建筑结构试验指导书(2013新).doc

昆明理工大学

《建筑结构试验》实验指导书

编者：苏何先 赖正聪

专 业：
学 号：
姓 名：

土木工程学院
2013年10月
实 验 守 则
1． 实验应严格按步骤进行，安装、接线完毕后，要仔细检查，经教师复查后才能接通电源。要如实的记录实验条件和数据。
2． 实验完毕需经教师检查仪器、工具和实验数据后才能离开实验室。
3． 注意安全用电，遇到事故应立即切断电源并报告教师处理。
4． 要保持实验室安静和整洁，严禁乱扔纸屑，杂物及吸烟等。
5． 私人器材（除文具用品外）不得带进实验室，实验室仪器和器材也不得擅自带出。
6． 学生对仪器和实验设备应爱护和谨慎使用，对于不听从教师指导和违反操作规程以致损坏仪器、工具和元器件者应检查原因，按规定进行赔偿。

试验注意事项
　　结构试验是一门试验性科学，即用实验的方法去验证设计理论和结构鉴定等问题。当然，实验方法是建立在很多理论基础上的，如相似理论，光学、电学、弹塑性力学等。因此，掌握实验理论是结构试验课的一个方面。但是实验性的实践环节无疑是一个更为重要的方面，通过实践，掌握各种实验方法，提高实验技能。因此，结构实验技术是工程技术人员必须掌握的技能之一。
　　为了能够顺利的完成实验，要求做好以下几个方面工作：
一、 实验前的准备工作
首先，应认真预习本实验指导，了解实验目的、原理、方法和步骤，熟悉所使用的仪器和仪表的构造和操作规则。另外，实验小组成员应分工明确、协调工作，准备好必要的表格。
二、正式实验
在进行正式实验前，要注意各测量装置是否处于工作状态，仪表、试件安装是否稳妥，由指导教师检查后，方可进行实验。
在实验过程中，必须严肃认真、一丝不苟的进行工作，决不允许草率了事，私自拆动仪器和其它设备。实验完毕，应清理好设备。归还所借用的仪器和工具。
实验原始数据记录一式两份，一份交指导教师、一份留作小组作为实验报告依据。

三、 实验报告的书写
实验报告是实验者最后交出的实验成果，是实验资料的总结，实验者必须独立完成报告所要求的各项内容。一般实验报告应包括以下内容：
１、 实验报告一律使用昆明理工大学报告用纸；
２、 实验名称、日期、地点、条件和实验人员；
３、 实验目的、实验所用设备、仪器、仪表、并注明型号和精度等；
４、 实验方法及步骤，扼要说明实验原理及如何进行实验；
５、 实验数据应记录在表格中，整理实验原始数据必须注意有效位数的运算法则，不能虚构精度；
６、 实验结果，在实验中除根据实测数据进行整理计算结果外，一般还采用图表和曲线表达实验结果；
７、 结论。分析所得结果及误差，指出存在的问题及进一步改进措施，实验的收获及体会，思考题在报告中应做出回答。
目 录
实验一　　机械式量测仪表的构造与使用 1
实验二　　电阻应变片的粘贴及防潮技术 4
实验三 电桥的接桥方式和静态应变仪的使用 7
实验四 结构的静载试验 11
实验五 钢梁动力参数的测定 16

18

实验一　　机械式量测仪表的构造与使用
一、实验的目的和要求：
１、 认识结构静载实验用的各种机械式量测仪表，了解它们的构造和性能，学习安装技术和使用方法。
２、 通过实测，可进一步熟悉等强梁的理论计算以及等强梁的质量检查。
二、实验设备和器材：
１、 等强梁加载装置一套；
２、 三点挠度应变计一套；
３、 百分表及磁性表架各一只；
４、 游标卡尺、钢皮尺各一只。
三、实验内容：
１、 通过使用熟悉这几种仪表的外貌，了解它们的工作原理和构造，使用方法和适用范围。
２、 在等强度梁上安装百分表、三点挠度应变计，在梁端施加砝码，测量等强度梁某一指定截面上的应变及挠度值。
３、 将实测值与理论值进行比较。
四、实验方法和步骤：
１、 用游标卡尺和钢皮尺测量等强度梁截面尺寸（Ｌ，b,bx,x,,h）,记录在表１－１内，h要量５次取平均值。
表格 1-1 等强度梁尺寸　　　　单位：mm
项目 尺寸
第一次
第二次
第三次
第四次
第五次
平均值
L

b

bx

h

２、 用磁性表架在距梁端（砝码挂钩槽）120mm处的截面上安装百分表。（注意，百分表要有一定的压缩，并严格垂直于梁面）分别加码9.8 N、19.6 N至49Ｎ。将得到的逐级加、卸载时测量结果记录于表1－2。
３、 在离梁端12cm处的截面上，放上三点挠度应变仪计，测得的结果记录于表1－2。
表1－2 测量数据表
序号
荷载（N）
百分表读数（mm）
千分表读数（mm）
1
0

