土木工程实验指导书

土木工程实验指导书实验一土木工程实验简介和基础实训 2实验二钢筋混凝土梁正截面受弯性能的比对实验(一) 3实验三钢筋混凝土梁正截面受弯性能的比对实验(二) 5实验四等强度梁应变测定实验、桥路变换接线实验 6实验五裂缝宽度测定、回弹法测强、钢筋探测 实验六钢筋混凝土梁正截面受弯性能的比对实验(三) 19实验七钢筋混凝土梁正截面受弯性能的比对实验(四) 22一、实验目的电烙铁、电阻应变片、砂纸、胶水、酒精、型钢、直尺、药棉、胶纸、万用拟对工字钢梁受弯性能的测定试验，如图1-1所示，设计5个应变片的粘贴位1、测点表面处理：首先用锉刀清除贴片处的漆层、薄而均匀，且避免应变片滑动或转动。必要时加压1~2分钟，使应变片粘3、导线的连接：导线与应变片引线的连接最好用接线端子片作为过渡，接线端漂移，漂移值小于5με(3分钟之内)任务合格。φ4铅丝、φ6钢筋、φ10钢筋、钩子、电烙铁、电阻应变片、砂纸、胶水、是否与图示相符，并绑扎钢筋，见图2-1和图2-2。梁的φ4铅丝和适筋梁的φ10钢筋。2、对受力钢筋分别预埋电阻应变片，贴片后要作特别的保护：用绝缘胶带包住应变片，包住即可，切忌太厚、太紧。3、需用钢丝把箍筋和纵向钢筋绑扎结实，最后做标记。图2-1少筋梁配筋图图2-2适筋梁的配筋图实验三：钢筋混凝土梁正截面受弯性能的比对实验(二)请根据图2-1和图2-2,浇筑C25混凝土梁。2、浇筑混凝土梁(少筋梁和适筋梁),并振捣密实。3、制作150mm×150mm×15mm混凝土立方试块三联，用作测定28d混凝土的抗压强度。混凝土的设计等级为C25,要求强度保证率95%,该施工单位无历史统计资料。施工要求坍落度为55～70mm,施工现场混凝土由人工拌制，机械振捣。原混凝土拌合物的假设质量为2350～2450kg/m³。将称好的砂料、水泥放在铁板上，用铁铲将水泥和砂料翻拌均匀，然后加入称好的粗骨料(碎石),再将全部拌合均匀。一次，用铁铲在全部拌合物面上压切一次，翻拌一般不少于6次。拌合时间(从加水算起)随拌合物体积不同，宜按下规定进行：拌合物体积为30～50L,5~9min;拌合物体积超过50L时，9～12min。混凝土梁：将混凝土拌合物装入模板内，装料时应用抹刀插捣，并使混凝土凝土立方试块：将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁后编号、拆模。拆模后应立即放入温度为20±2℃,相对湿度为95%以上的标准间隔为10～20mm,试件表面应保持潮湿，并不得用水直接冲淋。同条件养护试件的拆模时间可与梁的拆模时间相同，拆模后，试BDQ-1型等强度梁实验装置、电阻应变片、静态电阻应变仪、导线、游标1、测定等强度梁上特定位置应变，检验各截面上应变(应力)相等BDQ-1型等强度梁实验装置简图如图4-1所示，电阻应变片已贴好，等强度梁为低碳钢，弹性模量E越206GPa,泊松比为0.28。等强度梁如图4-2,梁厚h,梁长L,梁宽为b(x)。梁的截面成等腰三角形，集中力F作用在三角形顶点。梁内各截面产生的应力是相等的，表面任意位置的应变也相等，因此也称为等应力梁，其理论计算公1—底座，2—等强度梁，3一应变片，4—砝码(200克/个),5—水平调节螺钉。