课程介绍 课程名称： 结构试验B（上） 课程性质： 专业课 授课学时： 16学时 授课对象： 土木水利专业 任课教师： 谢海波 长沙理工大学土木工程学院 2023.9 四个试验项目 知识单元名称 简支钢桁架非破损试验 课次 第1讲 授课类型 理论课□讨论课□实验课☑习题课□其他□ 学时 4 课程目标与要求 通过对桁架结构的试验，加深学生对桁架结构的构成和力学特点的理解，培养学生的学习兴趣、工程素养与专业技能，掌握相关实验方法，并能分析实验数据，得到合理结论，并培养倾听其他团队成员的意见，组织/领导团队完成工作的能力。 本单元重点 与难点内容 重点： 桁架的构成和受力特征、对称性、计算简图 难点： 节点位移的试验值计算、变形理论值正负号物理含义、结果图 教学内容 实验方案设计、试验目的、加载方案与方法、误差的概念及其分析、试验报告的撰写、实验数据的预判与处理、梯形图处理法等 教学过程设计： 教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等 通过对桁架结构的工程应用从桁架构成和受力特点分析引入怎么用试验手段使 其体现在实验数据的直观化，适当设计一些对基本概念：“误差”“应变”等的提问进行互动，培养学生勤于思考、善于思考的习惯，通过试验教学培养学生动手操作能力和灵活应用所学知识解决工程复杂问题的能力。 作业与 思考题设置 1、桁架的主要工作特性是什么？ 2、百分表有几种安装方法，在加载过程中百分表读数变化值正负号对于正装与倒装分别有何物理含义？ 3、静态电阻应变仪的漂移分几种，对试验结果有何影响？ 4、实际荷载值与理论荷载值是否相同，加载杠杆上为什么加焊钢板？ 5、对称性、对称荷载的含义及在本试验中的符合程度如何？并分析其差别产生的原因。 6、节点挠度理论值计算结果正负号的物理意义？ 7、对应变仪、百分表进行调零与读取初值的优劣分析。 8、应变的原始概念、误差的原始概念，通过两个概念的回顾对学习有何启发？ 9、荷载试验方案设计包括哪八个方面？计算简图包括哪五个方面？ 10、桁架结构的工程应用主要在哪些领域？（理论拓展与应用） 11、桁架结构的设计与制作要注意哪些问题？（理论拓展与应用） 12、加载杠杆上加焊的钢板为什么要立焊？ 学习效果、学生反馈、反思改进措施等 通过对学生的课堂互动和实验操作观察、试验报告中发现的问题进行归纳总结并通过文档形式反馈给学生，及时进行教学总结，在下次教学中及时采取针对性措施进行改进，使学生不断取得进步。 备注 运用PPT进行电化教学，节约板书和画图时间。 知识单元名称 钢筋混凝土梁正截面破坏试验 课次2023-09-27 第2讲 授课类型 理论课□讨论课□实验课☑习题课□其他□ 学时 4 课程目标与要求 通过对钢筋混凝土梁的正截面破坏试验，加深学生对适筋梁的变形和受力特点的理解，了解适筋梁的变形和受力的特点、平截面假定，对变形与刚度的内在关系和裂缝开展对刚度的影响进行研究，能够运用结构试验知识和相关计算软件与现代试验仪器进行结构试验设计、受力分析与结构计算，掌握相关实验方法，并能分析实验数据，得到合理结论。 本单元重点 与难点内容 重点： 适筋梁的概念和受力特征、对称性、计算简图、纯弯段、裂缝展开图、变形理论值与实验值的计算。 难点： 适筋梁的配筋率及破坏特征，支座的功能与作用；变形与刚度的内在关系和裂缝开展对刚度的影响研究。 教学内容 适筋梁的概念、平截面假定、裂缝展开图、破坏的判断标准、P---M图、试验报告的撰写、实验数据的预判与处理等，弯矩图与应变变化之间的关系 教学过程设计： 教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等 通过从适筋梁的概念和破坏标准进行阐述转入适筋梁的工程应用和 受力特点分析引入怎么用试验手段使其体现在实验数据的直观化，适当设计一些基本问题：“钢筋混凝土梁的分类”“破坏标准的理论根据”等的提问进行互动，培养学生勤于思考、善于思考的习惯，培养逻辑思维能力和口头表达能力，通过试验教学培养学生动手操作能力和灵活应用所学知识解决工程复杂问题的能力。 作业与 思考题设置 1、适筋梁的概念？ 2、简述适筋梁破坏判断标准。 3、简述钢筋混凝土适筋梁的破坏过程？ 4、通过对应变的测试怎么计算结构内力？ 5、简述裂缝对钢筋混凝土结构刚度和受力的影响。 6、反位加载法有什么优点？ 学习效果、学生反馈、反思改进措施等 课堂通过对“适筋梁”、“平截面假定”等问题及弯矩与应变对应关系的提问与学生的互动，引发学生的思维兴趣和引导正确的思维方式，通过实验操作观察、试验报告中发现的问题进行归纳总结并通过文档形式反馈给学生，及时进行教学总结，在下次教学中及时采取针对性措施进行改进，使学生不断取得进步，提高教学效果。 备注 先进行与该试验相关的理论知识讲授，再进行分组试验操作。 知识单元名称 结构动力特性测定试验 课次 第3讲 授课类型 理论课□讨论课□实验课☑习题课□其他□ 学时 4 课程目标与要求 （1）通过简支结构的模态试验，掌握模态试验的方法和主要内容，了解模态试验的全过程及每个环节应注意的事项，初步熟悉模态参数识别的基本方法。 （2）通过简支结构的模态试验，获得简支结构（悬臂）的模态频率，模态阻尼，模态振型。 （3）初步了解结构模态参数对分析结构设计、评定结构动态特性的作用，培养分析和处理试验数据能力。 本单元重点 与难点内容 重点：模态测试方法原理、测试方法，测试原理分析，数据采集方案确定，模态测试软件的使用，振型数据的评判和分析。 难点：模态参数对分析结构设计、评定结构动态特性的作用。 教学手段 以计算机多媒体、板书、实例演示、互动总结、线上线下混合教学、理论与实际相结合等教学手段，讲解实验原理及实验操作流程。 教学内容 1、试验目的、对象、装置介绍； 2、详细讲解试验方案（测试方案）、信号处理方案的制定及怎样实现该方案； 3、测试原理，激励方法的探讨； 4、怎样选择传感器、采样频率，采用怎样的算法进行数据分析，初始估计的重要性，如何保存数据等； 5、试验中一些常见问题如何解决； 6、仪器设备的操作及使用，动力测试软件的培训及正确使用等； 7、报告的撰写 教学过程设计： 教学方法及手段、课堂互动题设置等 重实验采用预约制，要求学生试验前必需进行必要的课前准备，复习相关内容。围绕试验目的进行方案制定的讲解，在讲解过程中多与学生互动，换位思考，尤其在制定试验方案和规范执行的过程中容易犯的错误，一些实际的问题要详细讲解。同学们经过三年大学学习，已经具备有一些必备的理论知识，但在遇到实际问题是往往不会应用这些知识，在测试过程中对测试数据、振型结果的不理解，在试验过程中及时提醒学生。 教学改革措施 这是一个测试结构自振特性的试验，同学们需要从梁安装开始独立完成整个试验，直至整理分析得到模态参数，机会难得，同学们比较珍惜这难得的机会，试验中同学们对试验过程中出现的一些现象感兴趣，特别是锤击测试方法和大型测试软件的使用等。不过在试验中也出现了一些不理想的地方，如部分同学结构动力学的知识缺乏，有限元分析水平不高，部分同学参与试验的积极性不够，试验报告重复率较高，在后续的教学过程中应加强引导和改进。 作业与 思考题设置 【作业】：实验报告。 【思考题】： 简述动力测试方法的试验要点 课程思政 【思政教育】结合工程实际讲述动力特性试验对于工程本身、社会国家的作用于意义。 学习效果、学生反馈、反思改进措施等 通过网络教学平台、微信、QQ、电话等方式及时与学生保持联系与沟通，以利教学相长，师生共同进步。 备注 知识单元名称 结构数值仿真试验 课次 第4讲 授课类型 理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□ 学时 4 课程目标与要求 学会使用软件MIDAS/Civil对各种结构进行分析计算。 本单元重点 与难点内容 重点： (1) 使用软件MIDAS/Civil对桁架结构进行分析计算； (2) 使用软件MIDAS/Civil对刚架结构进行分析计算； (3) 使用软件MIDAS/Civil对连续梁结构进行分析计算； (4) 使用软件MIDAS/Civil对连续结构进行分析影响线计算； 难点： 手算与理论计算结果对比分析。 教学手段 以计算机多媒体、板书、实例演示、互动总结、线上线下混合教学、理论与实际相结合等教学手段，讲解实验原理及实验操作流程。 教学内容 提前一周预约实验，实验预约时交给各班《实验预习要点》（电子版本和打印稿各一份），让学生在实验前熟悉实验的目的、方法和实验过程。让学生在实验前复习五种横向分布理论计算方法；通过实验过程的图片让学生了解实验过程。 实验前授课： 讲解使用有限元软件进行结构电算的应用范围，特别是在工程领域，讲解在房屋建筑、桥梁分析、隧道、轨道交通和水利建设应用。 实验中： 按照同步操作的方式，同步讲授，学生同步操作，完成四个例题的操作。每个大步骤间歇，回答同学问题。试验过程全程录像，上课完成后，将文件拷贝给学生。 按照每两学生一台电脑，协同完成。 实验后： 每人完成一到计算题，要求使用电算和手算分析计算，然后进行比较。 教学过程设计： 教学方法及手段、课堂互动题设置等 主要以课堂讲授与学生动手操作为主，并适当结合一些工程实际结构来讲解，使学生掌握软件MIDAS/Civil的使用与意义，并能够独立完成试验。 讲授过程中，结合工程实例进行启发教学，通过与学生讨论的形式讲解本实验软件的基本原理、意义，遇到工程实际问题该采用何种方法来解决。 教学改革措施 1.课堂讨论、课堂互动题目的设置要合理有效； 2.采用多种教学方法（启发、设问、练习、总结归纳、课堂讨论、课堂互动）、手段（多媒体、音频、视频、动画、板书以及现场演示实验操作流程等）； 3.课后知识拓展，与实际工程相结合； 4.通过课堂互动、讨论以及实验操作，培养学生沟通、交流、团队协作、自主探究以及动手的能力。 作业与 思考题设置 【作业】：实验报告。 【思考题】： 软件计算结果与手算结果有什么不一样？ 课程思政 【思政教育】通过使用软件MIDAS/Civil的便捷与其应用价值，对我们有和启发？ 学习效果、学生反馈、反思改进措施等 及时进行教学课后反思与总结 备注