土木工程实验指导书.docx

1、土木工程实验指导书土 木 工 程 实 验 指 导 书 水利与土木工程学院二零一四年实验注意事项1、实验规则1) 认真预习、认真操作、仔细观察、如实记录；2) 每一次仪器使用完毕，务必在仪器登记本记录使用情况；3) 实验室内不得喧哗；4) 未经允许，不得随意动用其他仪器设备；5) 严格按操作规程操作仪器设备，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。2、安全1) 不得穿拖鞋进实验室；2) 易燃易爆品（如酒精等）应远离火源；3、卫生1) 实验结束，请把用具清洗并放回原处；2) 实验完毕，负责公共卫生，检查水、电、窗等，班长在值日本签字后方可离开实验室。4、事故处理1) 火：湿布、砂等覆盖；2) 腐蚀性

2、药品：人大量的水冲洗医院；桌面水稀释，布擦去。实验一：土木工程实验简介和基础实训一、实验目的1、了解土木工程实验的意义2、掌握粘贴电阻应变片的技术 二、实验材料与辅助器具 电烙铁、电阻应变片、砂纸、胶水、酒精、型钢、直尺、药棉、胶纸、万用表、导线、应变片接线端子、镊子、卷尺等。三、实验内容1、土木工程实验的重要性2、土木工程实验目的和任务3、土木工程实验的分类4、主要仪器设备的介绍 5、应变片的粘贴四、电阻应变片粘贴位置设计 拟对工字钢梁受弯性能的测定试验，如图1-1所示，设计5个应变片的粘贴位置，并完成贴片工作。图1-1 工字钢梁受力简图五、应变片的粘贴步骤1、测点表面处理：首先用锉刀清除贴

3、片处的漆层、油污、锈层等污垢，再用砂纸在试件表面打出与应变片轴线成45的交叉纹路，磨至光滑，用蘸有酒精的药棉清洗试件的打磨部位，直至药棉上不见污渍为止，待酒精挥发，表面干燥，方可进行贴片。2、应变片粘贴：先在试件上沿贴片方位划出十字交叉标志线，在试件表面的定位标记处和应变片基底上，分别涂一层胶水，用手指捏住应变片的引线，将应变片放置于试件上，且应变片基准线对准试件的标志线。盖上胶纸，用拇指沿应变片朝一个方向滚压，手感由轻到重，挤出气泡和多余的胶水，黏结层尽可能薄而均匀，且避免应变片滑动或转动。必要时加压12分钟，使应变片粘牢。景观适宜的干燥时间后，轻轻揭去薄膜，观察粘贴情况，如在敏感栅部位有气

4、泡，应将应变片铲除，重新清理重新贴片。3、导线的连接：导线与应变片引线的连接最好用接线端子片作为过渡，接线端子片用胶水固定于试件上，导线头和接线端子片上的铜箔都预先挂锡，然后将应变片引线和导线焊接在端子片上，不能出现“虚焊”。最后，用胶布将导线固定在试件上。4、应变片的粘贴质量检查：万用表量测应变片的绝缘电阻，观察应变片的零点漂移，漂移值小于5（3分钟之内）认为合格。5、绝缘处理：用绝缘胶带将焊接裸露处与构件隔绝，同时将两线隔绝；用胶带将线固定在构件上，同时留有松弛段，胶带包紧即可，切忌过厚。6、防水和防潮处理：防潮措施必须在检查应变片质量合格后立即进行，用松香石蜡或凡士林涂于应变片表面，使应

5、变片与空气隔离达到防潮目的。防水处理采用环氧树脂胶，在应变片上涂上环氧树脂胶，待风干即可。实验二：钢筋混凝土梁正截面受弯性能的比对实验（一）一、实验目的 根据钢筋混凝土少筋梁和适筋梁的配筋图，选取并绑扎钢筋。二、实验材料与辅助器具 4铅丝、6钢筋、10钢筋、钩子、电烙铁、电阻应变片、砂纸、胶水、酒精、型钢、直尺、药棉、胶纸、万用表、导线、应变片接线端子、镊子、锉刀等。三、实验简图请根据钢筋混凝土少筋梁和适筋梁的配筋图，选取所需钢筋，量测钢筋长度是否与图示相符，并绑扎钢筋，见图2-1和图2-2。四、实验内容1、实验前，均预留三根长500mm的受力主筋，用作测试其应力应变关系：少筋梁的4铅丝和适筋