图4-1等强度梁实验装置简图L——荷载作用点到测试点的距离；图4-2等强度梁及电阻应变片贴片位置示意图表4-1等强度梁尺寸参数表项目1梁的高度h42梁固定端的宽度b3荷载作用点到测试点的距离L4弹性模量E5泊松比μ2、静态电阻应变仪应变测量时，欲测试件或构件表面某点的相对变化量△L/L即应变ε,将阻值为R的电阻应变片粘贴在试件或构件被测处，当试件或构件受外力作用产生变形时，应变片将随之产生相应的变形，根据金属丝的应变-电阻效应，应变片阻值发生变化，在一定范围内，应变片电阻的相对变化量△R/R与试件或构件的相对变化量成线性关系，即式中K称为应变片的灵敏系数。由于应变很小，很难直接测得，但由上式可知，只要测得△R,就可求得应变e。为此，我们通常将电阻应变片组成如下图所示的测量电桥。图中Uo为供桥根据电桥原理可得△R₄时，电桥输出电压(忽略高次微量)由此可得应变仪的读数应变ed为被测量经测量电桥，通过模拟放大，A/D转换，由单片微计算机实时控制，完成数据采集计算处理、显示、传输；通过单片微计算机还实现了半桥、全桥选择，测量通道切等实时控制。1、单臂(多点)半桥测量采用半桥接线法：将等强度梁上四个应变片(Ri、R₂、R₃、R₄)分别接在电阻应变仪1~4通道的接线柱A、B上，补偿块上的应变片接在接线柱B、C上(见图4-4)。载荷为零时，按顺序将应变仪每个通道的初始显示应变记录下来，然后按每级200g逐级加载至1000g,记录各级载荷作用下的应变读数。电桥多点接线原理图4-4C应变仪上多点测量接法单臂半桥接线法采用半桥接线法：取等强度梁上、下表面各一片应变片(R1、R₂或R₃、R₄),在应变仪上选一个通道，按图4-5a接至接线柱A、B和B、C上，然后进行实验，加载步骤同1。3、相对两臂全桥测量采用全桥接线法：取等强度梁上表面(或下表面)两片应变片(Ri、R₃或R₂、R₄),在应变仪上选一个通道，按图4-5b接至接线柱A、B和C、D上，再把两个补偿应变片接到B、C和A、D上，然后进行实验，加载步骤同1。采用全桥接线法：取等强度梁上的四片应变片(Ri、R₂、R3、R4),在应变仪上选一个通道，按图4-5c接至接线柱A、B、C、D上，然后进行实验，加载步骤同1。采用半桥接线法：取等强度梁上四片应变片(Ri、R₂、R3、R₄),在应变仪上加载步骤同1。图4-5多种桥梁接线简图3、比较单臂多点测量实验值，理论上等强度梁各横截面上应变(应力)应相等。相对误差=(实验应变值一理论应变值)/理论应变值*100%一、实验目的1、掌握裂缝宽度仪的使用2、掌握回弹仪的使用3、掌握钢筋探测仪的使用二、实验材料与辅助器具尺、钢尺、墨线、游标卡尺。1、测量已破损框架结构的墙体裂缝宽度；2、回弹法测量混凝土框架结构的强度；3、探测钢混结构的配筋情况。1、裂缝仪测宽钢筋混凝土结构实验中裂缝的产生和发展，是结构反应的重要特征，对确定开裂荷载，研究破坏过程和对预应力结构的抗裂及变形性能研究等都十分重要。本实验用RS-CK裂缝测宽仪，是专业检测混凝土结构中裂缝宽度和表面微观缺陷的仪器。裂缝测宽仪的使用：·电缆连接显示屏和测量探头，打开电源开关，为减小误差，仪器在使用前需要校验：校验标准刻度板上分别有宽度为0.02、0.10、0.20和1.00mm的刻度线。分别把摄像测量头支脚放在不同宽度的刻度线上，屏幕上读取相应的刻度线宽度。当误差小于0.02mm时，仪器方可正常使用；·将测量探头的两支脚放置在裂缝上，在显示屏上可看到被放大的裂缝图像；·稍微转动摄像头使裂缝图像与刻度尺垂直，根据裂缝图像所占刻度线长度，读取裂缝宽度值，每一条裂缝采集3处数值，记录并标识在图上。回弹法运用回弹仪通过测定混凝土表面的硬度以确定混凝土的强度，是混凝土结构现场检测中最常用的一种非破损检测方法。