1、結構工程實驗報告實驗序號：專業：班級：姓名：同組實驗者：試驗時間：實驗一 鋼筋混凝土適筋梁抗彎破壞試驗一 實驗目的1. 了解鋼筋混凝土梁靜力荷載試驗中隨加載大小改變，撓度變化及裂縫出現和發展過程及混凝土的破壞情況。2. 觀察鋼筋混凝土梁受力和變形過程三個工作階段及鋼筋混凝土梁的破壞特征。3. 測定鋼筋混凝土梁正截面的開裂荷載和極限承載力。二、實驗設備與儀器1、靜力試驗臺座、反力架、支座及支墩2、50T手動式液壓千斤頂 3、50T荷重傳感器4、YD-21型動態電阻應變儀 5、X-Y函數記錄儀 6、YJ-26型靜態電阻應變儀及平衡箱 7、顯微鏡及放大鏡 8、位移計（百分表）及磁性表座 9、電阻應變

2、片、導線等三、實驗對象我們組的梁采用的是C25的混凝土，所采用的材料如下：42.5礦渣水泥，中粗砂，2040mm單粒級碎石，縱筋為618(二級帶肋鋼筋)，箍筋為890（一級光圓鋼筋）。梁的尺寸為1503001500mm。試驗加載過程中我們希望看到的是正截面的破壞形態。四、實驗原理純彎曲鋼筋混凝土試件，純彎曲區截面有帶有荷載傳感器的試驗機或由反力架、千斤頂、不同高度粘貼五枚應變片。由帶有荷載傳感器組成的加載裝置加載。在梁的跨中安置上位移傳感器。由載荷傳感器和位移傳感器將試件過程中的載荷和變形，轉換成電信號，輸入動態應變儀加以放大，然后由xy函數記錄儀再放大，并自動描繪出載荷撓度曲線或將傳感器、放

3、大器轉換成的電信號，輸入動態數字采集系統，自行記錄PF曲線。試驗前分別對載荷傳感器和位移傳感器標定，得出坐標紙(y軸)上每一厘米所代表的載荷值和位移值。設比例系數m(KNm)和n(mmcm)。在試件相應部位再安置上百分表，觀察其撓度變化。試件上的電阻應變片由靜態電阻應變儀測定不同載荷時各應變片的應變值。5、 實驗前期準備工作1、裂縫觀測最常用于發現裂縫的最簡便方法是借助鏡用肉眼觀察。在試驗前用純石灰水溶液均勻地刷在結構表面并等待干燥。當試件受力后，白色涂層將在高應變下開裂并剝落。這時，在鋼結構表面可以看到屈服線條，混凝土表面的裂縫也會明顯地顯示出來。研究墻體結構表面開裂時，在白灰涂層干燥后畫出

4、50mm左右的方格柵，以構成基本參考坐標系，便于分析和描繪墻體在高應變場中裂縫的發展和走向。2、儀器的安裝為了保證試驗量測的可靠性和儀表安裝的方便，在試件內必須預設埋件或預留孔洞，用接觸式應變儀量測試件表面應變時應埋設相應的測點標腳；鋼筋混凝土試件用電阻應變計量測鋼筋應變時，在澆注混凝土前應先在鋼筋上貼好應變片，做好防潮以及機械損傷的處理。3、試件的安裝就位1) 混凝土梁受彎構件是簡支的，在試驗安裝時其一端采用固定鉸支座，另一端采用滾動鉸支座。2) 在加載中，用千斤頂施加力并通過分配梁傳力在兩加載點對稱加載，使簡支梁跨中形成長700mm的純彎曲段（忽略梁的自重）。為了減少試件的安裝誤差，試件就