6、梁的10钢筋。2、对受力钢筋分别预埋电阻应变片，贴片后要作特别的保护：用绝缘胶带包住应变片，包住即可，切忌太厚、太紧。3、需用钢丝把箍筋和纵向钢筋绑扎结实，最后做标记。图2-1 少筋梁配筋图（单位：mm）图2-2 适筋梁的配筋图（单位：mm）实验三：钢筋混凝土梁正截面受弯性能的比对实验（二）一、实验目的 根据钢筋混凝土少筋梁和适筋梁的配筋图，浇筑混凝土梁。二、实验材料与辅助器具 P.C32.5水泥、砂、石、手持振动棒、HCZT-1振动台、铲、搅拌盘、试模等。三、实验简图请根据图2-1和图2-2，浇筑C25混凝土梁。四、实验内容1、设计C25混凝土的配合比，每根梁需用34L混凝土拌合物。2、浇筑

7、混凝土梁（少筋梁和适筋梁），并振捣密实。3、制作150mm150mm15mm混凝土立方试块三联 ，用作测定28d混凝土的抗压强度。五、实验步骤1、混凝土配合比设计混凝土的设计等级为C25，要求强度保证率95%，该施工单位无历史统计资料。施工要求坍落度为5570mm，施工现场混凝土由人工拌制，机械振捣。原材料及系数包括：P.C32.5水泥、水泥强度富余系数取1.0、碎石最大粒径20mm、混凝土拌合物的假设质量为23502450kg/m3。要求：课前，先确定实验中所需普通水泥、砂、碎石、水的用量。（混凝土配合比设计请参考土木工程材料P126136的“4.4普通混凝土的配合比设计及质量控制”）2、人

8、工拌合将称好的砂料、水泥放在铁板上，用铁铲将水泥和砂料翻拌均匀，然后加入称好的粗骨料(碎石)，再将全部拌合均匀。将拌合均匀的拌合物堆成圆锥形，在中心挖一个凹坑，将称量好的水(约一半)倒入凹坑中，勿使水溢出，小心拌合均匀。再将材料堆成圆锥形，在中心挖一个凹坑，倒入剩余的水，继续拌合。每翻一次，用铁铲在全部拌合物面上压切一次，翻拌一般不少于6次。拌合时间(从加水算起)随拌合物体积不同，宜按下规定进行：拌合物体积为3050L，59min；拌合物体积超过50L时，912min。3、振捣混凝土梁：将混凝土拌合物装入模板内，装料时应用抹刀插捣，并使混凝土拌合物高出模板口；插入振动棒，沿着梁纵向移动，振动应

9、持续到表面出浆为止，不得过振；用水泥刀抹平梁的上表面至光滑。凝土立方试块：将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口；试模应附着或固定在振动台上，振动时试模不得有任何跳动，振动应持续到表面出浆为止，不得过振。4、养护采用标准养护的试件，应在温度为205的环境下静置一昼夜至二昼夜，然后编号、拆模。拆模后应立即放入温度为202，相对湿度为95以上的标准养护室中养护，或在温度为202的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中养护，彼此间隔为1020 mm，试件表面应保持潮湿，并不得用水直接冲淋。同条件养护试件的拆模时间可与梁的拆模时间相同，拆模后，试件仍需保持同条件

10、养护；标准养护龄期为28d（从搅拌加水开始计时）。实验四：等强度梁应变测定实验、桥路变换接线实验一、实验目的1、掌握TST3822-10静态电阻应变仪的使用。2、掌握用多种桥路测量结构应变的原理；二、实验材料与辅助器具BDQ-1型等强度梁实验装置、电阻应变片、TST3822-10静态电阻应变仪、导线、游标卡尺、钢尺。三、实验内容 1、测定等强度梁上特定位置应变，检验各截面上应变（应力）相等；2、测量电桥中的用不同桥路接线法测量R1的应变。四、实验原理1、BDQ-1型等强度梁实验装置BDQ-1型等强度梁实验装置简图如图4-1所示，电阻应变片已贴好，等强度梁为低碳钢，参数详见表4-1。1底座，2等

