土木工程结构试验指导书

结构试验指导书
前言：结构试验是一门试验科学和技术，是研究和发展土木工程结构新材料、新结构、新施工工艺以及检验结构计算分析和设计理论的重要手段，在土木工程结构科学研究和技术创新等方面起着重要作用。

目前，结构试验已经成为土木工程专业学生必修的一门专业基础课程。

一、缩尺扁钢梁受力试验
1.结构试验的主要内容
（1）试验对象
实际参与操作本次结构试验的学生为土木工程本科专业三年级学生，他们刚结束了结构试验与检测课程中的理论部分的学习，基本了解和掌握了简单结构试验的贮备过程和组织过程以及所用的实验仪器设备。

本次实验的目的，主要是让学生熟悉和了解简单结构试验的实际操作过程，熟练掌握和了解常用结构试验仪器的使用方法和操作要领。

所以，试件选用了，小尺寸（500mm长）扁钢梁，在集中荷载（一或二个）作用下的跨中挠度测定和应变测定。

（2）实验操作要求
试验所用的试件是联系专门生产课程实验小型构件的专门厂家订购的小尺寸扁钢梁，跨中的应变片已经在厂家粘贴好的。

全班同学分8个组进行，每一组同学们所进行的实验过程中，荷载大小、荷载作用位置、荷载个数均不等。

试验过程中检测仪器设备的安装
就位要认真细致，试件安装就位（包括仪器设备）后，先以20%设计荷载做预试验，检查和了解试件工作状态和仪器设备工作情况。

然后，按照试验计划进行试验。

（3）选用仪器设备
试验台座选用两个预制外包角钢混凝土墩，位移测试仪采用灵敏度较高的百分表，因尺寸小，已有位移传感器林敏度不是和实际测试。

应变测试通过应变片通过数据采集仪直接传输到电脑里。

（4）试验报告编写要求
首先，从力学理论角度，准确的计算，在弹性工作范围内，容许挠度产生时的荷载大小，以此荷载50%佐佑大小荷载定位试验荷载。

运用力学理论计算出跨中部位挠度以及截面最大应力（应变）。

试验结束后，认真整理所测定的检测数据（应变和挠度），对比，理论计算结果和实验中测定的挠度和应变，进行分析，编写实验报告书。

2.结构试验示意图
图1两个集中力作用下的结构示意图
图2一个集中力作用下的结构示意图
试件材料、规格、尺寸、数量表格
扁钢不是立起来安放，是平方（厚度：12、14、16、20毫米）。

*实验小组为8个，所以有四个小组（两两）尺寸相同
2.结构试验内容
1、计算确定试验加载值
结构体系选定为承受集中荷载作用下的低碳钢小尺寸简支扁梁，钢梁结构试验模型详见图1、图2。

同学们根据分组情况，荷载大小
不同、荷载个数不同、钢梁尺寸不同、跨度不同、荷载作用点不同等情况，每位同学的实验对象都要区分开来。

同学们根据自己选定的试验梁，首先进行力学理论计算，计算内容为：针对自己选定的试验梁，
在弹性计算方法，以Q235低碳钢应力设计值[]2
310/
N mm
σ=、容许
挠度值[]1/150
υ=，反算试验荷载大小，再根据实验室现有加载砝码大
小和种类情况具体确定加载荷载大小。

2、试验前的准备工作
编制结构试验计划书，详细列出试验过程中所需全部实验仪器和设备，具体说明实验内容和实际试验操作步骤。

试件安装就位，连接各种测试线缆，并安排好试验过程中的每位同学任务分工。

先用20%左右的试验荷载，进行预加载，检查试件工作状态以及各种实验仪器设备的工作状态是否正常，如有异常必须调整好。

3、进行结构试验
扁钢梁结构试验采用一次性加载方法，每位同学根据自己选定的试验对象（不能出现完全形同的试验对象），并且，通过理论计算得出的荷载值（根据实验室现有砝码中选定小于计算值的砝码）进行加载，测试跨中挠度和应变量。

通过数据采集仪、电脑认真读取相关试验数据。

4、整理试验数据编写结构试验报告书
扁钢梁结构试验结束后，用表格形式对应列出理论计算结果（根据选定砝码重量必须重新进行理论计算）跨中挠度和应力值以及试验结果得出的跨中挠度值和应力值（弹性范围应力应变关系），并进行
比较，分析其结果。

