1、第二章 結(jié)構(gòu)試驗設計 土木工程結(jié)構(gòu)試驗的主要環(huán)節(jié) 土木工程結(jié)構(gòu)試驗包括結(jié)構(gòu)試驗設計、試驗準備、試驗實施和試驗分析等主要環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)試驗總體設計結(jié)構(gòu)試驗總體設計： 根據(jù)試驗目的對試驗工作進行全面規(guī)劃與設計根據(jù)試驗目的對試驗工作進行全面規(guī)劃與設計v以求用最小的耗費以求用最小的耗費v達到預期的要求達到預期的要求v取得最大的成果取得最大的成果 2.1 概述概述設計階段準備階段實施階段總結(jié)階段試件設計加載方案量測方案試驗安全試件制作試件安裝儀器調(diào)試材料性能試驗加載觀察記錄數(shù)據(jù)采集變形裂縫數(shù)據(jù)處理試驗分析結(jié)構(gòu)參數(shù)承載力分析試驗報告試驗目的 2.1 概述概述 - 研究性試驗的一般過程研究性試驗的一般過程 查閱

2、文獻 收集資料 試件形狀試件尺寸試件數(shù)量構(gòu)造措施荷載設計加載裝置試驗方法加載制度觀測項目布點位置布點數(shù)量測量儀器初步調(diào)查初步調(diào)查目的、任務目的、任務 詳細調(diào)查詳細調(diào)查 鑒定評級鑒定評級 結(jié)論結(jié)論 專門機構(gòu)專門機構(gòu) 補充調(diào)查補充調(diào)查 2.1 概述概述 - 鑒定性試驗的工作程序鑒定性試驗的工作程序 鑒定性試驗具有明確的試驗對象。但是要對檢驗的部件和部位進行選擇確定，按最不利的部位測試或受按最不利的部位測試或受災最重的部位測試災最重的部位測試。 真實模擬結(jié)構(gòu)所處環(huán)境和所受荷載真實模擬結(jié)構(gòu)所處環(huán)境和所受荷載v 環(huán)境：地震，風，火災環(huán)境：地震，風，火災 邊界條件（簡支梁，簡支板）邊界條件（簡支梁，簡支板

3、）v 荷載：排架，框架荷載：排架，框架 消除次要因素影響消除次要因素影響v 受彎破壞受彎破壞or受剪破壞受剪破壞 結(jié)構(gòu)反應視為隨機變量結(jié)構(gòu)反應視為隨機變量v 材料強度，試件尺寸，加載性能材料強度，試件尺寸，加載性能2.1 概述概述 - 結(jié)構(gòu)試驗設計的基本原則結(jié)構(gòu)試驗設計的基本原則 合理選擇試驗參數(shù)合理選擇試驗參數(shù)v根據(jù)試驗目的、試驗裝置能力選擇根據(jù)試驗目的、試驗裝置能力選擇 統(tǒng)一測試方法和評價標準統(tǒng)一測試方法和評價標準v 與他人試驗選用相同與他人試驗選用相同 降低試驗成本和提高試驗效率降低試驗成本和提高試驗效率v 計劃好，節(jié)約時間計劃好，節(jié)約時間v 避免盲目高精度避免盲目高精度v 注意安全注意

4、安全2.1 概述概述 - 結(jié)構(gòu)試驗設計的基本原則結(jié)構(gòu)試驗設計的基本原則 2.2 結(jié)構(gòu)試驗的試件設計結(jié)構(gòu)試驗的試件設計 2.2.1 試件形狀試件形狀 2.2.2 試件尺寸試件尺寸 2.2.3 試件數(shù)量試件數(shù)量 2.2.4 試件制作與安裝試件制作與安裝 試件設計要注意試件的形狀試件設計要注意試件的形狀 主要是要滿足在試驗時形成和實際工作相一致的應力狀態(tài)。 當從整體結(jié)構(gòu)中取出部分構(gòu)件單獨進行試驗時，特別是對比較復雜的超靜定體系中的構(gòu)件，必須要注意其邊界條件的模擬，使其能如實地反映該部分構(gòu)件的實際工作狀態(tài)。2.2.1 試件試件的形狀的形狀 框架彎矩圖框架彎矩圖2.2.1 試件試件的形狀的形狀 柱頭柱腳

5、試件柱彎矩為0試件框架節(jié)點試件框架梁端試件框架梁端1/4處試件柱撓曲破壞試件柱剪切破壞試件框架節(jié)點試件空間框架節(jié)點試件粱板柱體系試件砌塊填充墻試件縱墻窗間墻試件試件的尺寸的影響因素： 尺寸效應：尺寸愈小，相對強度影響愈大，強度的離：尺寸愈小，相對強度影響愈大，強度的離散性愈大。散性愈大。 構(gòu)造要求：尺寸小難以滿足構(gòu)造要求，澆筑困難，選：尺寸小難以滿足構(gòu)造要求，澆筑困難，選材困難。材困難。 試驗設備：凈空尺寸；起重能力；加載設備：凈空尺寸；起重能力；加載設備 經(jīng)費條件：大試件，消耗材料多。：大試件，消耗材料多。 綜合各方面因素，確定合理的試件尺寸，以滿足多綜合各方面因素，確定合理的試件尺寸，以滿