2
9.8

3
19.6

4
29.4

5
39.2

6
49

7
39.2

8
29.4

9
19.6

10
9.8

11
0

五、理论计算
１、 等强度梁的尺寸（见图）。

Ｌ―――等强度梁的总长度;
b―――等强度梁根部的宽度;
bx―――被测截面的宽度;
X―――被测截面到加载点的距离（取 X=120mm）;
　h―――等强度梁的平均厚度;
梁片材料的弹性模量：Ｅ=1.96105 MPa
梁片材料的泊松比：μ=0.285
２、 等强度梁截面的应力计算：σx
3、三点挠度应变计的应变值计算：
　　　ε
h―――梁片的平均厚度
―――三点挠度应变计的跨度（=100 mm）
―――千分表的读数差
4、等强度梁在离梁端某一距离的挠度计算：
其中 (cm4)
五、报告要求：
１、 将测试结果列出表格表示。
２、 试比较实测数据与理论计算结果，求出误差。
３、 分析误差产生的原因，并加以讨论。
六、思考题
１、 等强度梁的质量如何鉴定？
实验二　　电阻应变片的粘贴及防潮技术
一、实验目的
１、 掌握电阻应变片的选用原则和方法；
２、 掌握应变片的粘贴技术，学会防潮层的制作。
二、实验仪表与器材
１、 数字万用表DT890B型；
２、 黏结剂（502胶）；
３、 常温用电阻应变片；
４、 悬臂等强梁（或钢简支梁）及小钢块；
５、 电烙铁、镊子等小工具；
６、 环氧树脂、聚酰胺，丙酮；
７、 ２米长塑料胶合线８根。
三、实验方法：
１、电阻应变片的选择
在应变片灵敏系数Ｋ相同的一批应变片中，用数字万用表测量应变片的电阻值Ｒ，将电阻差值变化在+0.5范围内的应变片选出待用。
２、试件表面的处理
用砂纸、锉刀等工具将试件贴片处的油污、漆层、锈迹除去，再用细砂纸打成450交叉纹，并用棉球蘸丙酮将贴片处擦洗干净，直至棉球洁白为止。然后在试件上用画针画出贴片的准确位置如附图。按图分别把１－６号片贴在等强度梁（或简支梁上），７、８号片贴在小钢块上。具体方法如下。
３、粘贴
用左手捏住应变片引线，右手在应变片粘贴面上薄薄涂上一层粘接剂（注意应变片的正反面），同时，在试件贴片位置上涂上一层粘接剂，并迅速将应变片准确的放在粘贴位置上，将一小片塑料薄膜盖在应变片上面，用手指顺着应变片依次挤压出多余的胶水，按住应变片1-2分钟后把塑料薄膜轻轻揭开，检查有无气泡、翘曲、胶脱等现象。如影响测量时，应重贴。最后，贴上应变片，焊出引线。作好引线编号。

4、检查
（1） 用数字万用表的电阻档（200Ω档）检查应变片有无短路、断路现象，如不能排除鼓掌应重贴。
2） 用数字万用表检查应变片与试件之间的绝缘度（100M以上合格），低于100M时，用红外线灯烘烤至合格。
5、制作防潮层
为使应变片在潮湿环境或混凝土中具有足够的绝缘度，在应变片贴好后，必须制作防潮层。防潮剂用环氧树脂一份与聚酰胺0.3—0.6份混合而成。然后将配好的防潮剂涂在应变片上（包括引线的裸露部分），再用万用表检查一遍，24小时防潮剂固化。

四、实验报告要求
１、 简述选片原则和贴片、焊线、防潮防水处理的注意事项。
２、 分析在操作过程中发生的、故障原因及排除方法。
五、思考题
１、 万用表、兆欧表、电桥的使用应注意些什么？应变片粘贴应注意些什么？
２、 野外粘贴应变片应注意些什么？防潮措施应如何处理？
３、 丝绕应变片和泊式应变片的区别是什么？
实验三 电桥的接桥方式和静态应变仪的使用

