《结构实验》教学大纲
《Structural Experiment》teaching syllabus
学时：27学时 学分：1.5学分
课程性质：必修 实验学时：10 实验个数：5个
适用专业：道路桥梁与渡河工程 课程代码：BB0433**
大纲执笔人：武征霄 大纲审定人：王新元
一、实验课的性质与任务
《结构实验》是以实验技术为手段，通过测量反映结构或构件实际工作性能的有关参数，从而判断结构承载能力和安全储备的一门实验科学。它是发展结构计算理论、解决工程设计方法的主要手段之一，与结构理论、结构计算共同组成结构工程学科的主干内容，在结构理论创新与工程实践检验方面起着重要作用。
《结构实验》这门学科的任务是在结构物或实验对象（或模型）上，使用仪器设备，利用各种实验技术，在荷载（重力、机械扰动、地震作用、风荷载等）或其他因素作用下，通过量测与结构受力或变形性能有关的各类技术参数，从强度、刚度和抗裂性以及结构实际破坏形态来判明建筑结构的实际工作性能、承载能力和相应的安全度，为结构的安全使用和设计理论提供重要依据。
二、实验目的与要求
结构实验的目的依据其性质与任务通常可分为生产性实验与科学研究性实验。
生产性实验用于结构的设计与施工鉴定，工程改建或加固后结构实际承载能力确定，已建结构可靠性与剩余寿命的估计，预制构件的质量鉴定等方面。
科学研究性实验的目的是验证结构设计计算的各种假定；通过制定各种设计规范，发展新的结构设计理论，改进设计计算方法；为发展推广新结构、新材料及新工艺提供理论与实践的经验。
具体要求如下：
理论课要求掌握结构实验设计所包含的基本内容：如试件设计、荷载方案制定、量测整体安排、数据分析整理、现象结果总结分析及实验报告的编写。能够对基本构件的单调加载静力实验做出正确实验设计，内容包括试件的安装与加载方法，实验项目和测点布置（挠度测量、应变测量、裂缝测量、受弯塑性铰测量）等。这些内容对于学生今后从事生产性实验或科学研究性实验均打下一定牢固基础。
实验课要求明确每一次实验的目的、方法与步骤，弄清与本次实验有关的基本原理，实验所涉及到的仪器设备，应熟悉掌握其具体操作步骤，实验数据正确，误差分析有理有据。
实验一、电阻应变片的粘贴技术（4学时）
实验目的：
熟悉电阻应变片的构造与种类，掌握电阻应变片的粘贴工艺、工作特性等级及常用胶粘剂和防潮剂。
实验要求：
熟悉实验所用仪器设备；
熟悉电阻应变片的粘贴、检查、连接引线焊接与保护等每一操作步骤；
掌握电阻应变片的粘贴工艺、工作原理、主要技术指标与种类划分；
掌握电阻应变片的粘贴工艺、工作特性等级及常用胶粘剂和防潮剂；
实验报告应独立完成，内容齐全，工整规范，符合标准格式；
实验思考题应独立完成。
实验二、电阻应变片灵敏系数测定（4学时）
实验目的：
掌握电阻应变片灵敏系数K值的物理意义与测定方法。
实验要求：
熟悉静态电阻应变仪、等强梁等、带测电阻应变片实验所用仪器设备；
熟悉实验方法及每一具体操作步骤；
实验报告应独立完成，内容齐全，工整规范，符合标准格式；
实验思考题应独立完成。
实验三、电阻应变仪测量应变（4学时）
实验目的：
掌握惠斯登不同桥路的接线方法、工作原理以及电阻应变仪测量应变的具体操作步骤。
实验要求：
掌握静态电阻仪的工作原理与不同桥路的接线方法；
熟悉半桥、全桥弯曲等不同桥路的温度补偿技术与测量灵敏度的放大；
熟悉仪器、仪表的主要性能指标及选用原则；
结构实验前如何对仪器设备进行具体标定；
实验报告应独立完成，内容齐全，工整规范，符合标准格式；
实验思考题应独立完成。
实验四、常用机械式量测仪器的构造与使用（2学时）
实验目的：
掌握常用机械式量测仪器的构造与使用原理。
实验要求：
熟悉百分表、千分表、手持式应变仪、读数显微镜等常用机械式量测仪器的读数方法、基本操作步骤与工作原理。
正确分析实测等强梁的挠度值，与理论计算值的误差；
