《建筑结构实验》指导书.docx
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《建筑结构实验》指导书
建筑结构试验
实验指导书
中国地质大学土木工程系
实验一网架结构静载实验……………………………..1
实验二钢筋混凝土梁正截面受弯性能实验…………..7
实验三钢框架动载实验………………………………..11
实验四混凝土强度及缺陷的非破损检测……………..14
实验五预应力空心板鉴定性实验……………………..16
附录一DH3815静态应变测量系统操作指南…………21
附录二DHDAS动态测量系统操作指南………………25
实验一网架结构静载实验
一、实验目的
1、初步掌握应变片的选用原则和方法。
2、学习常温用电阻应变片的粘贴技术，学习静态电阻应变仪的使用方法。
3、掌握电阻应变测量的基本原理和接桥方法。
4、了解结构实验的加载方法，网架杆件轴力和线位移的测量方法。
通过对理论计算结果和实测结果的比较分析，验证理论计算的正确性，并分析对比之间的差异及原因。
二、实验设备及仪器
1、试件
网架网格700×700，网架尺寸2800mm×4200mm×95mm，杆件均为Ф42×3，见图1-1。
2，主要仪表及用途
（1）DH3815静态电阻应变仪：
测量应变值。
（2）机电百分表：
测线位移。
（3）应变计：
测量杆件应变。
（4）万用表：
检测各测点阻值。
3、加载设备
液压同步加载系统。
三、实验方法及步骤
（一）贴片
l、用放大镜检查、分选应变片，剔除丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。
用电桥测量各应变片电阻值，选择电阻值差在±0.5％欧姆内的应变片20枚供粘贴用。
2、测量选取及表面处理：
选取杆件中间区段的截面，贴片部位应在形心主轴上。
先用砂纸磨平后，划出定位线，再用棉球醮丙酮擦洗干净。
3、贴片：
每组选择1／4网架的部分杆件个贴应变计一片，布置图见图1-2。
使用502快干胶贴片要掌握时机，一手拿502瓶上胶，一手捏住应变片引出线，在应变片基底底面涂一层胶，应涂得薄而均匀，校正方向贴好，再用塑料薄膜盖在应变片上，用手指按应变片挤出多余的胶，约一分钟后轻轻掀开薄膜，检查有无气泡，翘曲、脱胶等现象，否则应重贴。
按同样方法贴两片温度补偿片。
4、检查贴片质量，包括外观检查和应变片阻值测量，应变片电阻值应无明显变化。
用万用表检查应变片是否通路。
如属丝栅断开则需重贴，如属焊点脱开尚可补焊。
5、应变片、位移计与应变仪之间的测量导线布置，应使用等长导线，排列整齐，成束捆扎。
应变片引出线也应事先固定，防止扯坏应变片，连接点应光滑、牢固、防止虚焊。
引出线应编号并作记录。
再用万用表检查应变片是否通路。
6、每个小组选择一条下弦节点布置位移计五个，具体位置见图1-3。
7、接线：
采用1／4桥测量各测点的应变。
先将各测量导线按序号接在平衡箱上AB端，补偿片接BC端，作为一个半桥；另外一个半桥使用应变仪，应变仪内部120Ω标准电阻。
8、接通电阻应变仪电源，预热20分钟后，平衡应变仪。
如果不平衡，则应找出原因，直到各测点的应变平衡为止，并且稳定不变化方可进行下一步。
9、预载：
预载二级荷载，每级4Х7.5KN，每级停歇5分钟后读取数据。
同时检查实验装置，试件和仪表工作是否正常，然后卸载。
把发现的问题及时排除。
10、正式加载：
仪表重新调零后，正式加载实验，共加载六级荷载，每级4×7.5KN，每级停歇5分钟后读取实验数据。
11、卸载：
每级卸载4×15kN，并停歇5分钟读取实验数据。
