建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)教案

1、 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程是建筑結(jié)構(gòu)工程專業(yè)的大學(xué)生必須掌握的一門專業(yè)知識。隨著我國建筑結(jié)構(gòu)工程的迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)在建筑結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的評定、設(shè)計(jì)方法的驗(yàn)證等方面發(fā)揮著愈來愈大的作用，建筑結(jié)構(gòu)工程專業(yè)的大學(xué)生必須掌握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本理論和基本技術(shù)，在試驗(yàn)技能方面得到初步訓(xùn)練，以適應(yīng)未來工作的需要。一.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)思想和教學(xué)目的1、指導(dǎo)思想建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)這門課程是建筑工程專業(yè)本科生必修的專業(yè)課，通過課程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生掌握建筑結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件靜、動力實(shí)驗(yàn)的基本方法，了解常用實(shí)驗(yàn)加載設(shè)備及測量儀器的工作原理及使用方法，為學(xué)生今后從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究工作提供必要的基礎(chǔ)知識。 2、教學(xué)目的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是

2、進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生加深理解建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本原理和方法，熟悉結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的規(guī)程及試驗(yàn)設(shè)備、儀器的操作技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生動手能力及試驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。二. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求 1.要求學(xué)生掌握靜載試驗(yàn)的分級加載制度、熟悉靜載試驗(yàn)過程及常用的加載設(shè)備； 2.要求學(xué)生掌握靜態(tài)應(yīng)變測量、位移測量和荷載測量方法，掌握電阻應(yīng)變片的特性及其與電阻應(yīng)變儀的正確連接與使用； 3.要求學(xué)生掌握應(yīng)用回彈儀評定混凝土抗壓強(qiáng)度的基本操作規(guī)程； 4.要求學(xué)生掌握運(yùn)用自由振動方法測定結(jié)構(gòu)動力特性的試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析技術(shù)，熟悉振動測量儀器的使用。 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1.1 實(shí)驗(yàn)一 回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度一、試驗(yàn)簡介

3、1. 回彈法簡介回彈法是一種利用標(biāo)準(zhǔn)能量為2.207J混凝土回彈儀，通過測強(qiáng)曲線檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度的無損檢測方法。它具有儀器簡單、操作方便、經(jīng)濟(jì)迅速等特點(diǎn)。目前在現(xiàn)場混凝土抗壓強(qiáng)度檢測中應(yīng)用廣泛。 2.檢測原理回彈法是建立在混凝土的抗壓強(qiáng)度fcu與回彈值R之間的函數(shù)關(guān)系基礎(chǔ)上的。儀器工作時(shí)，隨著對回彈儀施壓，彈擊桿徐徐向機(jī)殼內(nèi)推進(jìn)，彈擊拉簧被拉伸，使聯(lián)接彈擊拉簧的彈擊錘獲得恒定的沖擊能量E，當(dāng)儀器水平狀態(tài)時(shí)，其沖擊能量E可由下式計(jì)算： E = KL2=2.207J式中 K 彈擊拉簧的剛度785.0N/m； L 彈擊拉簧工作時(shí)拉伸長度0.075m 。當(dāng)掛鉤與調(diào)零螺釘互相擠壓時(shí)，使彈擊錘

4、脫鉤，于是彈擊錘的沖擊面與彈擊桿的后端平面相碰撞，此時(shí)彈擊錘釋放出來的能量借助彈擊桿傳遞給混凝土構(gòu)件，混凝土彈性反應(yīng)的能量又通過彈性桿傳遞給彈性錘，使彈性錘獲得回彈的能量向后彈回，計(jì)算彈擊錘回彈的距離L和彈擊錘脫鉤前距彈擊桿后端平面的距離L之比，即得回彈值R，它由儀器外殼上的刻度尺示出。 3.檢測設(shè)備采用山東樂陵回彈儀廠生產(chǎn)的ZC3-A型指針直讀式回彈儀,設(shè)備編號分別為：J038-06、J038-04、J038-01、J038-02。 4.檢測依據(jù)回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程JGJ/232001。 二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步理解回彈儀的工作原理。2.初步掌握回彈儀的測試技術(shù)、數(shù)據(jù)整理及混凝土抗

