1、10/21/20211school of urban construction and management 10/21/20212土木工程包含了幾乎所有建筑工程，我們俗稱“大土木”土木工程結(jié)構(gòu)指最廣泛層面上的建筑結(jié)構(gòu)工程，包括：u橋梁u水壩u土方u基礎(chǔ)u石油平臺(tái)u管道運(yùn)輸u發(fā)電站u鐵路u擋土墻u道路u隧道u水路疏浚u給排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功能是承受荷載作用并產(chǎn)生作用效應(yīng)，產(chǎn)生的作用效應(yīng)須滿足各級(jí)規(guī)范要求土木工程結(jié)構(gòu)(civil engineering structures)10/21/20213確保實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的功能，常采用以下三種途徑：u理論分析利用現(xiàn)有成熟的理論，計(jì)算分析結(jié)構(gòu)在各種作用下的作用效應(yīng)

2、使其滿足規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)要求u試驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)施加作用，通過(guò)測(cè)試得到結(jié)構(gòu)在作用下的作用效應(yīng)判斷結(jié)構(gòu)是否滿足要求u計(jì)算機(jī)程序模擬分析利用計(jì)算機(jī)程序模擬分析結(jié)構(gòu)在各種作用下的作用效應(yīng)分析參數(shù)，尋找其中規(guī)律，解決結(jié)構(gòu)功能問(wèn)題10/21/20214此三種途徑互為指導(dǎo)和驗(yàn)證關(guān)系u新的結(jié)構(gòu)理論不夠成熟，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)必不可少u試驗(yàn)不能完全模擬真實(shí)狀態(tài)，受條件限制u借助計(jì)算機(jī)模擬，分析尋找規(guī)律，發(fā)展新的理論本課程講重點(diǎn)講述土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)10/21/20215土木工程試驗(yàn)是解決土木工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域科研和設(shè)計(jì)問(wèn)題的必不可少的手段u結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是人們認(rèn)識(shí)自然的重要手段u結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是驗(yàn)證結(jié)構(gòu)理論的有效方法u結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是土木工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量鑒

3、定的直接方式u結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是制定各類技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)u結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是建筑工程自身發(fā)展的需要土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)主要內(nèi)容包括u工程結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)和動(dòng)力試驗(yàn)的加載模擬技術(shù)u工程結(jié)構(gòu)變形參數(shù)的測(cè)量技術(shù)u試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集u信號(hào)分析及助理技術(shù)以及對(duì)試驗(yàn)對(duì)象作出評(píng)價(jià)或理論分析10/21/20216本課程目的通過(guò)理論和試驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)u掌握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方面基本知識(shí)和基本技能u根據(jù)設(shè)計(jì)、施工和科學(xué)研究任務(wù)，完成一般土木工程結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與規(guī)劃為今后從事土木工程結(jié)構(gòu)科研、設(shè)計(jì)或施工等工作積累解決問(wèn)題的手段和方法10/21/20217土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的任務(wù)是以土木工程結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)加載技術(shù)對(duì)研究對(duì)象施加各種作用，借助測(cè)試技

4、術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)物受作用后的性能進(jìn)行觀測(cè)。通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，如變形、應(yīng)變、溫度、振幅、頻率、裂縫寬度等，從強(qiáng)度（穩(wěn)定）、剛度、抗裂性以及結(jié)構(gòu)實(shí)際破壞形態(tài)來(lái)判明結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作性能，評(píng)估結(jié)構(gòu)的承載能力，確定結(jié)構(gòu)對(duì)使用要求的符合程度。動(dòng)過(guò)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)并發(fā)展結(jié)構(gòu)計(jì)算理論。1.1 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的任務(wù)10/21/20218結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)康姆诸惏丛囼?yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)合分類* 按試驗(yàn)?zāi)康姆诸?.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類(1) 生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn) 具有直接的生產(chǎn)目的。以實(shí)際建筑物或結(jié)構(gòu)構(gòu)件為試驗(yàn)鑒定對(duì)象，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件作出正確的技術(shù)結(jié)論這類試驗(yàn)常用來(lái)解決一下有關(guān)問(wèn)題：a.綜合鑒定重要工程