应遵循我国《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2001)的有关规定。其构造如图5-1所示。3-挂钩；10-密封毡圈；12-盖帽；14-弹击拉簧；15-刻度尺；23-尾盖；当重锤被拉到冲击前的起始状态时，若重锤的质量等于1,则这时重锤所具混凝土受冲击后产生瞬时弹性变形，其恢复力使重锤弹回，当重锤被弹回到x位置时所具有的势能ex为：所以重锤在弹击过程中，所消耗的能量△e为：令R=x/l,在回弹仪中，l为定值，所以R与x成正比，称为回弹值。将R从上式中可知，回弹值R等于重锤冲击混凝土表面后剩余的势能与原有势能之比的平方根。简而言之，回弹值R是重锤冲击过程中能量损失的反映。a.弹击垂脱钩后的状态b.弹击锤脱钩前的状态图5-3弹击脱钩前后状态简图能量主要损失在以下三个方面：(1)混凝土受冲击后产生塑性变形所吸收的能量；(2)混凝土受冲击后产生振动所消耗的能量；(3)回弹仪各机构之间的摩擦所消耗的能量。试体应有足够的厚度，或对较薄的试体予以加固，以减少振动；回弹仪应进行统一的计量率定，使冲击能量与仪器内摩擦损耗尽量保持统一等。因此，第一项是主要的。根据以上分析可以认为，回弹值通过重锤在弹击混凝土的前后能量变化，既反映了混凝土的弹性性能，也反映了混凝土的塑性性能。2.2回弹仪的操作规程正确操作回弹仪，可提高测试准确度。在操作回弹仪全过程中，都应注意保持持仪器姿势的正确：一手握住回弹仪中前部位，另一手握压仪器尾部的尾盖。操作基本要领是：用力推压均匀缓慢，扶正垂直对准测面，不晃动。回弹仪操作(1)在混凝土构件上选择测区，测区的面积一般为200mm×200mm,根据构件的长度确定测区的数量，一般为6~10个测区；在每个测区内回弹16次，弹击点之间的距离不小于30mm,每一个弹击点只容许回弹一次。(2)将弹击杆顶住混凝土的表面，轻压仪器，松开按钮，弹击杆徐徐伸出。(3)使仪器垂直对混凝土表面缓慢均匀施压，待弹击锤脱钩冲击弹击杆后即回弹，带动指针向后移动并停留在某一位置上，即为回弹值。(4)继续顶住混凝土表面并在读取和记录回弹值后，逐渐对仪器减压，使弹击杆自仪器内伸出，重复进行上述操作，即可测得被测构件或结构的回弹值。(5)操作中注意仪器的轴线应始终垂直于构件混凝土的表面。(6)在16个回弹值中去掉3个最大值和3个最小值，取余下10个回弹值的平均值作为该测区的回弹值，即当回弹仪测试位置非水平时，考虑到不同测试角度的影响，回弹值应按下列式中，△R。为测试角度为α的回弹修正值，按下表采用。表1测试角度修正表α向上α向下当测试面为浇筑方向的顶面或底面时，测得的回弹值按下列式修正：000(7)测区混凝土强度换算值根据附录1“回弹法测强数据表(部分)”查得，取平均碳化深度为2.0mm。(1)将弹击杆压入机壳，经弹击后按下按钮锁住机芯；将仪器装入仪器箱，平(2)一般情况下不应随意拆卸仪器或乱弹击，绝对不能在钢板上弹击，否则可能对回弹仪造成不可挽回的损坏,以免影响仪器使用寿命和损失精度。桥梁、隧道、墙体等混凝土结构工程中钢筋位置、钢筋分布及走向、保护层厚度、钢筋直径的探测；也可对非铁磁性介质中铁磁体(如电线、管线)走向及分布进行探测探测，如：·混凝土结构施工质量验收检测；·对在建结构的安全性和耐久性进行评估；·对旧有结构进行评估、改造时对配筋量的检测；·对楼板或墙体内的电缆、水暖管道等分布及走向进行探测。