土木工程专业《结构实验与检测加固》结构实验

Experimental Teaching Center of Civil Engineering

土木工程实验教学中心

土木工程专业土木工程专业《结构实验与检测加固》《结构实验与检测加固》

结构实验结构实验



前言前言《结构实验与检测》课程是土木工程专业为本科学生《结构实验与检测》课程是土木工程专业为本科学生开设的一门专业限选课，是一门实践性很强的专业技术课开设的一门专业限选课，是一门实践性很强的专业技术课程。通过课堂讲授和实验两方面的教学环节，使学生掌握程。通过课堂讲授和实验两方面的教学环节，使学生掌握结构实验、检测鉴定与加固等方面的基本知识和基本技能，结构实验、检测鉴定与加固等方面的基本知识和基本技能，并能根据工程实际需要，完成一般土木工程结构实验从设并能根据工程实际需要，完成一般土木工程结构实验从设计、实验测试到结果分析全过程，能对危旧工程结构进行计、实验测试到结果分析全过程，能对危旧工程结构进行现场检测、可靠性鉴定及加固设计，培养学生的观察力、现场检测、可靠性鉴定及加固设计，培养学生的观察力、综合分析能力、动手能力及独立解决问题的能力。综合分析能力、动手能力及独立解决问题的能力。

土木工程学院School of civil engineering

目录目录

实验一电阻应变片的粘贴实验一电阻应变片的粘贴实验二常用机械式仪表的使用技术实验二常用机械式仪表的使用技术实验三电阻应变仪测量技术实验三电阻应变仪测量技术实验四钢筋混凝土简支梁受弯破坏实验实验四钢筋混凝土简支梁受弯破坏实验实验四实验四 (( 备选备选 )) 钢筋混凝土连续梁破坏实验钢筋混凝土连续梁破坏实验实验五结构动力特性测实技术实验五结构动力特性测实技术实验五实验五 (( 备选备选 )) 捶击法结构动力特性模态分析实验捶击法结构动力特性模态分析实验

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目录目录

实验六回弹法检测混凝土抗压强度技术实验六回弹法检测混凝土抗压强度技术

实验七超声波检测混凝土裂缝深度技术实验七超声波检测混凝土裂缝深度技术

实验七实验七 (( 备选备选 )) 超声波检测混凝土不密实区和空洞缺陷超声波检测混凝土不密实区和空洞缺陷

实验八建（构）筑物动力特性现场实测技术（脉动法）实验八建（构）筑物动力特性现场实测技术（脉动法）

实验九结构模型设计制作与小型检测装置开发实验九结构模型设计制作与小型检测装置开发

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实验一电阻应变片的粘贴实验一电阻应变片的粘贴

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实验一

电阻应变片的粘贴·

一、实验目的

1 ．了解应变片的选取原则及质量鉴别方法。2 ．掌握应变片的粘贴工艺与粘贴技术。

二、实验仪表及工具

序号仪器名称数量

1 普通型数字万用表 1

2 兆欧表 1

3 常温普通型电阻应变片 6

4 钢筋或混凝土试块 2

5 电烙铁、剪刀等工具　6 塑料薄膜、导线等器材　7 粘合剂、丙酮等化学试剂　



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实验一


三、实验步骤

1 ．选择应变片：（ 1 ）选择应变片的形式和规格时，应注意所测试件的材料

性质和试件所处的受力状态。针对匀质材料制成的试件，一般选用普通型小标距应变片；对于非匀质材料制成的试件，应该选用大、中型标距的应变片；试件处于平面应变状态时应选用应变花片。

（ 2 ）分选应变片时，首先应对选定的应变片逐片进行外观检查，要求应变片丝删平直，片内无气泡、霉斑、锈点等缺陷，否则应以剔除。然后用万用表逐片测定其电阻值，并依据电阻值的大小分组。同一组应变片的阻值偏差不得超过应变仪可调平的允许范围，一般为 ±0.6Ω 左右。



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实验一


三、实验步骤

2 ．选择粘合剂：粘合剂分为两大类，即胶剂粘合剂和水剂粘合剂。具体选

用应视应变片基底材料和试件材质的不同而异。通常要求粘合剂具有足够的抗拉和抗剪强度，蠕变小，绝缘性能好等特点。目前在匀质材料试件上粘贴应变片时，较多地采用氰基丙烯酸类水剂粘合剂，如 KH501 、 KH502 快速胶。在混凝土等非匀质材料试件上贴片时，常采用环氧树脂胶。



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实验一


三、实验步骤

3 ．测点表面清理：为了使应变片与测点表面粘贴牢固，测点表面必须清理擦

洗干净。对于匀质材料试件的表面，先用工具或化学试剂清除贴片处的漆皮、油污、锈层等污垢，然后用锉刀锉平表面，用80# 砂纸初次打磨光洁，再用 120# 砂纸将表面打磨成与测量方向成 45°的细斜纹。吹去浮尘后用脱脂棉球蘸上丙酮、甲苯或四氯化碳等溶剂擦洗试件表面，直至棉球不沾灰为止。此后，在试件处理完的表面上画出测点定向标记，等待贴片。