5、壓強(qiáng)度的推定方法。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對一批混凝土構(gòu)件按回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程（JGJ/T232001）進(jìn)行測試和推定。并與一組同條件試塊的抗壓試驗(yàn)的強(qiáng)度進(jìn)行比較。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.檢查回彈儀是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。在鋼鉆上進(jìn)行標(biāo)定：是否符合80±2度（其他檢查項(xiàng)目省略）。2.在試件上選擇測試面，劃分10個(gè)測區(qū)。3.在每個(gè)測區(qū)上回彈16點(diǎn)，并作好記錄。4.測定混凝土的碳化深度。5.在200噸試驗(yàn)機(jī)上作試塊的抗壓破壞實(shí)驗(yàn)，記錄試塊的破壞荷載。五、實(shí)驗(yàn)要求1.測試面最好選擇與混凝土澆筑方向垂直的面，測試角度最好選擇水平方向，否則要分別進(jìn)行修正。2.測點(diǎn)要選擇平整、無氣孔、無露石子的地方。測點(diǎn)離

6、構(gòu)件邊的距離3cm，測點(diǎn)間的距離2cm 。3.測試時(shí)回彈儀的軸線與測點(diǎn)平面要垂直，壓彈擊桿要緩慢，不要施加沖擊力。4.試塊的一對側(cè)面放置在試驗(yàn)機(jī)上下壓板中心部位，開動試驗(yàn)機(jī)勻速加載至試塊破壞。計(jì)算強(qiáng)度值。六、數(shù)據(jù)整理及強(qiáng)度推定1.每個(gè)測區(qū)16個(gè)測點(diǎn)的回彈數(shù)據(jù)中，舍去最大的3個(gè)和最小的3個(gè)數(shù)據(jù)，取余下10個(gè)測點(diǎn)回彈數(shù)據(jù)的平均值。2.如果測試面不是混凝土澆筑方向的垂直面，回彈儀的測試角度不是水平方向時(shí)，測得的回彈值要進(jìn)行相應(yīng)的修正。3.把測區(qū)平均回彈值（經(jīng)澆筑面和測試角度的修正）和碳化深度值代入回歸方程，計(jì)算得到測區(qū)混凝土強(qiáng)度值或直接查表求得。4.計(jì)算第一強(qiáng)度值和第二強(qiáng)度值后推定混凝土強(qiáng)度。5.將

7、推定的強(qiáng)度值與試塊強(qiáng)度值進(jìn)行比較。6.測試記錄、強(qiáng)度計(jì)算及推定均在原始記錄表和強(qiáng)度計(jì)算表內(nèi)進(jìn)行，參見表9-1和表9-2。 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海ǘ┖喪龌貜椃y定強(qiáng)度的一般原理：（三）回彈法檢測的原始記錄，見表9-1。22表9-1 回彈法檢測原始記錄表編 號回 彈 值 Ni炭化深度L(mm)構(gòu)件測區(qū)12345678910111213141516Rm12345678910測試面狀態(tài)側(cè)面、上表面、底面、風(fēng)干、潮潤、光潔、粗糙回彈儀型 號備注測試角度水平 向上 向下率定植測試： 記錄： 計(jì)算： 測試日期： 年 月 日（四）構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度計(jì)算表，見表9-2。表9-2 構(gòu)件混凝土強(qiáng)度計(jì)算表結(jié)構(gòu)

8、或構(gòu)件名稱及編號12345678910項(xiàng) 目測 區(qū) 號回彈值（）測區(qū)平均值角度修正值角度修正后澆筑面修正值澆注面修正后平均碳化深度值（mm）測區(qū)強(qiáng)度值強(qiáng) 度 計(jì) 算（MPa） 強(qiáng)度推定值fcu(MPa)測試： 計(jì)算： 復(fù)核： 計(jì)算日期： 年 月 日1.2 實(shí)驗(yàn)二 應(yīng)變片靈敏系數(shù)的標(biāo)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步理解應(yīng)變片靈敏系數(shù)的含義。2.熟悉電阻應(yīng)變儀的操作過程。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.靈敏系數(shù)的標(biāo)定：在標(biāo)準(zhǔn)梁（等強(qiáng)度梁）上粘貼應(yīng)變片，通過加砝碼使其產(chǎn)生一個(gè)已知（計(jì)算）的應(yīng)變,測定應(yīng)變片在該應(yīng)變下的電阻相對變化，求得應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。2.校核實(shí)驗(yàn)：根據(jù)測得的應(yīng)變片K值，量測標(biāo)準(zhǔn)梁在各級荷載作用下的應(yīng)變，并