6、足多方面的要求。方面的要求。2.2.2 試件的尺寸試件的尺寸(原型、模型原型、模型) 常用的試件比例常用的試件比例靜力試驗：靜力試驗：v框架整體結(jié)構(gòu)中的截面尺寸：框架整體結(jié)構(gòu)中的截面尺寸：1/41/2v框架框架節(jié)點節(jié)點: 1/21（須反映配筋）（須反映配筋）v剪力墻剪力墻: 1/101/3v砌體砌體: 1/41/2v局部試件局部試件: 1/41v整體整體性性結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)試件試件: 1/101/2動力試驗：動力試驗：v疲勞試驗可采用足尺構(gòu)件（實驗室內(nèi)）疲勞試驗可采用足尺構(gòu)件（實驗室內(nèi)）v振動臺試驗：振動臺試驗： 1/501/4 現(xiàn)場檢測現(xiàn)場檢測:（竣工驗收）按建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準（竣工驗收）按建筑結(jié)

7、構(gòu)檢測技術(shù)標準GB/T50344-2004進行抽樣及規(guī)定的檢測內(nèi)容進行檢測。進行抽樣及規(guī)定的檢測內(nèi)容進行檢測。 對于預制構(gòu)件的質(zhì)量檢驗和評定按預制構(gòu)件質(zhì)量檢驗對于預制構(gòu)件的質(zhì)量檢驗和評定按預制構(gòu)件質(zhì)量檢驗評定標準（評定標準（GBJ321-90）的規(guī)定隨機抽樣檢驗。）的規(guī)定隨機抽樣檢驗。 檢查數(shù)量檢查數(shù)量：對于成批生產(chǎn)構(gòu)件，應按同一工藝正常生產(chǎn)的不對于成批生產(chǎn)構(gòu)件，應按同一工藝正常生產(chǎn)的不超過超過1000件且不超過件且不超過3個月的個月的同類型產(chǎn)品為一批，當連續(xù)檢驗為一批，當連續(xù)檢驗10批且每批結(jié)構(gòu)性能均符合標準規(guī)定的要求時，對同一批且每批結(jié)構(gòu)性能均符合標準規(guī)定的要求時，對同一工藝正常生產(chǎn)的構(gòu)件

8、可改為不超過工藝正常生產(chǎn)的構(gòu)件可改為不超過2000件且不超過件且不超過3個月的同個月的同類型產(chǎn)品為一批。類型產(chǎn)品為一批。 在每批中應隨機抽取一個構(gòu)件作為試件進行檢驗。在每批中應隨機抽取一個構(gòu)件作為試件進行檢驗。（同（同類型產(chǎn)品是指：同一鋼種、同一混凝土強度等級、同一工藝類型產(chǎn)品是指：同一鋼種、同一混凝土強度等級、同一工藝和同一結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)件。試件抽樣時宜從設計荷載最大、受和同一結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)件。試件抽樣時宜從設計荷載最大、受力最不利或生產(chǎn)數(shù)量最多的構(gòu)件抽取。）力最不利或生產(chǎn)數(shù)量最多的構(gòu)件抽取。） 2.2.3 試件試件數(shù)量數(shù)量 研究性試件的數(shù)量直接關(guān)系到能否研究性試件的數(shù)量直接關(guān)系到能否滿足試驗目

9、的滿足試驗目的以及以及整個試驗的工作量整個試驗的工作量問題，同時也受問題，同時也受試驗研究試驗研究、經(jīng)經(jīng)費預算費預算和和時間期限時間期限的限制。的限制。 因子設計法（全面試驗法因子設計法（全面試驗法 - 遍歷）：遍歷）： 因子數(shù)因子數(shù)是是對試驗研究內(nèi)容有對試驗研究內(nèi)容有影響因素的個數(shù)影響因素的個數(shù)，比，比如抗壓強度、配筋率、軸壓比、偏心矩等如抗壓強度、配筋率、軸壓比、偏心矩等，水平數(shù)水平數(shù)則則為為因子因子可改變的試驗檔次數(shù)可改變的試驗檔次數(shù)，比如混凝土的不同強度，比如混凝土的不同強度等級等級，二者，二者決定試件數(shù)量決定試件數(shù)量： 試驗數(shù)試驗數(shù)=水平數(shù)水平數(shù)因子數(shù)因子數(shù) 2.2.3 試件試件數(shù)量

10、數(shù)量 因子法計算的試件組合數(shù)目表 試驗數(shù)試驗數(shù)=水平數(shù)水平數(shù)因子數(shù)因子數(shù)2.2.3 試件試件數(shù)量數(shù)量 例如：例如： 對于砌體強度，砌體截面、砂漿強度和垂直應力對于砌體強度，砌體截面、砂漿強度和垂直應力是是3個主要參數(shù)（分析因子），如果上述每個參數(shù)都有個主要參數(shù)（分析因子），如果上述每個參數(shù)都有2個工作狀態(tài)（水平數(shù)），則考慮個工作狀態(tài)（水平數(shù)），則考慮3個因子和個因子和2個水平數(shù)個水平數(shù)之間的組合則需要之間的組合則需要8個試件（個試件（23）。）。 2.2.3 試件試件數(shù)量數(shù)量 磚砌體抗剪強度試驗數(shù)據(jù) 抗剪強度隨砌體截面的增大而降低，隨砂漿強度提高而增大，并隨垂直應力抗剪強度隨砌體截面的增大而降