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实验一


三、实验步骤

3 ．测点表面清理：为了使应变片与测点表面粘贴牢固，测点表面必须清理擦

洗干净。对于匀质材料试件的表面，先用工具或化学试剂清除贴片处的漆皮、油污、锈层等污垢，然后用锉刀锉平表面，用80# 砂纸初次打磨光洁，再用 120# 砂纸将表面打磨成与测量方向成 45°的细斜纹。吹去浮尘后用脱脂棉球蘸上丙酮、甲苯或四氯化碳等溶剂擦洗试件表面，直至棉球不沾灰为止。此后，在试件处理完的表面上画出测点定向标记，等待贴片。



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实验一


三、实验步骤

4．应变片的粘贴与干燥：当选用 KH502 胶粘贴应变片时，应准备簿膜若干片；薄

膜材料应不溶解于 KH502 胶，常用的有聚乙烯薄膜。使用时将聚乙烯薄膜裁成小块，每块面积约为应变片基底面积的三倍左右。贴片时，先在试件表面的定向标记处及应变片基底上分别均匀地涂抹一薄层粘贴胶，稍等片刻胶层即开始发粘，此时迅速将应变片按正确的方向位置贴上，然后取一块聚乙烯薄膜盖在粘贴了的应变片上，用手指稍加压力后，等待干燥。当在混凝土表面贴片时，一般应先用环氧树脂胶作找平层处理，待找平胶层完全固化后再用砂纸打磨光滑，擦净后用 502 胶水或环氧树脂胶均可粘贴电阻应变片。



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实验一


三、实验步骤

当室温高于 15℃和相对湿度低于 60%时可采用自然干燥法，干燥时间一般为 24 ～ 48 小时。室温低于 15℃或相对湿度大于 60%应采用人工干燥法，但是在人工干燥前必须经过 8小时自然干燥。人工干燥常用红外线灯烘烤的方法，且控制烘烤时的温度不得高于 60℃，一般烘烤 8 小时即可达到要求。

5 ．焊接导线：先在离开应变片引出线 3～ 5mm处粘贴接线片，接线片

粘贴牢固后再将引出线焊接于接线片上，最后把测量导线的一端与接线片连接，另一端与应变仪测量桥路连接。



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实验一


三、实验步骤

6 ．应变片的粘贴质量检查：（ 1 ）用兆欧表量测应变片的静态测量绝缘电阻应大于 200Ω 。（ 2 ）观察应变片的零点漂移。将应变片接入电阻应变仪，三

分钟之后观察应变片的零点漂移情况，若漂移值小于 5认为合格。（ 3 ）检查应变片的稳定性。这时对接入应变仪测量桥的应变

片进行电阻调平，若使用非直流电桥的应变仪时，还需进行电容调平。当电阻电容均调平衡后，用手指接触应变片敏感栅部位，此时应变仪的表头指针将偏离零点；当手指离开后应变仪的表头指针时应该回零，此时则认为该应变片工作稳定。若检查的结果是绝缘电阻低、零点漂移大或工作不稳定时，则说明该应变片测定工作状态不良，该将此应变片铲除重新粘贴。



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实验一


三、实验步骤

7．防潮防水处理：如果应变片处于湿度较大的使用环境下，或者应变片贴在实

验周期较长的试件上使用时，都需要对应变片采取防潮措施。防潮措施必须在检查应变片粘贴质量合格后马上进行。防潮处理的简便方法是用松香、石蜡或凡士林涂于应变片表面，使测片与空气完全隔离，达到防潮的目的。防水处理一般采用环氧树脂胶遮盖的方法。常用的环氧树脂胶配方：环氧树脂：邻苯二甲酸二丁脂：乙二氨 =1 ：（ 0.1～ 0.15 ）： (0.06 ～ 0.09)。


实验二常用机械式仪表使用技术实验二常用机械式仪表使用技术

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实验二

常用机械式仪表使用技术·

一、实验目的

1 ．了解各种机械式仪表的构造原理和安装调试方法。2 ．掌握机械式仪表的测试方法，熟悉仪表刻度、量程与测

量精度的关系，标距与应变的关系。3 ．了解结构静力实验的荷载分级方法和加载制度。



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实验二



1标准钢梁：长 L=1.6m，截面 b×h=20×15mm2 ，弹性模量 E=2.1×105N/mm2 1个

2 支座架 1副3 荷载吊具 2枚4 砝码一套（每枚重 49N） 6枚5 百分表 3 块6 千分表 1 块7 手持应变仪 1套8 附着式应变计 1套9 磁性表座 4个




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实验二


三、仪表的安装与调试实验装置、测点布置及测点编号如图 2-1 所示

1 、 3 、 4测点为百分表 2 测点为千分表 5 测点为手持应变仪 6 测点为附着式应变计



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实验二


三、仪表的安装与调试

1 ．百分表与千分百分表与千分表均用于测量位移和挠度变形。在测量读数

时，表读数应读至最小刻度后再估读一位数，并以mm为单位记录。

2 ．手持应变仪使用手持应变仪时，应首先在试件表面上安装标脚，标脚

的间距视手持应变仪的标距而定。数据测量时，将仪器的两个插轴安放于标脚的锥形小穴中，注意此时插轴必须与试件表面垂直，然后读取仪表示值。读数方法与百分表、千分表相同。



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实验二


3 ．附着式应变计附着式应变计是由一块千分表（或百分表）、一个测杆

及两个固定的标脚所组成。测量读数方法与千分表、百分表的读数方法相同。

四、确定加荷制度

标准钢梁实验的加荷程序按如图 2-2 所示，分三级加载，每级在梁两端各加 49N荷重砝码，每级荷载间的间歇时间根据结构变形值是否稳定、以及测量读数是否完成而确定，每增加一级荷载或卸一级荷载都应时刻观察钢梁的应变和挠度变化情况，并记录各仪表读数。

