结构工程实验指导书

结构工程试验指导书李美娟主编课题组教师参编土木工程系2014-11-27 实验 仪器仪表的认识与使用一、试验目的认识结构实验中常用的各种机械式量测仪表，通过示范表演和操作练习，进一步巩固课堂上讲授的知识，基本上掌握操作技能，为正确进行静载实验做好准备。本实验属于验证性实验。二、试验内容1、接触式位移计熟悉百分表、千分表的表盘刻度划分，掌握读数方法。观看百分表与磁性表座配合使用示范，并亲手安装之。2、手持式应变仪实测两标距间的延量，进行读书练习。3、读数显微镜实测一细线的宽度，进行读数练习。4、万用表 实测电池的电压，进行读数练习。实测电阻应变片电阻，进行读数练习。5、兆欧表实测电阻应变片电阻，进行读数练习。6、实测等强度梁的挠度值。三、试验仪表及器材1、钢筋混凝土简支梁及附加装置。2、钢尺（或卷尺）一把。3、百分表或千分表一块。4、磁性表座一个。四、试验步骤1、测量等强度梁的厚度t。2、在梁上安装带有磁性表座的百分表。3、测量支座至百分表的距离。4、记录百分表的初始读数。5、分级加荷载：5N、10N、15N，每次加荷5分钟，测读百分表的读数，填入下表。6、分级卸载，测度百分表的读数，填入下表。重复加载三次。五、试验报告 荷 载支座表（1）/mm跨中表（2）/mm支座表（3）/mm跨中挠度 f = ( 2 ) (1)+(3 )/2P N读 数读数差读 数读数差读 数读数差实验 结构模型的设计及制作实验本实验条件是原型为两端简支的受压短柱，截面面积，400*400，采用c20混凝土制成，设计荷载为N176*104N，求该简支受压柱的相似条件。并制作该模型。1.实验原理 由于受实验规模、实验场所、设备容量的等各条件的限制，绝大多数结构试验的实验对象采用的是结构模型，它是按照原型的整体、部件或构建复制的实验代表物，而且较多的采用缩小比例的模型进行实验。 结构实验中采用的实验模型一般可分为相似模型和缩尺模型。 缩尺模型实质上是原型结构缩小几何尺寸的实验代表物，它并不遵循严格的相似条件。缩尺模型用以研究结构性能、验证设计假定与计算方法的正确性，并可以将实验结果所证实的一般规律和计算方法推广到原型结构中去。 相似模型要求比较严格的相似条件，即要满足几何相似、力学相似和材料相似。它是用适当的缩尺比例和相似材料制成，在模型上施加相似力系，使模型受力后重演结构的实际工作状态，最后根据相似条件，由模型试验结果推演原型结构的工作性能。本实验属于验证性实验2.实验仪器 试模、混凝土振动泵、铁锹、量筒、磁盘、磅秤、抹布。3.实验步骤 （1）根据相似原理求相似条件。确定模型尺寸，对于局部性、研究结构强度的模型，选较大尺寸，其比例尺寸可选为原型的1/4-1。整体结构一般选原型的1/20-1/2。本实验选用长度相似系数为SL=lm/lP=bm/bP =hm/hP,则面积相似准数SA=SL2,截面模量相似准数SW=SL3，惯性矩相似准数SL=SL4。截面上的正应力为=N/A。将该式两边同时除以得到1= N/A截面上压缩应变= N/EA。将该式两边同时除以得到1=N/EA。故原型与模型的两个相似准数为1= N/A，2=N/EA根据第三相似定理，模型与原形的相似准数相等，从而有1= Np/pAp= Nm/mAm 2=Np/EpApp= Nm/EmAmmm=(Nm/ Np)(Ap/Am) p=Spp /SL2m=(Nm/ Np)(Ap/Am)（Ep/Em）=Spp /(SE SL2)（2）模型混凝土一般采用微粒混凝土、环氧微粒混凝土等材料置模浇注的方法制作。本实验制作强度模型材料采用微粒混凝土，是按照相似比缩小混凝土骨料的粒径进行级配。原模型采用c20混凝土，坍落度采用30-50mm，最大粒径采用10mm。混凝土的参考质量配合比：1：1.852：6.7：15.63。