建筑结构试验指导书学生用修改DOC.docx

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建筑结构试验指导书学生用修改DOC

建筑结构试验指导书

南华大学城市建设学院

结构实验室

本实验指导书是为钢筋混凝土结构及建筑结构试验课程教学而编写的，专供指导学生进行教学实验使用。

本指导书在编写时，注意了以下几点：

1、密切教学实验与理论课程的关系

实验内容结合实际，有利于加强理论与实验的有机联系，钢筋混凝土及建筑结构试验是建立在建筑材料、工程力学与结构力学等理论课程基础上的一门综合性的骨干课程，为此尽力使课程中的重要内容和工程检测技术，通过实验达到进一步了解、熟悉掌握的目的。

2、培养学生独立工作和分析问题、解决问题的能力。

实验内容的安排，尽可能地依据循序渐进的原则，由机测仪器到电测仪器，由手工操作到自动检测，使学生通过教学实验全过程，学会实验现象的观察和分析并独立写出实验报告。

3、注意基本操作和实验技能的训练。

通过教学实验，掌握常用仪器设备的工作原理和主要技术性能，对于最基本的实验技能，将在不同实验中得到反复运用、多次实验的机会。

4、加强实验报告的编写能力。

每个实验结束后，由学生对实验数据进行整理分析，并根据实验目的要求分析讨论，对实验结果作出结论，学生可以参考本实验指导书及实验报告图表，正确全面的编写实验报告，以巩固和扩大理论教学知识。

由于水平有限，缺点和错误在所难免，希望读者提出批评指正。

编者2004．5

1、实验一电阻应变计在电桥中的接桥方法及应变的测定..........2

2、实验二机械式量测仪表及电测仪表的使用..........10

3、实验三结构的静荷载试验一六米钢桁架试验..........15

4、实验四悬臂梁动力特性的测定..........22

实验注意事项

为了达到实验目的，确保实验顺利进行，学生应做到以下几点:

1、学生在实验前必须认真做好实验前的预习，明确实验目的、方法和步骤，对本次实验所用的仪器设备有一定的了解。

2、实验必须在老师和实验人员指导下进行。

要自觉遵守实验室的各项规章制度，不迟到不早退，保持实验室的整洁。

3、实验时要注意安全，爱护仪器设备，严格按照仪器设备操作规程进行使用操作，节约材料。

如不按操作规程或不听从指导而造成机器、仪器、设备、工具、元件等损坏者，按有关规定进行赔偿。

4、认真做好试验工作，专心听取老师在实验前的讲解和演示，认真仔细地按照实验指导的要求进行试验。

5、明确分工，按照测读记录把数据正确填入记录表格中，包括测点编号、仪器型号、试件的几何尺寸等各种参量，原始数据必须书写清晰，原始数据不得随意涂改。

6、认真填写实验报告，通过报告的全过程的填写，提高分析问题的能力，试验报告要求做到试验数据齐全，图表清晰，结论正确。

实验一、电阻应变计在电桥中的接桥法及应变的测定

一、实验目的：

l、掌握在静载荷作用下，使用静态电阻应变仪进行单点与多点应变的测量方法。

2、学会电阻应变片的半桥、全桥接法。

3、验证电桥的桥路特性，测取不同接桥方式时的桥路桥臂灵敏系数。

二、实验设备、仪备：

1、等强度梁、加载砝码。

’

