………………………15
实验注意事项
为了确保实验的顺利进行、达到预定目的，应做到以下几点：
一、做好实验前预备工作
1、预习实验指导书，明确本次实验的目的、方式、步骤和注意事项。
2、预习与本次实验有关的大体原理和其它有关参考资料等。
3、对实验中所用到的仪器、设备，在实验前应有必然的熟悉和了解。
4、必需清楚地明白本次实验所需记录的项目及数据处置的方式，事前做好记录表格等预备工作。
5、除解指导书中所提及的方案外，应多假想一些其他方案。
二、遵守实验室的规章制度
1、遵守纪律，注意平安，严肃认真，维持安静。
2、爱惜仪器设备，严格遵守操作规程。
3、非本次实验所用设备和仪器，未经许诺切勿随意动用。
4、实验完毕后，应将仪器和设备擦拭干净，并恢复到原先的正常状态。
三、认真做好实验
1、认真听取指导教师的讲解。
2、清点有关实验用设备、、仪表和器材。
3、应具有严格的科学作风，认真细致地按要求的实验方式和步骤进行。
4、关于带电和珍贵的仪器和设备，在接线或布置完成时，应经教师检查通事后，方可开始实验。
5、实验进程中，应紧密观看实验现象，随时进行分析，假设发觉异样应及时报告，实验进程还应注意采取防护方法，确保人身、仪器和设备平安。
6、记录下全数所需测量数据、仪器型号、精度、量程、试件尺寸、材料标号、爱惜层厚度、钢筋含量和规格等。
若是实验结果与温度有关还应记录温度和湿度等环境条件。
原始数据不得随意改动。
7、教学实验是培育学生动手能力的一个重要环节，在实验小组中尽管有必然分工，可是每一个学生都必需自己动手，彼此交流，完成全数实验环节。
8、若是学生希望观看一些与本实验有关的其他现象，或用另外方案进行实验，在完本钱实验规定项目后，经教师同意后方能够进行。
四、写好实验报告
实验报告是实验工作的总结，通过对他的撰写，能够提高实验者分析问题和解决问题的能力，因此必需独立完成。
报告要求层次清楚，总结全面，图表适合，表述明白，要有对实验现象的分析喝自己的观点，并进行讨论。
一样实验报告应具有以下内容：
1、实验名称，实验日期，实验者及同组成员。
2、实验目的。
3、实验的大体原理、方式及步骤。
4、设备及仪器编号、精度、量程等。
5、实验数据及处置（应包括全数原始数据，并注明测量单位，最好以表格形式列出数
据的运算进程，并依照数据处置和误差分析的要求给出实验的误差）。
最后将所得的实验结果做出曲线或给出体会公式。
6、讨论。
应依如实验结果及实验中观看到的现象，结合大体原理进行发觉讨论，若是实验涉及的问题有理论解，那么应与计算结果进行比较并提出个人的观点。
实验一电阻应变计测量应变技术
一、实验目的
1、熟悉各类应变测试仪器的操作方式。
2、学习和把握利用电阻应变计测量构件应变值的半桥及全桥测量的接线方式。
二、实验设备及器材
一、等强度梁及砝码。
二、静态电阻应变仪；DH3815搜集系统；UCAM-10B。
3、电阻应变片；502粘结剂；电烙铁；导线。
4、百分表等。
三、实验原理及方式
静态电阻应变仪的读数有以下关系：
ε仪=（ε1-ε2+ε3-ε4）
式中ε1、ε2、ε3、ε4别离为各桥臂应变片的应变值。
实验中，采纳的试件为悬臂的等强度梁，测量在其自由端施加集中力时的弯曲应变。
等强度梁的截面高度是不变的，而梁宽随加载点与被测截面的距离呈线性转变即b=dx。
因此等强度梁上下表面应力（绝对值）为：
σx=
=
=
即上下表面的应力沿轴向是均等的，不随位置而转变。
在等强度梁上1上下表面沿轴向个布置2个应变片上表面R1、R3；下表面R2、R4；另外在另设的温度补偿钢板上布置有R5、R6两个温度补偿用应变片。
利用这些应变片能够组成多种不同的测量桥路。
电桥的大体接法有两种：
半桥接法和全桥接法。
1、半桥接线与测量