5、位后的計算跨度（梁）和計算高度必須與計算簡圖一致。由于支座約束條件與構件的內力傳遞及變形有關，因而安裝試件時，應嚴格按照設計要求選擇支座形式。一般在試件就位前，應先在試件上畫出支座反力的作用線位置和外荷載的作用點位置，需要對中的試件還要畫出中心線位置，荷載作用部位要附設定位零件，以使荷載有明確的著力點。4、試驗項目和測點布置1) 在梁的純彎段的縱向受力鋼筋中部預埋電阻應變片，用導線引出，并做好防水處理，設1、2、3三個應變測量點。2) 考慮在加載的過程中，兩個支座受力下沉，支座上部分別布置位移測點f1和f2，以消除由于支座下沉對撓度測試結果的影響。梁的跨中布置一百分表f3，測量跨中的最大撓度。

6、梁實際跨中最大撓度 六、試驗方法和步驟1) 在試件表面刷上白色石灰漿涂層，以襯托出在試驗中試件表面的微細裂縫。為了便于記錄和描述裂縫的發生部位，在試件表面劃出50mm50mm左右的方格。 2) 傳感器的標定 通過使用電液伺服系統的試驗加載標定，結果為630/100KN。3) 將試件安放在支座上。安裝好位移傳感器和百分表。4) 將應變片接至靜態電阻應變儀，實行多點測量，各點預調平衡。5) 預加荷載，檢查加載裝置、測試儀表是否正常工作，然后卸載。發現問題及時處理。6) 正式加載試驗，逐級加載，記錄荷載-撓度曲線；讀取純彎區各測量點的應變值。記錄試驗數據。7) 試驗過程中，實時監測試件裂縫的出現以及

7、裂縫的寬度、長度隨載荷的發展情況；描繪試件開裂的位置。8) 記錄試件的破壞特征。七、試驗加載階段 試驗加載程序是指試驗進行期間荷載與時間的關系。加載程序可以有多種，應根據試驗對象的類型及試驗目的與要求不同選擇。一般結構靜載試驗的加載程序分為預載、標準荷載、破壞荷載三個階段。1）準備溫度補償片用電阻應變片測量應變時，溫度變化使應變片的電阻值發生變化，產生“溫度效應”。我們使用溫度補償片消除“溫度效應”。2）標定應變器，測量混凝土試塊強度。3）架梁，安放百分表，連接儀器，預調平衡。該過程比較復雜，工作量大，我們是在老師的指導下和觀察了先做的幾組的操作后才順利完成了該項工作的。4）預壓預壓可使試件內

8、、外部接觸良好，進入正常工作狀態，在試件制造、安裝等過程中節點和結合部位難免有縫隙，預加載可使其密合。 5）加載階段根據所測得的混凝土實際強度估算該適筋梁的極限荷載Pmax，取該值的5%為每級的加載量。八、實驗數據處理與分析1、由記錄的靜載試驗數據畫出載荷撓度曲線。梁實際跨中最大撓度表5 荷載撓度數據表加荷序數加荷時間荷載（kN）f1f2f3 跨中撓度f 讀數差值讀數差值讀數差值00014.49/29.74/25.13/14:20314.46-0.0329.73-0.0125.180.050.0724:25614.42-0.0429.73025.220.040.0634:30914.39-0.

9、0329.72-0.0125.260.040.0644:351214.36-0.0329.71-0.0125.320.040.0854:401514.32-0.0429.69-0.0225.360.060.0764:451814.28-0.0429.67-0.0225.400.040.0774:502114.25-0.0329.64-0.0325.490.090.1284:552414.21-0.0429.61-0.0325.610.120.1695:002714.18-0.0329.59-0.0225.680.070.10105:053014.13-0.0529.52-0.0725.970.

10、290.35115:1031.514.11-0.0229.550.0326.090.120.12125:153314.09-0.0229.54-0.0126.190.100.12135:2034.514.07-0.0229.53-0.0126.470.280.30145:253614.06-0.0129.51-0.0226.990.520.54155:3037.514.04-0.0229.45-0.0627.700.710.75165:353914.01-0.0329.40-0.0529.812.112.152、分析計算實驗測得的開裂彎矩，極限彎矩值與理論值比較（1）裂縫出現，發展過程及試件破