最后汇报通过扁钢梁结构试验实际全过程学习体会。

5、力学计算过程中要注意的问题
运用力学知识进行理论计算过程中，需要注意两个问题。

首先，要正确计算跨中挠度，以往同学们计算过程错误情况来看，不少同学计算了荷载作用点的挠度，并非扁钢梁跨中挠度，这种情况将会导致，测试位置和计算位置不在同一个位置，进行对比本身就会出现差错；其次是，不少同学计算的弯矩是集中荷载作用点的弯矩值，并非扁钢梁跨中弯矩值，而应变片所测出的应变量（可换算成应力）是跨中位置所产生的弯矩所引起的，所以并不是同一个位置的弯矩值引起的，所以对比分析肯定出现出错。

所以，理论计算过程要恶人真细致，不能出现错误。

1）班里同学要分成8个实验小组，学委班长负责分组。

2）因实验数据无法拿到，只能根据理论计算结果为依据，法算出相应的测量数据（挠度、应变，反算结果数据，跟理论计算结果不能取完全一样的数据，选择差不多接近的数据）。

3）以单个集中荷载作用来做，集重力作用点位置，可以自由选定，不一定正中间。

4）集中力大小，宜取50—150Kg。

5）实验小组为8个，所以有四个小组（两两）尺寸相同，只能用荷载大小或者，荷载作用点不同来区别开。

6）写实验报告时，务必把老师上传的两张照片粘贴上。

实验2：钢筋混凝土适筋梁的受力试验
一、试验目的
1.通过对钢筋混凝土梁的承载力、应变、挠度及裂缝等参数的测定，熟悉钢筋混凝土受弯构件正截面破坏的一般过程及其特征，加深对书本理论知识的理解。

2.进一步学习常规的结构实验仪器的选择和使用操作方法，培养实验基本技能。

3.掌握实验数据的整理、分析和表达方法，提高学生分析与解决问题的能力。

二、试验设备和仪器
1.试件—钢筋混凝土简支梁1根、尺寸及配筋如图所示。

混凝土设计强度等级：C40；
钢筋：纵筋2φ8，Ⅰ级（实际测得钢筋屈服强度为390Mpa，极限抗拉强度为450 Mpa）；
箍筋：φ8＠100，Ⅰ级。

试件尺寸：b＝90mm； h＝150mm； L＝1000mm（1100mm）；
制作和养护特点：常温制作与养护
2．实验所需仪器：
PWS-500 液压伺服疲劳试验仪1个（自动测量荷载和位移）；静态电阻应变仪一台；刻度放大镜、钢卷尺；支座、支墩。

三、实验方案
为研究钢筋混凝土梁的受力性能，主要测定其承载力、各级荷载
梁尺寸图
下的挠度和裂缝开展情况，另外就是测量控制区段的应变大小和变化，找出刚度随荷载变化的规律。

1. 加载装置
梁的实验荷载一般较大，多点加载常采用同步液压加载方法。

构件实验荷载的布置应符合设计的规定，当不能相符时，应采用等效荷载的原则进行代换，使构件实验的内力图与设计的内力图相近似，并使两者的最大受力部位的内力值相等。

作用在试件上的实验设备重量及试件自重等应作为第一级荷载的一部分。

确定试件的实际开裂荷载和破坏荷载时，应包括试件自重和作用在试件上的垫板，分配梁等加荷设备重量（本实验梁的跨度小，这些影响可忽略不计）。

2. 测试内容及测点布置
测试内容钢筋及混凝土应变、挠度和裂缝宽度等。

本次实验测试具体项目：正截面应变；纵向受力钢筋应变；梁挠度；裂缝发展情况；开裂荷载；屈服荷载；破坏荷载。

纯弯区段混凝土表面布置3个电阻应变片（自行设计测点位置），实验前完成应变片粘贴工作。

另外梁内受拉主筋各布有电阻应变片1片。

挠度测点三个：跨中点，支座沉降点（2个）。

3. 实验步骤
实验为半开放式：实验前，学生应仔细阅读实验指导书，想好实验过程，在指导教师解答提问、讲明注意事项之后，由学生自己提具体实施方案，经指导教师同意后，分组（每组不多于10人）自行操作实验。