1）、若是应变片R1接于应变仪AB接线柱，温度补偿应变片R5接于BC接线柱，那么组成外半桥，另外半桥由应变仪内部两个无感绕线电阻组成，应变仪读出的应变值为：
ε仪=（ε1-ε5）=（ε1m+ε1t）-（ε5m+ε5t）
而ε1t=ε5t；ε5m=0；ε1m=εm则
ε仪=εm
图1-1弯曲应变半桥单补偿接线与测量
每一个应变片反映出的应变值包括荷载作用和温度阻碍两部份，按迭加原理能够写成ε=εf+εt，下标f、t别离表示荷载和温度。
2）、那个地址以工作片互为温度补偿，而读数为实际应变的两倍，灵敏系数提高2倍。
ε仪=（ε1-ε2）=（ε1m+ε1t）-（ε2m+ε2t）
而ε1t=ε2t；ε2m=-ε1m=εm则
ε仪=2εm
图1-2弯曲应变半桥互补偿接线与测量
2、全桥接线与测量
1）、两个工作片与两个补偿片，灵敏度提高2倍。
ε仪=ε1-ε2+ε3-ε4=2εm
图1-3弯曲应变半桥单补偿接线与测量
2）、四个桥臂都是工作片，灵敏度提高4倍。
ε仪=ε1-ε2+ε3-ε4=4εm
图1-4弯曲应变全桥互补偿接线与测量
一、实验步骤
1、别离按上述4种接法接通桥路，试件采纳等强度梁。
2、第一在初始荷载（即零荷载）下将应变仪预调平稳。
3、实验前，先作1～2级预加载实验，每级P=5N。
通过预加载实验检查仪器和各类装置，所发觉问题都应一一加以解决，以后所有仪器读出初始读数值。
4、仪器测读，应按必然的时刻距离进行，全数测点读数时刻必需大体相等，只有同时取得的数据才能说明结构在某一状态下的实际情形。
5、正式实验，利用标准砝码加载，每级加载按表中给定值施加；将各级荷载下相应的应变仪读数值别离记录在表1—1和表1—2中，并重复三次，并计算平均值。
6、整理出实验数据，并比较应变仪读数与接桥的关系。
表1-1实验数据记录表
接法
半桥接法
（1）单点外补偿
半桥接法
（2）工作片互补偿
次序
荷载N
应变
0
5
10
20
30
0
5
10
20
30
1
εμ
2
εμ
3
εμ
平均值（εμ）
表1-2实验数据记录表
接法
全桥接法
（1）2工作片2补偿片
全桥接法
（2）4工作片互补偿
次序
荷载N
应变
0
5
10
20
30
0
5
10
20
30
1
εμ
2
εμ
3
εμ
平均值（εμ）
六、实验报告
一、按实验要求整理出各类测量数据，并作应变仪按半桥和全桥接线的测量关系比较。
二、讨论不同桥路接法的优缺点和利用条件。
3、画出每种接法的P—εμ曲线图。
4、分析理论值与实测值的不同缘故。
实验二、钢桁架的静力实验
一、实验目的
一、学习和把握几种经常使用仪器、仪表的性能、安装和利用方式。
二、通过对桁架节点位移、支座沉降、杆件内力的测量和对测量结果的处置分析，把握
静力非破坏实验的大体进程，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。
二、实验设备和仪器
一、钢桁架。
二、手动千斤顶。
3、荷载传感器及电阻应变仪。
4、静态应变搜集系统及应变片。
五、百分表、磁性表座米尺、游标卡尺等。
三、实验装置
钢桁架及荷载实验装置见图2—1。
图2—1钢桁架实验装置图
图中1—千斤顶；2—荷载传感器；3—应变仪；4—应变搜集系统；5—应变片；
别离为百分表。
图中杆件双侧均贴有120Ω的应变片，可测出对应杆件的应变值。
百分表
和
别离测量桁架在加载进程中的支座沉降；百分表
和
别离测量桁架下弦节点的挠度。
四、实验方案
桁架实验一样多采纳垂直加荷方式，由于桁架出平面刚度较弱，安装时必需采纳专门方法，设置侧向支撑，以保证桁架的侧向稳固。
桁架实验时支座的构造能够采纳梁实验的支承方式，支承中心线的位置须准确，起误差对桁架端节点的局部受力阻碍较大，应该严格操纵。