（3）施加荷载。荷载大小和作用位置与原型成比例。施加荷载为原设计荷载的1/16，位置与原来的位置相同。（4）边界条件。在施加荷载时，两端仍然采用简支的形式。4.实验及实验报告（1）写出推导强度相似条件的过程。（2）在本实验中采用长度相似比例为多少？（3）混凝土中采用的各材料的质量各是多少？（4）在强度实验中，若原模型边界条件为简支，则实验模型的边界条件为哪种形式。实验 电阻应变片的粘贴技术一、试验目的1、掌握电阻应变片的选用原则及方法；2、掌握常温用电阻应变片的粘贴技术；3、学习常温用电阻应变片的预埋粘贴技术，为后继的电阻应变测量的实验，做好试件上黏贴应变片、接线、防潮、检查等准备工作。本实验属于验证性实验二、试验仪器及器材万用表、KH502粘结剂、钢筋试件、 皮老虎、电烙铁、镊子、放大镜、引线、酒精棉球、电阻应变片、砂布、玻璃纸、小刀、砂纸 、兆欧表、环氧树脂、焊锡膏、焊锡丝等三、试验步骤应变片粘贴工艺程序为：检查分选试件表面处理贴片固化处理粘贴质量检查固定导线。（一）选片及处理1、选片（1）根据试验及试件的要求确定所选应变片形状、类别、规格及型号；（2）外观检查：a.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、霉点、锈斑等。阻值检查：b.用兆欧表或万用表检查阻值，选用多片时阻值差异不大于0.5%R；2、试件处理除去试件表面漆层、电镀层、锈斑、污垢等覆盖层。钢筋件：（1）将试件打出平滑面，面积大于片的30左右；（2）砂纸细磨达到光亮无凸凹缺陷，且条纹呈现出45交叉斜线；3、划线选定贴片位置，贴片位置应在形心主轴上，对处理过的面积外围划出测点中心线。4、擦洗钢筋件：（1）用脱脂棉球将表面灰垢擦掉；（2）棉球沾无水酒精清洗表面。（二）贴片1、涂胶、贴片钢筋件：在桁架左右半边各杆件表面各贴一片使用502 胶或环氧树脂胶，右手捏住应变片引线，左手上胶，胶应薄且均匀，校正方向贴好。再垫上玻璃纸或塑料薄膜，用手指稍加滚压挤出多余的胶，约1min后轻轻掀开薄膜，检查有无气泡、翘曲等现象，否则应重新黏贴。贴片后必须使粘贴剂充分干燥，以保证固化后能传递试件的变形和保证应变片的绝缘度。快干胶和环氧树脂胶均靠自然干燥固结，故当温度太低时，可用红外线灯烘烤。2、绝缘处理及导线固定钢筋件：（1）固化后将引线焊接固定，缠透明胶带纸，（2）将引线与外部连接焊好，24 小时固化后方可进行贴片阻值检查，应变片电阻值应无明显变化，万用表检查电阻及绝缘电阻（200 兆欧）。用万用表检查是否通路，如属焊点脱开尚可补焊。混凝土试件：（1）将端子贴好；（2）将引出线与测量导线焊好，用万用表检查阻值。3、防潮处理钢筋件：为防止潮湿侵害应变片和测量导线，必须敷设防潮层，必要时还要敷设防护罩防水和防机械损伤。防潮措施应在应变片检查合格后立即进行。防潮材料常用的有环氧树脂胶、无水凡士林石腊合剂和松香石腊；（1）封石蜡：做到封的严密，均匀厚薄适当，用表检查阻值。（2）封环氧：将粘结剂调好，准备好面纱，一侧涂上环氧，然后边绑边涂环氧粘结剂，过一段后检查试件阻值。混凝土试件：（1）用石蜡配制好防潮剂，涂法同钢筋件，检查阻值。（2）将配制好的防潮剂直接涂在应变片上，检查。4、试验报告（1）简述选片原则；（2）简述贴片的过程、步骤及要求；（3）预埋应变片时，应如何进行防潮处理（4）补偿片的作用是什么？实验 钢桁架的静力实验1.试验目的（1）学习和掌握静态应变测试系统及荷载传感器的安装和使用方法。（2）通过对桁架节点位移、支座沉降、杆件内力的测量以及对测量结果的处理分析，掌静力非破坏试验的基本过程，对桁架结构的工作性能作出分析，并验证理论计算的确性。2.试验设备和仪器（1）钢桁架。钢桁架及荷载试验装置见图。