2021年建筑結(jié)構(gòu)試驗實驗指導(dǎo)書土木工程

建筑構(gòu)造實驗

09級實驗指引書

說明

一、實驗報告必要用墨水筆工整書寫，原始記錄不得涂改，每個

學(xué)生必要準時獨立完畢實驗報告，（涉及預(yù)習(xí)思考題及實驗作業(yè)題）0

二、嚴格遵守實驗室規(guī)則：

1.做好實驗課前預(yù)習(xí)。

2不得動用與本次實驗無關(guān)儀器設(shè)備。

3實驗完畢，清理整頓所用儀器設(shè)備及環(huán)境衛(wèi)生，填好實驗使用

登記本，并交給任課教師后方可離開實驗室。

4如有儀器設(shè)備損壞，按學(xué)校關(guān)于規(guī)定解決。

三、實驗指引書所列實驗辦法均以現(xiàn)行國標(biāo)和規(guī)范為根據(jù)。

編者：陳鬲

5月

a錄

實驗一等強度梁實驗錯誤!未定義書簽

一、實驗?zāi)浚?......錯誤!未定義書簽

二、實驗原理….…錯誤!未定義書簽

三、實驗環(huán)節(jié).……錯誤!未定義書簽

四、實驗記錄.……錯誤!未定義書簽

實驗二純彎梁實驗.…錯誤!未定義書簽

一、實驗?zāi)?.............................................錯誤!未定義書簽。

二、實驗原理...........................................錯誤!未定義書簽。

三、實驗環(huán)節(jié)錯誤!未定義書簽。

四、實驗成果錯誤!未定義書簽。

五、實驗登記表格......................................錯誤!未定義書簽。

實驗三同心拉桿實驗錯誤!未定義書簽。

一、實驗?zāi)?......錯誤!未定義書簽。

二、實驗原理.....錯誤!未定義書簽。

三、實驗環(huán)節(jié).....錯誤!未定義書簽。

四、實驗登記表格.錯誤!未定義書簽。

實驗四：偏心拉桿實驗錯誤!未定義書簽。

一、實驗?zāi)?.....錯誤!未定義書簽

二、實驗原理..……錯誤!未定義書簽

三、實驗環(huán)節(jié).…?…錯誤!未定義書簽

四、實驗成果解決錯誤!未定義書簽

實驗五典型桁架構(gòu)造靜載實驗.........................錯誤!未定義書簽。

一、實驗?zāi)?......................................錯誤!未定義書簽。

二、實驗原理.....................................錯誤!未定義書簽。

三、實驗操作環(huán)節(jié)簡介.............................錯誤!未定義書簽。

四、實驗記錄.....................................錯誤!未定義書簽。

實驗六混凝土無損檢測實驗...........................錯誤!未定義書簽。

一、實驗?zāi)?......................................錯誤!未定義書簽。

二、實驗儀器.....................................錯誤!未定義書簽。

三、實驗辦法及環(huán)節(jié)...............................錯誤!未定義書簽。

四、實驗報告.....................................錯誤!未定義書簽。

五、思考題.......................................錯誤!未定義書簽。

實驗一等強度梁實驗

一、實驗?zāi)浚?/p>

1、學(xué)習(xí)應(yīng)用應(yīng)變片組橋，檢測應(yīng)力辦法

2、驗證變截面等強度實驗

3、掌握用等強度梁標(biāo)定敏捷度辦法

4、學(xué)習(xí)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀用法

二、實驗原理

1、電阻應(yīng)變測量原理

電阻應(yīng)變測試辦法是用電阻應(yīng)變片測定構(gòu)件表面應(yīng)變，再依照應(yīng)變一應(yīng)力關(guān)

系（即電阻-應(yīng)變效應(yīng)）擬定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)一種實驗應(yīng)力分析辦法。這種辦

法是以粘貼在被測構(gòu)件表面上電阻應(yīng)變片作為傳感元件，當(dāng)構(gòu)件變形時，電阻應(yīng)

變片電阻值將發(fā)生相應(yīng)變化，運用電阻應(yīng)變儀將此電阻值變化測定出來，并換算

成應(yīng)變值或輸出與此應(yīng)變值成正比電壓（或電流）信號，由記錄儀記錄下來，就

可得到所測定應(yīng)變或應(yīng)力。

2、測量電路原理

通過在試件上粘貼電阻應(yīng)變片，可以將試件應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片電阻變化，但

是普通這種電阻變化是很小。為了便于測量，需將應(yīng)變片電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（或