一、半桥、全桥接法
1、掌握静态电阻应变仪调试及使用方法。
2、学会单点、多点测量方法及半桥、全桥接法。
二、实验验仪器及设备
1、贴有应变片的等强梁或简支梁。
2、DH-3818静态应变测试仪
3、YHD型位移计
4、数字万用表
三、实验方法及步骤
1、准备工作
a)、测各电阻应变片的对梁绝缘电阻>100M，自身电阻120左右（用万用表）；
b)、测YHD型位移计中线与另外两端的电阻为50（80）左右（用万用表）；
c)、在距等强梁加载线120mm处的横向中点安装好YHD位移计顶杆。
2、半桥测量
a）、按图2-2（a）进行接线（四分之一桥），平衡应变仪（显示为0），分五级加载至49（5个砝码，9.8×5）N，再分五级卸载至0，每加、卸一级荷载记录一读数，并记入表格1中，加载、卸载各进行一次，同时将加载至49N时的读数记入表2第一栏中。
b)、分别按图2-2（b）、2-2（c）、2-2（d）接线，一次加载49N（每次接好线，加载之前都要平衡应变仪），读取数据，记录于表2中的第二、三、四栏。
3、全桥测量
分别按图2-2（e）、2-2（f）接线，一次加载49N（每次接好线，加载之前都要平衡应变仪），读取数据，记录于表2 第五、六栏中。
4、多点测量。
将等强度梁上的六个测点应变片分别接到静态应变仪任意六个通道的AB端。、、、、、片共用补偿片或⑧，平衡应变仪，一次加载49N把各测点应变值读数记录于表格3中，重复3次，读取平均值。
5、挠度测量。
将YHD位移计按半桥方式接入应变仪，平衡应变仪，一次加载49N，读取数据，记录于表2 第七栏中。
注意：应变值读数一律取整数。
四、数据处理及报告要求
1、认真编制表格1、2、3，填入实验数据，并在表2中给出各种桥路的桥臂系数b；
2、对表3中至应变片的应变读数值按下式进行仪器误差修正，得出真实应变值。

其中：K仪=2，即为读数值，K片=2.08。
3、将YHD位移计应变读数除于相应灵敏系数得到挠度值（mm）。
4、把所用的等强度梁，通过机测、电测加以整理后的应变、挠度与理论值进行比较，算出相对误差用表格来表示，并将由电测法所得真实应变值计算出的泊松比μ与提供值（0.285）进行比较。
5、分析机测、电测与理论值产生误差的原因。
五、思考题
１、 试述电测和机测的特点。
２、 试述单臂、半桥、全桥测量的主要应用范围。
３、 a、b、c、d、e、f不同联接时的桥臂系数各为多少？

图2-2 测量桥路示意图
表1 按a图接线试验数据
荷载/N
加载
卸载
0
9.8
19.6
29.4
39.2
49
39.2
29.4
19.6
9.8
0
应变/με

图2 半桥、全桥实验数据 荷载：49N
接线方式（图）
a
b
c
d
e
f
YHD位移计（半桥）
应变/με

桥臂系数b

/

图3 多点测量 荷载49N
测点
应变片
1
2
3
4
5
6
应变
/με
1

2

3

平均值
/με

修正后
真实值
/με

实验四 结构的静载试验
-----------钢桁架非破坏试验
一、 试验目的
1、认识结构静载试验用的几种仪器、设备，了解它们的结构、性能，并学习其安装和使用方法。
2、熟悉结构静载试验的全部工作过程，学习试验方法和试验结果的分析整理。
3、通过桁架节点位移、杆件内力的测量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、 试件、试验设备和仪器
1、试件——钢桁架（见图1）。

图1 钢桁架受力简图
2、试验装置构成——（1）钢桁架；（2）支墩；（3）铰支座；（4）侧限导轨；（5）砝码盘，试验装置见图2。

图2 试验装置图 截面图
3、试验测量装置——DH-3818静态电阻应变仪、千分表、百分表，应变及位移测点布置见图3。

图3 应变、位移测点布置图
S、J——左右对称的电阻应变片；φ——百分表（千分表）；
三、试验方法和步骤
1、本试验采用砝码逐级加载方式，每个砝码重100N，加载时两个砝码（200N）为一级，共分为四级加载。
2、桁架就位于固定的刚性支墩上，并设置平面外位移侧限装置，防止试验中桁架出平面丧失整体或局部稳定。
3、按测点布置图在各测点上安装各种仪器、仪表。
4、对桁架进行预载试验，加载200N，检查各种仪表工作是否正常，然后卸载。
1) 在预载试验中，如发现仪器安装及读数有问题，必须加以调整。
2) 编制表格，将所有仪器的初读数记入表格中，正式开始试验。
5、满载（800N）后逐级卸载，并记录读数。
表4-1 应变记录表
荷
载
N
应
变