9、與理論計(jì)算值比較。三、實(shí)驗(yàn)步驟：1.粘貼應(yīng)變片：在如圖9-1所示標(biāo)準(zhǔn)梁的受壓區(qū)表面用砂紙除銹并用丙酮清洗。用502快干膠把應(yīng)變片對稱粘貼在梁的上下表面，并加壓片刻，干燥34h后應(yīng)變片即可工作。要注意應(yīng)變片標(biāo)距方向應(yīng)與梁軸平行，膠層要薄而均勻，無氣泡。2.接線。按圖9-2所示的線路將導(dǎo)線接好，導(dǎo)線與應(yīng)變片的連接要用錫焊，并把導(dǎo)線牢固地捆在梁上，防止導(dǎo)線移動時(shí)把應(yīng)變片破壞。圖9-1 標(biāo)準(zhǔn)梁的示意圖圖9-2 應(yīng)變片靈敏系數(shù)標(biāo)定系統(tǒng)接線示意圖3.檢查穩(wěn)定性。調(diào)解儀器，使示值為零。在標(biāo)準(zhǔn)梁的秤盤上加數(shù)塊砝碼，此時(shí)儀器的示值偏離零位，然后取下砝碼觀察儀器示值的回零情況。如此反復(fù)34個(gè)循環(huán)，第一次循示值可能

10、不回零位，經(jīng)34個(gè)循環(huán)后，示值回到零位。如示值仍回不到零位，表明應(yīng)變片粘貼質(zhì)量不佳，或受潮、或試驗(yàn)過程中移動了導(dǎo)線、或各連結(jié)接頭不好，須進(jìn)行逐一檢查，并予以排除故障。4.應(yīng)變片靈敏系數(shù)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）。（1）把儀器示值調(diào)零，此時(shí)儀器靈敏度調(diào)解鈕放在任意一個(gè)位置。在標(biāo)準(zhǔn)梁的稱盤上加砝碼50g，儀器示值偏離零位。讀數(shù)，并計(jì)算出加砝碼前后儀器讀數(shù)的增量。（2）卸去砝碼使儀器示值回零，調(diào)節(jié)并聯(lián)的可變電阻，直至儀器的示值獲得同樣大小的增量為止。然后將可變電阻從線路上取下來測定其電阻值，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容告一段落。（3）應(yīng)變靈敏系數(shù)的計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)梁的計(jì)算應(yīng)變可按下式求得：式中：P 標(biāo)準(zhǔn)梁上所加的砝碼（50g）

11、；E 標(biāo)準(zhǔn)梁材料的彈性摸量；l 標(biāo)準(zhǔn)梁的跨度（cm）b 標(biāo)準(zhǔn)梁固定端的寬度（cm） 標(biāo)準(zhǔn)梁的高度（cm） 標(biāo)準(zhǔn)梁兩邊線夾角的一半：標(biāo)準(zhǔn)梁在荷載P作用下應(yīng)變片的電阻相對變化值按下式計(jì)算： 式中： R 應(yīng)變片的原始電阻值（）； 測得的可變電阻（）； 并聯(lián)電阻的等效電阻值（）；應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K為。為了觀測K的非線形誤差，常常在若干個(gè)不同的值下標(biāo)定。本實(shí)驗(yàn)為了簡化，僅作一個(gè)值下的K值標(biāo)定。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的校核實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2）。應(yīng)變片與儀器的接線同上，但取下可變電阻，把儀器的靈敏系數(shù)度盤調(diào)到已求得的應(yīng)變片靈敏系數(shù)K值。此時(shí)儀器的示值將表示應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為K值時(shí)的應(yīng)變值。為了校核，將測定標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)梁50

