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1、 土木工程专业综合实验报告 （建筑工程方向用） 专业班级 实验小组 姓 名 学 号 实验日期 建筑与土木工程学院实验中心 目 录实验一 静态电阻应变仪原理及桥路连接实验 实验二 钢筋混凝土受弯构件正截面破坏试验实验三 建筑物动力特性测试实验四 简支钢桁架静载试验实验一 静态电阻应变仪原理及桥路连接实验 一、实验目的1、熟悉静态电阻应变仪的操作规程；2、掌握电阻应变仪单点测量方法；3、学会电阻应变仪半桥及全桥接法。二、实验内容利用等强度梁实验台进行静态电阻应变仪原理实验，测定等强度梁上下表面的应力，验证梁的弯曲理论。三、实验仪器设备和工具1、等强度梁实验台2、CM-1L系列静态电阻应变仪3、等强
2、度梁（已粘贴好应变片）梁的高度h5mm，弹性模量E=206GPa，泊松比0.284、游标卡尺、钢板尺四、实验步骤 1、开箱后将实验台搬出放到事先准备好的桌子上。2、把实验台的调节腿拧到实验台上，然后调平。3、将砝码托盘挂到加载杆上。4、把砝码准备好放到砝码托盘旁边，准备就绪。5、将仪器开关置开，预热10分钟，并检查该装置是否处于正常实验状态 6、将应变片按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。7、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； 8、测量梁的宽度b 和高度h、载荷作用点到测试点距离L 及各应变片到中性层的距离yi。9、拟定加载方
3、案首先对应变片的读数进行清零。然后分级加载，以每级1000g（10N），加至4000g（40N），记录各级载荷。10、按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。11、加载应轻拿轻放，然后分级等量加载，每增加一级载荷，待数值稳定后，依次记录各点电阻应变片的应变值 ，直到最终载荷。实验至少重复三次。12、作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导老师检查签字。五、实验数据整理分析及思考题1、分析在操作过程中发生的故障原因及排除方法。2、测量梁的宽度b 和高度h、载荷作用点到测试点距离L 及各应变片到中性层的距离yi
4、。填入下表中。表1-1 梁上应变片编号项目R1R2R3R4R5测点处梁宽度b测点处梁高度h载荷作用点到测试点距离L应变片到中性层的距离yi3、按试验要求整理出各种测量数据，将实验结果填入表1-2，表1-3中。并作应变仪按半桥和全桥接线测量的比较。表1-2 试验数据记录表接 法半桥接法（1）单补半桥接法（2）互补砝码重量 （g）次数0100020003000400001000200030004000123平 均表1-3 试验数据记录表接 法全桥接法（1）单补全桥接法（2）互补 砝码重量 （g）次序0100020003000400001000200030004000123平 均4、讨论不同桥路接法
5、的优缺点和使用条件。5、按试验等强度标准梁的参数和支承条件作出理论计算，填入下表，并分析计算值与实测值的差异原因。表1-4测点处应力值R1R2R3R4实测值理论值实测/理论实验二 钢筋混凝土受弯构件正截面破坏试验一、实验目的1、直观认识钢筋混凝土简支梁在集中荷载作用下变形发展过程的三个工作阶段、正截面破坏过程及最终破坏特征。3、测量受弯构件正截面的开裂荷载和极限承载力，验证梁正截面承载力计算公式。3、测量钢筋混凝土受弯构件的挠度，并和计算值进行比较。4、通过试验，验证梁正截面设计理论中的平截面假定。二、量测内容1量测各级荷载作用下试验梁的截面应变。2观察裂缝的出现，实测试验梁的开裂荷载。3量测