11、强度梁，3应变片，4砝码（200克/个），5水平调节螺钉。图4-1等强度梁实验装置简图 等强度梁如图4-2，梁厚h，梁长L，梁宽为b（x）。梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形顶点。梁内各截面产生的应力是相等的，表面任意位置的应变也相等，因此也称为等应力梁，其理论计算公式为： ，式中，F荷载；L荷载作用点到测试点的距离；b梁的宽度；h梁的厚度；E弹性模量；图4-2 等强度梁及电阻应变片位置示意图表4-1等强度梁尺寸参数表编号项目符号单位尺寸或参数1梁的高度hmm42梁固定端的宽度bmm463荷载作用点到测试点的距离Lmm3000.024弹性模量EGPa2065泊松比0.282、TST38

12、22-10静态电阻应变仪应变测量时，欲测试件或构件表面某点的相对变化量L/L 即应变，将阻值为R 的电阻应变片粘贴在试件或构件被测处，当试件或构件受外力作用产生变形时，应变片将随之产生相应的变形，根据金属丝的应变-电阻效应，应变片阻值发生变化，在一定范围内，应变片电阻的相对变化量R/R 与试件或构件的相对变化量成线性关系，即式中 K 称为应变片的灵敏系数。由于应变很小，很难直接测得，但由上式可知，只要测得R，就可求得应变。为此，我们通常将电阻应变片组成如下图所示的测量电桥。图中 U0 为供桥电压，Ui 为电桥输出电压，R1R4 为电阻应变片。根据电桥原理可得图4-3 测量电桥在电桥中R1=R2

13、=R3=R4=R，若R1、R2、R3、R4 均有相应的电阻增量R1、R2、R3、R4 时，电桥输出电压（忽略高次微量） 由此可得应变仪的读数应变d 为被测量经测量电桥，通过模拟放大，A/D 转换，由单片微计算机实时控制，完成数据采集计算处理、显示、传输；通过单片微计算机还实现了半桥、全桥选择，测量通道切换等实时控制。五、实验步骤1、把调节腿拧到等强度梁实验装置上，然后调平；2、砝码、托盘挂到加载杆上；3、静态应变仪开关置开，预热30分钟；4、将应变仪按1/4桥路、1/2桥路、或全桥接至应变仪，灵敏度设置正确，具体参考应变仪说明书（附录），等强度梁上5个应变片分别为R1、R2、R3、R4、R5（

14、又称为工作应变片）和补偿块上补偿应变片R补在应变仪的测量电桥中接线方法不同，则组成的测量电桥也不同，通过本实验可进一步巩固对测量电桥基本特性的理解。测量电桥有以下几种接线方法：（1）半桥接线法半桥接线法是用两个工作应变片接成半桥。取等强度梁上下两个应变片R1和R2按图4-4a所示接成半桥，即为双臂双桥接线。（2）单臂半桥接线法单臂半桥接线法是用一个工作片和一个补偿片接成半桥。取等强度梁上四个应变片（R1、R2、R3、R4）分别接在电阻应变仪14 通道上，补偿块上的应变片接在补偿通道上。 （3）全桥接线法全桥接线有对臂全桥接线法（图4-4b）和四臂全桥接线法（图4-4c），是用4个工作片接成全桥

15、。5、对每片应变片用零读法，预调平衡或记录下各应变片的初读数；（a） （b） （c）图4-4 测量电桥6、用游标卡尺测量梁的宽度b和高度h、载荷作用点到梁支点距离a及各应变片到中性层的距离yi。载荷为零时，按顺序将应变仪每个通道的初始显示应变记录下来，然后按每级200 g逐级加载至1000g，记录各级载荷作用下的应变读数。图4-5多种桥式接线简图（R）六、实验结果的处理 1、计算出以上各种测量方法下，F的应变的平均值，并计算它们与理论应变值的相对误差。2、比较各种测量方法下的测量灵敏度。3、比较单臂多点测量实验值，理论上等强度梁各横截面上应变（应力）应相等。七、思考题1、分析各种测量方法中温度