11、壞形態加載過程中，裂縫出現時的微應變為480，由已測得的傳感器靈敏度可知開裂彎矩為：當千斤頂上力加至30kN時出現了第一條裂縫，之后梁下部混凝土逐漸退出工作，由受拉縱筋獨立承受拉力。由于是少筋梁，最終的破壞是由于下部的受拉鋼筋屈服，裂縫開展過大而失效。試驗證明，在逐級加載過程中，下部裂縫逐漸增多并變寬變長，達到1.5mm時，梁即告破壞。由以上分析可知，少筋梁的破壞形態充分表現了出來，從這個意義上講本次試驗是成功的。（2） 分析計算實驗測得的開裂彎距并與理論值比較加載過程中，裂縫出現時的微應變為480，破壞時的微應變為600由已測得的傳感器靈敏度可知開裂彎距為：極限彎距為：用混凝土試塊測得的抗壓

12、強度計算得的極限彎距為：受拉縱筋選26，；架立筋選28,；箍筋選；取as=35mm，則h0=265mm；剪跨a=400mm，則剪跨比（1）受壓區高度（2）彎矩加載標準值（3）根據試驗梁材料的實測強度及幾何尺寸，計算正截面承載力的理論值，并與梁的正截面承載力實測值進行比較，計算出實測值與理論值的符合程度？ 對比分析以上數據，可看出實際測得的強度與理論計算的很接近。從上述比較中可看出實際測量值與理論計算值相近，說明本次試驗是成功的。 3、裂縫形態圖 圖13 裂縫形態圖4、內部鋼筋的應變記錄加載序 號時間荷載（kN)A1()A2()A3()B1()B2()B3()00000000014:203343

13、33529312524:256-10-10786-7834:309119-120116-8244:3512281710-159282654:401531332814123-8964:451863564999154-7474:5021918566189368-6584:55241089971446178-5295:002712110981-3579-3610531030716115:1031.5-48666768162941743125:1533-2987546959941467135:2034.5-29877958308450103145:2536-3905606

14、10238465137155:3037.5-306-2201088451533203165:35398749631012236482345、混凝土的應變記錄加載序號時間荷載（kN)上()中()下()00000014:203-17-221524:256-77-6-5034:309-90-11-5344:3512-113242054:4015-13214-7164:4518-14314-1074:5021-14911-3384:5524-15310895:0027-14711-23105:0530-17828-43115:1031.5-8642-30125:1533-14941-36135:203

15、4.5-10437-37145:2536-12941-48155:3037.5-747719165:3539-1439-25實驗二 簡支鋼桁架非破壞試驗一、 試驗對象簡介與應用桁架，由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構。在荷載作用下，桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，在跨度較大時可比實腹梁節省材料，減輕自重和增大剛度，故適用于較大跨度的承重結構和高聳結構。常用的有鋼桁架、鋼筋混凝土桁架、預應力混凝土桁架、木桁架、鋼與木組合桁架、鋼與混凝土組合桁架。根據其幾何樣式的不同可分為三角形桁架（在沿跨度均勻分布的節點荷載下，上下弦桿的軸力在端點處最大，向跨中逐漸減少；腹

16、桿的軸力則相反。三角形桁架由于弦桿內力差別較大，材料消耗不夠合理，多用于瓦屋面的屋架中。)、梯形桁架(和三角形桁架相比，桿件受力情況有所改善，而且用于屋架中可以更容易滿足某些工業廠房的工藝要求。如果梯形桁架的上、下弦平行就是平行弦桁架，桿件受力情況較梯形略差，但腹桿類型大為減少，多用于橋梁和棧橋中。)、多邊形桁架(也稱折線形桁架。上弦節點位于二次拋物線上，如上弦呈拱形可減少節間荷載產生的彎矩，但制造較為復雜。在均布荷載作用下，桁架外形和簡支梁的彎矩圖形相似，因而上下弦軸力分布均勻，腹桿軸力較小，用料最省，是工程中常用的一種桁架形式。)、空腹桁架(基本取用多邊形桁架的外形，上弦節點之間為直線，無

