结构检验实验指导书.doc

结构检验实验指导书

土木工程专业用

河海大学土木工程系
试验一 机械式仪表的安装与应用
一、试验目的：
结合钢筋砼梁试验
了解百分表、千分表、磁性表座、手持应变仪的构造原理、安装调式方法及使用场合。
二、内 容：
1．百分表测挠度的安装与调试；
2．千分表测梁断面应变的安装与调试；
3．手持应变仪测梁断面应变的安装测读；
4．对照实物了解百分表的率定方法使用方法。
三、要 求：
实验全过程注意爱护仪器，先了解后再动手。认真思考，独立操作，认真做好实验报告（包括：仪器构造，使用特点，操作要领，操作中遇到的问题，实验后的收获与体会等。）不拘格式，贵在三个能力的培养与体现。
四、思考题：
测试试验大厅吊车梁挠度？

试验二 电阻应变片的粘贴及防潮技术
一、试验目的：
掌握应变片的粘贴技术
二、试验仪表与器材
1．直流电桥
2．兆欧表
3．万用表
4．粘接剂
5．常温用电阻变应片：（每人一片）
6．钢桁架
7．电烙铁等小工具
8．丙酮
三、试验方法
1．电阻应变片的选择
在应变片灵敏系数K相同的一批应变片中，用直流电桥测量应变片的电阻值R，将电阻差值变化在±0.5Ω范围内的应变片选出待用。
直流电桥的使用：选好倍率精度（指示表上方），调好指示表为0，将被测应变片接入接线端RX，然后，同时接下开关B和C，旋转4个旋钮（从大到小），使指示表指针指0。此时，4个旋钮指示数值和再乘以倍率，即是被测应变片的电阻值。该片的阻值和灵敏系数K（应变片厂家标定）应作记录。
2．桁架试件表面的处理
用砂纸、锉刀等工具将试件贴片位置的油污、漆层、锈迹除去，再用细砂纸打成450交叉纹，并用棉球蘸丙酮将贴片位置擦洗干净，到棉球洁白为止。然后，在试件上用画针画出贴片的准确位置。
3．粘 贴
用左手掐住应变片引线，右手在应变片沾贴面上薄薄的涂上一层粘接剂（注意应变片的正、反面），同时，在试件贴片位置上涂上一层粘接剂，并迅速将应变片准确地放在粘贴位置上，将一小片塑料薄膜盖在应变片上面，用手指顺着应变片依次压多余的胶水，按住应变片1-2分钟后把塑料薄膜轻轻揭开， 检查有无气泡、尧曲、脱胶等现象，如影响测量时，应重贴。最后，贴上连接片，焊出引线，作好引线编号。
4．检 查
（1）用万用表的电阻挡检查应变片有无短路、断路现象，如不能排除故障，则重贴。
（2）用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘度（500MΩ以上合格）低于500MΩ时，则用红外线灯烘烤至合格。
方法：兆欧表红接试件，黑接应变片，由慢逐渐加快地摇动仪表手把，指针偏转至一定位置上，指出的数值即为绝缘度。
5．制作防潮层
为使应变片能在潮温环境或混凝土中具有足够的绝缘度，在应变片贴好后，必须制作防潮层。
示意图如下：

四、实验报告要求：
1．简述整个操作过程及注意事项；
2．简单分析故障原因和排除方法；
3．体会与建议。
五、思考题：
万用表、兆欧表、电桥的使用应注意什么？应变片粘贴应注意什么？

试验三 静态电阻应变仪操作试验
一、试验目的
1．熟悉电阻应变仪的操作过程
2．掌握电阻应变仪单点测量的基本原理
3．学会电阻应变片作半桥及全桥测量的接线方法和调试
4．学习预调平衡箱的使用
二、试验设备及仪表
1．YJ-26静态电阻应变仪，及预调平衡箱
2．TJ-Ⅱ型不锈钢等强度梁
三、试验原理及方法
静态电阻应变仪的读数ε仪与各桥臂应变片的应变值εi，有下列关系：
ε仪=（ε1-ε2+ε3-ε4）
式中ε1、ε2、ε3、ε4分别为四个桥臂的应变值。
（一） 半桥接线与测量