2、静态电阻应变仪、螺丝刀、预调平衡箱。

3、电阻应变片：

在等强度梁轴向上、下表面各粘贴2枚。

横向上下表面各粘贴一枚，在补偿块上粘贴2枚，具体见下图2-1。

三、实验原理与方法

电阻应变仪电桥输出△U与各桥臂

应变片的指示应变ε有下列关系：

△U=uK（εⅠ—εⅡ+εⅢ—εⅣ）／4

其中：

K为应变片的灵敏系数，u为电桥桥压，εⅠ、εⅡ、εⅢ、εⅣ分别为各桥臂应变片的应变。

1、半桥接法：

（参看图2-2）

a、如应变片R1（上表面，受拉应变εⅠ）与温度补偿片R1接成半桥，另外半桥为应变，仪内部固定桥臂电阻，则输出只有应变εⅠ

b、如果上表面应变—片R1（受拉应变εⅠ）与梁下表面应变片R2（受应变ε2）接成半桥，则输出为εⅠ－ε2＝2εⅠ（∵ε2＝－εⅠ）。

c、如应变片Rl与横向应变片R5接成半桥，另外半桥为应变仪内部固定桥臂电阻，则输出为εⅠ－ε5＝εⅠ（－με1）＝（1+μ）εⅠ。

d、在应变片Rl与R3接成半桥，另外半桥为应变仪内部固定桥臂电阻，εⅠ－ε5＝εⅠ－εⅠ＝0＝（∵ε5＝εⅠ）。

2、全桥接法：

（参看图2--3）

a、如应变片R1和R3（上表面、受拉应变）与R2和R4（下表面、受压应变）接成全桥，则输出为εⅠ－ε2+ε3+ε4＝4εⅠ。

（∵ε5＝εⅠε2＝ε4＝－εⅠ）。

b、如应变片R1和R2与横向应变片R5、R6接成全桥，则输出为：

εⅠ－ε2+ε6－ε5＝2（1+μ）εⅠ（∵ε5＝－εⅠε5＝－με1ε6＝με1）。

c、

在应变片R1和R2与温度补偿片R7、R8接成全桥、则输出为：

2εⅠ

d、如应变片R1和R2与R3、R4接成全桥、则输出为：

εⅠ+ε2－ε3－ε4＝0（∵ε2＝－εⅠε2＝ε1ε4＝－ε1）。

四、实验步骤：

1、分别按图2—3所示各种接法，接成桥路。

2、将应变仪调零，加砝码20N，测量指示应变，记录于表2—1，再加砝码20N，测量指示应变，记录于表2—1，重复3次，进行数据处理，检查ε仪与应变值的倍数。

3、配预调平衡箱进行多点测量。

将等强度梁上所贴的六个应变测点接到预调平衡箱上作半桥测量，用温度补偿块上的补偿片R7或R8补偿温度影响，仪器各点调平后，加砝码20N，读取各点应变数值记录于表2—2，再加砖码20N，读各点应变，记录于表2—2，重复三次。

五、试验数据分析：

1、整理各种接桥方法的实验数据（表2--1，2—2）

2、讨论应变片各种接桥方法的优缺点和使用条件。

3、试根据表2—2的应变数值，计算该等强度梁材料的泊松比μ。

表2-1

接桥方式

载荷N

应变值μ

实验次数

半桥接法

全桥接法

平均变化值

桥臂系数

表2-2

测点号

载荷N

应变值μ

实验次数

平均变化值

实验二、机械式量测仪表及电测仪表的使用

一、实验目的：

认识结构静载试验用的各种机械式量测仪表、电测仪表，了解它们的构造、性能，并学习安装的技术和使用的方法。

二、实验设备及仪器：

l、等强度梁、静态电阻应变仪、杠杆引伸仪、螺丝刀。

2、百分表、电子位移计、游标卡尺、钢尺、磁性表架。

三、实验内容：

用等强度梁上粘贴的电阻应变计，并安装杠杆引伸仪、百分表，然后在等强度梁端施加砝码，测量其某一截面上的应变及梁端挠度值，并和理论值比较。

四、实验步骤：

l、用游标卡尺及钢尺、量测等强度梁的几何尺寸（包括等强度梁的总长L，根部宽度b，平均厚度h等，详见图3—1）并记录在表3—1中。

2、用磁性表架在距梁端X1（设在100mm）的截面上安装百分表（注意百分表安装时应给表一预压量，并且表面应严格垂直于梁表面），在距梁端X2处（设为200mm）的截面上安装杠杆引伸仪（杠杆引伸仪活动刀口向着梁悬臂端），把应变片（编号为1）接到应变仪上。

3、在梁端逐级施加砝码（每级加20N），量测等强度梁在相应荷载作用下各被测截面的应变值及位移值（挠度值），共加两级载荷，即20N、40N分别将各级读数记录于表3—2中，（电测应变值、机测应变值、机测位移值）。