電流）信號，再通過電子放大器將信號放大，然后由批示儀或記錄儀批示出應(yīng)變

值。這一任務(wù)是由電阻應(yīng)變儀來完畢。而電阻應(yīng)變儀中電橋作用是將應(yīng)變片電阻

變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）信號。

3、電橋電路基本特性

a）在一定應(yīng)變范疇內(nèi)，電橋輸出電壓與各橋臂電阻變化率/R/R或相

應(yīng)應(yīng)變片所感受（軸向）應(yīng)變*5）成線性關(guān)系；

b）各橋臂電阻變化率/R/R或相應(yīng)應(yīng)變片所感受應(yīng)變,”）對電橋輸出電壓變

化/U影響是線形疊加，其疊加方式為：相鄰橋臂異號，相對橋臂同號。

充分運用電橋這一特性不但可以提高應(yīng)變測量敏捷度及精度，并且可以解決

溫度補償?shù)葐栴}。

C）溫度補償片

溫度變化對測量應(yīng)變有著一定影響，消除溫度變化影響可采用如下辦法。實

測時，把粘貼在受載荷構(gòu)件上應(yīng)變片作為R1,以相似應(yīng)變片粘貼在材料和溫度

都與構(gòu)件相似補償塊上，作為R2,以R1和R2構(gòu)成測量電橋半橋，電橋此外兩

臂R3和R4為測試儀內(nèi)部原則電阻，則可以消除溫度影響。

運用這種辦法可以有效地消除了溫度變化影響，其中作為R2電阻應(yīng)變片就是用

來平衡溫度變化，稱為溫度補償片。

三、實驗環(huán)節(jié)

1、把等強度梁安裝于實驗臺上，注意加載點要位于等強度梁軸對稱中心。

2、將傳感器連接到BZ2208-A測力某些信號輸入端，將梁上應(yīng)變片導(dǎo)線分

別接至應(yīng)變儀任1-3通道A、B端子上，公共補償片接在公共補償端子上。檢查

并紀錄各測點順序。

3、打開儀器，設(shè)立儀器參數(shù)，測力儀量程和敏捷度。

4、本實驗取初始載荷P0=20N,Pmax=100N,AP=20N,后來每增長載荷20N,

記錄應(yīng)變讀數(shù)￡i,共加載五級，然后卸載。再重復(fù)測量，共測三次。取數(shù)值較

好一組，記錄到數(shù)據(jù)列表中。

5、未知敏捷度應(yīng)變片簡樸標(biāo)定：沿等強度梁中心軸線方向粘貼未知敏捷度

應(yīng)變片，焊接引出導(dǎo)線并將引出導(dǎo)線接4通道A、B端子，重復(fù)以上3.4步。

6、實驗完畢，卸載。實驗臺和儀器恢復(fù)原狀。

四、實驗記錄

敏捷度測定表格

應(yīng)變儀讀數(shù)￡[單位：U(IO")]

載荷P(N)

￡1△8182△8283△￡384△￡4

-20————

-40

-60

-80

-100

————

平均值△￡已知△￡未知

敏捷度=2.00XZ\￡

未知/已知

實驗二純彎梁實驗

一、實驗?zāi)?/p>

1、測定梁在純彎曲時某一截面上應(yīng)力及其分布狀況。

2、觀測梁在純彎曲狀況下所體現(xiàn)虎克定律，從而判斷平面假設(shè)對的性。

3、進一步熟悉電測靜應(yīng)力實驗原理并掌握其操作辦法。

4、實驗成果與理論值比較,驗證彎曲正應(yīng)力公式。=My/L對的性。

5、測定泊松比口。

二、實驗原理

為了測量應(yīng)變隨試樣

截面圖度分布規(guī)律，應(yīng)變片

粘貼位置如圖所示。這樣可

■

以測量試件上下邊沿、中性

*I川

2

層及其她中間點應(yīng)變，便于?/P/2

純彎梁受力圖

理解應(yīng)變沿截面高度變化

規(guī)律。

原始參數(shù)表

材彈模幾何參數(shù)應(yīng)變片參數(shù)應(yīng)變儀敏捷

敏捷系數(shù)電阻值

料(GPa)b(cm)h(cm)a(cm)系數(shù)K儀

4片(Q)

碳鋼2102.04.010.02.001202.0

由材料力學(xué)可知，矩形截面梁受純彎時正應(yīng)力公式為

M-y

cr理=—

Z

式中：."為彎矩;

y為中性軸至欲求應(yīng)力點距離；

/（=%

212,為橫截面對z軸慣性矩。

本實驗采用逐級等量加載辦法加載，每次增長等量載荷/P,測定各點相應(yīng)應(yīng)