17、斜腹桿，僅以豎腹桿和上下弦相連接。桿件的軸力分布和多邊形桁架相似，但在不對稱荷載作用下桿端彎矩值變化較大。優點是在節點相交會的桿件較少，施工制造方便。)等。二、試驗介紹1、試驗結構用等邊角鋼焊接而成的鋼桁架如計算簡圖所示.試件鋼桁架、跨度6m， 上下弦采用等邊角鋼270 6 ( F = 2 816mm2 ) ，腹桿采用等邊角鋼256 5 ( F= 2 514mm2 ) ，節點板厚 = 4 mm，測點布置見下圖所示. 鋼材Q345.1電阻應變片2撓度計2、試驗項目各桿件的應變和鋼桁架下弦結點的撓度。3、試驗目的(1)了解所用儀器的原理，學會所用儀器設備的安裝、操作與讀數。 (2)通過對鋼桁架各桿

18、件的應變和鋼桁架下弦結點的撓度的量測，來檢驗桁架的工作特性和驗證桁架。(3)通過試驗，學會試驗數據的采集。(4)掌握結構實驗中靜力實驗的基本過程和方法；進一步學習、掌握應變和撓度測量儀器的性能、安裝和使用方法；了解桁架結構的加載方法、原理和特點。通過對構件內力、撓度、桿件附加彎矩的測定，運用相關專業知識，根據實驗數據對桁架結構的工作性能作出評定，掌握靜力實驗的數據處理分析和結構性能評定技能，解決工程實際問題。分析、整理與表達。4、試驗步驟準備工作- - - - - - 分級加載(1級) - - - - - - - 分級卸載(1級)5、試驗特點應變測試點多(有6點) ，結構具有對稱性。6、桁架內

19、力計算假定: (1)結點為鉸結點. (2)桿件軸線為直線且通過鉸中心. (3)荷載及支座反力作用在結點上。三、試驗重點本試驗的重點和難點主要有以下幾方面的內容: 1、桁架的工作特性:在結點荷載作用下桁架各桿件呈二力桿特性，具體地說是上弦為壓桿，在應變特性上表現為負應變(壓應變) ，下弦桿為拉桿在應變特性上表現為正應變(拉應變) ，腹桿中有拉桿、壓桿、零桿(要特別注意其前提:在結點荷載作用下，這點在誤差分析中很重要)。 2、桁架計算理論:節點法和截面法. 本試驗報告中涉及到幾個單位荷載作用圖，而幾個單位荷載作用圖的正確與否直接關系到本試驗報告的質量。 3、結點撓度實測值的處理:應考慮支座沉降值對

20、結點撓度測量值的影響，采用梯形圖處理方法。 4、時效作用對試驗結果的影響:鋼結構在某級荷載作用下其變形充分發展一般需要兩個小時，但是由于時間關系學生在試驗課上不可能按兩小時加一次荷載，這也是產生誤差的主要原因。5、加載卸載分析:對加載到某級荷載與卸載到同一級荷載的桿件應變和結點的撓度進行對比分析、總結，可以發現規律，分析原因。 6、試驗數據的采集、分析、整理與表達:采集的方法，要點;試驗數據的定性分析與定量分析相結合;試驗數據的整理應優先采用表格表達方式;試驗數據的表達一般采用圖、表(記錄表格、計算表格、結果表格) 、數學函數表達式。7、結點撓度理論值的計算:應采用簡化表格計算方法，具體地說就

21、是先計算某結點在P荷載作用下的撓度理論值(為包含荷載P的數學式)。四、試驗對比針對當前試驗領域的發展趨勢并結合具體的合理化建議與要求進行了試驗改革的探索與研究:1、出發點: 1)針對現代試驗大型化、現代化的發展趨勢，為了既培養學生的動手能力又能讓學生接觸和熟悉現代先進的儀器設備及比較先進的試驗手段、方法. 2)判斷支座支撐情況是否良好. 3)了解“摸態”(振型)的概念，為后續課程的學習打下基礎。2、改革方法: 1)將傳統手動采集方式改為一半點仍采用手動采集，一半改用自動采集系統進行采集. 2)采用振動及動態信號采集系統進行模態演示試驗，并借此判斷支撐條件的好壞. 3)通過增加或改變加載點數量和