12、重复一次加载卸载实验过程。
四、实验报告内容
实验报告应采用学校统一的实验报告纸书写，主要内容如下：
1、实验目的、主要仪器设备
2、说明选片贴片、接线、检查、仪器调试和加载实验等主要步骤，画出测点布置图、实验装置和测试系统图。
3、网架内力计算与分析：
利用实测应变计算杆的内力，并绘出内力—荷载曲线。
比较满载时，杆件内力实测值与理论值的差异并分析其原因。
4、节点位移计算与分析：
（1）绘出各级荷载下节点的荷载——位移曲线。
（2）比较满载时节点的实测值与理论值的差异并分析其原因。
5、根据实验结果与理论计算结果的分析比较，讨论理论计算的准确性。
表1-1杆件应变及节点位移记录表
荷载
KN
测点
预载
加载试验
卸载试验
0
30
60
30
60
90
120
150
90
30
0
杆件应变测点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
节点位移
1
2
3
4
5
附录网架部分杆件应变和节点位移理论计算值（总荷载4×37.5KN）
1.应变值
表1-2网架部分杆件应变理论计算值
杆件号
应变
（uε）
杆件号
应变
（uε）
杆件号
应变
（uε）
杆件号
应变
（uε）
1-1
0
2-1
0
3-1
0
4-1
0
1-2
-296
2-2
-296
3-2
-296
4-2
-296
1-3
-247
2-3
-247
3-3
-247
4-3
-247
1-4
-179
2-4
-179
3-4
-179
4-4
-179
1-5
65
2-5
65
3-5
65
4-5
65
1-6
182
2-6
182
3-6
182
4-6
182
1-7
0
2-7
0
3-7
0
4-7
0
1-8
-770
2-8
-770
3-8
-770
4-8
-770
1-9
-4
2-9
-4
3-9
-4
4-9
-4
1-10
-616
2-10
-616
3-10
-616
4-10
-616
1-11
-246
2-11
-246
3-11
-246
4-11
-246
1-12
-119
2-12
-119
3-12
-119
4-12
-119
1-13
-88
2-13
-88
3-13
-88
4-13
-88
1-14
-269
2-14
-269
3-14
-269
4-14
-269
1-15
943
2-15
943
3-15
943
4-15
943
1-16
121
2-16
121
3-16
121
4-16
121
1-17
861
2-17
861
3-17
861
4-17
861
1-18
116
2-18
116
3-18
116
4-18
116
2.节点位移
表1-3网架节点位移理论计算值
测点号
饶度值
（mm）
测点号
饶度值
（mm）
测点号
饶度值
（mm）
测点号
饶度值
（mm）
DA1
0.000
DB1
0.469
DC1
0.469
DD1
0.000
DA2
4.078
DB2
4.260
DC2
4.260
DD2
4.078
DA3
7.406
DB3
7.511
DC3
7.511
DD3
7.406
DA4
9.222
DB4
9.315
DC4
9.315
DD4
9.222
DA5
9.227
DB5
9.320
DC5
9.320
DD5
9.227
DA6
7.417
DB6
7.532
DC6
7.532
DD6
7.417
DA7
7.088
DB7
4.039
DC7
4.039
DD7
7.088
DA8
0.000
DB8
0.563