變增量一次，即：初載荷為零，最大載荷為4kN,等量增長載荷/P為500N。分

別取應(yīng)變增量平均值（修正后值）五實，求出各點應(yīng)力增量平均值而實。

/b實=E?/￡實

—AMy

“b理=一

把測量得到應(yīng)力增量的實與理論公式計算出應(yīng)力增量4°理加以比較，

AM--AP-a

2

從而可驗證公式對的性，上述理論公式中4M按下式求出：

材料力學(xué)中還假設(shè)梁純彎曲段是單向應(yīng)力狀態(tài)，為此在梁上（或下）表面橫

向粘貼6#應(yīng)變片，可測出￡,依照

0縱A四縱|

式中P：梁材料泊松比可由（￡橫/￡縱）計算得到U,從而驗證梁彎曲時

近似于單向應(yīng)力狀態(tài)。材料彈性模量￡值和泊松比〃值。

三、實驗環(huán)節(jié)

1、確認純彎梁截面寬度b=20mm,高度h=40mm,載荷作用點到梁兩側(cè)支點距

離c=100mmo

2、將傳感器連接到BZ2208-A測力某些信號輸入端，將梁上應(yīng)變片公共線

接至應(yīng)變儀任意通道A端子上，其他接至相應(yīng)序號通道B端子上，公共補償片接

在公共補償端子上。檢查并紀錄各測點順序。

3、打開儀器，設(shè)立儀器參數(shù)，測力儀量程和敏捷度設(shè)為傳感器量程、敏捷

度。

4、本實驗取初始載荷P0=0.5KN(500N),Pmax=2.5KN(2500N),△

P=0.5KN(500N),后來每增長載荷500N,記錄應(yīng)變讀數(shù)￡i,共加載五級，然后

卸載。再重復(fù)測量，共測三次。取數(shù)值較好一組，記錄到數(shù)據(jù)列表中。

5、實驗完畢，卸載。實驗臺和儀器恢復(fù)原狀。

四、實驗成果

1、求出各測量點在等量載荷作用下，應(yīng)變增量平均值五測。

2,以各測點位置為縱坐標(biāo)，以修正后應(yīng)變增量平均值五實為橫坐標(biāo)，畫出應(yīng)

變隨試件截面高度變化曲線。

3、依照各測點應(yīng)變增量平均值五實，計算測量應(yīng)力值石實五實。

4、依照實驗裝置受力圖和截面尺寸，先計算橫截面對z軸慣性矩心，再應(yīng)

用彎曲應(yīng)力理論公式，計算在等增量載荷作用下，各測點理論應(yīng)力增量值

-—AM,y

zkr理=----

5、比較各測點應(yīng)力理論值和實驗值，并按下式計算相對誤差

e=———^xlOO%

“理

在梁中性層內(nèi)，因/1=。，/。理=0,故只需計算絕對誤差。

6、比較梁中性層應(yīng)力。由于電阻應(yīng)變片是測量一種區(qū)域內(nèi)平均應(yīng)變，粘貼

時又不也許正好貼在中性層上，因此只要實測應(yīng)變值是一很小數(shù)值，就可以為測

試是可靠。

五、實驗登記表格

表1測點位置

測點編號12345

測點至中性層距離y(mm)

表2實驗記錄

載荷應(yīng)變儀讀數(shù)￡[單位：U(106)]泊松比

P(N)￡1△81￡2△82￡3△￡3E4△84￡5△85￡6△86/Z=￡6/￡5

-500——————

-1000

-1500

-

-2500

——————

/￡實

表3實驗成果

測點編號12345

應(yīng)變修正值實

應(yīng)力實驗值"b實(=實)

_AMy

應(yīng)力理論值4°■理()

=石三石實xlOO%

誤差e（"b理）

實驗三同心拉桿實驗

一、實驗?zāi)?/p>

1.測定低碳鋼彈性模量E。

2.驗證虎克定律（最大載荷4KN）

二、實驗原理

低碳鋼彈性模量E測定

由材料力學(xué)可知，彈性模量是材料在彈性變形范疇內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變比值，即

E=-

￡

P

由于b=C,因此彈性模量E又可表達為

A

E=E

AE

式中：

E—材料彈性模量。一應(yīng)力，￡—應(yīng)變，

P—實驗時所施加載荷，A—以試件截面尺寸平均值計算橫截面面積

對于兩端錢接同心拉桿，加力點都位于拉桿縱向軸線上，所貼應(yīng)變片也位于

拉桿縱向軸線上，此時該測點應(yīng)力狀態(tài)可以為是單向應(yīng)力狀態(tài)，即只有一種主應(yīng)