若是是三角形屋架，受荷后，下弦伸长较多，转动支座的水平位移往往较大，因此支座垫板应有足够的尺寸。
观测项目一样有强度、挠度、杆件内力等。
测量挠度能够采纳位移计，测点一样布置在下弦节点。
为了测量支座沉降，在桁架两支座的中心线上应安装垂直方向的位移计。
另外还需要在下弦两头安装两个水平方向的位移计，以测量在荷载作用下固定绞支座和转动绞支座的水平位移值。
杆件内力测量能够用电阻应变片进行测量，其安装位置随杆件受力条件和测量要求而定。
荷载分级能够在弹性范围内，按指导教师给定的执行。
为维持整体稳固，实验桁架的平面外均应设置水平辅助桁架，确保稳固。
五、实验步骤
一、检查试件和实验装置，装好仪表，应变片已经事前贴好，只需检查电阻值和接线情形。
二、加实验指导教师给定的荷载值，做预载实验，测好读数观看、分析实验结果，检查实验装置，看试件、仪表是不是工作正常，然后卸载，把发觉的问题及时解决、排除。
3、仪表从头调零，记录初读数，做好记录和刻画实验曲线的预备。
4、正式加载，采纳5级加载，每级按实验指导教师给定的荷载施加，每级持载停歇时刻为5分钟，停歇终止前读数。
五、满荷载为N，满载后分两级卸载，并记下读数。
六、正式实验重复两次。
百分表挠度值记录表表2—1
荷载
（KN）
百分表读数（mm）
实际挠度值（mm）
表
表
表
表
读数
累计
读数
累计
读数
累计
读数
累计
0
测点应变值记录表表2—2
荷载
KN
测点应变值（με）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
桁架内力理论值与实测值对照表表2—3
测点
杆1
杆2
杆3
杆4
杆5
杆6
实测值
理论值
误差（%）
六、实验结果的整理、分析及实验报告
一、钢桁架原始数据：
外直径：
48mm
内直径：
40mm
E=×105MPa管壁厚：
4mm
杆件长度：
1000mm
二、桁架各杆件内力图（按给定桁架图，要求学生自己事前计算）
3、节点挠度的计算公式：
f2荷载=f2测-（
f1+
f4）
实验报告要求：
1、计算出各块表的累计读数值。
2、计算各杆件的实测内力值及理论内力值，并进行对照，计算相对误差。
（填表2—3）
3、画出表2或表3节点处的荷载——挠度曲线。
4、具体分析实验结果与理论值误差产生的缘故。
五、依如实验结果综合分析，对桁架的工作状态作出评判。
实验三、动态测量仪器的利用和结构动力特性的测量
一、实验目的
一、熟悉动态测量仪器、操作系统的利用方式。
二、测量实验梁的动力特性。
二、实验仪器和设备
一、EDX1500动态测量数据搜集分析系统。
二、加速度传感器。
3、实验梁。
三、实验原理
结构的动力特性参数要紧包括有：
自振频率、阻尼系数、振形等大体参数，也称动力特性参数或振动模态参数。
这些特性由结构形式、质量布置、结构刚度、材料性质、构造连接等因素决定，与外荷载无关。
结构动力特性实验是结构动力实验的大体内容，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抵御其他动荷载的性能和能力时，都必需进行结构动力特性实验，了解结构的自振特性。
测量结构动力特性的方式要紧有：
人工激振法和环境随机振动法。
人工激振法又能够分为自由振动法和强迫振动法。
本次实验采纳自由振动法。
先用小锤敲击实验梁，使实验梁产生振动，记录下振动的波形，由于波形的前段有撞击荷载的阻碍，因此，要截去受撞击荷载阻碍的波形，用余下的自由振动的波形曲线（图3—1所示），通过动力测量数据搜集系统分析、计算并取得结构的自振周期和阻尼比。
（3—1）
f=
（3—2）
图3—1有阻尼自由振动波形
式中f为周期；ξ为阻尼比。