实验报告应独立完成，内容齐全，工整规范，符合标准格式；
实验思考题应独立完成。
实验五、回弹仪检测混凝土强度（2学时）
实验目的：
掌握回弹法检测混凝土强度的工作原理与实验方法。
实验要求：
了解非破损检测混凝土强度的基本方法；
掌握回弹值R、碳化深度dm的测定方法；
了解《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-92的具体要求；
实验报告应独立完成，内容齐全，工整规范，符合标准格式；
实验思考题应独立完成。
三、实验项目及内容提要
| 结构试验 （BB0430**） | |||||||||
| 序号 | 实验名称 | 学时 | 必开 | 选开 | 实验类型 | 内容提要 | |||
|
验 证
| 基本 操作 |
综 合
|
设 计
| ||||||
| 1 | 电阻应变片的粘贴技术 | 4 | √ |
|
| √ |
|
| 1、电阻应变片的工作原理、构造与种类； 2、试件表面清理（清理、打磨、画定位线等）； 3、应变片的选检； 4、粘贴质量检查； 5、连接引线焊接； 6、应变片的保护与密封； 7、试验报告整理。 |
| 2 | 电阻应变片灵敏系数测定 | 4 | √ |
|
| √ |
|
| 1、试验目的及测试系数的物理意义； 2、在等强梁上粘贴应变片； 3、将应变片接入应变仪； 4、分级加载并测试应变（加载、卸载3次）； 5、三组灵敏系数值的平均值。 6、试验报告整理。 |
| 3 | 电阻应变仪测量应变 | 4 | √ |
|
| √ |
|
| 1、惠斯登不同桥路的接线方法、工作原理； 2、仪器标定（量程、单位、灵敏度等）； 3、半桥单补桥路测试； 4、半桥互补桥路测试； 5、全桥互补桥路测试； 6、理论值与实测值误差分析； 7、试验报告整理。 |
| 4、 | 常用机械式量测仪器的构造与使用 | 3 | √ |
|
| √ |
|
| 1、常用机械式量测仪器的构造与使用； 2、等强梁厚度测试； 3、百分表安装； 4、测量支座至百分表距离； 5、记录百分表初始读数； 6、分级加载、卸载，测读百分表读数； 7、实测挠度与理论计算误差分析； 8、试验报告整理。 |
| 5、 | 回弹仪检测混凝土强度 | 3 | √ |
|
| √ |
|
| 1、回弹仪检测混凝土强度基本原理； 2、回弹仪构造及操作； 3、测区数目测定； 4、混凝土炭化深度量测； 5、回弹值平均值测定； 6、混凝土强度换算值； 7、试验报告整理。 |
四、实验报告的格式
基本内容：
1、 试验名称，试验日期，试验者及同组人员。
2、 试验目的。
3、 试验原理、方法及步骤简述。
4、 试验所用的设备和仪器的名称，型号（及编号）精度及量程等。
5、 试验数据及其处理：试验数据应包括全部的测量原始数据，并注明测量单位。最好以表格的形式，列出数据的运算过程。并根据数据处理和误差分析的要求给出试验误差。如试验只进行一次，则要求作定性的误差分析。最后将所得的结果作出曲线。
6、 分析讨论：应根据试验所得的结果及试验中观察到的现象，结合基本原理进行分析讨论，如试验的对象有理论解，则希望能与理论计算结果进行比较。
例：
试验4、常用机械式量测仪器的构造与使用
试验日期： 年 月 日
报告日期： 年 月 日
班级 姓名 学号
同组试验人
一、试验目的
认识结构检验中常用的各种机械式量测仪器并掌握其工作原理与使用方法；
二、试验内容（试验对象简介和考察）
1、接触式位移计：百分表、千分表（熟悉表盘刻度划分，掌握读数方法并动手安装百分表与磁性表座）；
2、手持式应变仪（
熟悉其工作原理与基本操作步骤）；
3、读数显微镜
（掌握其操作和读数方法）；
4、回弹仪
（掌握其操作和读数方法）；
5、实测等强度梁的挠度值，并与理论值相比较。