6、试验梁各级荷载下裂缝的宽度和间距，记录试验梁破坏时裂缝的分布情况。4量测试验梁在各级荷载作用下的挠度。5观察试验梁的破坏形态，实测试验梁的破坏荷载。三、试件参数试件为一钢筋混凝土简支梁。截面尺寸为120mm250，梁长2300mm,试验跨度为2000mm，混凝土等级为C30，主筋HRB335，箍筋、架立筋为HPB235，箍筋直径为8mm，架立筋直径为12mm，纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为25mm。试件分别设计为少筋梁、适筋梁和超筋梁，其尺寸及配筋分别如图2-1图2-3所示。为了得到实测混凝土立方强度,需与梁同时制作3组立方体标准试样，同样为了得到受拉钢筋的实测力学性能，受拉钢筋取3个试样
7、(长500mm)。根据材性试验将主要参数列入表2-1。图2-1 少筋试验梁配筋图图2-2 适筋试验梁配筋图图2-3 超筋试验梁配筋图表2-1 试验梁参数表试件类别截面尺寸混凝土受 拉 钢 筋bmmhmmh0mmfcuN/mm2EcN/mm2公称直径Asmm2fyN/mm2tN/mm2EsN/mm210%少筋梁适筋梁超筋梁表中：b截面宽度；h截面高度；ho有效截面高度；fcu砼立方体抗压强度实测值；fc砼轴心抗压强度；Ec砼弹性模量；As受拉区钢筋面积；fy钢筋实测屈服强度；t钢筋实测抗拉强度；Es钢筋弹性模量；10钢筋延伸率。 （3-1）四、试验设备装置与测量仪器试验设备装置：试验反力刚架、支
8、墩、支座、千斤顶、分配梁、荷载传感器、量测仪器：CM-1L系列电阻应变仪、千分表、百分表、读数放大镜及电筒、钢板尺、钢卷尺、应变仪等。试验梁支承于支座上，支座支承于支墩上，通过千斤顶和分配梁施加荷载，千斤顶的反力由试验反力刚架承受，用荷载传感器和电阻应变仪量测荷载，用千分表量测试验梁纯弯段的截面应变，用百分表量测试验梁跨中挠度，用放大镜观察裂缝的出现，用读数放大镜量测裂缝宽度，用钢板尺及钢卷尺量测裂缝间距。实验装置如图2-4所示图2-4 钢筋混凝土梁试验装置图五、试验过程在进行试验前应认真阅读本试验指导书，复习材料力学试验中的有关知识；了解各种测试设备和测试仪表的性能、原理、操作方法及使用时的
9、注意事项。试验按以下步骤进行：1由教师预先安装或在教师指导下由学生安装试验梁，布置安装试验仪表。2记录试验梁编号、量测并记录试验梁尺寸、记录试验梁配筋数量、所用材料的强度指标、千分表安装位置和标距以及经标定的电阻应变仪读数和荷载传感器的转换关系等有关数据，记录试件与加荷装置重量。3检查试验仪表并调整仪表初读数。电阻应变仪预热至少15分钟再调零，注意应变仪灵敏系数指示值与电阻应变片灵敏系数应相同。百分表、千分表要检查预压值是否正确，长短针指示位置应配合一致。4根据试验梁的截面尺寸、配筋数量和实测的材料基本力学性能值，按有关公式估算出裂弯矩、破坏弯矩，相应地计算出裂载荷2、破坏荷载2。出裂弯矩按公
10、式（2-1）计算 （3-2）其中：为梁截面高度，当截面高度时，取，当截面高度时，取；为混凝土抗拉强度标准值；为换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩。5、确定承载力极限状态设计荷载。根据混凝土、钢筋的设计强度，计算受弯承载力极限状态设计抵抗弯矩，并计算出相应的设计荷载2P。6、首先进行预加载。进行1-3次预加载，预荷载值取出裂荷载2的30%。预载时，测读数据，注意观察试件、加荷装置、仪表工作是否正常，然后卸去预荷载，排除故障，仪表重新调零或记录初读数。应特别注意：预载值中应包括试件的自重和加荷设备重量。7正式试验，分级加荷。利用荷载传感器进行控制，取设计荷载的20%为第一级荷载，试件的自重和加荷设备重量