11、低，隨砂漿強度提高而增大，并隨垂直應力的增加而提高的增加而提高 若所研究的試驗參數(shù)較多，因子數(shù)和水平數(shù)增加若所研究的試驗參數(shù)較多，因子數(shù)和水平數(shù)增加將將導致導致試件個數(shù)劇增，因此因子法在結(jié)構(gòu)試驗中不常采用，試件個數(shù)劇增，因此因子法在結(jié)構(gòu)試驗中不常采用，需要采用需要采用“正交設計法正交設計法”確定試件個數(shù)。確定試件個數(shù)。 例如，對于鋼筋砼柱剪切性能試驗中，例如，對于鋼筋砼柱剪切性能試驗中， 因子數(shù)因子數(shù)有有5個：個：混凝土混凝土強度、配筋率、強度、配筋率、配箍率、軸向應力配箍率、軸向應力、剪跨比剪跨比 若若水平數(shù)水平數(shù)為為2，則采用因子法有，則采用因子法有32個試件；若個試件；若水平數(shù)為水平數(shù)為

12、3，則試件總數(shù)將增為則試件總數(shù)將增為243個個 假定混凝土強度不變，則有假定混凝土強度不變，則有4個因子，個因子，34試件總數(shù)仍為試件總數(shù)仍為81個個。 正交設計正交設計將將參數(shù)組合與試驗結(jié)果合并考慮參數(shù)組合與試驗結(jié)果合并考慮，減少組，減少組合出的試件數(shù)量，同時能提供豐富的試驗數(shù)據(jù)和有用信合出的試件數(shù)量，同時能提供豐富的試驗數(shù)據(jù)和有用信息。因此通過息。因此通過正交表這一工具正交表這一工具進行整體設計，解決了少進行整體設計，解決了少量做試驗與要求全面掌握內(nèi)在規(guī)律之間的矛盾，把試驗量做試驗與要求全面掌握內(nèi)在規(guī)律之間的矛盾，把試驗結(jié)果和試件數(shù)量聯(lián)系在一起分析，合理安排試驗。結(jié)果和試件數(shù)量聯(lián)系在一起分

13、析，合理安排試驗。2.2.3 試件試件數(shù)量數(shù)量 正交法描述為：正交法描述為： L試驗數(shù)試驗數(shù)（水平數(shù)（水平數(shù)1因子數(shù)因子數(shù)1*水平數(shù)水平數(shù)1因子數(shù)因子數(shù)2*.） L16（42*29）：）：共計共計2+9=11個影響因素，其中水平數(shù)為個影響因素，其中水平數(shù)為4的有的有2個，水平數(shù)為個，水平數(shù)為2的有的有9個，正交法的試驗數(shù)為個，正交法的試驗數(shù)為16 。 對于試驗數(shù)：對于試驗數(shù)：（1）如果各個因子的水平數(shù)相等：）如果各個因子的水平數(shù)相等：試驗數(shù)試驗數(shù) =（水平數(shù)）（水平數(shù)）2 （2）如果各個因子的水平數(shù)不等：）如果各個因子的水平數(shù)不等：試驗數(shù)試驗數(shù) =（ 最大水平數(shù)）最大水平數(shù)）2 ！ 仍以鋼筋砼

14、柱剪切性能試驗為例，仍以鋼筋砼柱剪切性能試驗為例， 因子數(shù)有因子數(shù)有5個：混凝土強度、配個：混凝土強度、配筋率、配箍率、軸向應力、剪跨比，若混凝土強度不變，為筋率、配箍率、軸向應力、剪跨比，若混凝土強度不變，為C20，則因子，則因子數(shù)為數(shù)為4，每個因子有，每個因子有3個檔次（即：水平數(shù)個檔次（即：水平數(shù)=3），則正交法設計結(jié)果：），則正交法設計結(jié)果： L試驗數(shù)試驗數(shù)（34） 對于正交設計法：試驗數(shù)為對于正交設計法：試驗數(shù)為 32=9。 對于因子設計法，試驗數(shù)為對于因子設計法，試驗數(shù)為 34=812.2.3 試件試件數(shù)量數(shù)量 -正交法正交法正交設計【4個影響因子，3個水平數(shù)】組合表-正交表9L利

15、用正交表設計的磚砌體抗剪強度試件利用正交表設計的磚砌體抗剪強度試件 抗剪強度隨砌體截面的增大而降低抗剪強度隨砌體截面的增大而降低同理：同理： B1相同的值相同的值（0.5） 平均為平均為0.125MPa. B2相同的值相同的值（2.5） 平均為平均為0.259MPa. 砂漿強度高，抗剪強度高。砂漿強度高，抗剪強度高。 C1相同的值（相同的值（0.064） 平均為平均為0.101MPa. C2相同的值相同的值（0.302） 平均為平均為0.284MPa. 垂直應力大，抗剪強度高。垂直應力大，抗剪強度高。對于前例的磚砌體抗剪強度試驗，用正交法設計：對于前例的磚砌體抗剪強度試驗，用正交法設計： L試