图 2-2 加载程序图



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实验二


五、实验步骤 :

1. 选定测点位置。2. 在各测点上安装仪表，检查仪表是否进入正常工作状态。3 ．加荷之前，同时记录各仪表的初读数。4．分级加荷载，每级两端各加 49N重的砝码，每加完一级

荷载即记录仪表读数，直至满载 3×2×49=294N为止。5 ．满载后分级卸载，每卸一级荷载，各仪表记录一次读数，

直至荷载卸至为零。


实验三电阻应变仪测量技术实验三电阻应变仪测量技术

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实验三

电阻应变仪测量技术·

一、实验目的

1 ．掌握电阻应变仪测量桥路的基本原理。2 ．熟悉电阻应变仪测量桥路的各种连接方式与读数间的关系。



1标准钢梁：长 L=1.6m，截面 b×h=20×15mm2 ，弹性模量 E=2.1×105N/mm2 1个

2 支座架 1套3 荷载吊具 2枚4 砝码一套（每枚重 49N） 6枚5 BZ2206 型静态电阻应变仪 1台6 导线、螺丝刀等工具　



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实验三


三、实验装置与测点布置

实验装置、电阻应变片布置及测点编号如图 3-1 所示。其中R1 、 R2 、 R3 、 R4用于量测梁跨中截面的最大应变； R5 为温度补偿片，布置于梁的不受力截面处； R6 用于测量梁的横向应变。

图 3-1 实验装置、电阻应变片测点布置图



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实验三


四、静态电阻应变仪测量原理及其使用说明

1. 静态电阻应变仪的测量原理（ 1 ）电阻应变仪预调平衡箱：图 3-2

为应变仪预调平衡箱原理图， ABCD组成测量桥路。 R1 、 R2 、 R3 、 R4均为工作

片时，组成全桥测量。若用 R3 ′ 、 R4 ′

（仪器内部标准电阻）代替 R3 、 R4 时，

组成半桥测量。其中 Ra 与 Rt 组成电阻预

调平衡线路。这样当Rt 的触点分别左右滑

动时，就可以使电阻达到平衡。图 3-2 预调平衡原理图



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实验三



（ 2 ）全桥电路：全桥电路是在测量桥的四个臂上全部接入工作片，见图 3-3 （ a）所示。其中相邻臂上的工作片兼作温度补偿片用，桥路输出为：（ 3-1 ）

1 2 3 4(4BD

UU K ）

（ 3 ）半桥电路：半桥电路由两个工作片和两个固定电阻组成，见图 3-3 （ b）所示。工作片接在 AB和 BC臂上，另外两个桥臂上为设在应变仪内部的固定电阻，此时桥路输出为：

（ 3-2 ）1 2(

4BD

UU K ）



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实验三



a 全桥电路 b 半桥电路

图 3-3 标准使用电路



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实验三



（ 4）桥臂系数：桥路输出灵敏度取决于应变片在受力构件上的贴贴位置和方向，以及它在桥路中的接线方式。根据各种具体情况进行桥路设计可得到桥路输出的不同放大系数。放大系数以 A表示，称之为桥臂系数。因此试件的实