3.2钢筋探测仪的工作原理目前，国内外所使用的钢筋探测检测仪器多为电磁感应法，即仪器在构件混凝土表面向内部发射电磁波，形成电磁场，混凝土内部的钢筋切割磁感线产生感应电磁场，由于感应电磁场的强度及空间梯度变化与钢筋位置、直径、保护层厚度有关，因此，通过测量感应电磁场的梯度变化，并通过分析处理，就能确定钢筋位置、保护层厚度和钢筋直径等参数。3.3Profometer5+钢筋探测仪的操作步骤(1)按下开启/关闭(ON/OFF)指示器中简要显示了以下数通用探头通用探头·不同黑度的电池标志表示电池状态(2)主机装有用户导航菜单。请遵守显示范围内的说明。按下菜单(MENU)键，显示主菜单：·钢筋直径：设置混凝土构件中的钢筋尺寸可以确保混凝土保护层读数的精确度。建议默认钢筋直径为16毫米或#5。图5-5主菜单·对象编号：测量值可以存储在对象编号下，下列数字会根据测量功能自动设为六位数字的对象编号中的第一位数字：-1为测量统计值-2为扫描钢筋-3为栅格测量基本设置：选择mm,则钢筋直径设置值可选择毫米，测量结果将以公制单位警告!如果将毫米与英寸互换，现有的测量和存储的数据值将发生错误。为避免测量结果出现混乱，用户转换单位之后必须清空内存。双层校准模式仅限于公制单位。其他参数设置请见附录2“Profometer5+钢筋探测仪的使用说明”。钢筋间距或极限值(如果进行了设定)统计数据存储直径(如果进行了测量)图5-6测量结果显示统计数据(3)复位：将探头拿在空中，按下开始/复位键。显示屏上的信号条显示操作进度。信号条消失并显示0之前不应移动探头。(2)打磨：用220#—400#粒度范围的砂纸打磨构件混凝土表面，打磨区域(7)焊线。用电烙铁及焊锡焊接(焊接可提前完成);(8)打蜡：用融化的蜡水均匀涂于应变片及接线柱表面；(9)贴纱布：用环氧胶将纱布粘贴在应变片及接线柱上；(10)检测：用万用表—电阻法检测，一般为120w左右。2、钢筋屈服强度的测定对预留的三根长500mm的受力主筋(少筋梁的φ4铅丝和适筋梁的φ10钢筋)进行拉伸试验，测试其力-位移关系，测定实际的屈服强度和最大拉力。依据GB/T228-2001《金属材料室温拉伸试验方法》所规定的试验方法，通过拉伸试验测定出材料基本的力学性能参数(强度、塑性等)。使用WAW-1000C微机控制万能试验机进行拉伸试验的操作步骤如下：(2)打开电源：电控柜右侧开关向上打开，3个绿色的按钮由左向右按启；(3)试运行：软件上设置速率为100,打开送油阀使试验台上升10mm(见位移显示),然后关闭送油阀，打开活塞。(4)固定试样：按图6-2所示用铅笔标识出钢筋试样的夹持区和工作区，接着，将试件一端夹于上钳口，再调整下钳口上下位置，夹持试件下端，夹持试件时，应按钳口所刻的尺寸范围夹持试样，试件应该夹在钳口的全长上，一定保证试样夹持部分在钳口体内三分之二以上，另外，试样安装必须正确防止偏斜。图6-2钢筋试样(7)选择控制：设置加荷速率如下表6-1所示，开始加载；(8)试样断裂，点击“快速回油",当位移低至0附近，停止“快速回油”;(10)全部实验完成后，在关计算机前，先回到“调整",点击“快速回油”,(11)关机：把电控柜红色按钮从右向左按启，侧面开关打向下，最后关电脑。应力速率(Mpa/S)最小最大2加荷速度(kN/S)458一、实验目的1、通过实验了解钢筋混凝土(少筋梁、适筋梁)受弯破坏形态的差异。1、试件两侧用稀石灰刷白，墨线弹出40mm*100mm的方格线(以便观察裂2、实验有少筋梁和适筋梁两项受弯性能实验