16、驗數(shù)試驗數(shù)（23），則試驗數(shù)），則試驗數(shù)=22=4 試件設計中，在確定了試件的形狀、尺寸和數(shù)量后，試件設計中，在確定了試件的形狀、尺寸和數(shù)量后，在試件的構(gòu)造上還必須考慮試件的在試件的構(gòu)造上還必須考慮試件的安裝、加載和測量安裝、加載和測量的需要的需要，防止局部承壓破壞和后來安裝測點的不便。，防止局部承壓破壞和后來安裝測點的不便。如：如： 坡屋面加載，預埋墊板在試件中，使其成平面，便于坡屋面加載，預埋墊板在試件中，使其成平面，便于加載。加載。 砌體上下澆墊梁；剪力墻下有底座。砌體上下澆墊梁；剪力墻下有底座。 反復荷載放置預埋墊板與加載傳感器相連。反復荷載放置預埋墊板與加載傳感器相連。 柱子的柱頭加

17、固。為增加附加偏心距柱頭作成牛腿狀。柱子的柱頭加固。為增加附加偏心距柱頭作成牛腿狀。 梁端加墊板。梁端加墊板。 柱底端加大底座，便于與承臺固定。柱底端加大底座，便于與承臺固定。2.2.4 結(jié)構(gòu)試驗對試件設計的要求結(jié)構(gòu)試驗對試件設計的要求 混凝土試件支撐點預埋鋼墊板混凝土試件支撐點預埋鋼墊板坡屋面加載，坡屋面加載，預埋墊板預埋墊板在試件中，在試件中，使其成平使其成平面，便于面，便于加載加載鋼混框架加載，鋼混框架加載，反復荷載反復荷載放置預埋放置預埋構(gòu)件與加構(gòu)件與加載裝置或載裝置或傳感器相傳感器相連連在磚石或砌體在磚石或砌體試件中預試件中預先澆入混先澆入混凝土墊塊凝土墊塊保證豎向保證豎向荷載均勻荷

18、載均勻傳遞傳遞墻體時間應在墻墻體時間應在墻體上下加入體上下加入鋼混墊梁，鋼混墊梁，下邊墊梁便下邊墊梁便于與試驗臺于與試驗臺座固定，上座固定，上邊墊梁模擬邊墊梁模擬過梁，傳遞過梁，傳遞豎向荷載豎向荷載偏心受壓試件，偏心受壓試件，端部牛腿端部牛腿可增大端可增大端部承壓面、部承壓面、便于施加便于施加偏心荷載偏心荷載注意 試件正常設計時，加載后會破壞（強柱弱梁），要研究節(jié)點破試件正常設計時，加載后會破壞（強柱弱梁），要研究節(jié)點破壞就要加固這部分，防止沒有結(jié)果就破壞。壞就要加固這部分，防止沒有結(jié)果就破壞。 對測試儀表的安裝要心中有數(shù)，放置埋件，方便。對測試儀表的安裝要心中有數(shù)，放置埋件，方便。 鋼筋應力

19、或混凝土內(nèi)部應力預埋應變片，應事先做好防潮處理、鋼筋應力或混凝土內(nèi)部應力預埋應變片，應事先做好防潮處理、編號等，澆注時注意，保證其可靠性。編號等，澆注時注意，保證其可靠性。 在制作試件過程中，應作施工日志，注明試件日期、原材料情在制作試件過程中，應作施工日志，注明試件日期、原材料情況。試件尺寸要保證有足夠的精度，材性試件必須按試驗方案況。試件尺寸要保證有足夠的精度，材性試件必須按試驗方案上設計的試件編號進行編號，避免不同組的試件混淆；留取的上設計的試件編號進行編號，避免不同組的試件混淆；留取的試樣必須能真正代表試驗結(jié)構(gòu)的材性。以混凝土結(jié)構(gòu)試驗為例，試樣必須能真正代表試驗結(jié)構(gòu)的材性。以混凝土結(jié)構(gòu)

20、試驗為例，在制作試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件時應采用同批拌合物制作混凝土立方體試在制作試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件時應采用同批拌合物制作混凝土立方體試件，并與試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件同條件養(yǎng)護。件，并與試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件同條件養(yǎng)護。 留足測混凝土應力、彈性模量、軸心抗壓強度用棱柱體試件。留足測混凝土應力、彈性模量、軸心抗壓強度用棱柱體試件。 試驗荷載設計試驗荷載設計主要取決于：于：試驗的目的要求、結(jié)構(gòu)形式、荷載類型、性質(zhì)、具有的加載條件。 試驗荷載應使結(jié)構(gòu)處于某一種實際可能的最不利工作試驗荷載應使結(jié)構(gòu)處于某一種實際可能的最不利工作狀況。狀況。2.3 土木工程結(jié)構(gòu)試驗的荷載設計土木工程結(jié)構(gòu)試驗的荷載設計 1、正位試驗、正位試驗 - 符合實際受力