22、位置進行試驗，培養實驗者對對稱性、等效荷載的理解與深化.3、試驗改革前后對比:簡支桁架非破損試驗(綜合性、設計性實驗)與簡支桁架非破損試驗(驗證型)的主要優點在于:改變了加載點位置，加載點數量，使對稱性變成了非對稱性，相應地使試驗內容和試驗形式變得復雜、多樣，客觀上要求學生必須主動做好試驗的充分準備，這樣就調動了學生對試驗的主動性及興趣，同時可以有效抑制驗證型試驗中出現的試驗報告千篇一律的抄襲現象，真正培養了學生的設計、創新能力.4、改革效果:經過改革將驗證型試驗升華為設計、創新綜合型試驗，不僅增加了試驗難度，還大大激發了學生的學習積極性.ACHDFEGB500X4=2000撓度計傾角儀應變片

23、鋼桁架尺寸與測點布置圖500五、試驗方案、步驟試件鋼桁架、跨度2.0m，上下弦桿采用等邊角鋼2202.5，腹桿采用2202.5，測點布置見圖1.1所示； 2、加載設備油壓千斤頂或吊籃重物加載； 3、靜態電阻應變儀； 4、百分表及支架； 5、傾角儀。(一)、 試驗方案 桁架試驗一般多采用垂直加荷方式，桁架試驗支座的構造可以采用梁試驗的支承方法，支承中心線的位置盡可能準確，其偏差對桁架端結點的局部受力影響較大，對鋼筋混凝土桁架影響更大，故應嚴格控制。三角形屋架受荷后，下弦伸長較多，流動支座的水平位移往往較大，因此支座墊板應有足夠的尺寸。 桁架試驗加荷方法可采用實物加荷，也可采用吊籃加荷，但一般多采

24、用螺旋千斤頂或同步液壓千斤頂加荷，試驗時應使桁架受力穩定、對稱、防止平面外失穩破壞，同時還要充分估計千斤頂的有效行程。 桁架的試驗荷載不能與設計荷載相符合時，亦可采用等效荷載代換，但應驗算，使主要受力構件或部位的內力接近設計情況，還應注意荷載改變后可能引起的局部影響，防止產生局部破壞。 觀測項目一般有節點撓度和轉角、桿件內力等。測量撓度，可采用撓度計或水準儀，測點一般布置于下弦結點。為測量支座沉陷，在桁架兩支座的中心線上應安置垂直方向的位移計。桿件內力測量，可用電阻應變片或接觸式位移計，其安裝位置隨桿件受力條件和測量要求而定。 荷載分級、開裂荷載和破壞荷載的判別，參照梁的試驗。 桁架試驗由于荷

25、載點高，加荷載過程中要特別注意安全，以防損壞儀器設備和造成人身傷害。本試驗采用縮尺鋼桁架作非破損檢驗，以達到熟悉的目的。桿件應變測量點設置在桿件的中間區段，為消除自重彎矩的影響，電阻應變片均安裝在截面的重心線上，見圖1.3。在水平桿AF及BJ的支座處裝傾角儀，量測在各級荷載下的轉角變化。撓度測點均布置在桁架下弦結點上，同時支座處尚應裝置百分表測量沉降值（及側移值）。附：試驗儀器 應變片粘貼位圖1.2簡支剛桁架表1-1試驗儀器表儀器名稱規格鋼桁架跨度2.0m，上下弦桿采用等邊角鋼2202.5，腹桿采用2202.5加載設備液壓千斤頂高精度靜態伺服液壓控制臺型 號JSF-1-2.5/31.5A2流

26、量2.5L/min動態精度+2%功 率2.2KW壓 力31.5MPa靜態精度+0.5%靜態應變儀YE2538 程控靜態應變儀圖1.3 應變片粘貼位置示意圖(二)、試驗步驟1、實驗設備的連接及調試： 應變的連接及調試將桁架上的應變片按半橋單臂的方式（參見實驗二）接入DH3818靜態電阻應變儀上，采用公共補償。連接完畢后觀察每個測點是否都處在正常工作狀態(即每個通道均有數字顯示，而不是“-”)。 百分表的安裝及調整將磁芯表座吸附在置于地上的穩定的鋼梁上（若鋼梁不穩，在測試過程中產生晃動，將會影響測試精度），并將百分表的滑桿頂端頂在桁架的各節點上，旋緊表座連桿上的旋扭，輕輕觸動百分表，如果指針晃動之