5、和建筑的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量。b.對(duì)已建結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)，以推斷和估計(jì)結(jié)構(gòu)剩余壽命。c.工程改建和加固，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)判斷具體結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力。d.處理受災(zāi)結(jié)構(gòu)和工程質(zhì)量事故，通過(guò)試驗(yàn)鑒定提供技術(shù)依據(jù)。e.鑒定預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量。* 按試驗(yàn)?zāi)康姆诸?0/21/202191.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)康姆诸惏丛囼?yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)合分類(2)科學(xué)研究性試驗(yàn) 科學(xué)研究性試驗(yàn)具有研究、探索和開(kāi)發(fā)的性質(zhì)。其目的在于驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的某一理論，或驗(yàn)證各種科學(xué)的判斷、推理、假設(shè)及概念的正確性，或者是為了創(chuàng)造某種新型結(jié)構(gòu)體系及其計(jì)算理論，而有系統(tǒng)地進(jìn)行的試驗(yàn)研究。這類試驗(yàn)通常解決

6、以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:a.驗(yàn)證結(jié)構(gòu)計(jì)算理論或通過(guò)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)創(chuàng)立新的結(jié)構(gòu)理論。b.制訂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。10/21/202110結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)康姆诸惏丛囼?yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)合分類* 按試驗(yàn)對(duì)象分類1.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類(1) 原型試驗(yàn)原型試驗(yàn)的試驗(yàn)對(duì)象是實(shí)際結(jié)構(gòu)或是按實(shí)物結(jié)構(gòu)足尺復(fù)制的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。對(duì)于實(shí)際結(jié)構(gòu)試驗(yàn)一般均用于生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)。例如核電站安全殼加壓整體性的試驗(yàn)，工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的剛度試驗(yàn)、樓蓋承載能力試驗(yàn)以及橋梁在移動(dòng)荷載下的動(dòng)力特性試驗(yàn)等均在實(shí)際結(jié)構(gòu)上加載量測(cè)10/21/202111結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)康姆诸惏丛囼?yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)

7、合分類* 按試驗(yàn)對(duì)象分類(2)模型試驗(yàn)由于進(jìn)行原型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)投資大、周期長(zhǎng)、測(cè)量精度受環(huán)境因素等影響，在經(jīng)濟(jì)上或技術(shù)上存在一定困難。因此，人們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案階段進(jìn)行初步探索比較或?qū)υO(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)，可以采用按原型結(jié)構(gòu)縮小的模型進(jìn)行試驗(yàn)。模型是仿照原型（真實(shí)結(jié)構(gòu)）并按照一定比例關(guān)系復(fù)制而成的試驗(yàn)代表物，它具有實(shí)際結(jié)構(gòu)的全部或部分特征。設(shè)計(jì)制作及試驗(yàn)是根據(jù)相似理論，用適當(dāng)?shù)谋壤拖嗨撇牧现瞥膳c原型幾何相似的試驗(yàn)對(duì)象，在模型上施加相似力系（或稱比例荷載），使模型受力后重演原型結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作，最后按照相似理論由模型試驗(yàn)結(jié)果推算實(shí)際結(jié)構(gòu)的工作。目前在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的大量結(jié)構(gòu)試驗(yàn)均屬于這一類

8、。1.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類10/21/202112結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)康姆诸惏丛囼?yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)合分類* 按荷載性質(zhì)分類(1)靜力試驗(yàn)靜力試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最大量最常見(jiàn)的基本試驗(yàn)，因?yàn)榇蟛糠纸ㄖY(jié)構(gòu)在工作時(shí)所承受的是靜力荷載，一般可以通過(guò)重力或各種類型的加載設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)和滿足加載要求。靜力試驗(yàn)的加載過(guò)程是從零開(kāi)始逐步遞增一直到結(jié)構(gòu)破壞為止，也就是在一個(gè)不長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)完成試驗(yàn)加載的全過(guò)程，我們稱它為結(jié)構(gòu)靜力單調(diào)加載試驗(yàn)。靜力試驗(yàn)的最大優(yōu)點(diǎn)是加載設(shè)備相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，荷載可以逐步施加，還可以停下來(lái)仔細(xì)觀測(cè)結(jié)構(gòu)變形的發(fā)展，給人們以最明確和清晰的破壞概念。1.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類