21、狀況符合實際受力狀況 2.3.1 試件的就位形式試件的就位形式 1試件；2承力架；3加載器；4分配梁；5支墩；8反彎大梁 一般結(jié)構(gòu)試驗均采用正位試驗，對于梁、板和屋架等簡支一般結(jié)構(gòu)試驗均采用正位試驗，對于梁、板和屋架等簡支的靜定構(gòu)件，正位試驗時結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受壓區(qū)在上，受拉區(qū)在下，的靜定構(gòu)件，正位試驗時結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受壓區(qū)在上，受拉區(qū)在下，結(jié)構(gòu)自重和它所承受的外荷載作用在同一垂直平面內(nèi)，符合實結(jié)構(gòu)自重和它所承受的外荷載作用在同一垂直平面內(nèi)，符合實際受力狀態(tài)。際受力狀態(tài)。 因此，在結(jié)構(gòu)試驗中應優(yōu)先采用正位試驗。因此，在結(jié)構(gòu)試驗中應優(yōu)先采用正位試驗。2、臥位試驗 自重較大的柱、梁，跨度大的屋架、桁架等重自

22、重較大的柱、梁，跨度大的屋架、桁架等重型構(gòu)件型構(gòu)件不便吊裝和測量不便吊裝和測量時可以在現(xiàn)場就地采用臥位時可以在現(xiàn)場就地采用臥位試驗。一般會試驗。一般會成對進行成對進行。 吊車梁成對臥位試驗1-試件；2-千斤頂；3-支承反力架；4-滾動平車 在采用臥位試驗時，為減少構(gòu)件變形及支承面間的摩擦阻力和自重彎矩，應將試件平臥在滾軸上或平臺車上，使其保持水平狀態(tài)。3、反位試驗、反位試驗 為了便于觀察裂縫、讀為了便于觀察裂縫、讀取裂縫寬度值，可以將試取裂縫寬度值，可以將試件倒過來安裝。件倒過來安裝。 4、原位試驗、原位試驗 對已經(jīng)建成的結(jié)構(gòu)進行對已經(jīng)建成的結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場試驗時，均采用原位現(xiàn)場試驗時，均采用原位

23、試驗。與實際的工作狀況試驗。與實際的工作狀況一致。一致。1-1-承壓板；承壓板；2-2-千斤頂；千斤頂；3-3-木垛；木垛；4-4-鋼梁；鋼梁；5-5-鋼錠；鋼錠；6-6-百分表；百分表；錨樁法反力裝置 （a） 俯視圖 （b） 側(cè)面圖1-錨梁；2-試樁；3-橫梁；4-錨樁；5-千斤頂；6-百分表壓重法反力裝置1-試樁；2-千斤頂；3-百分表；4-基準樁；5-鋼板；6-主梁；7-枕木；8-堆放的荷載；9-次梁1、試驗加載圖式 試驗荷載在試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的布置（包括荷載類型和分布情況）稱為加載圖式。 試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜采用與其實際工作狀態(tài)相一致的正位試驗。 試驗時，荷載的加載圖式要與結(jié)構(gòu)設計計算的荷載圖

24、式相一致，這樣結(jié)構(gòu)的工作和其實際情況最為接近。 例如，在混凝土樓蓋中支撐樓板的次梁的試驗荷載應該是均勻分布的，支承次梁的主梁應該是承受按次梁間距作用的集中荷載，工業(yè)廠房的屋面大梁承受間距為屋面板寬度或檁條間距的等距集中荷載。 當一種加載圖式不能反映試驗要求的幾種極限狀態(tài)時，應采用幾種不同的加載圖式，分別在幾個試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件上進行試驗。2.3.2 試驗荷載圖示的選擇與設計試驗荷載圖示的選擇與設計 試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加載圖式應符合計算簡圖 當試驗條件受限制時，可采用控制截面（或部位）上產(chǎn)生當試驗條件受限制時，可采用控制截面（或部位）上產(chǎn)生與某一相同作用效應的與某一相同作用效應的等效荷載進行加載，但應考慮

25、等效荷載進行加載，但應考慮等效荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗結(jié)果的影響。例如，當試驗承受均布荷載的梁對結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗結(jié)果的影響。例如，當試驗承受均布荷載的梁時，為了試驗方便和減少加載用的荷載量，常用幾個集中荷載時，為了試驗方便和減少加載用的荷載量，常用幾個集中荷載來代替均布荷載。但是，集中荷載的數(shù)量和位置使結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生來代替均布荷載。但是，集中荷載的數(shù)量和位置使結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的內(nèi)力值應盡量與均布荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力值相符合。集中荷載的內(nèi)力值應盡量與均布荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力值相符合。集中荷載可以很方便地用少數(shù)液壓加載器或杠桿產(chǎn)生，這樣不僅簡化了可以很方便地用少數(shù)液壓加載器或杠桿產(chǎn)生，這樣不僅簡化了試驗裝置，還可以大大減輕試

26、驗加載的勞動量。試驗裝置，還可以大大減輕試驗加載的勞動量。2.3.2 試驗荷載圖示的選擇與設計試驗荷載圖示的選擇與設計 采用等效荷載時，必須全面驗算由于荷載圖式的改變對結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成的各種影響。必要時應對結(jié)構(gòu)構(gòu)件做局部加強，或?qū)δ承﹨?shù)進行修正。 如當構(gòu)件滿足強度等效，而整體變形（如撓度）如當構(gòu)件滿足強度等效，而整體變形（如撓度）條件不等效時，則需對所測變形進行修正。取彎矩等條件不等效時，則需對所測變形進行修正。取彎矩等效時，尚需驗算剪力對構(gòu)件的影響，同時要把采用等效時，尚需驗算剪力對構(gòu)件的影響，同時要把采用等效荷載的試驗結(jié)果所產(chǎn)生的誤差控制在試驗允許的范效荷載的試驗結(jié)果所產(chǎn)生的誤差控制在試驗允