在计算周期时，应取假设干个周期的平均值作为计算周期，以提高精度。
四、实验步骤
一、将加速度传感器安装在实验梁上，检查测试系统各部份是不是工作正常。
二、用锤击激振时，撞击力量要适中。
3、记录实验曲线，并将各个要紧点的数据记录下来。
4、在3—1表中记录实验梁的几何参数及材料性能。
实验梁参数表3—1
截面高度
（mm）
截面宽度
（mm）
跨度
（m）
弹性模量
（N/mm2）
密度
（kg/m3）
线密度
五、数据处置
一、简支梁的自振频率理论值
二、依如实验记录的曲线各点的值计算出构件的自振周期和阻尼比。
3、比较实测值和理论值的不同，并发觉其缘故。
4、完成实验报告，记录曲线应附在实验报告内。
实验四
（1）、回弹法检测混凝土强度
一、实验目的
一、学会利用回弹仪，了结回弹仪的利用条件。
二、把握回弹法的大体原理和回弹仪的构造。
3、熟悉对回弹所得数据的处置和混凝土强度的推定。
二、实验仪器和设备
一、回弹仪。
二、1%的酚酞酒精溶液。
3、回弹法检测混凝土抗压强度技术规程。
4、混凝土试件。
三、大体原理
回弹法是非破损检测技术（非破损检测技术是在不破坏结构构件材料内部结构，不阻碍结构整体工作性能和不危及结构平安的情形下，利用和依据物理学的力、声、电、磁和射线等的原理、技术和方式，测定与结构材料性能有关的各类物理量，并推定结构构件材料强度和内部缺点的一种测试技术）的一种。
测量混凝土的表面硬度来推算抗压强度，是混凝土结构现场检测中经常使用的一种非破损实验方式。
用回弹仪弹击混凝土表面时，由仪重视锤回弹能量的转变，反映混凝土的弹性和塑性性质，故此法称为回弹法。
回弹法的大体原理是利用回弹仪的弹击拉簧驱动仪器内的弹击重锤，通过中心导杆，弹击混凝土的表面，并测得重锤反弹的距离，以反弹距离与弹簧的初始长度之比值为回弹值R，由它与混凝土强度的相关关系来推定混凝土强度。
（见图7—1）
图4—1
（4—1）
式中：
L——弹弹簧的初始长度；
X——重锤反弹位置或重锤回弹时弹簧的拉伸长度。
回弹法检测混凝土强度的阻碍因素有：
一、回弹仪测试角度的阻碍。
回弹仪非水平方向测试时，由于重力作用使测试结果与水平方向不同，这时应依照回弹仪轴线与水平方向的角度
对回弹值进行修正。
二、混凝土不同浇筑面的阻碍。
混凝土不同浇筑面有不同的状况，由于混凝土的泌水现象，构件底部石子较多，回弹值偏高。
表层因泌水，水灰比略大，面层疏松，使回弹值偏低。
因此测试时要尽可能选择构件浇筑的侧面，如不能知足，应按不同测试面对回弹值进行修正。
3、龄期和炭化深度的阻碍。
已硬化的混凝土表面受到空气中的二氧化碳的作用，使混凝土中的水泥水化游离出的氢氧化钙慢慢转变，生成硬度较高的碳酸钙，这确实是混凝土的炭化现象。
随着混凝土硬化龄的增加，表面产生炭化现象后，使表面硬度随着炭化深度的增加慢慢加大，这时直接采纳回弹值来推定混凝土强度，必然会产生误差。
因此要考虑炭化深度的阻碍。
4、养护方式和温度的阻碍
关于相同强度的混凝土，自然养护的回弹值高于标准养护的回弹值，其要紧缘故是混凝土不同使强度进展不同，表面硬度也不同。
混凝土表面湿度愈大，回弹值愈低。
四、实验步骤
一、率定。
回弹仪在利用前应在洛氏硬度HRC为60
2的钢砧上，在室温（20
5）C0的条件下进行率定。
钢砧应稳固地放在刚度大的混凝土实体上，回弹仪向下弹击，取持续三次的稳固回弹值进行平均，弹击杆应分四次旋转，每次旋转900。
弹击杆每旋转一次的率定平均值应符合80
2的要求。
二、选择测区。
每一个构件至少10个测区。
测区面积操纵在2，以能容纳16个回弹测点为宜。
3、回弹值测量。
回弹仪始终垂直于结构或构件的表面（检测面），测点不该在气孔或外露石子上。
同一测点只许诺弹击一次。