DC8
0.563
DD8
0.000
实验二钢筋混凝土梁正截面受弯性能实验
一、实验目的
1、通过对钢筋混凝土梁正截面的承载力、刚度及抗裂度的实验测定，进一步熟悉钢筋混凝土受弯构件实验的一般过程。
2、进一步熟悉结构实验的常用仪表的选择和使用方法。
3、加深对钢筋混凝土梁正截面受弯性能的认识。
二、实验设备和仪器
1、试件：
试件为普通钢筋混凝土简支梁，截面尺寸及配筋图2-1所示。
混凝土C20，钢筋：
主筋Ⅱ级，其它工级
图2-1试件尺寸及配筋
2、加载：
采用手动千斤顶和分配梁加载。
3、YD88应变仪
4、应变计
5、百分表
6、读数显微镜
7、压力传感器
三、实验方案
1、加载装置及测点布置
加载装置和测点布置如图2-2所示。
纯弯区段混凝土表面设置电阻应变片测点，每侧4个：
压区顶面一点、受压钢筋一点，中间两点按外密内疏布置。
另梁内受拉主筋上布有电阻应变片二点。
挠度测点五个：
跨中一点，分配梁加载点各一点，支座沉降测点二点。
2、加载程序：
按标准荷载p=50KN的20%分级算出加载值，自重及分配梁作为初级荷载计入。
在开裂荷载（约7KN）之前和接近破坏荷载（66KN）之前，加载值按分极数值的1/2或1/4取用，以准确测出开裂荷载和破坏荷载。
表2-1加载程序及梁的外观特征观测
荷载级别
本级荷载（KN）
累计荷载（KN）
说明
预载
预载0
分配梁自重
——
卸载至零以后，
正式加载实验。
预载1
5.0
5.0
预载2
5.0
5.0
标准加载
2
5.0
5.0
注意观测第一条裂缝出现，开裂之后改为10KN/级。
3
5.0
10.0
4
5.0
15.0
5
2.5
17.5
6
2.5
20.0
7
10
30
总加荷载50KN之后，荷载级别改为5.0KN/级。
注意观察梁的破坏特征。
8
10
40
9
10
50
10
5.0
55
破坏加载
11
5.0
60
12
5.0
65
13
5.0
70
3、开裂荷载的确定
为准确测定开裂荷载值，实验过程中应注意观察第一条裂缝的出现。
在此之前应把荷载取为标准荷载的5％。
4、破坏荷载的确定
当试件进行到破坏时，注意观察试件的破坏特征并确定其破坏荷载值。
当发现下列情况之一时，即认为该构件已经达到破坏，并以此时的荷载作为试件的破坏荷载值。
（1）正截面强度破坏：
①受压混凝土破坏；
②纵向受拉钢筋被拉断；
③纵向受拉钢筋达到或超过屈服强度后致使构件挠度达到跨度的1／50：
或构件纵向受拉钢筋处的最大裂缝宽度达到1.5毫米。
（2）斜截面强度破坏
①受压区混凝土剪压或斜拉破坏；
②箍筋达到或超过屈服强度后致使斜裂缝宽度达到1.5毫米；
③混凝土斜压破坏。
（3）受力筋在端部滑脱或其它锚固破坏。
四、实验步骤
1、按“电阻应变片粘贴技术”要求贴好应变片，做好防潮处理＼引出接线，同时装好百分表。
2、进行1-2级预载，测读数据，观察试件、装置和仪表工作是否正常并及时排除故障。
预载值的大小，必须小于构件的开裂荷载值o
3、正式实验：
按表2-1加载程序进行加载。
每级停歇5分钟，并在前后两次加载的中间时间内读取数据，并做好记录。
与此同时，在试件上绘出每级荷载下裂缝的发展情况，并注明荷载级别和裂缝宽度值。
4、加载实验过程中，注意仪表及加载装置的工作情况，细致观察裂缝的发生、发展和构件的破坏形态。
五、实验报告
1、实验目的、实验设备及测量、实验方案及步骤。
2、实验现象描述及裂缝分布图。
3、绘制荷载千—挠度曲线、荷载—应变曲线。
4、实验值与理论结果对比分析。
表2-2应变与挠度记录表
测点
荷载
钢筋
应变
混凝土强度uε
挠度mm
1
2