27、許的范圍內(nèi)。圍內(nèi)。2.3.2 試驗荷載圖示的選擇與設計試驗荷載圖示的選擇與設計 等效荷載示意圖 2.3.2 試驗荷載圖示的選擇與設計試驗荷載圖示的選擇與設計 例題：一簡支梁受均布荷載作用。現(xiàn)在改用三分點、兩集例題：一簡支梁受均布荷載作用。現(xiàn)在改用三分點、兩集中力加載，代替均布荷載時，試問：當跨中截面最大彎矩中力加載，代替均布荷載時，試問：當跨中截面最大彎矩Mmax等效時，該等效荷載是多少？當彎矩等效時，撓度應如等效時，該等效荷載是多少？當彎矩等效時，撓度應如何修正？（兩個集中力、三分點集中荷載作用時，梁的最大撓何修正？（兩個集中力、三分點集中荷載作用時，梁的最大撓度為度為 均布荷載作用下梁的最

28、大撓度為均布荷載作用下梁的最大撓度為 PlfEI323648qqlfEI45384；）2個集中力個集中力 4分點加荷分點加荷 撓度修正系數(shù)撓度修正系數(shù) 0.914個集中力個集中力 5分點加荷分點加荷 撓度修正系數(shù)撓度修正系數(shù) 0.998個集中力個集中力 16分點加荷分點加荷 撓度修正系數(shù)撓度修正系數(shù) 1.00 為保證試驗工作的正常進行，試驗裝置必須進行專門設計。具體為保證試驗工作的正常進行，試驗裝置必須進行專門設計。具體要求如下：要求如下： 1）試驗裝置應有足夠強度儲備）試驗裝置應有足夠強度儲備 在最大試驗荷載作用下，應在最大試驗荷載作用下，應 有足夠承載力（包括疲勞強度）有足夠承載力（包括疲

29、勞強度）和穩(wěn)定性；和穩(wěn)定性； 構(gòu)件的實際強度可能比設計強度高很多，構(gòu)件的實際強度可能比設計強度高很多，7080%；防止試驗無；防止試驗無結(jié)果。結(jié)果。 2）試驗裝置應有足夠剛度）試驗裝置應有足夠剛度裝置自身可靠、穩(wěn)定；裝置自身可靠、穩(wěn)定；避免試件臨近破壞時，受到大的沖擊；避免試件臨近破壞時，受到大的沖擊；做出做出P曲線。曲線。2.3.2 試驗荷載圖示的選擇與設計試驗荷載圖示的選擇與設計 2、試驗加載裝置的設計、試驗加載裝置的設計 3）試驗裝置要滿足構(gòu)件的邊界條件和受力變形）試驗裝置要滿足構(gòu)件的邊界條件和受力變形；且；且不應不應分擔試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受的試驗荷載分擔試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受的試驗荷載，且，且不

30、應阻礙結(jié)構(gòu)不應阻礙結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形的自由發(fā)展構(gòu)件變形的自由發(fā)展；支承方式、支撐等條件和受力；支承方式、支撐等條件和受力狀態(tài)應符合真實狀態(tài)或設計計算簡圖，且在整個試驗狀態(tài)應符合真實狀態(tài)或設計計算簡圖，且在整個試驗過程中保持不變；過程中保持不變； （防止次應力的發(fā)生）（防止次應力的發(fā)生）4）應方便滿足試件就位支承、荷載設備安裝、試驗荷載）應方便滿足試件就位支承、荷載設備安裝、試驗荷載傳遞和試驗過程的正常工作要求。傳遞和試驗過程的正常工作要求。2、試驗加載裝置的設計、試驗加載裝置的設計自平衡加載系統(tǒng)自平衡加載系統(tǒng) 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準（GB 500682001）和各種結(jié)構(gòu)

31、設計規(guī)范規(guī)定，結(jié)構(gòu)的極限狀）和各種結(jié)構(gòu)設計規(guī)范規(guī)定，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為兩大類：態(tài)分為兩大類：承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件在滿足承載力要求的前提下，還應對。結(jié)構(gòu)構(gòu)件在滿足承載力要求的前提下，還應對其進行穩(wěn)定、變形、抗裂和裂縫寬度的驗算。其進行穩(wěn)定、變形、抗裂和裂縫寬度的驗算。對承載力極限狀態(tài)： 對正常使用極限狀態(tài)： S荷載效應組合值 永久荷載的分項系數(shù) 可變荷載分項系數(shù) 按永久荷載標準值計算的荷載效應值 按可變荷載標準值計算的荷載效應值對頻遇組合 還應乘以可變荷載的頻遇值系數(shù) GGKQQKSSSG KQ KS SSGQGKSQKSGKSf2.3.3 試驗荷載確定試驗荷載確定 當按設