27、后能回到原位，說明百分表已固定好；再旋轉表盤，使表盤上的兩個（或三個）指針的讀數協調一致。注意：由于撓度是結構某一位置與一不動點的相對位置變化，因此，安裝好百分表后，在荷載為零時，不一定要把百分表的指針調零，可以有一個初讀數，關鍵是要把百分表大小針的進位關系調整好。百分表調整方法：輕輕滑動百分表的滑桿，使表盤中的小指針指到整數并保持穩定，然后旋轉大表盤，使長指針對準“0”。百分表讀數方法：先讀小表盤上距指針最近的兩個數字中小的一個作為讀數的整數位，再讀大表盤指針所指的數字作為讀數的小數位，精確到0.01。2、正式實驗： 預載：加40kN荷載，循環兩次，做預載實驗。其目的為：消除節點和結合部位的

28、間隙，使結構進入正常工作狀態；檢查全部實驗裝置的可靠性；檢查全部觀測儀表的工作是否正常；檢查現場的組織工作和人員的工作情況。然后卸載，及時排除發現的問題。預載過程中要注意觀察應變及撓度測試儀表的讀數是否發生變化，變化情況是否正常。 正式加載及測量：采用分級等量的荷載進行加荷，先施加10kN初載(結構試驗測量的是結構在每級加載后的應變及撓度增量，為了排除荷載較小時的非線性段，使數據結果更理想，更好地了解整個靜載實驗過程，因此將P0=10kN作為零荷載)，初載施加完畢后，將應變儀調零并記錄初讀數，同時記錄撓度的初讀數。然后進行分級加載，每級荷載30kN（DP=30kN），共加三級，即10kN40k

29、N70kN100kN。每加一級荷載之后穩載5分鐘，然后讀取應變及撓度數據，記錄在表6-1中。實驗共進行兩個循環，排除所測讀數的偶然性。六、試驗數據處理表6-1原始記錄表格循環次數應變片編號荷載(kN)10305070100110124253382530201422914426153-1-129-259-388-51040-134-270-409-5485-1-212-419-620-8086-1-221-439-661-90070-210-411-643-86781-208-411-605-80090-137-277-419-562100-138-280-434-587110108217324

30、42112-1121246377524時間2008-4-27 16:20:2002008-4-27 16:27:512008-4-27 16:33:252008-4-27 16:38:342008-4-27 16:43:4221-11232873954952-114429044460130-126-254-384-51540-134-268-407-54650-205-415-621-81461-217-436-666-90871-213-427-653-86381-208-408-609-8099-1-138-278-419-56310-1-140-284-435-58611-1104213

31、320425120122247383522時間2008-4-28 15:44:282008-4-28 15:50:222008-4-28 15:57:232008-4-28 16:02:462008-4-28 16:07:58注明：由于實驗材料為低碳鋼Q235 根據應力應變公式=/ 表6-2 平均應變值 應變片編號荷載(kN)10305070100平均1-0.5123.5270388.5512.52-0.5143290.54436083-0.5-127.5-256.5-386-512.540-134-269-408-5475-0.5-208.5-417-620.5-81160-219-437.

32、5-663.5-90470.5-211.5-419-648-86581-208-409.5-607-804.59-0.5-137.5-277.5-419-562.510-0.5-139-282-434.5-586.511-0.510621532242312-0.5121.5246.5380523表6-3 整理數據記錄表 應力測點荷載(KN)103050701001-1002470054000777001025002-1002860058100886001216003-100-25500-51300-77200-10250040-26800-53800-81600-1094005-100-41700-83400-124100-16220060-43800-87500-132700-1808007100-42300-83800-129600-1730008200-41600-81900-121400-1609009-100-27500-55500-83800-11250010-100-27800-56400-86900-