际应变值应该是测读应变 ε0 与桥臂系数 A的比值，即： 0 / A

2. BZ2206 型静态数字应变仪使用说明（ 1 ） K 值修正（ 2 ）应变片的连接及测量（ 3 ）半桥法测试（ 4）全桥法测试



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实验三


五、实验步骤

该实验共有如图 3-5 所示的八种桥路连接线路，分半桥和全桥两组实验进行测量。

图 3-5 桥路接线图



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实验三


五、实验步骤

1 ．半桥测量 ⑴ 将仪器中“全桥 /半桥”转换开关扭向半桥，并按图 3-5 中①、

②、③、④、⑤、⑥所示的方式接好各桥路。 ⑵ 转换测点切换开关，依次对各测点进行调零，并检查各测点应

变片工作是否正常。 ⑶ 记录各测点的初始值。 ⑷ 对钢梁分级加载，每级荷载两端各施加 49N重的砝码，待变形

稳定后开始记录各测点读数。共分三级加载，最大荷载为 3×2×49=294N，分别记录每级荷载作用下钢梁各个测点的应变值。

⑸ 满载后再分级卸载，每卸一级荷载，测读各点记录一次数据，直到荷载为零。

⑹ 从加载至卸载结束后，拆去各通道上的测点接线。



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实验三


五、实验步骤

2 ．全桥测量将仪器中“全桥 /半桥”转换开关扭向全桥，按图 3-5 中

⑦、⑧所示的接线图式接好桥路，其余步骤可按半桥实验中的⑵、⑶、⑷、⑸、⑹步骤进行。

实验完毕后，关闭应变仪电源，并将所有仪器设备放回原处。


实验四钢筋混凝土简支梁受弯破坏实验实验四钢筋混凝土简支梁受弯破坏实验

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实验四

钢筋混凝土简支梁受弯破坏实验·

一、实验目的

1 ．掌握制定结构构件实验方案的原则，设计简支梁受弯破坏实验的加荷方案和测试方案，并根据实验的设计要求选择实验测量仪器仪表。

2 ．观察钢筋混凝土受弯试件从开裂、受拉钢筋屈服、直至受压区混凝土被压碎这三个阶段的受力与破坏全过程，掌握适筋梁受弯破坏各个临界状态截面应力应变图形的特点。

3 ．能够按照国家规范要求，对使用荷载作用下受弯构件的强度、刚度以及裂缝宽度等进行正确评价。



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实验四


二、使用设备和仪表

序号仪器名称数量序

号仪器名称数量

1 静载反力实验装置 1套 9 X-Y 函数记录仪 1台

2 20t 液压千斤顶配高压油泵 1台 10 电测位移计 1台

3 荷载分配梁 1根 11 千分表 6 块

4 20t或 10t荷载传感器 1个 12 百分表 8 块

5 滚动和铰支座若干 13 附着式应变计的标脚 16个

6 支撑架 2个 14 附着式应变计的测杆 8个

7 静态电阻应变仪 2台 15 磁性表座 7个

8 动态电阻应变仪 1台 16 螺丝刀、导线和工具　



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实验四


三、实验方案

1 ．试件设计混凝土强度等级为 C20 ，钢筋为Ⅰ、Ⅱ级，试件配筋详见

图 4-1 。

图 4-1 简支梁结构图



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实验四


三、实验方案

2 ．加荷方案 ⑴ 利用静载反力实验台上液压设备和荷载分配梁系统，

对梁跨三分点处施加集中荷载，以便在跨中形成纯弯段。载荷装置如图 4-2 所示。实验荷载理论计算和实验设备强度验算应在正式实验前完成。

⑵ 荷载分级原则上是以正常使用阶段荷载标准值的 20%为一级，开裂荷载附近加载量应适当减少，不宜大于正常使用阶段荷载标准值的 5%。超过正常使用极限状态以后，每级加载量减少至荷载标准值的 10%，接近极限承载能力时，每级荷载不宜大于 5%。



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实验四


三、实验方案

图 4-2 加荷装置图



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实验四


三、实验方案

3 ．测试方案 ⑴ 根据简支梁的内力和变形特点，一般应在最大应力截面和

最大挠度截面处布置测点。由于本实验采用了三分点加载方式，跨中纯弯段内梁的弯矩

最大，且该区段内各截面最大应力相等。因此，在纯弯段内任选两个截面，沿梁截面高度上分别布置四个混凝土应变测点，以观测该截面处混凝土压应变和中和轴的变化情况。在梁纯弯段内受拉钢筋的五个截面处布置了 10个应变测点，以观测钢筋的应变状态。为了解试件的变形情况，沿梁长（包括梁的跨中和两个集中力作用点处）布置了一定数量的位移传感器。考虑到支座处可能也有下沉，在支座处也安装了千分表。



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实验四


三、实验方案

图 4-3 测点布置图



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实验四


三、实验方案

⑵根据量程和精度要求选择各种量测仪器仪表本次实验采用如下仪表：

a)混凝土应变 h1 -h8 ，采用附着式应变计测量。

b)受拉主筋应变 s1- s10 ，采用静态电阻应变仪和函数

记录仪。

c) 梁的挠曲变形 f1-f7 ，采用百分表、千分表和位移计。

d) 荷载测量选用 20t或 10t应变式荷载传感器，接入动态电阻应变仪，输出到函数记录仪自动记录。



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实验四


四、实验步骤

1.按照加荷方案配备加荷设备，安装试件，固定加荷系统。2.按照观测方案，安装、调试测试仪器及仪表。3.将各测点进行编号，并记录试件初始缺陷或裂缝等。4.统一读取初读数，并按加载制度进行加载实验。每加一级荷载后

均应测读记录一次各个测点的数据，并密切观察构件裂缝开展和变形情况。

5. 实验期间和实验完毕后，应描绘试件裂缝展开图及破坏特征图，包括裂缝出现时的荷载值，裂缝出现的位置、宽度以及破坏特征等均应标注在图中。

6. 实验完毕后应卸去荷载，拆除仪表，关闭仪器，并清理实验现场。


实验四实验四 bb 钢筋混凝土连续梁破坏实验钢筋混凝土连续梁破坏实验

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实验四b

钢筋混凝土连续梁破坏实验·

一、实验目的

1 ．掌握制定结构构件实验方案的方法，设计两跨连续梁的加荷方案和测试方案，并根据实验设计要求选择合适的实验设备和测量仪表。

2 ．观察钢筋混凝土连续梁裂缝出现和发展过程、支座截面塑性铰的形成和构件内力重分布的全过程，以及结构从开裂、受拉钢筋屈服、直至受压区混凝土被压碎三个阶段的破坏全过程。