32、計規(guī)范規(guī)定進行檢驗時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到承載當按設計規(guī)范規(guī)定進行檢驗時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到承載 力極限狀態(tài)時的內(nèi)力計算值，也可稱為承載力檢驗值（包括力極限狀態(tài)時的內(nèi)力計算值，也可稱為承載力檢驗值（包括自重產(chǎn)生的內(nèi)力）自重產(chǎn)生的內(nèi)力） 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力檢驗系數(shù)允許值結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力檢驗系數(shù)允許值 荷載效應組合的設計值荷載效應組合的設計值 SSuu00101uS0Su1、檢驗性試驗檢驗性試驗2.3.3 試驗荷載確定試驗荷載確定 2.3.3 試驗荷載確定試驗荷載確定 結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到承載力極限狀態(tài)時的內(nèi)力計算值結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到承載力極限狀態(tài)時的內(nèi)力計算值 按材料的實測強度、構(gòu)件的實

33、測幾何參數(shù)確定的構(gòu)件承按材料的實測強度、構(gòu)件的實測幾何參數(shù)確定的構(gòu)件承載力計算值載力計算值 對于混凝土結(jié)構(gòu)，試驗荷載值確定時一般應考慮下列情況對于混凝土結(jié)構(gòu)，試驗荷載值確定時一般應考慮下列情況： 1）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度、裂縫寬度進行試驗時，應確定正常使用極限狀態(tài)的試驗）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度、裂縫寬度進行試驗時，應確定正常使用極限狀態(tài)的試驗荷載值；荷載值； 2）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂性進行試驗時，應確定開裂試驗荷載值；）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂性進行試驗時，應確定開裂試驗荷載值； 3）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行承載能力試驗時，應確定極限承載能力試驗荷載值；）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行承載能力試驗時，應確定極限承載能力試驗荷載值； 4）按荷

34、載作用時間的不同，正常使用極限狀態(tài)的試驗荷載值可分為短期試驗荷）按荷載作用時間的不同，正常使用極限狀態(tài)的試驗荷載值可分為短期試驗荷載值和長期試驗荷載值。由于大部分試驗是在短時間內(nèi)進行，故應按規(guī)范載值和長期試驗荷載值。由于大部分試驗是在短時間內(nèi)進行，故應按規(guī)范要求，考慮長期效應組合影響進行修正。要求，考慮長期效應組合影響進行修正。 5）在進行結(jié)構(gòu)動力試驗時，試驗荷載值確定還應考慮動力荷載的動力系數(shù)。）在進行結(jié)構(gòu)動力試驗時，試驗荷載值確定還應考慮動力荷載的動力系數(shù)。 ),(00003affRSscu03uS)(R2、科研性試驗科研性試驗2.3.3 試驗荷載確定試驗荷載確定 試驗加載制度是指試驗進行

35、期間荷載與時間的關(guān)系。它包括：它包括：加載速度的快慢、加載時間間歇的長短、分級荷載的大小和加卸載循環(huán)的次數(shù)等。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和變形性質(zhì)與其所。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和變形性質(zhì)與其所受荷載作用的時間特征有關(guān)。不同性質(zhì)的試驗受荷載作用的時間特征有關(guān)。不同性質(zhì)的試驗必須根據(jù)試驗的要求制定不同的加載制度。必須根據(jù)試驗的要求制定不同的加載制度。 對對靜力結(jié)構(gòu)試驗，一般采用包括預加載、標，一般采用包括預加載、標準荷載和破壞荷載等三個階段的一次單調(diào)靜力準荷載和破壞荷載等三個階段的一次單調(diào)靜力加載試驗加載試驗 擬靜力試驗采用控制荷載或變形的低周反復加采用控制荷載或變形的低周反復加載試驗載試驗2.3.4 加載制度加

36、載制度 結(jié)構(gòu)擬動力試驗則由計算機控制，則由計算機控制，按結(jié)構(gòu)受按結(jié)構(gòu)受地震地面運動加速度作用后的位移反應時程曲線地震地面運動加速度作用后的位移反應時程曲線進行加載試驗進行加載試驗。有位移時程曲線、加速度時程曲。有位移時程曲線、加速度時程曲線、力的時程曲線。線、力的時程曲線。 一般一般結(jié)構(gòu)動力反應試驗是采用正弦激振的加是采用正弦激振的加載試驗；載試驗； 而模擬地震的而模擬地震的振動臺試驗是采用模擬地震地是采用模擬地震地面加速度的隨機激振試驗。面加速度的隨機激振試驗。 2.3.4 加載制度加載制度 對試件在荷載作用下的實際工作狀態(tài)有全面的了對試件在荷載作用下的實際工作狀態(tài)有全面的了解，就要用儀器和

37、各種手段量測其反應。以了解結(jié)解，就要用儀器和各種手段量測其反應。以了解結(jié)構(gòu)的整體變形和局部變形。構(gòu)的整體變形和局部變形。 我們要擬訂的量測方案有：我們要擬訂的量測方案有： 檢測什么？ 測點在哪？ 怎樣檢測？ 2.4 結(jié)構(gòu)試驗的觀測設計結(jié)構(gòu)試驗的觀測設計 2.4.1 觀測項目的確定荷載、變形、應變 結(jié)構(gòu)在荷載作用下的各種變形可以分成兩類：一類是反映結(jié)構(gòu)的整體工作狀況（如梁的撓度、位移、轉(zhuǎn)角、支座偏移等），叫做整體變形；另一類是反映結(jié)構(gòu)的局部工作狀況（如應變、裂縫、鋼筋滑移等），叫做局部變形。 在確定試驗的量測項目時，試驗者應首先考慮整體變形，因為整體變形能夠概括出結(jié)構(gòu)的工作全貌，可以基本上反映出