12、g、100g、150g、200g、250g荷載作用下的應(yīng)變值進(jìn)行記錄，并繪制P -實(shí)驗(yàn)曲線以便檢查線形情況，并與理論計(jì)算值比較。四、思考題1.在實(shí)驗(yàn)中利用何種量測方法測定？2.在標(biāo)定靈敏系數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果校核的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)程序中，儀器的功能有何不同？ 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海ǘ?shí)驗(yàn)方法簡述：（三）記錄與計(jì)算： 1.應(yīng)變片靈敏系數(shù)標(biāo)定與記錄計(jì)算（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1），見表9-3。表9-3 應(yīng)變片靈敏系數(shù)標(biāo)定與記錄計(jì)算表 項(xiàng) 目荷載（g）讀 數(shù)應(yīng)變片電阻R可變電阻Rp A 0250計(jì) 算 2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的校核實(shí)驗(yàn)記錄與計(jì)算（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2），見表9-4。表9-4 實(shí)測結(jié)果的校核實(shí)驗(yàn)記錄與計(jì)算表 項(xiàng) 目 荷載

13、（g） 讀值計(jì)算值荷載應(yīng)變曲線A0實(shí)測：理論： P O 501001502002501.3 實(shí)驗(yàn)三 鋼桁架的靜荷載實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜そY(jié)構(gòu)靜荷載實(shí)驗(yàn)的全部過程。掌握試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果的整理與分析方法。二、實(shí)驗(yàn)要求試驗(yàn)的對象是由工字鋼（壓彎桿用）和圓鋼（4根斜桿用）所組成的桁架（見圖9-3）。桁架各桿件的內(nèi)力（N、M、Q）均采用三種不同的計(jì)算簡圖進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果（由學(xué)生完成）列在表9-5上。從計(jì)算結(jié)果可以看出，不同的計(jì)算簡圖算出的內(nèi)力值各不相同。要求同學(xué)，通過非破壞性的靜荷載實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證哪一種計(jì)算簡圖更符合桁架桿件的實(shí)際受力情況。圖9-3 試驗(yàn)用桁架結(jié)構(gòu)示意圖三、實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容1.擬訂試驗(yàn)計(jì)

14、劃：主要內(nèi)容包括試驗(yàn)對象的就位實(shí)驗(yàn)室有靜力試驗(yàn)臺座和支墩；加載方案的選擇實(shí)驗(yàn)室有重力加載及油壓加載設(shè)備，有各種測力計(jì)；出平面的支撐方案實(shí)驗(yàn)室有靜力試驗(yàn)臺座及各種鋼架；觀測方案的選擇根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康拇_定觀測項(xiàng)目、測點(diǎn)的選擇和布置以及儀器的選擇。2.確定試驗(yàn)計(jì)劃：根據(jù)各自擬訂計(jì)劃的基礎(chǔ)上，大家討論確定一種合理的、切實(shí)可行的方案。3.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：按確定的試驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)時(shí)，加載、記錄以及觀察要分工進(jìn)行。要特別注意人身及儀器設(shè)備的安全。觀測記錄時(shí)要把儀器的刻度值（A）記錄下來，以便整理時(shí)用。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理： 跨中撓度（節(jié)點(diǎn)6位移）實(shí)測值的計(jì)算： 桿件軸力實(shí)測值的計(jì)算： 式中： 桿件的實(shí)測應(yīng)變值；

15、E 桿件的彈性模量，E = 2.1×106kg/cm2；F 桿件的截面面積。 桿件彎矩實(shí)測值的計(jì)算：式中： 彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變，；上、下所測截面上、下緣處應(yīng)變值；E 桿件的彈性模量，E = 2.1×106kg/cm2；Jx 工字鋼截面對x軸的慣性矩， Jx = 545cm3；h 工字鋼的高度， h = 12cm。 桿件剪力實(shí)測值的計(jì)算：式中：Ma、MB 各桿件兩端截面的實(shí)測彎矩值；L 兩截面間的距離。 繪制實(shí)測軸力、彎矩、剪力圖：繪制各桿件在節(jié)點(diǎn)處彎矩時(shí)，首先，桿件靠近兩端的測點(diǎn)截面上均按比例畫出彎矩值。然后將延長這兩截面彎矩的連線至節(jié)點(diǎn)，即為桿件在節(jié)點(diǎn)處的彎矩。彎矩圖要繪制在