力，滿足虎克定律，由于材料在彈性變形范疇內(nèi)，。與￡成正比，因此當(dāng)試件受

到載荷增量4P與應(yīng)變增量△￡比值即為E；

\P

E=

因此，用游標(biāo)卡尺測量試件截面尺寸可計算出橫截面面積A,由拉壓力傳感

器接測力儀即可得到所加載荷增量ap大小，再把應(yīng)變片引線與應(yīng)變儀相連，就

可得到該截面處以加載荷增量4P變化時應(yīng)變增量^￡o這樣就可計算出彈性模

量Eo

注意:實驗過程中應(yīng)保證同心拉桿處在自由懸垂?fàn)顟B(tài),否則將導(dǎo)致實驗成果

有較大誤差,甚至錯誤。

三、實驗環(huán)節(jié)

1.將拉壓力傳感器與測力儀連接，接通電源，打開儀器開關(guān)，設(shè)立測力儀

參數(shù)，測力儀量程、敏捷度(設(shè)為傳感器量程、敏捷度)。

2.將試件上應(yīng)變片接至應(yīng)變儀一通道A端子上，公共補償片接在公共補償

端子上。

3.設(shè)立應(yīng)變儀，然后轉(zhuǎn)入測量狀態(tài)。

4.本實驗取初始載荷Po=200N,Pmax=1000N,AP=200N,后來每增長載荷

200N,記錄應(yīng)變讀數(shù)為”,共加載五級，然后卸載。實驗臺和儀器恢復(fù)原狀。

四、實驗登記表格

實驗記錄

載荷P(N)2004006008001000

應(yīng)變儀讀數(shù)[單位：U(IO6)]ee

△8—

△￡

A(m2)

E=-^(Pa)

實驗四：偏心拉桿實驗

一、實驗?zāi)?/p>

1.分別測量偏心拉伸試樣中由拉力和彎矩所產(chǎn)生應(yīng)力

2.熟悉電阻應(yīng)變儀電橋接法，及其測量組合變形試樣中某一種內(nèi)力因素普

通辦法。測定偏心拉伸試樣楊氏模量E和偏心距e?

二、實驗原理

由電測原理知：

Sdu~S\~￡2+￡3-J

式中為”為儀器讀數(shù)。從此式看出：

相鄰兩臂應(yīng)變符號相似時，儀器讀數(shù)互e

相抵銷；應(yīng)變符號相異時，儀器讀數(shù)絕

對值是兩者絕對值之和。相對兩臂應(yīng)變0

符號相似時，儀器讀數(shù)絕對值是兩者絕

R)

對值之和；應(yīng)變符號相異時，儀器讀數(shù)nip

b

互相抵銷。此性質(zhì)稱為電橋加減特性。

運用此特性，采用恰當(dāng)布片和組橋，可Q

以將組合載荷作用下各內(nèi)力產(chǎn)生應(yīng)變成

偏心拉桿貼片圖

分分別單獨測量出來，且減少誤差，提

高測量精度。從而計算出相應(yīng)應(yīng)力和內(nèi)力。一—這就是所謂內(nèi)力素測定。

Ra和Rb應(yīng)變均由拉伸和彎曲兩種應(yīng)變成分構(gòu)成，即

￡a=￡F+eM⑷

￡b=￡F-￡M⑼B

式中外和近分別為拉伸和彎曲應(yīng)變絕對值。

若全橋方式組橋，則由上式得

。=4+邑=2分

若半橋方式組橋，則得D

全橋方式組橋

普通將儀器讀出應(yīng)變值與待測應(yīng)變值之比

稱為橋臂系數(shù)。故上述兩種組橋辦法橋臂系數(shù)

均為2。

為了測定彈性模量E,并等增量加載，即

Pi=Po+i-AP(i=l,2,--,5),末級載荷P5不應(yīng)使材

半橋方式組橋

料超過彈性范疇。初載荷Po時將應(yīng)變儀調(diào)零,

每級加載后記錄儀器讀數(shù)%而，用最小二乘法計算出彈性模量E：

5

Yi2

E=a^P

bt.

i=\

式中。為橋臂系數(shù)。

為了測定偏心距e,可按圖7-5方式組橋。初載荷Po時應(yīng)變儀調(diào)平衡，載荷

增長AP，后。記錄儀器讀數(shù)4"。據(jù)虎克定律得彎曲應(yīng)力為:

二.也

5”=E￡ME

a

M\P'e

(T.=-----=-------

"f%%

由上式得

△P'a

三、實驗環(huán)節(jié)