3 ．熟悉弯矩调幅法的基本概念，结合实验现象分析保证弯矩调幅完全实现的措施与条件。



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实验四b


二、使用设备和仪表序号仪器名称数量序

号仪器名称数量

1 静载反力实验装置 1套 9 X-Y 函数记录仪 1台2 20t 液压千斤顶配高压油泵 1台 10 电测位移计 2台3 荷载分配梁 1根 11 千分表 6 块

4 20t或 10t荷载传感器 1个 12 百分表 20块

5 滚动和铰支座若干 13 附着式应变计的标脚 16个

6 支撑架 3个 14 附着式应变计的测杆 8个

7 静态电阻应变仪 2台 15 磁性表座 19个

8 动态电阻应变仪 1台 16 螺丝刀、导线和工具　



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实验四b


三、实验方案

1 ．试件设计混凝土强度等级为 C20 ，钢筋为Ⅰ、Ⅱ级，试件配筋详见

图 4b-1 。

图 4b-1 简支梁结构图



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实验四b


三、实验方案

2 ．加荷方案⑴ 利用实验台上液压加载设备和分配梁系统，对试件各跨

跨中施加集中荷载，加荷装置如图 4b-2 所示。实验荷载理论计算和实验设备强度验算应在正式实验前完成。

图 4b-2 加荷示意图



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实验四b


三、实验方案

3 ．测试方案⑴ 根据连续梁的内力和变形特点，应在控制截面处布置测

点。为判定塑性铰是否出现，需要观测 B支座截面和左、右跨中截面受拉钢筋的屈服应变。为计算连续梁出现塑性铰时各截面所承担的弯矩，测定 B支座的反力是不可少的。为了推算出连续梁的塑性铰转动角值，应该沿梁跨度布置众多位移计以测定各截面的位移，以便计算试件的曲率、确定塑性铰区长度、分析试件内力和变形等。测点布置方案如图 4b-4所示。



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实验四b


三、实验方案

图 4b-4 测点布置图



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实验四b


四、实验原理

1.弹性阶段当连续梁各个截面均未开裂时，构件处于弹性阶段。B支座截面的弯矩与施加的荷载存在如下关系式：

6

32BM PL

2.弹塑性阶段当加载至跨中截面开裂时，由实验可测得跨中截面开裂时的荷载，这时已有了内力重分布现象，跨中开裂时相应的开裂弯矩严格地说已不能按照弹性理论计算。对应的各截面弯矩和支座反力计算如下：



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实验四b


(2 )2Ay y By

LR P R

1

2By Ay yM R L P L

1

1

2 AyM R L

A支座反力

B支座弯矩

跨中弯矩

3. 塑性阶段此时由于 B支座塑性铰的形成，其截面中的弯矩保持

在值处，不再随外荷载的增大而改变，连续梁的工作状态已转化为简支梁的工作状态，即增加的外荷载△P全部由跨中截面来承担，直至跨中截面出现塑性铰时，连梁宣告破坏。



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实验四b


五、实验过程

1. 按照载荷方案配备加荷装置，试件就位并安装固定加荷系统。2. 按照测试方案，安装调试全部测试仪器、仪表。3. 测点编号，并记录试件初始缺陷或裂缝等有关的问题。4. 统一读取初读数，按加载制度进行加载实验，每加一级荷载均

应读取所有测点的数据，并密切观察构件裂缝开展和变形情况。5. 实验期间和实验完毕后，应描绘实验破坏特征图，包括裂缝出

现时的荷载、位置走向、宽度等破坏特征。6. 实验结束后应卸掉荷载，拆除仪表，关闭仪器并清理实验现场。


实验五结构动力特性测试技术实验五结构动力特性测试技术

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实验五

结构动力特性测试技术·

一、实验目的

1 ．了解结构动力特性实验测试系统的组成及拾振器的工作原理和使用技术。

2 ．掌握用自由振动法和强迫振动法测定结构的固有频率。3 ．了解用频谱分析程序计算结构的频率、阻尼等动力特性。


序号仪器名称数

量序号仪器名称数

量

1 信号发生器 1套 5 计算机动测信号分析系统 1套

2 891-Ⅱ型拾振器 4 个 6 2801液压伺服系统 1套

3 891-Ⅱ型放大器 1台 7 振动台 1台

4 智能型数据采集仪 1个 8 螺丝刀、导线和工具



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实验五


三、实验步骤

1 ．自由振动实验对被测结构施加外力，使其产

生初始位移；然后突然移去外力，结构即开始自由振动。此时让计算机开始采样，可以边采样边示波，记录结构自由振动的衰减曲线波形。当采样完毕后，波形的数据将被自动存盘。若信号一切正常，即可退出采样程序；若信号溢出时，调整放大倍数重新采样，直至满意为止。图 5-2 自由振动的时域衰减曲

线



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实验五


三、实验步骤

2 ．强迫振动实验通过伺服液压系统的信

号发生器给振动台输入一组不同频率的正弦波信号 1.5Hz、 2.5Hz、 3.0Hz……等，使被测试件在正弦波扫描下受迫振动。记录不同频率结构的时域振动曲线（如图 5-3所示），即可得到结构模型相应的振幅值。

图 5-3 强迫振动的时域振动曲线



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实验五


四、数据处理

1 ．自由振动应用 “DASP”分析软

件进行频谱分析，可以得到结构的自振频率、阻尼等动力特性。采样结束退回到 DASP-ET 界面主菜单时，点击频谱分析菜单，并在频谱分析菜单下调出自由振动实验的数据波形，进行频谱分析。图 5-4 自由振动频谱分析图



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实验五


四、数据处理

2 ．强迫振动应用 “DASP”分析软件，分别记录结构在不同干扰

频率下的时域波形图和振幅值，振幅值填入记录表 5-1 中。

表 5-1 实测频率 - 振幅记录表

干扰频率 f(HZ) 1.5 2.5 3 3.5 3.8 4.1 4.5 5 8

实测振幅值 A′ 　　　　　　　　　

放大倍数 V 　　　　　　　　　

实际振幅 A=A′/V 　　　　　　　　　


实验五实验五 b b 捶击法结构动力特性模态分析捶击法结构动力特性模态分析

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实验五b

捶击法结构动力特性模态分析·

一、实验目的

1 ．了解捶击法结构动力特性模态分析实验仪器和测试系统。2 ．掌握应用捶击法结构动力特性模态分析实验方法。3 ．掌握用模态分析程序（ DASP-2005 ）分析结构的各阶振