16、补偿的实现方法。2、采用串联或并联测量方法能否提高测量灵敏度。注：理论应变值是指等强度梁表面测点理论计算应变值；实验应变值是指实验测试的应变值；测量灵敏度是指实验应变值与读数应变值的比值；相对误差 =（实验应变值理论应变值）/理论应变值*100%实验五：裂缝深度测定、回弹法测强、钢筋探测一、实验目的1、掌握裂缝测深仪的使用2、掌握回弹仪的使用3、掌握钢筋探测仪的使用二、实验材料与辅助器具ZBL-F610裂缝测深仪、HT1000混凝土回弹仪、Profometer5+钢筋探测仪、卷尺、钢尺、墨线、游标卡尺。三、实验内容 1、测量已破损框架结构的墙体裂缝宽度和深度；2、回弹法测量混凝土框架结构的强度

17、；3、探测钢混结构的配筋情况。四、实验原理1、裂缝测宽和测深钢筋混凝土结构实验中裂缝的产生和发展，是结构反应的重要特征，对确定开裂荷载，研究破坏过程和对预应力结构的抗裂及变形性能研究等都十分重要。裂缝宽度用游标卡尺量出。裂缝深度的测定步骤如下：1.1 ZBL-F610裂缝测深仪测试前的准备工作如下： 1) 选择好构件的测量部位； 2) 清除构件测量部位表面的尘土和杂物； 3) 清除换能器底部的杂物和残杂的耦合剂； 4) 将换能器和主机连接； 5) 打开仪器，自动进入主菜单。1.2 测试方法1）测试条件 利用本仪器对结构混凝土裂缝深度检测时，要求被测的裂缝内无耦合介质（如水、泥浆等），以免造成超

18、声波信号经过这些耦合介质“短路”。2）自动检测方法 分3 步完成裂缝深度的测试工作： 第一步：不跨缝测试，得到构件的平测声速。 该步要求在构件的完好处（平整平面内，无裂缝）测量一组特定测距的数据，并记录每个测距下的声参量，通过该组测距及对应的声参量，计算出超声波在该构件下的传输速度。图5-1如图5-1所示，在构件的完好处分别测量测距为 L0、L1、L2、以及L3时的声参量，计算出被测构件混凝土的波速。 条件允许时，尽量进行不跨缝数据测试，以获得准确的声速和修正值。当不具备不跨缝测试条件时，可以直接输入声速。需要指出的是，声速是对应于构件而非裂缝，无需在测量每个裂缝时都测量声速，只要是在同一个构

19、件下，只测量一次声速即可。 第二步：跨缝测试，得到一组测距及相应的声参量。图5-2如图5-2所示为跨缝测试示意图，测量一组与测距L0、L1、L2相对应的超声波在混凝土中的声参量，为第三步的计算准备数据。该组测距在测量前设定，ZBL-F610 是用初始测距L0累加测距调整量 L 来得到的。 第三步：计算裂缝深度。3）手动检测方法 手动检测方式根据波形相位发生变化时测距和裂缝深度之间的关系而得到缝深。 图5-3手动检测的首要目的就是寻找波形相位变化点，如图5-3所示，从a 到b 再到c 缓慢移动换能器的过程中就会出现波形相位变化的现象。移动过程中只要发现波形相位发生跳变（图b），立即停止移动，记录

20、当前的位置并输入到仪器，即可得到缝深。2、回弹法测强回弹法运用回弹仪通过测定混凝土表面的硬度以确定混凝土的强度，是混凝土结构现场检测中最常用的一种非破损检测方法。应遵循我国回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T23-2001）的有关规定。其构造如图5-4所示。 2.1回弹仪的基本原理图5-4 回弹仪的构造简图回弹法是用一弹簧驱动的重锤，通过弹击杆（传力杆），弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值（反弹距离与弹簧初始长度之比）作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。由于测量在混凝土表面进行，所以应属于一种表面硬度法，是基于混凝土表面硬度和强度之间存在相关性而建立的一