图2-1 图2-2

如果应变片R1接于应变仪AB接线柱，温度补偿片R2接于BC接线柱，则构成外半桥，如图2—1，另内半桥由应变仪内部两个无感绕线电阻构成。应变仪读出的应变值为：
ε仪=ε1
若梁上同一截面处的压区和拉区分别贴应变片R1和R2接于AB和BC接线柱构成外半桥，如图2-2，两电阻应变片则互为补偿，应变仪读出应变值为：
ε仪=ε1-ε2
又因ε1=-ε2，所以有：
ε仪=2ε2
（二）全桥接线与测量
如果梁上 一截面的压区贴片R1、R3接于AB、CD接线柱，温度补偿应变片R2、R4

图2-3 图2-4
接于BC、DA接线柱，构成全桥，如图2-3。而应变仪读出应变值为：
ε仪=ε1+ε
因ε1=ε3，故有：
ε仪=2ε1
若梁上同一截面的压区应变片R1，R3仍接于AB和CD接线柱，而拉区贴应变片R2、R4，并接于BC和DA接线柱组成全桥，如图2—4，则应变仪读出应变值为：
ε仪=ε1-ε2+ε3-ε4
因ε1=ε3=-ε2=-ε4，故有：
ε仪=4ε1
（三）等级度梁特性
1．最大加载量 G=50N
2．各断面应力相对误差 δ=3%（产品误差）
3．梁厚h=3.5mm
四、试验步骤：
1．按上述接桥方法分别接通桥路，并须复查无误。
2．用螺丝刀在电阻应变仪上的调零孔中进行调平至指针对零。
3．预加10N力检查仪表和装置工作是否正常。
4．正式试验，每级加载10N，共加四级。记取读数，重复三次（若两次相差＜5με不再做第三次）试验数据填入表1。
5．测定计算等强度梁弯应力理论值时所需的有关数据。
6．做完以上试验之后，用联线把预调平衡箱与仪器接通，并把电阻片的导线分别按半桥；全桥改接在平衡箱上。初步学习如何应用平衡箱做多点测量。
五、试验报告
1．按要求整理出各种测量数据，并作应变仪按半桥和全桥接线测量的比较。
2．讨论不同桥路接法的优缺点和使用条件。
3．分析对比等强度梁的理论计算值与实测值及体会。
表1
接 法
半 桥 接 法 （1）
半 桥 接 法 （2）
荷载

次序
0
10N
20N
30N
40N
0
10N
20N
30N
40N
1

2

3

平 均

接 法
半 桥 接 法 （1）
半 桥 接 法 （2）
荷载

次序
0
10N
20N
30N
40N
0
10N
20N
30N
40N
1

2

3

平 均

附：
YJ-26静态电阻应变仪一般操作程序
一、前面板各部分名称和作用
前面板排列示意图如图1所示：

图1
前面板各部分功能说明：
①电源开并（琴键自锁开关）：按下此开关，仪器接通电源。
②电源检测开关（琴键无锁开关）：按下此开关，红色发光二极管③便亮；如发光二级管很亮，说明干电池电源充足；如光发二级管较暗，说明干电池电源已不足。在仪器使用过程中，一般不按下此开关。
③发光二极管：见②说明。
④基零开关：基零、标定、测量开关为琴键互锁开关。按下此开关，仪器显示应为0000或-0000，如不为零值可调节后机板上“调基零”电位器。
⑤标定开关：按下此开关，仪器处于内标定状态，并且为正值显示，调节灵敏度电位器便可得到相应的标定值。内标定值与仪器输入信号大小无关。
⑥测量开关：按下此开关，仪器处于测量状态。
⑦灵敏度电位器：根据应变片灵敏系数不同，可调节该电位器使仪器灵敏系数与应变片灵敏系数为一致。顺时针方向旋转电位器，增大灵敏系数；反之则减小灵敏系数。本仪器在设计时定为：当灵敏系数为2.00时，标定值为15000με，灵敏系数与标定值关系如表1所示。
当应变片灵敏系数为表1中未列出的数值，则用户根据Kε=K’ε’原理求得相应的标定值，由上可知，当K=2.00，ε=15000με，在已知K’情况下可得