弦杆和腹杆均采用2L60*60*5（2）手动千斤顶。（3）位移传感器、荷载传感器及静态电阻应变采集系统、电脑（4）百分表、磁性表座、米尺、游标卡尺等。钢桁架试验装置图分别为百分表。图中杆件两侧均贴有120的应变片，可测出对应杆件的应变值。百分表和别测量桁架在加载过程中的支座沉降；百分表、分别测量桁架下弦节点的挠度。3.试验方案（1）桁架试验一般多采用垂直加荷方式，由于桁架出平面刚度较弱，安装时必须采用专措施，设置侧向支撑，以保证桁架的侧向稳定。（2）桁架试验时支座的构造可以采用梁试验的支承方法，支承中心线的位置须准确，起差对桁架端节点的局部受力影响较大，应该严格控制（3）三角形屋架，受荷后，下弦长较多，滚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。（4）观测项目一般有强度、挠度、杆件内力等。测量挠度可以采用位移传感器或位移计，测点一般布在下弦节点。为了测量支座沉降，安装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端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滚动绞座的水平位移值。杆件内力测量可以用电阻应变片进行测量，其安装位置随杆件受力条件测量要求而定。钢桁架杆件受力为拉压杆。电阻应变片应贴在形心轴线上，检查固定好电阻应变片的电阻值，线路通畅后则用双心屏蔽线用1/4桥路连接在静态电阻应变仪中的通道相连中，补偿片连接在补偿端连接好。1/4桥路为10个通道采用一个补偿片。连接时将铜片插入，然后用电烙铁将双心屏蔽线焊接在通道的连接点上。（5）将静态电阻应变仪用数据线和电脑相连，连接好后，打开静态采集系统软件。然后查找机箱-平衡操作。（6）预加载，荷载分级可以在弹性范围内，按指导教师给定的执行。首先加指导教师给定的荷载值，做预载试验，测好读数观察、分析试验结果，检查试验装置，看试件、仪表是否工作正常，然后卸载，把发现的问题及时解决、排除。将仪表重新调零。（7）正式加载，每级持载停歇时间为5分钟，停歇结束前读数。仪表分五级加载，每级100N，记录初读数，做好记录和描绘试验曲线的准备。满载后，分两级卸载。（8）为保持整体稳定，试验桁架的平面外均应设置水平辅助桁架，确保稳定。4.试验结果的整理、分析及试验报告（1）钢桁架原始数据：等边角钢单位长度重量：1.83kg/m等边角钢60*60，E=2.0610，壁厚：2.5mm，W=1.5910，形心 cm。r=1.05cm r:回转半径（2）桁架各杆件内力图（按给定桁架图，要求学生自己事先计算）（3）节点挠度的计算公式： 实验原始数据记录格式 百分表挠度记录值荷载/KN百分表读数/mm实际挠度值/mm 表表表表表测点应变记录值荷载/KN测点应变值/12345（4）计算出各块表的累计读数值。（5）计算各杆件的实测内力值及理论内力值，并进行对比，计算相对误差。（见表43）（6）画出表3节点处的荷载挠度曲线。（7）根据试验结果综合分析，对桁架的工作状态作出评价。实验 结构动力特性试验一、试验目的（1）了解振动测试与控制实验系统的组成、安装和调整的方法。（2）学会激振器、传感器与数采分析仪的操作、使用方法。（3）学会测量钢梁的自振动频率。本实验属于综合性实验。2、实验仪器及设备（1）振动与控制实验台：包括简支梁、悬臂梁、薄壁圆盘、单自由度系统、二自由度系统、多自由度系统模型，配以主动隔振、被动隔振的空气阻尼减震器、单式动力吸振器、复式动力吸振器等组成。（2）激动振系统与测振系统：激振系统包括DH1301正弦扫频信号源，JZ-1接触式激振器,JZF-1非接触式激振器，偏心电动机，调压器，力锤； MT-3T型磁电式振动速度传感器，DH130压电式加速度传感器，WD302电涡流位移传感器、测力传感器；动态采集分析系统包括信号调理器、数据采集仪、计算机系统、控制欲基本分析软件、模态分析软件。