4加、卸载三次（即重复步骤3共3次），从而得到三组读数值。

再分别取这三组读数值的平均值作为该等强度梁在相应荷载下的应变值（电测值飞机测值）、位移值（机测值）。

5、卸下杠杆引伸仪、应变片的接线、百分表（磁性表架不动）再在原磁性表架上安装电子位移计，并把导线接在应变仪上重复步骤3，所不同的这次仅测电测位移。

6、重复步骤4得到等强度梁在相应荷载作用下的电测位移值。

7、计算等强度梁在X1＝100mm处的挠度值，X2＝200mm处的应变值，再与实验实测值进行比较（比较时，用P＝40N时的值）列表于3—3。

五、理论计算：

l、等强度梁几何尺及物理参数：

其中：

L—等强度梁的总长度。

b一等强度梁的根部宽度。

bx1一被测挠度截面的宽度。

bx2一被测应变截面的宽度。

h—等强度梁的平均厚度。

X1一被测挠度截面到加载点的距离。

X2一被测应变截面到加载点的距离。

等强度梁材料的弹性模量及泊松比E＝2.O×l05Mpaμ=0.285

2、梁截面的应力计算：

3、等强度梁挠度计算：

距悬臂端X1截面的挠度

悬臂端挠度

2、杠杆引伸仪的应变计算：

其中：

△Z一两次标度读数差　　　　　　　K—实际标度分度值

L一杠杆引伸仪的标距V—杠杆引伸仪的放大率

六、试验数据分析：

1、整理数据（表3-1、3-2）

表3-1

名称

单位

序号

bx1

bx2

平均

表3-2

名称

单位

值

载荷N

次数

位移（挠度f）

应力（σ）

MPa

机测（百分表）

电测（电子位移计）

机测（杠杆引伸仪）

电测（应变片）

△S

△Z

σ=

Eε

σ=

Eε

平均

2、比较实测数据与理论计算的结果，并求出误差（表3-3）。

表3-3

名称

序号

项目

截面

理论计算值

实测试验值

机测

电测

机测

电测

3、试分析产生误差的原因，并加以讨论。

实验三、结构的静荷载试验一六米钢桁架试验

一、实验目的：

1、进一步认识结构静荷试验用的各种仪器、设备，了解它们的构造、性能，并学习其安装和使用的方法。

2、熟悉结构静荷载试验的全部过程。

3、学习试验方法和试验结果的分析整理。

二、实验设备及仪器

l、试件——六米钢桁架。

2、荷载设备——液压千斤顶＼测力传感器、电子秤、油泵、加荷架。

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——杠杆引伸仪，静态电阻应变仪及预调平衡箱。

5、电子倾仪，X—Y函数记录仪，数据采集系统。

三、实验内容：

1、六米钢桁架就位于固定的刚性支座上，并在上弦节点B、D点处安装加载设备，施加载荷，利用荷重传感器和电子秤测量加载的数值。

2、在六米钢桁架下弦各节点：

F、G、H、K点安装电子位移传感器，测量各节点的挠度，在上弦A、E正点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，消除支座刚性位移的挠度曲线。

3、用电子倾角仪或位移计测量上弦杆AB及DE的转角，并对其值进行比较。

4、用电阻应变片和杠杆引伸仪测量桁架各杆件的内力，且电阻应变片和杠杆引伸仪应布置在每一杆件中间载面的重心上，具体位置见下图：

四、实验步骤

l、六米钢桁架就位于固定的刚性支座上，在上弦节点B点及D点处安装加荷架及加载设备。

2、检查试件——即六米钢桁架，并按桁架测点布置图，在相应的测点安装各种仪器、仪表（电阻应变片已预先贴好，焊好导线，故只要将各测点的应变片导线连至应变仪预调平衡箱，即可进行测量）。

3、对六米钢桁架进行预载试验，先加载荷P＝3KN，练习各种仪表的测读，并检查设备、试件、仪表，看其工作是否正常，然后卸去载荷。

4、在预载试验中如发现问题应及时排除，确实无问题，进行正式试验。

5、所有仪表调零，并记录初读数。

6、正式试验，用液压千斤顶加载，每个加载点的最大荷载为P＝15KN，分5级加载，每级加3KN，每次加载后，荷载读数稳定3分钟再进行各测点仪表的测读。

7、满载后，分两级卸载（即6KN；0）并相应记录读数。

8、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、二桁架杆件的内力计算：

2、桁架下弦节点的挠度计算：

计算公式:

其中：

Np——结构（桁架杆件）在实际荷载作用下所产生的内力。

——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（取A＝6.172cm）。

E——桁架杆件材料的弹性模量（取E＝2.1×105MPa）

同理，可求出单位为作用于H点、K点时的桁架内力图，从而求出F、G、H、K点的挠度值。

3、架上弦AB、DE杆的转角计算。

同理，DE杆的转角亦可求得。

六、试验结果的整理与分析：

l、桁架下弦节点挠度的整理与分析。

a、绘制满荷载作用下，桁架下弦的实测与理论挠度曲线。

（要考支座刚性位移的影响修正）

X（m）

f（mm）

b、绘制桁架下弦节点F、G点的实测与理论的荷载挠度曲线

f（mm）

P（KN）

c、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）

名称

单位

值

项

A点

F点

G点

H点

K点

E点

理论值f

实测值fT

2、桁架上弦杆AB、DE的转角（角变位）分析：

θ（sec）

P（KN）

上弦杆AB的荷载——转角曲线

a、绘制上弦杆AB的荷载——转角曲线（实测值与理论值）

b、比较上弦杆AB在满荷载作用下转角的实测值与理论值

荷载

单位

值

项

3KN

6KN

9KN

12KN

15KN

sec

理论值θ

实测值θT

3、桁架杆件的内力分析

ε（με）

P（KN）

a、绘制桁架杆件BC、GH、AF在满荷载作用下的荷载——应变曲线（P-ε）

b、比较桁架各杆件在各级荷载作用下内力实测值与理论值，列表于下：

桁架各杆件在各级荷载作用下，内力实测值与理论值

荷载

内力值

杆件

（KN）

满荷载时

其中：

NL——理论杆件内力值

NT——实测杆件内力值

七、分析讨论

1、根据实测试验结果的整理与分析，对六米钢桁架在受载后的实际工作情况作出结论（在弹性范围内，此桁架梁是梁安全）。

2、试分析采用工作不同仪器所测得的数据与理论值产生误差的原因，并加以讨论。

实验四、悬臂梁动力特性的测定

一、实验目的

1、认识结构动载试验用的基本设备与仪器。

2、了解悬臂梁动力特性的测定方法。

二、试验设备和仪器

1、悬臂梁试件一根，电阻应变片。

2、电子位移计，动态电阻应变仪，光线示波器，数据采集器。

三、试验内容

在悬臂梁上，用突卸砝码（或给梁一初始位。

移Y。

）的方法，使悬臂梁产生一自由振动，然后测其自振频率f和阻尼系数r（即对数衰减率）及最大振幅。

四、试验步骤

1、先把预先粘在悬臂梁上、下表面的电阻应变片连接到动态电阻应变仪的桥盒上，电子位移计连接到动态电阻应变仪另一通道的桥盒上，然后对动态电阻应变仪进行预平衡。

a、将输出线一端二芯插头分别插入应变仪后面板上的“低阻输出”插口中，另一端的接线叉亦分别接到示波器相应的输入柱上（注意接线柱“黑”为负，“红”为正）。

b、将电源线的三芯插头接入动态电阻应变仪以专用电源背后的“输入”插座内，另一端接通220V50Hz的市电，此时电表指为24V为正常，才可与应变仪联接起来。

c、动态应变仪平衡调节：

1、首先进行基零调节，对动态应变仪的使用通道先观察输出表是否指零，如不指零，可调节“低阻基零”电位器，使输出表指零，（在相应通道背面）或调“电压基零”电位器，使接在电压输出接线叉上的外接万用电表电压指零。

l接着进行平衡调节，待仪器预热十分钟后，将“衰减”开关依次转到“100”“30”“10”“1”档，同时转换“预静”开关到“预”和“静”位置，分别调节“R”和“C”，使输出电表在“静”和“预”位置都指零。

2、光线示波器调试：

a、首先关闭振子“开关”，让应变仪输出的信号与振子断开。

b、接通电源，打开电源开关，电机转动，使系统恒温装置工作，预热10--30分钟。

c、按“起辉”按钮，将超高压水银灯点燃，打开光点光栅及分格线光栅，通过观察屏观察光点，应使其聚成细少光点为宜。

d、根据被测应变的大小与频率，按光线示波器“振子选择原则”选用振子，为安全起见，先将示波器振子外临界电阻调节器调到“0”位置上。

e、松开振子止动螺钉，用专用工具对振子作前、后和左右位置调整，使光点在记录选定位置上，然后拧紧止动螺钉。

f、打开振子开关，给悬臂梁一适当震动力，调节振子外临界电阻调节器和应变仪“衰减”开关，使振子有适当的振幅（此振幅约上中纸带宽度的70％左右）。

3、测量：

a、在应变仪和示波器调试好后，将应变标定值开关放在已选好的位置上，按下示波器电机按钮并锁牢，纸带记录速度放在最慢一档上，应变仪选择开关在“静”位，按下“拍摄”开关，记录纸的走10毫米左右，“标定”开关回零，再按下“拍摄”开关，记录纸记下应变为“0”的基线，并使标定开关在“+300”“一300”上，记录正、负应变值标定线段，然后标定开关回到“0”位置。

b、根据动态变频率或变化速度选择适当的纸速和时标，并将“记录定长调节器”调到所需长度的位置上，然后给悬臂梁以一初位移、振动，按下“拍摄”开关，记录纸即记下振动曲线。

c、振动停止后，重打标定线，将记录纸撕下在荧光灯下作二次、曝光5--50秒即可呈现记录曲线。

五、试验结果的处理原理

从测得的记录曲线图中，计算应变值、自振频率、阻尼系数：

1、应变值的计算：

标定常数的确定：

C＋＝

…………………………………………….正应变标定常数

C-=

………………………………………………..负应变标定常数

其中：

一与标定曲线对应的标准应变值（300με）

H1、H3--前、后两次标定曲线，正应变的幅值。

H2、H4一前、后两次标定曲线，负应变的幅值。

最大应变：

正应变：

负应变：

自振频率f计算：

；

其中：

m一所取的波形数

fθ一时标频率

3、阻尼系数的计算

其中：

an——第n个波的峰峰值

an+k——第n十K个波的峰峰值

r——对数衰减率

阻尼比：

六、试验报告要求：

1、复制光线示波器记录的实测振动曲线图。

2、分析悬臂梁实测频率，振幅度Amax和阻尼以及εmax

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