11、等应作为第一级荷载的一部分；在接近出裂荷载时应加密，取设计荷载的5%为荷载增量；试件块破坏时，亦应适当加密。每次都要读数。开始加荷，每级荷载加到后，持荷约3-5分钟后读数。在试验梁上发现第一条裂缝后，在试验梁表面对裂缝进行标记，记录裂缝出现前一级荷载下的电阻应变仪读数。在每级加载后的间歇时间内，认真观察试验梁上原有裂缝的发展和新裂缝的出现等情况并进行标记，记录电阻应变仪、百分表和千分表读数。8继续加载，当所加荷载约为破坏荷载值的60%70%时，用读数放大镜测读最大裂缝宽度和用直尺量测裂缝间距并记录。9加载至试验梁破坏，千分表及百分表梁破坏前拆除，防止损坏，抢时间记录电阻应变仪读数。10卸载。记
12、录试验梁破坏时裂缝的分布情况。六、试验结果分析及试验报告（一）试验基本情况及有关参数用图、表说明自己所在小组试验梁的尺寸、配筋、混凝土和钢筋的力学性能、h0、加荷简图，梁正截面试验仪表布置图。试件编号: ，制作日期: ，试验日期: 表2-2 试验梁参数表试件类别截面尺寸混凝土受 拉 钢 筋bmmhmmh0mmfcuN/mm2EcN/mm2公称直径Asmm2fyN/mm2tN/mm2EsN/mm210%少筋梁适筋梁超筋梁加荷简图：加荷装置及梁自重：梁正截面试验仪表布置图：（二）试验分级加载值试验前按从小到大的顺序计算好2P值的各级荷载值，每个数值减去梁自重和加荷装置的重量，即为千斤顶应加的每级荷
13、载值。试验机应加的荷载值=2P荷载等级-加荷设备重量表2-3分类加载方案荷载等级0.200.250.300.350.400.450.502P荷载等级试验机应加的荷载值续表2-3分类加载方案荷载等级0.550.600.801.001.201.401.452P荷载等级试验机应加的荷载值续表2-3分类加载方案荷载等级1.501.551.601.651.701.751.802P荷载等级试验机应加的荷载值续表2-3分类加载方案荷载等级1.851.902.002P荷载等级试验机应加的荷载值（三）、试验记录1、电阻应变仪量测得到的受拉钢筋应变实测记录表2-4 电阻应变仪测定应变记录表（10-6）序号测点读数
14、荷载1234平均值读数读数读数读数0123456789101112131415161718192021222、试验梁整体挠度测试记录利用百分表测定梁整体挠度，数据记录填入表2-5。表2-5 百分表测定挠度记录表（单位：mm）序号荷载kN百分表1百分表2百分表3支座沉陷跨中挠度读数差值读数差值读数差值01234567891011121314151617181920213、千分表记录表表2-6 千分表记录表（单位：mm）序号测点 读数荷载千分表1千分表2千分表3千分表4千分表5千分表6读数差值读数差值读数差值读数差值读数差值读数差值012345678910111213141516171819202
15、122续表2-6 千分表记录表（单位：mm）序号测点 读数荷载千分表7千分表8均值均值均值均值读数差值读数差值0123456789101112131415161718192021224、试件裂缝分布图 梁正面梁 底梁背面 用裂缝展开图表示试验梁裂缝出现及展开过程，裂缝间距等。图 2-5 裂缝分布图表2-7 裂缝过程记录表序号荷载（KN）裂缝最大宽度（mm）梁正面梁正面梁底1234567891011121314155、试验数据汇总表 表2-8 数据汇总表序号荷载混凝土应变（10-6）混凝土顶面纤维应变ts（10-6）受压区高度x(mm)受拉钢筋应变ts（10-6）跨中挠度（mm）12340123
16、45678910111213141516171819202122出裂荷载 2Pc= 出裂弯矩Mc= 破坏荷载 2Pu= 破坏弯矩Mu= （四）、试验数据分析1、绘制梁的荷载挠度曲线在整理挠度实测值时，应计入梁的自重和加荷设备（千斤顶、荷载传感器及分配量）重量。（1）梁的挠度实测值f1）加载设备产生的挠度 =2）=3) 各级荷载下梁的跨中挠度实测值=（2）绘制荷载挠度曲线 P-ff(mm)P(kN)0 图2-6 荷载挠度曲线图2、挠度分析将0.72P荷载下的挠度实测值与短期刚度下挠度的公式计算值进行比较，分析计算结果并得出结论。注：公式符号含义参见混凝土结构设计规范GB50010-2002第8.