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
荷载级数
荷载值
KN
uε
预载
00
01
02
标准加载
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
破坏加载
11
12
13
14
15
实验三钢框架动载实验
一、实验目的
1、练习动态应变仪、压电加速度传感器和电荷放大器、计算机数据采集系统的使用方法。
2、了解初速度法、初位移法、脉动法测
结构动力特性和动力反应的测试方法。
3、了解结构动力反应的测试方法。
4、了解结构动载实验的加载方法。
二、实验装置及仪器设备
1、钢框架一个
2、DH5937、，DH5938振动测量系统
3、计算机一台
4、压电加速度传感器
5、应变片
三、实验方法及步骤
（一）实验准备
1、在框架的底层柱脚贴应变片测柱动应变，屋顶装上加速度传感器（图3-2）。
2、按图3-2连接好测量系统，并检查无误。
（二）初位移法
1、根据预先估计的振幅、频率范围和动应变大小，设置好动态应变仪、电荷放大器的衰减档位或量程大小。
2、对框架模型施加一个已知的初始位移，并快速释放，使模型产生自由振动，同时采集记录自由振动波形。
3、对采集记录的波形进行分析，求得结构的自振频率、阻力比和动应变。
4、对采集的波形进行频谱分析，确定结构的前三阶频率。
5、将记录的时域波形和频谱图转存为位图，压缩后拷贝到磁盘o
6、将记录的时域波形转存为Office的Excel文档，并拷贝到磁盘。
7、用Excel打开记录波形的Excel文档，并画出曲线，根据曲线求结构的自振频率、阻力比和动应变。
（三）初速度法
1、根据预先估计的振幅、频率范围和动应变大小，设置好动态应变仪、电荷放大器的衰减档位或量程大小。
2、对框架模型施加一个冲击荷载（用榔头敲击），使模型产生自由振动，同时采集记录自由振动波形。
3、对记录的波形进行分析，求得结构的自振频率、阻力比和动应变。
4、对采集的波形进行频谱分析，确定结构的前三阶频率。
5、将记录的时域波形和频谱图转存为位图，压缩后拷贝到磁盘。
（四）脉动法
1、根据预先估计的振幅、频率范围和动应变大小，设置好电荷放大器的量程大小。
2、采用环境随机振动激励结构，由计算机采集记录结构脉动波形。
3、对采集的波形进行频谱分析，确定结构的前三阶频率。
4、将记录的时域波形和频谱图转存为位图，压缩后拷贝到磁盘。
四、实验报告内容
1、实验目的、实验设备和实验步骤；
2、实验数据处理
（1）根据记录的自由振动曲线计算结构的自振频率和阻力比。
自振频率：
=1/T
阻力：
ξ=
ln
（2）对记录的波形进行频谱分析，计算功率谱。
利用功率谱计算结构的自振频率，利用半功率法计算临界阻力比。
（3）计算结构的动应变。
3、结果分析
（1）对比分析初位移法、初速度法和脉动法的测试结果。
（2）比分析对初位移法波形进行时域分析法计算结果和相应频谱分析法计算结果。
实验四混凝土强度及缺陷的非破损检测
一、实验目的
1.学习回弹仪的使用技术。
2.学习和掌握回弹仪检测结构混凝土强度的检测技术o
3.了解超声波法测混凝土缺陷。
二、实验仪器设备
1、回弹仪HT225
2、碳化深度测量仪和1％酚酞酒精溶液
3、非金属超声仪CTS-25
4、冲击电钻
5、1米钢尺
三、实验内容
1.通过实验观察，了解回弹仪的构造、工作原理、使用方法和注意事项。
2.对实验二所用的实验梁（实验二进行之前）进行回弹值测定和碳化深度量测，由回弹值和碳化深度按测区混凝土强度换算表确定混凝土强度换算值。