型、频率、阻尼等动力特性。

二、模态分析实验设备和测试系统序号仪器名称数

量序号仪器名称数量

1 三层钢结构框架模型 1套 5 计算机模态分析系统 1套2 891-Ⅱ型拾振器 4 个 6 荷载传感器 1个3 891-Ⅱ型放大器 1台 7 动态电阻应变仪 1台4 智能型数据采集仪 1台 8 打印机 1台



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实验五b


二、模态分析实验设备和测试系统

图 5b-1 仪器配套与测试系统装置图

1 ．钢结构模型试件、 2. 891-Ⅱ型拾振器、 2 、荷载传感器、 3. 891-Ⅱ型放大器、 3 、 .动态电阻应变仪、 4. 高精度智能数据采集仪、 5. 计算机模态分析系统、 6. 打印机



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实验五b


三、实验模型

试件为一个三层钢结构框架模型。各层的钢板与柱通过角钢用螺栓连接。钢材 Es=206×103N/mm2 ，质量密度 ρ=78.50kN/m3 ，各层层高h=164mm，楼层钢板尺寸： 350×250×8 mm3 ，底座尺寸： 350×450×20mm3 ，柱子尺寸： 156×30×2 mm3 ，拾振器重： 0.35Kg，荷载传感器重： 0.15Kg。



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实验五b


四、测点布置

图 5b-2 结构模型和测点布置图

模态分析实验的方法有三种：多输入单输出、单输入多输出、多输入多输出。本实验采用单输入多输出的方法，即在模型结构的第三层沿 Y向安置了一个 20N的荷载传感器，作为实验捶击点。结构模型及其测点布置如图 5b-2所示。



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实验五b


五、实验步骤

1.按仪器连接图的顺序连接好各仪器。2.把拾振器用螺栓固定在模型的各个测点上，拾振器的方向与

测试方向 Y一致。荷载传感器安装在顶层捶击点处。3.将各测点上的传感器接入动态电阻应变仪和放大器。再将从

动态电阻应变仪输出的荷载信号和 891-Ⅱ型放大器输出的各测点振动信号依次接入信号采集仪。4. 对接入放大器各通道的信号进行调试。5.设置参数，检查各通道工作是否正常，各通道信号是否溢出，

采样参数设置。6 ．实验数据采样。



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实验五b


六、数据模态分析1 ．传递函数计算在进行模态拟合前，必须先分析各测点的传递函数。在捶击荷

载 P作用下，分别对各测点上的响应信号进行传递函数计算，其中包括功率谱分析、相干函数分析等。具体步骤根据“DASP”操作程序说明进行。

2 ．模态分析根据模态分析程序使用说明，需要进行以下操作：（ 1 ）参数设置。（ 2 ）输入模型结构的几何信息及约束条件。（ 3 ）模态拟合。（ 4）振型编辑。（ 5 ）显示及打印报告。


实验六回弹法检测混凝土强度技术实验六回弹法检测混凝土强度技术

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实验六

回弹法检测混凝土强度技术·

一、实验目的1. 掌握回弹法检测混凝土抗压强度的方法；2. 掌握混凝土碳化深度的检测方法。

二、实验设备

序号仪器名称数量序号仪器名称数量

1 回弹仪 6个 3 钢砧 1个

2 酚酞酒精溶液 1瓶 4 标准混凝土构件



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实验六


三、回弹仪的使用与维护

1 ．对于非指针直读式混凝土回弹仪，必须经过鉴定，性能稳定可靠方可使用。

2 ．回弹仪超过鉴定有效期限或累计弹击次数超过 6000 次，应送鉴定单位鉴定。

3 ．其它情况导致测量数据不可信、撞击、损坏后，也应送鉴定单位。



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实验六


检测结构或构件混凝土强度可采用两种方式：1 ．单个检测：适用于单独的结构或构件； 2 ．批量检测：适用于在相同生产工艺条件下，混凝土强度等级相同，

原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致，且龄期相近的同类构件。按批进行检测的构件，抽检数量不得少于同期构件总数的 30%，测区数量不得少于 100个。所选构件应具有一定的代表性。

四、检测技术



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实验六


1 ．回弹值测量回弹仪的轴线应垂直于检测面，缓慢施压，准确读数，快

速复位。测点宜在测区范围内均匀分布，同一测点只允许弹击一次。每一测区应记取 16个回弹值，读数精确至 1 。

2 ．碳化深度值测量应选择不少于构件的 30%测区数，在有代表性的位置上测

量碳化深度值。在测区表面凿开直径约 15mm的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度，除净粉末和碎屑，用浓度为 1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，再用测量已碳化和未碳化混凝土交界面到表面的垂直距离多次，取其平均值，即为混凝土的碳化深度值。读数精确至 0.5mm。