调节灵敏度电位器，使仪器显示为ε’值，则此时仪器的灵敏系数为K’值。
表1
灵敏系数K
标定值（με）
1.80
16667
1.90
15786
1.95
15384
2.00
15000
2.05
14634
2.10
14286
2.20
13636
2.30
13043
2.40
12500
2.50
12000
2.60
11538
⑧调节电位器：当测量桥路处于不平衡状态时，调节该电位器，使仪器显示为0000或-0000。顺时针方向旋转电位器，显示朝正值增大方向变化；反之显示朝负值增大方向变化。
⑨显示器：四位半液晶数字显示，直接显示应变值（με）。当仪器显示为正值时，符号“+”不显示出来；当仪器显示为负值时，符号“—”有显示。
二、后面板各部分名称和作用
后面板排列示意图如图2所示：

图2

后面板各部分功能说明：
⑩接线柱组A、B、C、D1、D、D2：各接线柱与测量桥路各顶端的对应关系如图3所示：

A、C：桥压输入端A（+）、C（-）

D、B：桥路输出，送放大器输入端

图3

从图4可见，作为半桥测量时，D1、D、D2三点必须用连接片短接起来，作为全桥测量时，D1、D、D2三点之间必须断开，即去掉连接上，单点测量时，A端与B端之间，B端与C端之间分别接上工作片和补偿片，多点测量时，A端与B端之间、B端与C端之间不接任何片子，而是通过预调平衡箱来实现。
（11）接口输出座：从该座子上直接可得仪器内部A/D转换器（7135）上串行输出信号，座子上编号与串行输出信号对应关系如表2所示，用户可根据需要，自行配打印接口等。
表2
座子编号
输出信号
座子编号
输回信号
座子信号
输出信号
1
ST
6
POL
11
B3（MSB）
2
DGND
7
R/H
12
D3
3
BUSY
8
OR
13
D4
4
D2
9
D5(MSD)
14
B4
5
D1(LSD)
10
B2
15
B1（DSB）

图4
(12) 预调箱插头座：本仪器可直接与P01R—18型预调平衡箱相连接。五芯插头座接线如图4所示：
（13）、（14）外接直流稳压电源插头座；当本仪器不使用干电池，而直接用外接电源时，可用两组相同的直流稳压电源（+4.50~+0.60）V直接插入到这两个座子上，内部干电池将自动断开。外接电源插头线及座子正负极性分别由图5和图6所示。