38、結(jié)構(gòu)的工作狀況。因此在所有量測項目中，整體變形的量測往往是最基本的。對于某些構(gòu)件，局部變形的量測也是很重要的，例如，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫出現(xiàn)，能直接說明其抗裂性能。因此只要條件許可，根據(jù)試驗目的，經(jīng)常需要測定一些局部變形的項目。1. 結(jié)構(gòu)靜力試驗的觀測項目結(jié)構(gòu)靜力試驗的觀測項目2. 結(jié)構(gòu)低周反復荷載的觀測項目結(jié)構(gòu)低周反復荷載的觀測項目 各種荷載及與之相對應的變化各種荷載及與之相對應的變化 延性系數(shù)（極限變形與屈服變形的比）延性系數(shù)（極限變形與屈服變形的比） 荷載荷載變形滯回曲線變形滯回曲線 位移、轉(zhuǎn)角、曲率位移、轉(zhuǎn)角、曲率 剪切變形、黏結(jié)滑移、應變等剪切變形、黏結(jié)滑移、應變等 2.4.1 觀測項目

39、的確定3. 擬動力試驗的觀測項目擬動力試驗的觀測項目 各種荷載及與之相對應的變化各種荷載及與之相對應的變化 延性系數(shù)（極限變形與屈服變形的比）延性系數(shù)（極限變形與屈服變形的比） 荷載荷載變形滯回曲線變形滯回曲線 位移、轉(zhuǎn)角、曲率位移、轉(zhuǎn)角、曲率 剪切變形、黏結(jié)滑移、應變等剪切變形、黏結(jié)滑移、應變等 以上與以上與結(jié)構(gòu)低周反復荷載的觀測項目結(jié)構(gòu)低周反復荷載的觀測項目相同，相同， 還必須有還必須有主要部位的主要部位的位移反應時程曲線 2.4.1 觀測項目的確定 周期、振動頻率、振幅、振型、阻尼、加速度、動應周期、振動頻率、振幅、振型、阻尼、加速度、動應變等變等 4. 結(jié)構(gòu)動力試驗的觀測項目結(jié)構(gòu)動力試

40、驗的觀測項目2.4.1 觀測項目的確定 位移、速度、加速度、動應變等。研究地震作用、位移、速度、加速度、動應變等。研究地震作用、層間位移、構(gòu)件受力情況，評定抗震能力。層間位移、構(gòu)件受力情況，評定抗震能力。5. 結(jié)構(gòu)抗震試驗的觀測項目結(jié)構(gòu)抗震試驗的觀測項目2.4.1 觀測項目的確定 (1) 在滿足試驗目的的前提下，測點宜少不宜多，節(jié)在滿足試驗目的的前提下，測點宜少不宜多，節(jié) 約經(jīng)費，并使重點觀測項目突出約經(jīng)費，并使重點觀測項目突出 (2) 測點的位置必須有代表性，以便能測取最關(guān)鍵的測點的位置必須有代表性，以便能測取最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)；便于分析、計算數(shù)據(jù)；便于分析、計算 (3) 測點的布置應有利于試驗時

41、方便操作和測讀測點的布置應有利于試驗時方便操作和測讀 (4) 應布置一定量校核性測點，校核量測數(shù)據(jù)的準確應布置一定量校核性測點，校核量測數(shù)據(jù)的準確性。在試驗過程中部分測量儀器可能會工作不正常性。在試驗過程中部分測量儀器可能會工作不正常或發(fā)生故障，偶然因素也會影響量測數(shù)據(jù)的可靠性或發(fā)生故障，偶然因素也會影響量測數(shù)據(jù)的可靠性 2.4.2 測點的選擇與布置1. 結(jié)構(gòu)靜載試驗的布點原則結(jié)構(gòu)靜載試驗的布點原則 測點布置在測點布置在被測結(jié)構(gòu)反應最大的部位被測結(jié)構(gòu)反應最大的部位；測量振型時，測量振型時，要在結(jié)構(gòu)上連續(xù)布點，至少要在結(jié)構(gòu)上連續(xù)布點，至少5個個，由各點動位移連線，由各點動位移連線求得；（位移有正負，注意儀器相位）求得；（位移有正負，注意儀器相位） 振動臺試驗時，一般在各樓層處布置加速度傳感器，振動臺試驗時，一般在各樓層處布置加速度傳感器，求該處的地震作用。求該處的地震作用。 2.4.2 測點的選擇與布置2. 結(jié)構(gòu)動載試驗的布點原則結(jié)構(gòu)動載試驗的布點原則 選擇儀器選擇儀器要求：1、符合測量精度要求（一般、符合測量精度要求（一般2%，不超過，不超過吊件重）。吊件重）。鋼絲繩或尼龍繩與吊環(huán)連接應可靠，應采取連接用的專用吊環(huán)，鋼絲繩或尼龍繩與吊環(huán)連接應可靠，應采取連接用的專用吊環(huán)，不得隨意捆綁。不得隨意捆綁。任