五、实验内容



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实验六


1 ．回弹值的计算计算测区平均回弹值时，应从该测区的 16个回弹值中剔除

3个最大值和 3个最小值，然后将余下的 10个回弹值按下列公式计算：

2 ．混凝土强度换算值的计算根据平均回弹值和平均碳化深度值，选取适合的测强曲线，

确定每个测区混凝土强度的换算值。测强曲线包括统一曲线、地区曲线、专用曲线三类。

六、数据处理

10

10

1 i

i

m

RR

ccuf

ccuf



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实验六


3 ．混凝土强度计算结构或构件的测区混凝土强度平均值根据各测区的混凝土

强度换算值计算。当测区数为 10个及以上时，应计算强度标准差。平均值及标准差按下列公式计算：

六、数据处理

n

fm

n

i

cicu

f ccu

1

,

1

22

,,

n

mnf

scicu

ccu

f

cicu

f



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实验六


4 ．结构或构件的混凝土强度推定值(1) 当该结构或构件测区数少于 10个时：

六、数据处理

(2) 当该结构或构件的测区强度值中出现小于 10.0 MPa时：

(3) 当该结构或构件测区数不少于 10个或按批量检测时，应按下列公式计算：

ccuecu ff min,,

MPa 10.0, ecuf

ccu

ccu ffecu smf 645.1,



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实验七

超声波检测混凝土裂缝深度技术·

一、实验目的1 ．了解混凝土超声波无损检测的基本原理。2 ．了解和掌握一般混凝土超声波检测分析仪的操作和使用。3 ．掌握用 NM-4B型非金属超声波检测分析仪对混凝土裂缝深

度进行检测。

二、实验设备序号仪器名称数量序号仪器名称数量

1NM-4B型超声波检测分析仪 1台 4 电源 1个

2 50Hz探头 1对 5 被测试件

3 凡士林或黄油耦合剂 6 测试电缆线 2根



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实验七


三、裂缝深度检测1 ．试件：被测试件是一个 800mm×500mm×500mm素混

凝土试件，强度等级为 C25 ，其内有一深度为 170mm的裂缝。2 ．实验准备：在被测试件上分别画出不跨缝和跨缝的两组间

距为 100mm、 150mm、 200mm……的测距，如图 7-1 所示。并对测位表面进行平整、清洁处理。

图 7-1 测缝试件测点布置图



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实验七


三、裂缝深度检测3 ．声参量检测：（ 1 ）不跨缝的声时测量；（ 2 ）跨缝的声时值测量

图 7-2 平测“时 -距”图图 7-3 绕过裂缝声时示意图



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实验七


三、裂缝深度检测4 ．裂缝深度计算：（ 1 ）按前述介绍的方法，仪器自动进行数据处理，并计算出

裂缝深度。（ 2 ）按《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（ CECS21:200

0 ）中 5裂缝深度检测的计算方法进行计算。裂缝深度按下式计算；

0 2/ 2 ( / ) 1ci i i ih l t v l

1

1n

hc cii

m hn


实验七实验七 b b 超声波检测砼不密实区和空洞缺陷超声波检测砼不密实区和空洞缺陷

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实验七b

超声波检测砼不密实区和空洞缺陷·

一、实验目的1 ．了解混凝土超声波检测缺陷的基本原理。2 ．掌握一般混凝土超声波检测分析仪器的操作使用。3 ．掌握用 NM-4B型非金属超声波检测分析仪对混凝土的缺陷

检测方法。

二、实验设备序号仪器名称数量序号仪器名称数量

1NM-4B型超声波检测分析仪 1台 4 电源 1个

2 50Hz探头 1对 5 被测试件

3 凡士林或黄油耦合剂 6 测试电缆线 2根



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实验七b


三、混凝土缺陷检测1 ．试件：被测试件是一个 800mm×500mm×500mm的素

混凝土试件，标号为 C25 其中有一个 100mm×100mm×500mm的缺陷，如图 7b-1 。

图 7b-1 测缺试件图



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实验七b


三、混凝土缺陷检测

2 ．实验准备（ 1 ）在试件两对互相平行的测试面上分别画出等间距的网格

50mm×50mm，并编号确定对应的测点位置。测点混凝土表面应清洁、平整。必要时用砂轮磨平或用高强度的快凝砂浆找平。并要与混凝土粘结良好。测点编号如图 7b-2 a、 b 所示。

（ 2 ）将发射和接收换能器分别接在仪器的对应端口上，接通仪器电源，按下主机电源开关，电源指示灯亮，几秒钟后，仪器屏幕显示系统主画面。



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实验七b


三、混凝土缺陷检测3 ．声参量检测由主界面选择“检测”按钮进入超声检测状态。①在此状态

下按“参数”按钮进行参数设置。②调零，参数设置完成后，按“调零”按钮进行调零检测。③采样，当换能器耦合在被测点后，按采样键仪器开始发射超声波并进行采样。

(a) A-A、对称面（ b ） B-B 、对称面图 7b-2 测缺试件测点布置图



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实验七b


三、混凝土缺陷检测4 ．测缺数据分析（ 1 ）用 NM-4B型超声波检测分析仪自动进行数据分析处理，

计算并判别出测位砼声学数据中的异常值。（ 2 ）根据采集到的两组声时值进行人工数据处理判断，参照

《超声法检测砼缺陷技术规程》中不密实区和空洞检测中数据处理及判断。

5 ．缺陷位置和空洞大小的确定（ 1 ）当测位中某些测点的声学参数被判为异常值时，可结合

异常值测点的分布及波形状况确定砼内部存在不密实区和空洞的位置及范围。



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实验七b



（ 2 ）用以下方法估算该空洞大小。如图 7b-3 所示，设检测距离为 L，空洞中心（在另一对测试面上声时最长的测试点位置）距一个测试面的垂直距离为 Lh ，声波在空洞附近无缺陷混凝土中