16、桿件的受拉一側(cè)。剪力要注意正負(fù)號，按節(jié)點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)為正，反之為負(fù)。 繪制桿件05的NP圖和f中P圖四、實(shí)驗(yàn)成果分析根據(jù)表9-5提供的三種計(jì)算簡圖的計(jì)算值和計(jì)算的結(jié)果評定桁架的工作性能。通過不同計(jì)算簡圖的軸力、彎矩、撓度的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)，系數(shù)論證該桁架按何種計(jì)算簡圖設(shè)計(jì)比較合理。表9-5 三種計(jì)算簡圖的內(nèi)力計(jì)算（P = 1kg）計(jì)算簡圖鉸接桁架桁架（次彎矩）超靜定體系N(kg) P P PM(kg·cm) Q(kg) 單位力下的位移3.517×10-5（參考算值）2.949×10-5（參考算值）2.996×10-5（參考算值）說明節(jié)點(diǎn)為理想鉸接節(jié)點(diǎn)位移產(chǎn)生的彎矩按

17、各桿線剛度分配用力法、位移法求解各內(nèi)力五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海ǘ?shí)驗(yàn)方案（加載方法、觀測方法）簡要說明（三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（見表9-6）。表9-6 鋼桁架靜荷載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表： 加載序號 名 稱0123456荷 載PP（%） mm撓 度 mm mm彎矩M1M2M3M4續(xù)表9-6 加載序號 名 稱0123456彎矩M5M6M7M8M9M10軸力N1N2N3N4N5N6N7（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理1. 軸力圖：2. 彎矩圖：3. 剪力圖：4. 跨中撓度（節(jié)點(diǎn)6）實(shí)測值：5. 桿件05的 軸力荷載（NP）曲線： N O P6. 桿件05的 撓度荷載（f中P）曲線： f中 O P7. 試驗(yàn)荷載（節(jié)點(diǎn)

18、平衡）校驗(yàn)：（五）結(jié)果分析：1.4 實(shí)驗(yàn)四 結(jié)構(gòu)動力特性測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步理解結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型、阻尼比的概念；2.初步了解振動測試儀器；3.在結(jié)構(gòu)自由振動情況下，會計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型、阻尼比。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在一個(gè)鋼框架上布置傳感器，如圖9-4所示。通過張拉方法使鋼框架產(chǎn)生一個(gè)初始位移，然后釋放。通過記錄儀得到鋼框架的自由振動曲線。計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型、阻尼比。 傳感器 電荷放大器 記錄器 傳感器 電荷放大器圖9-4 傳感器的布置三、實(shí)驗(yàn)步驟1.把傳感器布置到被測試的結(jié)構(gòu)上：本實(shí)驗(yàn)用的是壓電晶體式加速度計(jì)，這種加速度計(jì)可以采用磁鐵吸上或用螺絲連接固定到被測結(jié)構(gòu)上。2.傳感器的輸出端與電荷放大器的輸入端用儀器所帶的電纜線連接好。3.根據(jù)傳感器所給的電荷靈敏度，調(diào)整電荷放大器的電荷靈敏度與之一致。4.根據(jù)被測量的要求，調(diào)整電荷放大器頻率上限檔、位移速度加速度轉(zhuǎn)換檔、工程單位與電壓轉(zhuǎn)換檔。5.電荷放大器的輸出端與記錄儀的輸入端相連接。6.調(diào)整記錄儀的放大檔，使之與實(shí)測量匹配。7.把結(jié)構(gòu)拉出一個(gè)初位移，然后釋放，記錄結(jié)果。8.對于測試結(jié)果不理想的，重新張拉，重新調(diào)整放大檔，直到滿意為止。四、實(shí)驗(yàn)要求1.在布置傳感器時(shí)，被布置點(diǎn)的區(qū)域要打平，使傳感器安裝好以后能與結(jié)構(gòu)垂直。2.根據(jù)實(shí)測結(jié)構(gòu)，估計(jì)上限頻率值，以調(diào)整相