17、2节“受弯构件挠度验算。3、绘制受拉钢筋应变与荷载曲线F-s。绘制受拉钢筋应变（或应力）与弯矩曲线。图2-7 受拉钢筋应变-荷载曲线图 图2-8 受拉钢筋应力-弯矩曲线图5、平截面假定验证（自备米格纸绘图）绘制各级荷载下沿梁截面高度混凝土应变分布及受拉钢筋应变图，验证平截面假定，并对此图进行分析（如平截面情况、中和轴随荷载变动情况等）格式参看图2-9。图2-9 应变沿截面高度分布图（自备米格纸绘图，并粘贴于相应位置）6、描述试验梁的整个加荷过程直至破坏。如P等于多少时，出现第一条裂缝，此时测得的混凝土平均拉应变、钢筋的应变为多少?破坏时钢筋是否达到流限，混凝土边缘纤维压应变达到多少等。7、强度
18、验算将计算所得试验梁的破坏荷载（按混凝土与钢筋实测值计算）与试验结果进行比较。 (1)判断是超筋还是适筋梁(2) 梁正截面破坏强度的公式计算值对于适筋梁：；对于超筋梁：(3) 计算试验破坏弯矩(4) 计算，并展开讨论（五）思考题、裂缝出现前跨中应变是否成比例？、裂缝出现后有何变化，为什么？、中和轴变化情况？实验三 建筑物动力特性测试一、实验目的与要求1、学习用脉动法测量建筑物动力特性的仪器布置和测量程序；2、学习用主谐量法分析建筑物的低阶固有频率和振型；3、学习传感器、测振放大器以及数据采集系统的操作和使用。二、实验所用的仪器和设备1.传感器：CD-7S（水平） 6只；2.放大器: GZ5 1
19、台；3.数据采集系统 1套；4.万用表 1台；5. 指南针 1只；6.温度计 1只；7.风速风向仪 1台；8.导线 6条。三、试验方案及方法利用环境随机激振测定结构动力特性的方法称为脉动法。这种方法不用专门的激振设备,而是通过测量建筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小震动,即”脉动”来确定建筑物的特性。用仪器将建筑物的脉动记录下来,经过一定的分析工作,可以确定出建筑物的基本频率和振型。四、试验对象本试验以道桥馆五层办公楼为测试对象,并根据结构特性进行布点。五、试验步骤1、若测振系统尚未标定过,为测量振型、可采用系统相对标定。即把拾振器集中放于同一位置,同时记录下各点信号。由于各通道的放大倍数不
20、一样,故各波形幅值不同。而在同一瞬间时记下的信号均代表同一位移值,故可由波形找出各通道间的放大倍数比例关系。2、试验装置和仪器系统方框图见图3-1和图3-2所示。612345传感器图3-1：传感器布置图将各个拾振器安置在各层楼板上，地面和屋顶也要同时布置。2ch3ch4ch5ch6ch6ch5ch4ch3ch2ch1ch1# 传感器2# 传感器3# 传感器4# 传感器5# 传感器6# 传感器放大器数据采集系统1ch图3-2：仪器系统方框图3、根据房屋结构的特点,要分别考虑弯曲振动和扭转振动的作用。本试验测量横向弯曲振动,各个拾振器的拾振方向均要一致指向横向。4、分别把拾振器编号,对应于测振仪、
21、记录仪相连。5、将拾振器调到工作状态。6、用记录仪进行记录,记录的时间要满足数据分析的要求。7、判读脉动记录图,确定建筑物第一固有频率并汇出振型图。本试验要求采用主谐量法直接判读。建筑物基频谐量是脉动里最主要的成分,在脉动记录图中凡是振幅较大、波形较规则且光滑的部分,并多次重复出现,频率相等,量出这个频率就是建筑物的第一固有频率,即基频。另外,选各记录曲线都比较规律的区段,根据各线的放大倍数和衰减档数,量出各点振幅,在建筑物简图上按比例将相位相同的画在一边, 相位相反的画在另一边,连接起来即得出相应的振型曲线。六、传感器的位置及仪器设置参数请将传感器的位置及仪器设置参数填入表3-1文件名： 表
22、3-11CH2CH3CH4CH5CH6CH传感器的放置位置传感器的旋钮位置小位移小位移小位移小位移小位移小位移传感器拾振方向东东东东东东放大器工作选择X1X1X1X1X1X1放大器衰减采样频率（HZ）100100100100100100文件名： 表3-21CH2CH3CH4CH5CH6CH传感器的放置位置传感器的旋钮位置小位移小位移小位移小位移小位移小位移传感器拾振方向南南南南南南放大器工作选择X1X1X1X1X1X1放大器衰减采样频率（HZ）100100100100100100七、试验结果整理与试验报告1.在实验过程中应记录好下列资料（1）实验日期 ；记录者 ；（2）建筑物名称： ；（3）温