21、种检测方法 。图5-5回弹仪基本原理简图当重锤被拉到冲击前的起始状态时，若重锤的质量等于，则这时重锤所具有的势能e为： 混凝土受冲击后产生瞬时弹性变形，其恢复力使重锤弹回，当重锤被弹回到x位置时所具有的势能ex为： 所以重锤在弹击过程中，所消耗的能量e为：令 R=x/l ，在回弹仪中，l为定值，所以R与x成正比，称为回弹值。将R代入上式得：从上式中可知，回弹值R等于重锤冲击混凝土表面后剩余的势能与原有势能之比的平方根。简而言之，回弹值R是重锤冲击过程中能量损失的反映。能量主要损失在以下三个方面：混凝土受冲击后产生塑性变形所吸收的能量；混凝土受冲击后产生振动所消耗的能量；回弹仪各机构之间的摩擦所

22、消耗的能量。在具体的检测中，上述两项应尽可能使其固定于某一统一的条件，例如，试体应有足够的厚度，或对较薄的试体予以加固，以减少振动；回弹仪应进行统一的计量率定，使冲击能量与仪器内摩擦损耗尽量保持统一等。因此，第一项是主要的。a.弹击垂脱钩后的状态 b.弹击锤脱钩前的状态图5-6 弹击脱钩前后状态简图根据以上分析可以认为，回弹值通过重锤在弹击混凝土的前后能量变化，既反映了混凝土的弹性性能，也反映了混凝土的塑性性能。2.2回弹仪的操作规程正确操作回弹仪，可提高测试准确度。在操作回弹仪全过程中，都应注意保持持仪器姿势的正确：一手握住回弹仪中前部位，另一手握压仪器尾部的尾盖。操作基本要领是：用力推压均

23、匀缓慢，扶正垂直对准测面，不晃动。回弹仪操作如下：（1）在混凝土构件上选择测区，测区的面积一般为200mm200mm，根据构件的长度确定测区的数量，一般为610个测区；在每个测区内回弹16次，弹击点之间的距离不小于30mm，每一个弹击点只容许回弹一次。（2）将弹击杆顶住混凝土的表面，轻压仪器，松开按钮，弹击杆徐徐伸出。（3）使仪器垂直对混凝土表面缓慢均匀施压，待弹击锤脱钩冲击弹击杆后即回弹，带动指针向后移动并停留在某一位置上，即为回弹值。（4）继续顶住混凝土表面并在读取和记录回弹值后，逐渐对仪器减压，使弹击杆自仪器内伸出，重复进行上述操作，即可测得被测构件或结构的回弹值。（5）操作中注意仪器的

24、轴线应始终垂直于构件混凝土的表面。 （6）在16个回弹值中去掉3个最大值和3个最小值，取余下10个回弹值的平均值作为该测区的回弹值，即 (5-1)式中，为测试角度为时的测区平均回弹值，计算至0.1；为第i个测点的回弹值。当回弹仪测试位置非水平时，考虑到不同测试角度的影响，回弹值应按下列公式修正： (5-2)式中，为测试角度为的回弹修正值，按下表采用。表1 测试角度修正表向上向下+90+60+45+30-30-45-60-9020-6.0-5.0-4.0-3.0+2.5+3.0+3.5+4.030-5.0-4.0-3.5-2.5+2.0+2.5+3.0+3.540-4.0-3.5-3.0-2.0

25、+1.5+2.0+2.5+3.050-3.5-3.0-2.5-1.5+1.0+1.5+2.0+2.5 当测试面为浇筑方向的顶面或底面时，测得的回弹值按下列式修正： (5-3)式中，为混凝土浇筑顶面或底面测试时的回弹修正值，按下表采用；计算至0.1；为混凝土浇筑顶面或底面修正。表2 测试面修正表顶面底面顶面底面20+2.5-3.040+5.0-1.025+2.0-2.5450-1.530+1.5-2.0500035+1.0-1.5（7）测区混凝土强度换算值根据附录1“回弹法测强数据表（部分）”查得，取平均碳化深度为2.0mm。 2.3回弹仪的维护保养（1）将弹击杆压入机壳，经弹击后按下按钮锁住机

