实验基地

宣城校区综合实验室

一、基本情况

实验室隶属于土木与水利工程学院城市建设工程系,自2011年以来,宣城市政府和学校为全面提高宣城校区整体办学水平,进行了大力建设,投入了大量人力物力,实验室教学设施与环境建设的各项工作均取得了长足进展。截至201810月,在宣城校区综合二号实验楼建设了基础力学、工程测量、土力学、建筑材料、结构、路基路面等实验分室,在工程实践教学中心建设了流体力学和城市地下空间综合实验分室,实验室总建筑面积3084m2,设备总资产1043.5万元,其中价值1000元以上设备1060()

按面向授课学生划分,实验室包括基础力学和专业实验室两部分。其中基础力学实验室承担全校区基础力学平台课程的实验教学任务,面向城市地下空间、土木工程、水利水电、给排水科学与工程、农田水利、机械工程、机械设计、材料成型及控制、过程装配与控制、环境工程、测控技术与仪器等专业,包括理论力学(8h)、材料力学(16h)和工程力学(8h)各类实验课程;专业实验室承担城市地下空间、土木工程、水利水电、给排水科学与工程和农田水利等专业的专业实验课程教学任务,包括工程测量(16h)、现代变形观测技术(4h)、水力学/流体力学(16h)、土力学(8h)、土木工程材料(16h)、混凝土结构基本原理(8h)、结构试验与检测技术(4h)、路基路面工程(8h)、岩石力学(4h)等课程。实验室每年最多为4000多人次学生开设各类实验,总实验教学任务达到4.3万人时数。

二、主要实验室功能与特色

1基础力学实验室:建筑面积1268m2,设备总资产477万元。主要包括:1)机械性能测量室;2)光弹实验室;3)摩擦系数测定室;4)振动实验室;5)静力学实验室;6)多功能实验室;7)弯扭组合实验室;8)组合梁实验室。实验室以本科基础实验教学为主,每年承担全校各专业约1200多学生的理论力学、材料力学及工程力学课程的实验教学任务,同时为学生开展创新实践活动、教师开展科研及社会服务提供支持。目前,实验室可正常开设理论力学课程实验——摩擦系数测定、桁架静力学实验、振动参数测试与分析、隔振、动力消振等,共16学时实验;材料力学课程实验——材料的静态和疲劳力学性能的参数测定、梁纯弯曲和斜弯曲、薄壁圆筒弯扭组合实验、开口薄壁弯心测定、压杆稳定、偏心拉伸、组合梁、弹性常数及未知重量测定等各种状态下结构的应变测量及应力分析,共24学时。其中部分内容是本实验室自行开发的综合研究性实验。实验室还可以进行各种材料和产品的力学性能测定和分析、大型工程结构动静态检测与分析等。

1)机械性能测量分室(综合二号实验楼负一楼):主要设备包括1030t电子万能试验机3台,1000N·m电子扭转试验机2台,50t电液伺服疲劳试验机1台;100t电液伺服万能试验机1台,200t电液伺服压力试验机1台。

材料的机械性能测试在工程中广泛应用,它为机械制造、土木工程、冶金及其它各种工业部门提供可靠的材料的力学性能参数,便于合理地使用材料,保证机器(结构)及其零件(构件)的安全工作。电子万能试验机和扭转试验机可对各类工程材料进行拉、压、剪、扭、弯等力学性能测试试验,用于实验教学及各种科研和工程测试与分析。电液伺服疲劳试验机用于测定工程材料材料在交变循环加载作用下的疲劳寿命和疲劳极限。

本实验室可以开设五项共12h实验,主要实验内容包括:(1)拉伸试验:测定材料的弹性模量,验证胡克定律,拉伸强度性能指标(屈服点和抗拉强度);塑性指标(断后伸长率和断面收缩率)(2)压缩实验:测定材料的压缩强度性能指标(屈服点和抗压强度)(3)扭转实验:测定材料的切变模量验证剪切胡克定律,强度性能指标(扭转屈服应力和抗扭强度)(4)剪切实验:测定材料的剪切强度性能指标(抗切强度)(5)疲劳实验:不同频率的加载波形(正弦波、三角波、方波、斜波)循环载荷下的单轴拉压、三点弯曲和四点弯曲疲劳实验,测定材料的疲劳寿命和疲劳机械。