23、度 ；风向 ；风速 ；（4）结构特征及简图，并标出测点位置、拾振方向；2. 根据测试的原始曲线图，简单标注每条曲线。3、用文字简述分析过程，将分析的数据填入下表。 表3-3 建筑物的固有频率、振型 楼层东方向的水平振动南方向的水平振动第一振型f= Hz第一振型f= Hz幅值振型幅值振型屋顶5层4层3层2层1层4. 根据测得的建筑物基频、振型等参数，对建筑物作出评述。5.当拾振器数量不够时，又如何完成建筑物的振型测量呢？请自行设计一试验方案。实验四 简支钢桁架静载试验一、试验目的1.进一步学习和掌握几种常用仪器仪表的性能、安装和使用方法；2.通过对桁架的节点位移、杆件内力、支座处上弦杆转角的测量
24、对桁架结构的工作性能作出分析，并验证理论计算的正确性。二、试验内容 1、通过指导教师讲解及演示并结合钢桁架的全过程试验，了解下列各种仪器设备的工作原理及其使用方法。 2、通过对简支钢桁架结构静力试验，量测桁架在弹性阶段内的杆件应变（），下弦节点竖向位移（），上弦杆转角（），并验证其理论计算的正确性。三、试件、试验设备和仪器仪表1.试件钢桁架。跨度3.6m，上、下弦杆采用无缝钢管1026.0，腹杆采用无缝钢管63.53.5,节点采用球节点和钢管相贯节点，球尺寸为D3008.0和D2508.0，,测点布置见图4-1。1倾角仪 2电阻应变计 3.挠度计图4-1 钢桁架尺寸与测点布置图2.试验加载设备
25、(1)Amsler试验机； (2)20吨千斤顶1台； 3.试验所选用的测量仪器和仪表(1)静态电阻应变仪 2台；(2)百分表 6个；(3)表架 6套；(4)倾角仪 2个；(5)挠度计支架 6个。三、试验方案桁架试验时支座的构造采用梁试验的支承方法，支承中心线的位置要准确，其偏差对桁架端节点的局部受力影响较大，故应严格控制。桁架受荷后，活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。试验时应使桁架受力稳定、对称、防止出现平面失稳破坏。观测项目有桁架整体挠度、倾角及杆件应变。挠度测量，本试验采用百分表位移计量测，测点布置于下弦节点。为测量支座沉陷，在桁架两支座的中心线上安装2个垂直方向的百
26、分表位移计，另外在上弦两端安装2个水平方向的百分表位移计，用以测量在荷载作用下的固定铰支座和滚动铰支座的水平侧移值。杆件内力的测量，本试验采用电阻应变计，杆件的应变测点均设置在每一杆件的中间区段，为消除自重弯矩的影响，电阻应变计均布置在截面的形心连线上。在水平杆AE及BG的支座处安装倾角仪，量测在各级荷载下的支座处上弦杆转角变化。本试验采用垂直加荷方式中点加载(集中力作用点为F)。荷载采用五级加载，满载为100KN，每级20KN。四、试验步骤1.检查试件和试验装置，装上仪表，将应变计（电阻应变计已预先贴好）的引线连接到电阻应变仪接线箱上。2.加10kN荷载，作预载试验，检查装置、试件和仪表工作
27、是否正常，然后卸载。如发现问题应及时排除。3.仪器、仪表重新调零、记取初读数，做好记录和描绘试验曲线的准备。4.正式试验。采用5级加载，每级20kN，每级持荷10分钟，持荷时间内读数。5.本试验最大加载量为100kN，满载后分二级卸载，并记下读数。五、试验结果的整理、分析及试验报告1.原始资料（1）桁架各杆件内力见图4-2。图4-2 桁架的各杆件内力（2）桁架下弦C、D节点的位移及AE杆的转角按结构力学方法求解（学生自解）。2.桁架下弦C、D节点的荷载挠度分析（1）请将百分表测定挠度及测定水平位移分别填入表4-1、表4-2。表4-1 百分表测定挠度记录表(单位：mm)序号荷载百分表A百分表C百分表D百分表B读数差值读数差值读数差值读数差值01234567表4-2 百分表测定水平位移记录表（单位：mm）序号荷载百分表A(水平)百分表B（水平）读数差值读数差值01234567（2）根据表4-1数据绘出各级荷载下桁架整体变形图；图4-3 各级荷载下桁架整体变形图（2）根据表4-1数据分别绘出各级荷载下弦C点和D点的荷载-挠度（）试验曲线及理