钢结构设计原理钢结构设计原理试验指导书试验指导书华 南 农 业 大 学水利与土木工程学院试验项目试验项目：钢梁抗弯试验一、试验目的一、试验目的1. 了解百分表的安装使用，并用直读法绘制试验梁的 P—f 曲线；2. 学会电阻应变片的粘贴方法，掌握贴片技术；3. 学会使用电阻应变仪测量梁的应力；4. 测定梁纯弯段正截面上的应力分布规律，将实测值与理论计算值进行比较；二、试验仪器设备二、试验仪器设备1. 工字型钢梁（#14，Q235，支座跨距为 1.6 米）2. 液压伺服加载装置（100kN）3. 静态电阻应变仪4. 百分表（0～10mm）5. 电阻应变片（120.0±0.1Ω，灵敏度系数 2.0）三、试验前准备三、试验前准备1. 试件试件采用如图 1 所示的工字型钢梁，#14，长度为 2000mm，跨径为1600mm，两点集中加载图 1 钢梁的加载2. 试验前准备在试验前，须填写好“原始数据” ，否则不能参与试验3. 加载装置加载装置如图 2 所示带传感器的 100kN 液压千斤顶（手动和自动）伺服系统施加荷载；静态应变仪收集钢梁上下翼缘板的应变（应力）数据；安装百分表，用以测量钢梁的竖向挠度和侧向位移。
图 2 加载装置4. 张贴应变片应变片的张贴位置如图 3 所示图 3 张贴应变片四、试验步骤四、试验步骤（一）粘贴应变片（老师准备）1、 选片：首先检查应变片的外观，剔除敏感栅出现形状缺陷、片内有气泡、霉斑、锈点的应变片，再用电桥测量应变片的电阻值，并进行阻值选配 2、 打磨：选择的构件表面待测点需经打磨，打磨后表面应平整光滑，无锈点3、 画线：被测点精确地用钢针画好十字交叉线以便定位 4、 清洗：用浸有酒精的药棉清洗欲测部位表面，清除油垢灰尘，保持清洁干净 5、 粘贴：将选好的应变片背面均匀地涂上一层粘结剂，胶层厚度要适中，然后将应变片的十字线对准构件欲测部位的十字交叉线，轻轻校正方向，然后盖上一张玻璃纸，用手指朝一个方向滚压应变片，挤出气泡和过量的胶水，保证胶层尽可能薄而均匀，再用同样的胶粘贴引线端子 6、 固化：贴片后最好自然干燥几小时，必要时可以加热烘干 7、 检查：包括上观检查和变应片电阻及绝缘电阻的测量 8、固定导线：将应变片的两根导线引出线焊在接线端子上，再将导线由接线端子引出 图 4 粘贴应变片示意图（二）固定钢梁并加载1、 按图 1 所示的位置，固定钢梁2、 加载至预加载 P0=5kN，预加载、卸载反复 2 次，观察试验装置和仪器工作情况，然后将应变仪、百分表重新调零，归正，以消除初始状态的各种无关因素引起的误差；3、 加载方案按下列分组所示分级、缓慢缓慢加载，并记录相应的数据，注意试件的变形情况。
液压泵：1 组：5kN、15kN、25kN、35kN、40kN；2 组：5kN、10kN、20kN、30kN、40kN；手动泵：3 组：5kN、15kN、25kN、35kN、40kN；4 组：5kN、10kN、20kN、30kN、40kN；4、 当加装至 40kN，停止加载，记录相应的数据；试验完毕，缓慢缓慢卸掉载荷，整理好所用仪器设备，清理试验现场，将所用仪器设备复原后方可离开实验室5、 将直角坐标 Y 轴设为 P（荷载） ，X 轴设为 ε（应变）及 f（挠度） ，画出荷载应变（P-ε）和荷载挠度（P-f）曲线，按要求完成实验报告三）静态电阻应变仪的使用1、 按图5所示接线，将5个测点按单臂半桥接线法连入电阻应变仪：单臂半桥接线法是在AB 桥臂上接工作应变片（以下简称工作片） ，B’C’桥臂上接补偿应变片（以下简称补偿片） ，补偿片也可接在任一测量通道的B、C接线柱上，多点测量时常用这种接线方法图 5 单臂半桥接线法2、 将静态电阻应变仪后面板开关置打开位置，标定开关向下，分别调节R0、R1、R2、R3、R4、R5电位器，使之显示“00000” ，顺时针调节显示“+” ，反之则为“—” 。
3、 预热 30 分钟后，将后面板上标定开关拨向上，同时调节“灵敏度电位器” ，使显示为“10000” με，灵敏度调好后，把标定开关拨向下位置4、 应变仪是按 K=2.0 设计的，所用电阻应变片 Kn 值不是 2.0 时，查应变仪上Kn 值对应的标定值，如 Kn 值 2.1 时标定值为 9524，调节后面板上灵敏度电位器显示应为 9524此时 K 值已修正其中，εx=10000·（2.0/Kn） 五、试验报告数据记录和整理五、试验报告数据记录和整理试验报告内容包括：试验名称、试验目的、试验装置草图、试验仪器及规格、表1~表4试验数据记录和计算结果、绘制P-f 和P-ε曲线，实验及理论计算结果，问题讨论等表 1 原始数据表截面规格单位截面高度 Hmm截面宽度 Bmm屈服强度 fyMPa弹性模量 EMpaIycm4Ixcm4Acm2Wxcm3Wycm3表2 电阻应变仪测试数据记录电 阻 应 变 仪 读 数（με） 编号载荷 P（kN ）S1ΔS1S2ΔS2S3ΔS3S4ΔS4S5ΔS51 2 3 4 5表 3 百分表测量数据记录百 分 表 读 数（mm）编号载荷P（kN）f1Δf1f2（跨中）Δf2初始读数12345表 4 P=40kN 时应力试验结果与理论计算比较各 测 点 应 力 值 （MPa）测点S1S2S3S4S5 实验值 理论值 相对误差% 六、问题讨论六、问题讨论1. 工字型钢梁的破坏往往是什么破坏，为什么？2. 钢梁竖向挠度与理论计算的挠度相同吗？为什么？附录 静态电阻应变仪的基本工作原理应变测量时，欲测试件或构件表面某点的相对变化量ΔL/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ΔR/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 ΔR，就可求得应变 ε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 U0 为供桥电压，Ui 为电桥输出电压，R1~R4 为电阻应变片图6 测量电桥根据电桥原理可得在电桥中R1=R2=R3=R4=R，若R1、R2、R3、R4 均有相应的电阻增量ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4 时，电桥输出电压（忽略高次微量）将（1）式代入（3）式，则由此可得应变仪的读数应变 εd 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。