2)桁架梁实验分室(综合二号实验楼101)主要设备为桁架梁实验装置18套,每套包括焊接桁架梁、铆接桁架梁、铰接桁架梁和钢制补偿块各1件。桁架结构是一种由杆件彼此在两端用铰接、焊接或铆接而成的结构。桁架杆件主要承受轴向拉力或压力,从而能充分利用材料的强度,在跨度较大时可比实腹梁节省材料,减轻自重和增大刚度。

本实验室可以开设8h理论力学、材料力学和结构力学综合实验,其中桁架的受力分析涉及理论力学与结构力学课程,内力的测量则通过材料力学电测方法。通过桁架连接方式、可调加载和支撑位置实现实验内容的多样性。

3)振动实验分室(综合二号实验楼201):主要设备为动态信号测试分析系统18套,每套包括多功能信号源、功率放大器、电动振动台和动态信号测试分析系统数据采样仪;悬臂梁钢尺、带弹簧隔振器、大小铝制基座、ICP传感器、动力消振台;读数显微镜;计算机各1()

动实验是理论力学课程的重要的实践性教学环节。通过实验,不仅能验证理论,加深对理论的理解,同时也了解工程上进行振动实验和测试的仪器设备、测试方法。实验室可以开设6项共8h理论力学实验,主要实验内容包括:(1)加速度传感器校准实验(4h):掌握电荷放大器的使用方法、了解加速度传感器制造理论公式、掌握加速度传感器的标定方法。(2)单自由度自由振动(1h):得到单自由度自由衰减振动曲线,测量固有频率和阻尼。(3)单自由度受迫振动(1h):测试幅-频响应曲线,观察共振现象,测量固有频率和阻尼。(4)主动隔振与被动隔振实验(1h):测试隔振曲线,了解隔振测试与设计基本方法。(5)悬臂钢尺振动实验(0.5h):了解多自由度共振现象,固有频率测试和振型概念。(6)动力消振实验(0.5h):了解动力消振现象、原理和设计方法。选配速度、加速度传感器、力锤和电桥盒等辅件,本实验室的动态测试分析系统还可以用于实际工程结构的振动及动应变信号的采集与测量。


4)光弹实验分室(综合二号实验楼202):主要设备包括小型数码光弹仪设备和计算机18套。

光弹性实验是应力分析的一种重要方法,所得到的应力条纹既可以直观地显示全场范围内的应力分布变化情况;又可以精确显示局部区域应力集中引起的应力急剧变化情况,因此在分析构件内部的三维应力和确定应力集中程度方面具有很大的优势。本实验室可以开设共4h的小模型光弹性实验

     5)组合试验架实验分室(综合二号实验楼211)主要设备包括材料力学组合试验架和20点静态应变仪18套。

      材料力学组合试验架装置是我校自主研发,由秦皇岛信恒生产的实验教学设备,可以完成五项共10h的实验内容,其中三项为电测实验,分别为弯曲正应力、斜弯曲和偏心拉伸实验。电测技术是用电阻应变片测量构件的表面应变,再根据应力应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。至今仍是应用最广泛最有效的应力测量技术,是工程结构健康监测的一项重要测试手段。本装置开设的三项电测实验分别从纯弯曲基本变形,双向弯曲和拉弯组合变形,由浅入深训练学生的电测技能。本装置开设的另两项实验分别为开口薄壁截面弯心测定和压杆稳定实验,均是材料力学课程理论的重要延伸。

实验内容包括:(1)弯曲正应力实验:熟悉电阻应变测量技术的基本原理和方法;分别测定矩形、工字形及T形截面金属梁在纯弯矩作用下的正应力分布,比较各种截面的正应力分布规律熟悉各种平面图形的几何性质的分析方法,比在各种截面上的正应力分布规律。(2)斜弯曲实验:测定斜弯曲梁的应力分布,确定载荷作用方向,分析梁的中性层位置。(3)偏心拉伸实验:测定偏心拉伸试件的应力分布。(4)开口薄壁截面弯心测定实验:定开口薄壁杆件截面的弯曲中心;测量横力作用下开口薄壁杆件的扭转变形。(5)压杆稳定实验:测定单杆双铰、单杆固铰、双杆双铰及双杆固铰4种状态下的压杆临界压力测定,分析比较各种支座状态下的临界力。