前期需要进行混凝土梁的模板制作、混凝土浇筑和养护，学生自行完成。

教师给出实验所需的仪器设备并实时指导。

具体实验步骤如下：（1）考察实验场地及仪器设备，听实验介绍并写出实验方案与实验方法：进入实验室进行实验，实验后写出实验报备。

（2）试件安装及实验装置检查。

a.安装支座、试件。

要求位置准确、稳定、无偏斜。

b.贴电阻应变片（程序为：构件表面磨平处理；表面清洗；贴应变片：不作防护），要求位置准确；粘贴牢固，无气泡等；
c.安装试验梁到指定位置。

要求垂直、对准；
e.安装应变仪。

f.最后检查实验装置是否稳定、偏斜及位置是否准确；仪表是否正常工作。

（3）测量梁实际跨度、截面尺寸、加载点位置等。

（4）预加载实验（按破坏荷载的20％考虑，）。

按1～3级预加载，测读数据，观察试件、装置和仪表工作是否正常并及时排除故障。

预载值的大小，必须小于构件的开裂荷载值。

然后卸预载。

（5）仪表调零或读仪表初值并记录。

画记录图、表，作好记录准备。

（6）正式实验。

本次实验加载制度：试验采用0.5kN/S的加载速度，每10kN进行一次30s的持荷时间，观察试验梁变化，直至试验梁破坏。

4．注意事项
（1）进行破坏实验时，应根据预先估计的可能破坏情况做好安全防范措施，以防损坏仪器设备和造成人员伤亡事故。

（2）随着实验的进行注意仪表及加荷载装置的工作情况，细致观察裂缝的发生、发展和构件的破坏形态。

裂缝的发生和发展用眼睛观察，裂缝宽度用刻度放大镜测量，在标准荷载下的最大裂缝宽度测量应包括正截面裂缝和斜截面裂缝。

正截面裂缝宽度应取受拉钢筋处的最大裂缝宽度，测量斜裂缝时，应取斜裂缝最大处测量。

每级荷载下的裂缝发展情况应随实验的进行在构件上绘出，并注明荷载级别和裂缝宽度值。

当试件进行到破坏时，注意观察试件的破坏特征并确定其破坏荷载值。

规定：当发现下列情况之一时，即认为该构件已经达破坏。

依据“钢筋混凝土预制构件质量检验评定标准”，试件的破坏荷载值：
1）正截面强度破坏。

（1）受压混凝土破损；
（2）纵向受拉钢筋被拉断；
（3）纵向受拉钢筋达到或超过屈服强度后致使构件挠度达到跨度的1／50，或构件纵向受拉钢筋处的最大裂缝宽度达到1.5mm。

2）斜截面强度破坏
（1）受压区混凝土剪压或斜拉破坏；
（2）箍筋达到或超过屈服强度后致使斜裂缝宽度达到1.5mm；（3）混凝土斜压破坏。

3）受力筋在端部滑脱或其它锚固破坏。

5．实验记录参考图表
（1）应变记录参考表
（2）挠度记录参考表
（3）裂缝记录
需记录裂缝的位置，长度，宽度（对应与纵向受力钢筋侧向投
影处）。

四、实验报告的编写
实验报告包括如下项目：
（一）实验名称、班级、姓名、学号
（二）实验目的
（三）实验方案
（四）实验分析
1.截面应力、应变分析
(1)绘制截面应力图
利用混凝土应变测试数据，绘制梁正截面应变图（一定要按比例绘制，用方格纸画图）。

分析截面应力是否符合现有理论。

(2)绘制荷载－钢筋应变曲线（一定要按比例绘制，用方格纸画图）2.挠度分析
(1)计算理论值
依据实测截面有效高度h0、混凝土弹性模量Ec等近似计算跨中挠度理论值，或用有限元程序计算。

(2)分析各点实测挠度值
跨中挠度等于相应百分表读数减去支座沉降在该点产生的影响。

注意百分表的方向与正负号对应关系。

(3)绘制荷载－挠度曲线和构件变形曲线(理论、实测曲线) （一定要按比例绘制，用方格纸画图）
(4)
(5)挠度结果比较
计算挠度比值(=实测值/理论值)，分析差异。

3.开裂荷载、屈服荷载、破坏荷载
将各实测值与理论值比较，并分析差异原因。

4.绘制开裂后各级荷载下的裂缝开展图。

（用方格纸画图）
5.用文字叙述梁的破坏形态和特征。

（五）综合结论
（六）实验原始数据附件
注：试验结束后一周之内需提交试验报告；试验报告需用专用的试验报告纸撰写，每人一份试验报告，文字叙述部分不准抄袭！。