26、芯；将仪器装入仪器箱，平放在干燥阴凉处。 （2）一般情况下不应随意拆卸仪器或乱弹击，绝对不能在钢板上弹击，否则可能对回弹仪造成不可挽回的损坏 ，以免影响仪器使用寿命和损失精度。3、钢筋探测仪探测钢筋3.1 钢筋探测仪的应用钢筋的检测是钢筋混凝土结构非破损检测的一个重要内容。钢筋探测仪用于桥梁、隧道、墙体等混凝土结构工程中钢筋位置、钢筋分布及走向、保护层厚度、钢筋直径的探测；也可对非铁磁性介质中铁磁体（如电线、管线）走向及分布进行探测探测，如： 混凝土结构施工质量验收检测； 对在建结构的安全性和耐久性进行评估； 对旧有结构进行评估、改造时对配筋量的检测； 对楼板或墙体内的电缆、水暖管道等分布及走

27、向进行探测。3.2 钢筋探测仪的工作原理图5-7 Profometer5+钢筋探测仪目前，国内外所使用的钢筋探测检测仪器多为电磁感应法，即仪器在构件混凝土表面向内部发射电磁波，形成电磁场，混凝土内部的钢筋切割磁感线产生感应电磁场，由于感应电磁场的强度及空间梯度变化与钢筋位置、直径、保护层厚度有关，因此，通过测量感应电磁场的梯度变化，并通过分析处理，就能确定钢筋位置、保护层厚度和钢筋直径等参数 。3.3 Profometer5+钢筋探测仪的操作步骤（1）按下开启/关闭（ON/OFF）键。指示器中简要显示了以下数据： 扫描仪型号（S型或SCANLOG型） 扫描仪序列号 已安装的软件版本 是否可自动

28、自检 不同黑度的电池标志表示电池状态（2）主机装有用户导航菜单。请遵守显示范围内的说明。按下菜单（MENU）键，显示主菜单： 钢筋直径：设置混凝土构件中的钢筋尺寸可以确保混凝土保护层读数的精确度。建议默认钢筋直径为16毫米或#5。图5-8 主菜单 对象编号：测量值可以存储在对象编号下，下列数字会根据测量功能自动设为六位数字的对象编号中的第一位数字：- 1为测量统计值- 2为扫描钢筋- 3为栅格测量基本设置：选择mm，则钢筋直径设置值可选择毫米，测量结果将以公制单位显示。警告!如果将毫米与英寸互换，现有的测量和存储的数据值将发生错误。为避免测量结果出现混乱，用户转换单位之后必须清空内存。双层校准

29、模式仅限于公制单位。其他参数设置请见附录2 “Profometer5+钢筋探测仪的使用说明”。图5-9 测量结果显示统计数据（3）复位：将探头拿在空中，按下开始/复位键。显示屏上的信号条显示操作进度。信号条消失并显示0之前不应移动探头。（4）测量：从一个起始位置开始沿另一个方向移动探头。注意定位辅助项：当前混凝土保护层、信号条、（短促的）蜂鸣，variotone和信号值，见图5-6。信号条移动到右侧时表明探头正在接近一根钢筋。信号条停止移动时表明探头位于钢筋轴正上方。如果探头的中线越过了钢筋轴，蜂鸣设置会发出声音提示和可见提示，除发出短暂的蜂鸣声之外，还会在当前保护层显示范围内出现的标志。同时，信号条会向左移动，混凝土保护层数值将暂时存储于Memo。（5）绘图：整理数据后，把配筋图绘制出来，包括纵向和横断面配筋图。实验六：钢筋混凝土梁正截面受弯性能的比对实验（三）一、实验目的掌握混凝土梁上粘贴应变片的技术；掌握GB/T228-2002金属材料室温 拉伸试验方法所规定的钢筋拉伸试验方法。二、实验材料与辅助器具 WAW-1000C微机控制万能试验机、电烙铁、电阻应变片、砂纸、胶水、酒精、卷尺、游标卡尺、药棉、胶纸、万用表、导线、应变片接线端子、镊子、锉刀等。三、实验内容1、在混凝土上定位、打磨、粘贴应变片2、测定该批次的钢筋的屈服