6)弯扭组合实验分室(综合二号实验楼210)主要设备包括薄壁圆筒弯扭组实验装置和20点静态应变仪18套;80点静态应变仪2套。

弯扭组合变形是工程中最重要的组合变形,由于存在多种内力素产生的应力,构件处于复杂应力状态下。通过电测实验方法测定构件一点的应力状态,对于该类结构的强度分析和优化设计具有重要的工程应用价值。

本实验室可以开设2h的薄壁圆筒弯扭组合实验,通过本实验训练:(1)掌握应变花测试复杂应力状态下构件上一点的主应力大小及方向的半桥单臂电测法和理论计算;(2)掌握采用半桥双臂及全桥电测接法分离复合内力素产生的应变,测定弯矩、扭矩和剪力在构件横截面上分别产生的应力大小及理论计算;(3)掌握电测技术重要的组桥技巧,采用不同应变片的组合分离剪力和扭矩产生的应变,测定材料的切变模量等。


7)组合梁实验分室(综合二号实验楼212)主要设备包括材料力学组合梁实验装置1220点静态应变仪各18套。

组合梁实验装置是我校自主研发,由秦皇岛信恒生产的实验教学设备。该装置包括等截面组合梁和变截面多强度梁两部分,其中组合梁是根据我校参与的中科院项目——托卡马克EAST核聚变实验装置支撑的基础上研发的一个设计性实验项目。梁的组合方式考虑了不同材料、厚度、间隙、端部约束,由学生根据自身对材料力学理论课程掌握程度选择合适的难度进行实验和分析。在等强度梁上研发了弹性常数与未知重量测定实验项目,要求学生自行设计实验方案,综合考察材料力学性能、弯曲、能量法和电测方法等多个知识点。

2项共6h材料力学实验教学项目,主要实验内容包括:(1)组合梁实验(2h):用电测法分析不同材料、不同约束形式超静定结构一点应力(应变)变化规律,学习超静定结构由简单到复杂的理论分析过程并与实验分析相比较。(2)弹性常数与未知重量测定实验(4h)用电测和位移法分别测量材料的弹性模量、泊松比以及待测重物的重量。验证位移互等定理。

2.专业实验室:建筑面积1816m2,设备总资产566.5万元。主要包括:1)测量实验分室;2)结构实验分室;3)土力学实验分室;4)建筑材料实验分室;5)流体力学实验分室。实验室以本科基础实验教学为主,每年承担工程测量、现代变形观测技术、水力学/流体力学、土力学、土木工程材料、混凝土结构基本原理、结构试验与检测技术、路基路面工程等专业实验的教学任务,同时为学生开展创新实践活动、教师开展科研及社会服务提供支持。

1)工程测量实验分室(综合二号实验楼105):实验室总建筑面积176m2,主要设备包括全站仪、水准仪、平板仪和皮尺各50套,经纬仪22套,另有徕卡全站仪、水准仪、徕卡GPS、南方测绘GPS1套,设备总资产152.12万元。实验室主要承担测量实验和实习教学,涉及土木、水利、环境等专业约500名学生。

测量学课程是土木、水利等工科专业必修的专业技术基础课。通过实验和实习教学训练学生的基本测量方法、仪器操作技能、地形图测绘及应用、施工放样等,为解决土木工程的勘测、规划设计、施工、运营等各阶段中有关工程测量的问题打下基础。本实验室可以开设16h的测量实验,包括:水准仪的认识及使用,普通水准测量,经纬仪的认识及使用,水平角观测,竖直角观测,普通水准测量,全站仪的认识与使用,视距测量,四等水准测量。可以开设2周的测量实习:地形图测绘及工程建筑物的放样。

       2)土力学实验分室(综合二号实验楼104106):实验室总建筑面积320m2。主要设备包括:应变控制式无侧限抗压强度仪(DW-1)5台,光电式液塑限联合测定仪15台,碟式液限仪2台,单联手摇、电动应变式直剪仪各14台,十字板剪切仪2台,70型、55型渗透仪各10台,单联中压固结仪、双联中压固结仪各12台,土静三轴试验机1台,电动脱模机1台,设备总资产46万元。

      土力学实验是通过对土的物理、力学性质指标的验证性试验,加深对课程基础理论的理解,认识到土的试验指标在土的工程性质评价和为地基的设计、施工提供依据和参数的重要性,同时熟悉一些常用的土工测试方法和手段。本实验室可以开设8h的土力学实验,包括:土的天然含水量实验,土壤密度;液限、塑限实验;无侧限抗压实验;渗透实验;固结实验;直接剪切实验。