9、10/21/202113結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)康姆诸惏丛囼?yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)合分類* 按荷載性質(zhì)分類(2)動(dòng)力試驗(yàn)對(duì)于那些在實(shí)際工作中主要承受動(dòng)力作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，為了了解結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的工作性能，一般要進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)，通過(guò)動(dòng)力加載設(shè)備直接對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加動(dòng)力荷載。特別是結(jié)構(gòu)抗震性能的研究中除了用上述靜力加載模擬以外，更為理想的是直接施加動(dòng)力荷載進(jìn)行試驗(yàn)，目前抗震動(dòng)力試驗(yàn)一般用電液伺服加載設(shè)備或地震模擬振動(dòng)臺(tái)等設(shè)備來(lái)進(jìn)行。由于荷載特性的不同，動(dòng)力試驗(yàn)的加載設(shè)備和測(cè)試手段也與靜力有很大的差別，并且要比靜力試驗(yàn)復(fù)雜得多。1.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類10/21/202114結(jié)

10、構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)康姆诸惏丛囼?yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)合分類* 按荷載性質(zhì)分類(1)短期荷載試驗(yàn)限于試驗(yàn)條件、時(shí)間和基于解決問(wèn)題的步驟，我們不得不大量采用短期荷載試驗(yàn)，即荷載從零開(kāi)始施加到最后結(jié)構(gòu)破壞或到某階段進(jìn)行卸荷的時(shí)間總和只有幾十分鐘，幾小時(shí)或者幾天。結(jié)構(gòu)的疲勞試驗(yàn)，則整個(gè)加載過(guò)程也僅在幾天內(nèi)完成，與實(shí)際工作有一定差別。爆炸，地震等特殊荷載作用時(shí)，整個(gè)試驗(yàn)加載過(guò)程只有幾秒甚至是微秒或毫秒，這種試驗(yàn)實(shí)際上是一種瞬態(tài)的沖擊試驗(yàn)。這種由于具體客觀因素或技術(shù)的限制所產(chǎn)生的影響，我們?cè)诜治鲈囼?yàn)結(jié)果時(shí)必須加以考慮。1.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類10/21/202115結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)?/p>

11、的分類按試驗(yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)合分類* 按荷載性質(zhì)分類(2)長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)對(duì)于研究結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期荷載作用下的性能，如混凝土結(jié)構(gòu)的徐變，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中鋼筋的松弛，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件裂縫的開(kāi)展與剛度退化等就必須要進(jìn)行靜力荷載的長(zhǎng)期試驗(yàn)。這種長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)也可稱為持久試驗(yàn)，它將連續(xù)進(jìn)行幾個(gè)月或甚至于數(shù)年，通過(guò)試驗(yàn)以獲得結(jié)構(gòu)的變形隨時(shí)間變化的規(guī)律在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)實(shí)際工作中的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行系統(tǒng)長(zhǎng)期的觀測(cè)，則這樣積累和獲得的數(shù)據(jù)資料對(duì)于研究結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作，進(jìn)一步完善和發(fā)展工程結(jié)構(gòu)的理論都具有極為重要的意義。1.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類10/21/202116結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)康姆诸惏丛囼?yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)

12、分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)合分類* 按荷載性質(zhì)分類(1) 試驗(yàn)室試驗(yàn)由于可以獲得良好的工作條件，可以應(yīng)用精密和靈敏的儀器設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，具有較高的準(zhǔn)確度。甚至可以人為的創(chuàng)造一個(gè)適宜的工作環(huán)境，以減少或消除各種不利因素對(duì)試驗(yàn)的影響，所以適宜于進(jìn)行研究性試驗(yàn)。這樣有可能突出研究的主要方面，而消除一些對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)實(shí)際工作有影響的次要因素。這種試驗(yàn)可以在原型結(jié)構(gòu)上進(jìn)行，也可以采用模型試驗(yàn)，并可以將結(jié)構(gòu)一直試驗(yàn)到破壞。尤其近年來(lái)發(fā)展足尺結(jié)構(gòu)的整體試驗(yàn)，大型試驗(yàn)室為之提供了比較理想的條件。1.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類10/21/202117結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類按試驗(yàn)?zāi)康姆诸惏丛囼?yàn)對(duì)象分類按荷載性質(zhì)分類按試驗(yàn)時(shí)間分類按試驗(yàn)場(chǎng)