3.对实验二所用的实验梁（实验二进行之后），在跨中部位选择一条裂缝，采用斜测法进行裂缝深度和贯通情况进行检测。
四、实验步骤
1.利用率定回弹仪的钢砧（洛氏硬度H=60±2）进行回弹仪率定，回弹仪的率定值应为80±2。
2.在梁的每个侧面选择3个测区，测区大小200×200mm，划分成50×50mm的网格。
3.使用率定后的回弹仪测定混凝土立方体试块的回弹值，检测时回弹仪的轴线应始终垂直于试块受测表面，每一网格测量一个值，共计16个回弹值，每一测点回弹值读数精确至1，剔除3个最大值和3个最小值，由余下的10个回弹值求得测区平均回弹值。
4.在实验梁的每侧选择一个测区，采用冲击电钻加工一个直径15mm，深约10mm的孔，吹去孔洞中粉末，用1％酚酞酒精溶液滴入孔洞边缘处，量测孔外表面至不变色分界面的的垂直距离多次，取其平均值，即为混凝土的平均碳化深度dm。
5.对于缺陷检测，由指导老师进行演示实验，让学生了解实验过程。
五、实验结果的整理与分析
1.根据回弹仪测定混凝土回弹平均值凡和平均碳化深度dm，按《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ／T23—2001）附录E测区混凝土强度换算表，求得混凝土强度换算值。
2.对用回弹法测得混凝土强度换算值与用混凝土立方体抗压强度实验所得立方体抗压强度的测试结果进行分析比较。
六、实验报告
1、实验目的、回弹法实验过程、实验数据处理及混凝土强度推。
2、声法测量缺陷的实验过程。
实验五预应力空心板鉴定性实验
一、实验目的
1、学习钢筋砼受弯构件产品鉴定性实验的基本原理和方法。
2、通过测定预应力空心板的承载力、挠度及裂缝宽度，对其结构性能进行评价。
二、实验对象与实验设备
1、检验构件：
冷拔低碳钢丝预应力空心板（YKB2451）。
板自重2.156KN，装修重（抹面和灌浆）0.5KPa；活载2.0KPa。
实配钢筋6φ4b，（I组），
砼等级C30。
裂缝控制等级为二级，抗裂检验系数[γCR]=1.275，短期挠度计算值为0.59mm。
2、加荷方法：
铸铁砝码（0.1kN/块）均布分级加载。
3、百分表，读数显微镜。
三、实验方案
钢筋砼简支板为基本承重构件，一般采用正位实验。
实验时应一端采用固定铰支座，另一端采用滚动铰支座，并应在钢垫板与支墩及构件之间用1：
2水泥砂浆找平。
实验板承受均布荷载，故采用铸铁砝码（0.1kN／块）分级加载。
荷重块应按区分格成垛堆放，以免形成拱作用。
在每一检验标志附近，荷载等级应再细分为2—4级加载。
在板跨中两侧边装上百分表或挠度计，以便测读最大挠度；并在支座处装上百分表或挠度计以便测读支座沉陷。
在观测项目中，主要测定构件的破坏荷载、开裂荷载、各级荷载下挠度及裂缝开展情况。
四、实验步骤
1、按实验装置图安装试件和仪表。
2、预加1-2级均布荷载仪表工作是否正常，然后卸去荷载，排除故障，仪表重新调零。
3、正式加载实验。
每级荷载停留5分钟，在两次加载中间读取仪表读数，
填入表3—1。
4、当裂缝宽度超过1.5mm或末级挠度超过1／50跨度（承载力检验标志
①）；或受压区砼破坏（标志②）；或受力主筋拉段（标志③）；或斜裂缝
达1.5mm或斜裂缝末端砼破坏（标志⑤）；面斜压破坏或受拉主筋
端部滑移超过0.2m（标志⑥）。
认为构件到达承载力极限状况。
五、实验结果的整理与分析
1、承载力检验
按构件实配钢筋的承载力进行检验，应满足：
式中：
—构件承载力检验的破坏荷载实测值。
n—检验标志为n的承载力检验允许值。
—载力检验系数允许值，只（．）为按是实际配筋确定的构件承力计算值。
—承载力
升级会员 