3)建筑材料实验分室(综合二号实验楼107108):已建设水泥实验室(107),沥青实验室(108)和标准试样养护室,实验室总建筑面积248.8m2。主要设备包括:(1)水泥、混凝土制备及检测设备:水泥胶砂振实台、水泥胶砂搅拌仪、水泥净浆搅拌机、干燥箱4台、恒温水浴各4台,振筛机3台,恒温恒湿混凝土养护箱、混凝土振动台、砂浆搅拌机、混凝土强制式搅拌机、数显混凝土含气量测定仪、数显勃氏透气比表面积测定仪、快速氯离子与碱含量综合测试仪、抗渗仪、负压筛析仪、电动抗折机各2台,混凝土裂缝深度检测仪、直读混凝土裂缝宽度检测仪、钢筋保护层测定仪、混凝土电阻率测定仪、颗粒分析仪、石粉含量测定仪各1台,混凝土养护室控制设备1套,各类天平21台,各类直径标准砂、石筛8套;(2)沥青混合料制备及检测设备:沥青搅拌机、沥青混凝土搅拌机、自动软化点仪、数显恒温沥青延伸仪、沥青针入度仪、数显马歇尔稳定度、马歇尔稳定度测定仪各2台,沥青延度仪、乳化沥青电荷试验仪、集料加速磨光机、乳化沥青稠度仪、沥青标准粘度计、沥青运动粘度计、乳化沥青粘结力测定仪、乳化沥青水泥适应性搅拌机各1台,设备总资产38.6万元。

建筑材料实验是《土木工程材料》课程的重要组成部分。通过实验一方面可以掌握水泥砂浆、混凝土和沥青等建筑材料的制备方法及主要仪器设备的使用,另一方面可以掌握常见建筑材料的物理、力学性能和质量检验方法。本实验室可以开设16h的建筑材料实验,包括:水泥实验,砂石材料实验,水泥砼配合比实验,砂浆配合比实验,沥青实验和沥青混合料实验。

      4)结构实验分室(综合二号实验楼102):实验室建筑面积136.1m2。主要设备包括:组合式结构工程实验装置2套,动态信号测试系统1套,手持式动态信号测试分析仪2套,非金属超声检测仪、混凝土电子裂缝宽度检测仪、砂浆回弹仪、粘土砖回弹仪、激光测距仪各4台,钢筋定位扫描仪、金属测厚仪、数显混凝土回弹仪、砂浆贯入仪各2台,混凝土回弹仪10台,各量程位移计100只。

结构试验及检测是研究和发展土木工程新结构、新材料、新工艺以及检验结构分析和设计理论的重要实践手段,在结构工程科学研究、技术创新等方面起着重要作用。本实验室可以开设8h的混凝土结构基本原理实验,包括:钢筋混凝土适筋梁、超筋梁受弯破坏,钢筋混凝土简支梁剪压破坏,还可以开设8h结构检测实验,包括:回弹法检测混凝土强度,混凝土裂缝测量,混凝土钢筋保护层厚度、钢筋锈蚀状况检测,结构动力特性参数测试等。

5)流体力学实验分室(工程实践教学中心110):实验室总建筑面积120m2。主要设备包括:自循环毕托管测速实验仪、流体静力学综合实验仪各6台,自循环文丘里实验仪自循环孔口管嘴综合实验仪自循环沿成阻力综合实验仪各3台,自循环活动水槽实验仪2台,自循环水击综合实验仪自循环虹吸原理实验仪自循环空化机理仪自循环紊动机理仪自循环静压传递扬水仪自循环流动演示仪各1台,设备总资产16.1万元。

水力学实验是对水流现象进行观测和试验的技术。液体流动是一种非常复杂的过程,单纯用数理分析,很难得出正确结果,而必须依赖于实验。通过水力学实验可以验证理论,确定系数或常数,掌握科学的实验方法和操作技能,解决生产实际问题。本实验室可以开设8h的水力学基础实验,包括:流体静力学实验,恒定总流能量方程实验,恒定总流动量方程实验,毕托管测速实验和10h综合及演示实验,包括:文丘里流量计实验,水击综合实验,空化机理实验,紊动机理实验,虹吸原理实验。


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