图5 图6

（15）连接片：见说明。
（16）调基零电位器：见前面板各部分功能说明④。
三、使用条件
本仪器在下列条件下可以使用：
1．环境温度：0-400C，温度变化速度不大于10C/h。
2．相对温度：30%-85%。
3．周围无腐蚀性气体及强磁场干扰。
4．使用时避免强烈的震动与冲击。
5．仪器预热时间为30min。
四、测量桥路的准备工作
1．测量片和温度补偿片的阻值及温度系数、灵敏系数应尽量相同，这样便于平衡和测量。补偿片应贴在与试件相同的材料上，与测量片保持同样的温度，应变片对地绝缘电阻应在500MΩ以上，测量片不受阳光曝晒，高温辐射的空气剧烈流动的影响。
2．测量导线采用屏蔽电缆（推荐用RVVP聚乙烯屏蔽电缆）。测量时导线不能移动。
3．在单点测量情况下，选择测量桥接线方式：
（1）半桥测量：在应变仪D1、D、D2接线柱之间连接片短路并旋紧，在应变仪A、B、C接线柱之间接应变片并旋紧。
（2）全桥测量：将应变仪D1、D、D2接连柱之间用连接片拿掉（开路）；在应变仪A、B、C接线柱之间接应变片并旋紧。
4．本应变仪与P10R-18型预调平衡箱配用可作多点测量（10点以下用一台平衡箱，10点以上用数台平衡箱联用）。用五芯插头线连接应变仪和预调箱。
（1）应变仪A、B、C接线柱不再接应变片，而D1、D、D2接线柱上的连接片半桥测量时加，全桥测量时去掉。
（2）半桥测量单点补偿时，先将C排接线柱上五点连接片去掉，然后将各点的测量片和被偿片分别接到平衡箱A、B和B、C接线柱上。
（3）半桥测量5点公共补偿时，可将各点的测量片接到A、B接线柱上，并将C接线柱用5点连接片连好并旋紧，在B、C间接入补偿片。
（4）半桥测量10点公共补偿时，可在（3）的基础上再将两排C接线柱用导线短接起来。
(5)全桥测量时，全部连接片去掉，分别在A、B，C、D接线柱上接入测量片和补片。
(6)多台平衡箱联用时，当某点预调平衡或测量时，除该台平衡箱开关置于相应某点位置外，其余各台平衡箱的开关均应置于“切换”位置上。
五、仪器使用的准备工作
请按下列步骤顺序进行：
1．首先确定是使用外接直流稳压电源还是干电池供电．注意将干电池装入仪器中时正负极一定要正确；外接直流稳压电源插头上极性应与图6所示一致。当干电池已装入仪器中，再外接直流稳压电源时，只要将外接直流稳压电源直接插入到仪器后面的面板上即可。
2．D1、D、D2用连接片短接起来并旋紧，在A、B与B、C间接入用胶木密封的2X120Ω精密线绕无感电阻，其中两根相同颜色线分别接入到A、C接线柱上，另一根颜色接入到B接线柱上。
3．先按下“基零”琴键开关④。
4．按下电源开关①。仪器显示应为0000(一0000)或零值附近值。
5．按下电源检测开关②，如发光二极管很亮，说明干电池充足；如发光二极管较暗，说明干电池已不充足，此时最好更换电池，如果确认干电池是充足的，则此项内容可省略。
6．按下“测量”档琴键开关⑥，调节“调零”电位器⑧，使仪器显示为0000或一0000。
六、仪器的使用
1.根据实际测量情况，确定好测量桥的联接方式，详见(四)中的3．4中的内容。
2．按下电源开关①，仪器预热30min。
3．按下“基零”琴键开关④，仪器显示应为0000(一0000)，如显示不为零值，可调节后面板上“调基零”电位器，使仪器显示为零值。
4．如果应变片灵敏系数不为2.00时，按下“标定”琴键开关⑤，调节“灵敏度”电位器，使仪器显示为该灵敏系数所对应的标定值，参阅表l与式(1)进行。
注意：当“灵敏度”电位器调节好后，在整个测量过程中不允许再调节该电位器。
5．按下“测量”档琴键开关。
注意：如果是单点测量(即测量点未经预调平衡箱)，可调节应变仪上“调零”电位器 ⑧；如果是多点测量，则不可再调节应变仪上的“调零”电位器⑧，每点测量桥路的预调 平衡方式须通过调节预调平衡箱所对应的电位器来实现。
预调平衡方式有两种情况， a．将所有点测量桥路的平衡都调节在0000(或一0000)值上；b．将所有点测量桥路的平衡进行粗略调节，即每个桥路的初始值不尽相同。
6．测量值记录；采用逐点测量逐点记录方式。
对于5a情况：应变仪读值即为每点试件测量值。
对于5b情况：测量前必须读取初始值，加载后记录末读数，末初读数之差，才为试件测量值。
七、测量值修正
符号说明：将得到的测量值用ε表示；修正后测量值用ε’表示。
1．采用不同桥路结构形式
当同一测量桥路中设有1片工作片，1片补偿片时，对测量值不需要进行此项修正。当测量桥路中有2片或4处工作片时，需要对测量值分别按下式进行修正。
半桥（2片工作片）： 式（2）
全桥（4片工作片）： 式（3）
2．测量长导线修正
当应变片与预调平衡箱或应变仪之间的联接的导线较长时，设导线电阻的阻值为r（Ω），由于r串联接入桥臂，但r不随应变而变化，从而使测试桥臂阻值的相对变化率减小，从应变仪上得到的测量显示值也相对减小，所以测量导线较长必须对测量值进行修正。
式（4）