13、合分類* 按荷載性質(zhì)分類(2) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)相比由于客觀環(huán)境條件的影響，使用高精度的儀器設(shè)備來(lái)進(jìn)行觀測(cè)受到了一定的限制，相對(duì)來(lái)看，進(jìn)行試驗(yàn)的方法也比較簡(jiǎn)單，所以試驗(yàn)精度和準(zhǔn)確度較差。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)多數(shù)用以解決生產(chǎn)鑒定性的問(wèn)題，所以試驗(yàn)是在生產(chǎn)和施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，有時(shí)研究或檢驗(yàn)的對(duì)象就是已經(jīng)使用或?qū)⒁褂玫慕Y(jié)構(gòu)物，它可以獲得近乎完全實(shí)際工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)資料。1.2 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類10/21/202118結(jié)構(gòu)試驗(yàn)發(fā)展先進(jìn)的大型和超大型設(shè)備基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程協(xié)同結(jié)構(gòu)試驗(yàn)現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)1.3 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的發(fā)展大型疲勞試驗(yàn)機(jī)加載能力：靜力試驗(yàn)1000kn 動(dòng)力試驗(yàn)500knu電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)最大

14、加載能力50,000knu大型風(fēng)動(dòng)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)u大型離心機(jī)u大型火災(zāi)模擬結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)10/21/202119結(jié)構(gòu)試驗(yàn)發(fā)展先進(jìn)的大型和超大型設(shè)備基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程協(xié)同結(jié)構(gòu)試驗(yàn)現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)u電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)最大加載能力50,000knu大型風(fēng)動(dòng)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)u大型離心機(jī)u大型火災(zāi)模擬結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)1.3 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的發(fā)展萬(wàn)用試驗(yàn)機(jī)加載能力：靜力試驗(yàn)200kn10/21/202120結(jié)構(gòu)試驗(yàn)發(fā)展先進(jìn)的大型和超大型設(shè)備基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程協(xié)同結(jié)構(gòu)試驗(yàn)現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大型有限元分析軟件試驗(yàn)前:通過(guò)計(jì)算機(jī)分析預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)性能制訂試驗(yàn)方案試驗(yàn)后:結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)性能做出完整描述1.3 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的

15、發(fā)展10/21/202121具體應(yīng)用事例a). 實(shí)橋，檢測(cè)到疲勞裂縫產(chǎn)生b). 補(bǔ)修方法的提案碳素纖維板和止裂孔并用10/21/202122具體應(yīng)用事例c). 用有限元分析軟件，將全橋模型化，進(jìn)行分析，確定研究方案計(jì)算機(jī)模擬理論計(jì)算的結(jié)合全橋鋼構(gòu)件部分的fem模型圖全橋的fem模型圖66(b)側(cè)面図(a)正面図445140445925010303002-pl 1009140(jis sm400a)1-pl 300 x9x1030(jis sm400a)415.6具體應(yīng)用事例d). 結(jié)合實(shí)橋裂縫產(chǎn)生部位的實(shí)際情況，制作試驗(yàn)體，進(jìn)行試驗(yàn)原型試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)模型試驗(yàn)10/21/202123疲勞實(shí)驗(yàn)10/21/202124具體應(yīng)用事例fem解析模型具體應(yīng)用事例e).基于實(shí)驗(yàn)體的有限元解析計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)的結(jié)合10/21/202125具體應(yīng)用事例e).基于實(shí)驗(yàn)體的有限元解析計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)的結(jié)合10/21/202126具體應(yīng)用事例f). 模擬實(shí)橋補(bǔ)修時(shí)的有限元解析理論計(jì)算機(jī)試驗(yàn)的結(jié)合從試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬到實(shí)際應(yīng)用疲勞裂縫產(chǎn)生部位p1側(cè)側(cè)p2