3、使用步骤 （1）安装偏心电动机：偏心激振电机的电源线调接到调压器的输入端（电源使用三芯接地插座），一定要小心防止接错，把调速电机通过安装底板安装在简支梁中部，电机转速可用调压器电压调节旋钮来调节，调节输出电压 到110v左右，调好后再实验过程中不要改变电机转速。（2）安装DH1301正弦扫频信号源：将DH1301正弦扫频信号源的输出电压调节旋钮左旋到最小位置，把激振器与输出接线柱相连。（3）接测试系统：将扫频信号源的输出信号接到采集仪的1-1通道。将速度传感器布置在偏心激振电机附近，速度传感器测得的信号接到数采仪的1-2通道。（4）打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个项目，设置采样频率1K量程范围、工程单位和传感器灵敏度等参数，在曲线显示窗口内点击鼠标右键，选择信号，选择波型1-1和1-2，选择X-y记录仪显示方式。开始采集数据，数据同步采集显示再图形窗口内。（5）调节DH1301 扫频信号源的输出功率，使屏幕上出现一直线或椭（正）圆，此时信号源显示频率即为简支梁的强迫振动的频率f。4、实验报告(1) 梁的第一阶自振的频率是多少？(2)振动与控制实验台由哪几部分组成？(3)控制分析软件的使用步骤？实验 桩基完整性无损检测实验一、试验目的（1）了解非破损检验实验常用的实验方法。（2）学会桩基完整性检测的使用操作、使用方法。（3）学会根据试验数据进行桩基完整性分析。（4）实验原理：桩基完整性无损检测是由感应器、信号发射、信号接收、信号处理、显示、键盘、数据传输等单元组成。首先由信号发射单元向混凝土桩基内发射脉冲电磁波，当桩基内部有不完整性存在时，产生二次感应磁场，并由信号接收感应的二次场，由于桩基完整部分和不完整部分产生二次场强度不同，信号经处理单元分析、运算后，以波形显示出来，在桩基不完整处波形呈现尖锐状，据此桩基的完整性及破损位置。2、实验仪器 桩基完整性检测仪：主机、感应器、锤击锤，信号线等检测构件桩基。铅笔、电脑、刷子、小刀、卷尺、胶泥等3、实验步骤 （1）开机：将感应器与测试仪连接。（单点测量） （2）将测试仪与电源连接。（3）按下仪器面板的电源开关键，仪器上电，开始工作，启动界面。（4）首先按进行编号设置，完成后按确认键；再次进行单位设置，选择米制单位，完成后按确定键。再次进行触屏校准，按住十字光标几次后，仪器自动校准，完成后点击确认。（5）选择VEL模式，输入桩基材料波的传播速度，和待检测的桩基的桩长和检测面的面积；选择锤击次数，一般选6次，输入锤子的重量。确定感应器放置位置和锤击位置。（6）把感应器头裹上胶泥，黏在设置好的桩基表面位置，在桩基上面设定好的位置锤击连续锤击6次，显示屏会出现6次锤击形成的波形图，点击OK，后测试仪自动把6次锤击的波形图分析合成，得到最终的波形图，可以根据波形图分析桩基完整性。若在锤击过程中，桩基受周围环境振动干扰，可以取消此次操作，重新锤击桩基，获得相应的波形图。试验完成后按返回主菜单，退回到主菜单界面。（7）将仪器与计算机用九针串口先连接好，进入界面后，按向上或向下键选择要传输的数据，选择好后，应向操作计算机传输选项，再按仪器的确定键，此时数据传输开始，同时在界面的下方显示传输中，传输完毕按取消键返回。3、实验报告(1)简述桩基完整性无损检测的步骤；(2)根据试验绘制桩基波形图，分析桩基的完整性；若桩基不完整，指出桩基不完整的位置。思考题（要求写在试验报告书上）（1） 在桩基完整性检测过程中，有哪些参数非常重要？（2） 根据试验结果，怎样判断桩基是否完整？9 / 9文档可自由编辑打印