对半桥（（1）1片工作片、1片补偿片 （2）2片工作片）、全桥测量方式上式式（4）均适用。
长导线联接示意图如图7所示。

图7
3．桥路非线性修正
当测量大应变并且桥路中只有1片工作片时（2片工作片及全桥测量时不需要进行此项修正），桥路输出电压与实际应变值之间的关系为非线性，非线性误差（相对误差）为： ，因而在大应变测量时对测量值需要进行修正。
式（5）
一般当应变测量值大于1000με时进行此项修正。
注意：式（5）计算时分母项κε的乘积必须是无量纲的，微应变转为应变进行计算。如得到的测量值为+1200με，则需要转为：1200微应变→1200×10-4应变。

试验四 钢桁架静力试验
一、试验目的
1．把试验二所贴的电阻片进行试验，验证贴片效果。总结经验与体会。
2．进一步学习掌握电测技术和应用。
3．学习加载方法。
4．通过对桁架杆内力（应变）的测定，进行钢桁架结构杆件分析。学习结构静荷载试验全过程。
二、试验设备和仪器
1．钢桁架结构，跨度1=6.0m，高度h=0.6m上，下弦用一对角钢2∠50×5（面积F=9.606cm2），腹杆为一对钢钢2∠40×4（面积F=6.172cm2）
桁架简图如下：

2．油压千斤顶。
3．荷重传感器。
4．YJ—26静态电阻应变仪及顶调平衡箱。
三、试验步骤
1．计算桁架杆件内力的理论值，准备与实测值对比之用。
2．复查试验桁架就位，支承等是否正常。（试验时注意侧向稳定）
3．检查自己所贴的电阻片是否完好，并做记录。
4．往预调平衡箱做半桥多点测量、接测点导线。
5．各自把自己的测点试调平衡。
6．对桁架进行预载试验。加载10KN，检查桁架工作状态及仪表是否正常。稳压5分钟后卸荷。
7．试验时E点最大集中荷载用20KN（考虑侧向望而压步杆稳定安全）分五级加载，每级4KN，稳载后3分钟开始测读。（考虑到0荷载时，桁架初始应力不明确—为什么？用第一级荷载4KN做初读数）每级荷载各测点要反复读两次（相差不能超过5με）各测读数记附表上。
8．满载后分二次卸载，并记录读数。
9．重复做一遍以便对照。
四、试验结果的整理分析
1．绘制所测杆件在20KN作用下的荷载一应变曲线。

2．比较桁架杆件在各级荷载下内力的实测值与理论值（伯桑比μ=0.3）
3．按试验目的的进行分析总结。

16

建筑结构试验实验指示书
建筑结构试验课程实验电阻应变仪记录与整理表 附表
试验内容

仪器的灵敏系数K’
应变片电阻值 Ω
应变片灵敏系数
修正系数K’/K
仪器型号及编号
测
点
序
号
多
点
箱
号
初读（一）
初读（二）
第一次
第二次
第三次
第四次
第四次
卸荷（一）
卸荷（二）
0KN
0KN
KN
KN
KN
KN
KN
KN
KN

时 分
时 分
时 分
时 分
时 分
时 分
时 分
时 分
读 数
读 数
读数
增量(10-6)
读数
增量(10-6)
读数
增量(10-6)
读数
增量(10-6)
读数
增量(10-6)
读数
增量(10-6)
读数
增量(10-6)
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

测点
布置
简图

备

注

试验日期

记 录
年 月 日

整 理