1.實驗臺換上拉伸夾具，安裝試樣。應(yīng)變片電阻R=120。，敏捷系數(shù)K=2.00。

2.打開儀器電源，將力傳感器與儀器測力某些連接，設(shè)立參數(shù)。

3.測彈性模量E

將關(guān)于應(yīng)變片接入所選BZ2208A應(yīng)變儀通道。每增長載荷200N記錄應(yīng)變讀

數(shù)共加載五級，然后卸載。數(shù)據(jù)列表記錄。

4.測偏心距e

將關(guān)于應(yīng)變片接入所選BZ2208A應(yīng)變儀通道。對所選通道設(shè)立為半橋。

5.本實驗取初始載荷Po=O.5KN(500N),P,?ax=2.5KN(2500N),A

P=0.5KN(500N),后來每增長載荷500N,記錄應(yīng)變讀數(shù)分",共加載五級，然后

卸載。再重復(fù)測量，共測三次。取數(shù)值較好一組，記錄到數(shù)據(jù)列表中。6.卸載。

實驗臺和儀器恢復(fù)原狀。

兒和心為兩側(cè)平面沿縱向粘貼應(yīng)變片，別的三片在橫向四等分位置處，此

外有兩枚粘貼在與試樣材質(zhì)相似但不受載荷試件上應(yīng)變片，供全橋測量時組橋之

用。尺寸b=30mm,t=5mm。

注意：偏心拉桿共貼片5枚，以上只用其中2枚，別的3枚接成不同方式電

橋也可驗證成果，辦法與上述類似。

注意：實驗過程中應(yīng)保證同心拉桿處在自由懸垂?fàn)顟B(tài),否則將導(dǎo)致實驗成果有較

大誤差,甚至錯誤。

四、實驗成果解決

1.計算彈性模量E

將三組數(shù)據(jù)參照表1作初步解決，從中找出線性關(guān)系最佳一組。

表1

第一組第二組第三組

iz-AP(Af)

為（“）△加“（〃￡）

000—0—0—

1200

2400

3600

4800

51000

注.△￡</"：=￡dui~￡dui-\G'=L2,…，5)

表2彈性模量E數(shù)據(jù)解決列表

b=30mmt=5mm△P=1000Na=2

i,2沾而（〃￡）

1

2

3

4

5

Z/

2.計算偏心距e

表3偏心距e數(shù)據(jù)解決列表

Z?=30mmr=5mmWz=mm3

a=△P=1000N

123平均

偏心距e

實驗五典型桁架構(gòu)造靜載實驗

一、實驗?zāi)?/p>

1、結(jié)識桁架構(gòu)造在節(jié)點荷載作用下內(nèi)力分布規(guī)律。

2、驗證桁架構(gòu)造中零桿。

二、實驗原理

1、梯形桁架示意圖

分析圖示梯形桁架依照上述受力特點，可在實際測試時選取測量各腹桿及弦

桿實測值與否和理論值相符，構(gòu)造內(nèi)力與否對稱分布以及對稱軸上豎腹桿與否為

零桿。已知桿件由2/40x4等邊角鋼焊接而成，材料彈性模量E=210G&,在下

弦桿距離中間結(jié)點125mm截面上粘貼電阻應(yīng)變片，貼片位置見圖。

2、桁架構(gòu)造數(shù)據(jù)測試分析原理

構(gòu)造力學(xué)實驗最后成果是要將實測值與理論值相比較，對桁架實驗而言兩者

比較項目為軸力及節(jié)點位移。軸力及節(jié)點位移理論值運用幾何求解器可直接得

到，但在實際測試時咱們可以測得節(jié)點位移及桿件上某一點應(yīng)變，卻無法直接得

到桿件上軸力。對于軸力，咱們是通過在桿件同一截面對稱位置粘貼電阻應(yīng)變片

辦法來測量測量。由于實測應(yīng)變平均值由軸力引起，經(jīng)計算分析可得到該截面軸

力大小。此外，桁架構(gòu)造會不可避免產(chǎn)生附加彎矩產(chǎn)生次應(yīng)力，通過同一截面兩

應(yīng)變差值可以分析次應(yīng)力大小。

三、實驗操作環(huán)節(jié)簡介

1、測量、收集原始參數(shù)，調(diào)節(jié)桿安裝尺寸

(1)收集到實驗得到原始參數(shù)涉及桿件彈性模量七、外徑。及壁厚填

入相應(yīng)計算表格。當(dāng)采用可調(diào)桿件時，應(yīng)注意調(diào)節(jié)可調(diào)桿件兩固定孔長度至設(shè)計

值。

(2)收集荷載傳感器、位移傳感器