测点在测区内均匀散布，每一测点的回弹值读数精准至个位，，相临两测点净距一样不小于20mm。
4、炭化深度的测量。
应选择很多于30%测区数在有代表性的位置上测量炭化深度值。
用适合的工具在测区表面形成直径约为15mm并有必然深度的孔洞。
清除孔洞中的碎屑和粉末时，注意不得用水冲洗，应当即用浓度为1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁边缘处，用深度测量工具量测自测试表面至深部不变色边缘处与测试面的垂直距离多次，取其平均值为该测区的炭化深度值。
每次量测读数精准至。
五、回弹值的数据处置。
、回弹值的计算：
从16个数据中剔除3个最大值和3个最小值，然后计算余下的10个平均值。
（4——1）
Rm——测区平均回弹值，精准至；
Ri——第i个测点的回弹值。
、炭化深度值的计算：
（4——2）
dm——测区的平均炭化深度值（mm），计算至；
di——第i次测量的炭化深度值（mm）；
当dm＜时，按无炭化进行处置。
当dm＞6mm时，那么按dm=6计算。
五、实验报告
一、将回弹的实验数据和对应的炭化深度值记录在给定的表格中，并按规程要求计算出Rm和dm值。
二、依照计算出的Rm和dm值推定每一个测区的混凝土强度值。
3、假设实验值足够多时，计算构件或结构的混凝土强度的平均值和标准差，并推定构件或结构的混凝土强度。
（4——3）
——结构或构件混凝土强度平均值（MPa），精准至（MPa）。
（4——4）
——结构或构件混凝土强度标准差（MPa），精准至（MPa）。
4、结构或构件混凝土强度推定值
单个构件
（4——5）
、批量检测时，在该批构件强度平均值知足相应条件时，按（4—6）和（4—7）式中较大值推定混凝土强度。
（4——6）
（4——7）
关于按批量检测的构件，当该批构件混凝土强度标准差显现以下情形之一时，该批构件应全数按单个构件检测推定：
ⅰ、该批构件混凝土强度平均值小于25MPa，且
＞；
ⅱ、该批构件混凝土强度平均值等于或大于25MPa，且
＞。
混凝土强度回弹记录表表4——1
测点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Rm
di
混凝土强度推定值：
实验四
（2）超声——回弹综合法检测混凝土强度
一、实验目的
1、学会利用混凝土超声波检测仪，了解其利用条件。
二、把握超声——回弹综合法检测混凝土强度的大体原理和利用方式。
3、熟悉对超声——回弹所得数据的处置和混凝土强度的推定。
二、实验仪器和设备
一、混凝土超声波检测仪。
二、混凝土回弹仪。
3、超声——回弹综合法检测混凝土强度技术规程（CECS02：
88）。
4、混凝土试件。
三、大体原理
超声法和回弹法都是以混凝土材料的应力应变行为与强度的关系为依据的。
超声波在混凝土材料中的传播速度反映材料的弹性性质。
由于超声波穿透被检材料，因此，它反映了混凝土内部构造的有关信息。
回弹值反映混凝土的弹性性质，同时在必然程度上也反映混凝土的塑性性质，但它只能确切反映混凝土表层3cm左右厚度的状态。
当采纳超声——回弹综合法时，就既能反映混凝土的弹性，又能反映混凝土的塑性；既能反映混凝土的表层状态，又能反映混凝土的内部构造。
能够由表及里、较为准确地反映混凝土的强度。
超声波脉冲实质上是超声检测仪的高频电震荡鼓励换能器中的压电晶体，有压电效应产生的机械振动发出的声波在介质中的传播。
混凝土强度愈高，相应超声波波速愈大。
超声——回弹综合法利用
—
—
关系推算混凝土强度，不需测量炭化深度，减少测量误差。
（4——8）
——混凝土强度换算值；
——超声波在混凝土中的传播速度；
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