三、试验仪表及器材
1、等强度梁及附加装置；
2、钢尺；
3、百分表；
4、磁性表座。
四、等强度梁挠度测试试验步骤
1、测量等强度的厚度h(mm)；
2、在梁上安装带有磁性表座的百分表；
3、测量支座至百分表的距离x(mm)；
4、记录百分表的初始读数；
5、分级加载：0，5N，15N，25N（或0，1.96N，3.92N，7.84N），每次加载后测读百分表读数，并记入表格；
6、分级卸载：25N，15N，5N，0 （或7.84N，3.92N ，1.96N ，0），每次卸载后测读百分表读数，并记入表格；
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7、重复加载、卸载三次；
8、挠度计算理论公式：
L——加载位置到支座边缘距离，
P——荷载(N);
E——等强度梁弹性模量（2.1×105N/mm2）;
h——等强度梁厚度(mm);
x——百分表安装位置到支座边缘距离(mm)。
9、 误差计算。
10、计算表格
| 荷载（N） | 0 | 5 | 15 | 25 |
| 加载读数（mm） | | | | |
| 卸载读数（mm） | | | | |
| 平均差值（mm） | | | | |
| 加载读数（mm） | | | | |
| 卸载读数（mm） | | | | |
| 平均差值（mm） | | | | |
| 加载读数（mm） | | | | |
| 卸载读数（mm） | | | | |
| 平均差值（mm） | | | | |
| 三次平均差值（mm） | | | | |
| 实测挠度（mm） | | | | |
| 理论计算（mm） | | | | |
| 误差（%） | | | | |
五、误差分析
六、思考题
五、本课程考核方式、方法及实验成绩评定方法
本课程结业考试方式为闭卷。方法具体为成绩由试卷与平时两部分组成，比例为7 ：3。试题内容包括理论与试验课所讲述的基本内容，其中包含一定量的综合分析及能力提高类题目。平时成绩包括签到，课堂提问，随堂测试及试验报告质量等。
六、实验应配套的主要仪器设备及台（套）数（以一个实验教学班为标准）
| 序号 | 试验名称 | 仪器设备 | 台数 |
| 1 | 电阻应变片的粘贴技术 | 混凝土试块 | 4 |
| 应变片、棉球、丙酮、KH502胶电烙铁、焊条、胶布、石蜡 | 配套 | ||
|
|
| 万用表、兆欧表 | 4 |
| 2 | 电阻应变片灵敏系数测定 | 静态电阻应变仪 | 4 |
| 等强梁 | 4 | ||
| 待测电阻应变片 | 配套 | ||
| 3 | 电阻应变仪测量应变 | 静态电阻应变仪 | 4 |
| 等强梁 | 4 | ||
| 加载砝码（5N、10N、15N） | 配套 | ||
| 钢尺、游标卡尺 | 4 | ||
| 4 | 常用机械式量测仪器的构造与使用 | 百分表、千分表 | 4 |
| 手持应变仪、显微镜、回弹仪、磁性表座、钢尺、游标卡尺、加载砝码（5N、10N、15N）、等强梁 | 配套 | ||
| 5 | 回弹仪检测混凝土强度 | 回弹仪 | 4 |
| 钻锤、酚酞酒精、钢尺、游标卡尺 | 配套 |
附：教学参考书目
1. 建议使用教材：
（1）、《建筑结构试验》．姚振纲、刘祖华编著．上海：同济大学出版社，1996
（2）、《建筑结构试验》．易伟建、张望喜编著．北京：中国建筑工业出版社，2005
（3）、《桥梁结构试验指导书》讲课教师组编
2. 主要参考书：
（1）、《结构试验》．马永欣 郑山锁编著．科学出版社，2001
（2）、《建筑结构试验》．王娴明编著．北京：清华大学出版社，1988
（3）、《结构抗震试验》．朱伯龙主编．北京：地震出版社，1989
（4）、《结构试验与工程检测》．陈志鹏等编著北京：中国水电出版社，2005