0
200
400
600
800
600
400
200
0
S1

S2

S3

S4

S5

S6

J1

J2

J3

J4

J5

J6

表4-2 位移记录表
荷
载
N
位
移

0
200
400
600
800
600
400
200
0
1

2

3

4

四、理论计算
1、在图1所示荷载作用下桁架杆件的内力见图4。

图4 桁架内力图
2、桁架下弦点挠度计算
单位力作用于节点“F”时桁架杆件内力见图5。

图5 单位力作用于节点“F”时桁架杆件内力图
单位力作用于节点“G”时桁架杆件内力见图6。

图6 单位力作用于节点“G”时桁架内力图

F、G点位移计算公式如下式所示：

式中E——钢材的弹性模量E=1.96105MPa
3、桁架各杆件截面几何尺寸及内力系数填表计算
五、试验结果的整理分析
1、架下弦节点挠度分析
1）绘制各级荷载作用下桁架下弦的实测与理论挠度曲线（应考虑支座刚性位移的影响修正）。
2）比较桁架在满载时下弦测点处的实测与理论挠度值。
3、桁架杆件的内力分析
1）绘制桁架杆件CD、AF在各级荷载作用下的荷载——应变曲线。
2）比较桁架各杆件在满载作用下轴力的实测值与理论值。
六、分析讨论
1、根据试验结果分析，对钢桁架受载后的实际工作状态作出结论。
2、分析各种实测数据与理论值不相符合的原因，并加以讨论。
3、预载试验的作用。

附表 钢桁架F、G点位移计算表
杆件编号
杆件型号
杆件长度L（mm）
杆件
截面A（mm2）

杆件内力N

AC
15×15×0.6
750
34.56

CD
15×15×0.6
750
34.56

DE
15×15×0.6
750
34.56

EB
15×15×0.6
750
34.56

AF
15×15×0.6
442.5
34.56

CF
15×15×0.6
442.5
34.56

CG
15×15×0.6
442.5
34.56

DG
15×15×0.6
442.5
34.56

DH
15×15×0.6
442.5
34.56

EH
15×15×0.6
442.5
34.56

EI
15×15×0.6
442.5
34.56

BI
15×15×0.6
442.5
34.56

FG
15×15×0.6
750
34.56

GH
15×15×0.6
750
34.56

HI
15×15×0.6
750
34.56

∑=

∑=

实验五 钢梁动力参数的测定

一、 实验目的
1、 熟悉仪器的操作要领
2、 动力参数测定
（1） 梁的自振频率；
（2） 对数衰减系数；
（3） 阻尼比。
二、 实验仪器
1、贴有应变片的等强梁或简支梁
2、DH-817N动静态应变测试系统一套
3、YHD型位移计
4、数字万用表
5、计算机
三、 实验方法
利用自由振动法测自振频率f自，对数衰减系数，阻尼比；

实验布置如图
1、按布置图把仪器连接好等强度梁上贴有应变片，分别用半桥、全桥与动态电阻应变仪相连，检查无问题后，接通电源，并按照一定参数调好仪器。
2、在等强度梁上加重物m=5kg,产生一初位移Yj 然后用手适当压重物，突然松手，梁作衰减自由振动。与此同时，动态电阻应变仪，计算机记录下振动波形，如图所示。

自振周期：T＝
自振频率 f自＝
　　　　　　　　 N – – – 周期个数
　　　　　　　 Tn – – – N个周期的时间
圆频率　　　
对数衰减系数　　　
阻尼比　　　　
式中：　– – – 第n个波的峰值；
　　　– – – 第n+k个波的峰值。

四、 实验报告要求
1、简述实验步骤。（其中包括画出实验框图及半桥、全桥连接的原理图，桥盒图等）。
2、算自振频率f自，对数衰减系数，阻尼比
3、简述动应变测量的特点。（与静态应变电测法比较）
五、 思考题
1、结构动力特性的测试方法有哪几种？各有何特点？