传播的时间均值为mta ，绕空洞传播的时间（空洞处的最大声时）

为 th ，空洞半径为 r。

图 7b-3 空洞尺寸估算原理图

( ) / 100%h ta taX t m m

/hY l l

/Z r l



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实验七b



表 7b-2

根据 X、 Y值，可由表 7b-2 查得空洞半径 r与测距 L的比值 Z，再计算空洞的大致半径 r。

X Y

Z0．

05 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30

0.10(0.90)

1.42 3.77 6.26

0.15(0.85)

1.002.56 4.06 5.97 8.39

0.20(0.80)

0.782.02 3.18 4.62 6.36 8.44 10.9 13.9

0.25(0.75)

0.671.72 2.69 3.90 5.34 7.03 8.98 11.2 13.8 16.8

0.30(0.70)

0.601.53 2.40 3.46 4.73 6.21 7.91 9.38 12.0 14.4 17.1 20.1 23.6

0.35(0.65)

0.551.41 2.21 3.19 4.35 5.70 7.25 9.00 10.9 13.1 15.5 18.1 21.0

0.40(0.60)

0.521.34 2.09 3.02 4.12 5.39 6.84 8.48 10.3 12.3 14.5 16.9 19.6

0.45(0.55)

0.501.30 2.03 2.92 3.99 5.22 6.62 8.20 9.95 11.9 14.0 16.3 18.8

0.50 0.50 1.28 2.00 2.89 3.94 5.16 6.55 8.11 9.84 11.8 13.3 16.1 18.6


实验八建（构）筑物动力特性现场实测实验八建（构）筑物动力特性现场实测

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实验八

建筑物动力特性现场实测技术·

一、实验目的

1 ．了解脉动测试法的基本原理，掌握用脉动法测试结构的固有频率、阻尼及振型的方法；

2 ．熟悉常用结构动力特性测试系统的组成和相关仪器的使用方法；

3 ．熟悉建（构）筑物动力特性现场实测的基本方法和一些应该注意的问题； 4．掌握 DASP分析软件，并对实测数据进行结构动力特性

分析。



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实验八


二、实验设备

序号仪器名称数量序号仪器名称数量1 891-Ⅱ型拾振器 6个 4 笔记本电脑 1台

2 891-Ⅱ型放大器 1台 5DASP 软件系统 1套

3INV306U智能信号采集 1台 6 打印机 1台

1. 被测结构物 2. 891-Ⅱ型拾振器 3. 891-Ⅱ型放大器 4. INV306U智能信号采集仪 5. 数据采集分析系统 ( 计算机和 DASP 软件系统 ) 6. 打印机

图 8-1 测试系统装置图



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实验八


三、实验内容

求学生以组为单位，采用脉动法对校园内某栋建筑物（例如土木实验大楼）进行动力特性现场测试，并独立完成、提交实测分析报告。

四、实验步骤

1. 收集资料2. 环境调研3. 选择测试仪器安放位置4. 确定测试方案5. 测点布置



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实验八


6. 拾振器安装7. 仪器连接与测点调试8. 数据采集（ 1 ）首先完成文件参数设置。（ 2 ）选择采样型式，程序中有三种不同的采样方式可供

选择，随机采样、触发采样及多次触发采样。（ 3 ）选择采样频率：采样频率可以按分析频率和采样频

率两种方式设置。（ 4）增益和量程设置：对于幅值较小的信号可进行放大。（ 5 ）采样长度设置：可按采样时间长度和采样块数两种

方式来设置。



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实验八


9. 数据分析处理（ 1 ）时域分析：通过时域分析找出该次实测数据的最大

值、最小值、平均值、平均峰值等。（ 2 ）频谱分析：有四种频谱方法可供选择。幅值谱Pea

k（反映信号谐波的单峰值）、幅值谱 Rms（反映信号谐波的有效值）、功率谱（反映信号谐波的能量，等于有效值的平方）、功率谱密度（反映随机信号的频谱能量分布）。

选择其中一种方法即可进行该结构的频率、阻尼等动力特性的分析计算。幅值谱Peak 反映信号的谐波单峰值，进行振型分析时也可选用此方法。


实验九结构模型设计与检测装置开发实验九结构模型设计与检测装置开发

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实验九

结构模型设计与检测装置开发·

一、实验目的

1 ．倡导和发扬我校求实、创新的学风，培养和锻炼大学生的实践能力和探索精神 ;

2 ．通过要求参赛大学生综合应用结构和美学等多方面知识，自主进行模型结构的设计，提高我校大学生的综合素质。

二、结构模型设计题目

题目为“输电塔结构模型设计与制作” 今年年初，我国南方发生了罕见的雪灾，从新闻中我们

常可以看到一些输电塔倒塌。专业组题目要求学过结构的广大学子，发挥自己的想象和利用学过的结构知识，设计一款输电塔模型，并可以承受一定的水平和竖向荷载。



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实验九


三、宣传报道



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实验九


四、结构模型设计报名



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实验九


五、结构模型设计要求说明会



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实验九


五、结构模型设计要求说明会



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实验九


六、结构模型设计开展过程



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实验九





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实验九





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实验九





结束结束

Documents

土木工程专业 《 结构实验与检测加固 》 结构实验

土木工程专业《结构实验与检测加固》结构实验