1、建筑結試驗02448第一章結構試驗概論1.1結構試驗的任務1 .簡述結構試驗的任務建筑結構試驗的任務：在結構物或實驗對象上以各種儀器設備為工具利用實驗技術手段,在荷載作用下通過測試與結構工作性能有關的參數(變形撓度位移應變振幅頻率),從強度剛度抗裂性和破壞形態判斷實際工作性能,估計承載水平,確定結構對使用要求的符合程度,用來檢驗開展結構的計算理論.2 .劍術結構試驗在科學開展中的作用和意義以實驗方式測試有關數據.反映結構構件的工作性能、承載水平、可靠度,為結構的平安使用、設計理論提供依據.3 .2結構試驗的目的結構試驗從目的出發分為生產性試驗和科研型試驗.A.生產性試驗1 .具有直接生產的目的

2、,以實際建筑物或者構件為試驗鑒定對象,通過試驗對結構作出正確的技術結論.2 .生產性試驗可以解決哪些問題？(1) .綜合鑒定重要工程和建筑物的設計與施工質量.(2) .鑒定預制構件的產品質量(比方生產的綱吉你混凝土預制構件出場或安裝前必須用科學抽樣試驗的原那么根據質量檢驗評定標準和試驗規程推斷其質量)(3) .既有結構可靠性檢驗推斷和估計結構剩余壽命(大多采用非破損檢測試驗法,采用與實際結構相符的分析模型和分析方法進行評判)(4) .工程改建加固通過試驗判斷既有結構實際承載水平.(5) .處理受災結構或者工程質量事故通過試驗鑒定提供技術依據.B.科研型試驗1 .目的是驗證結構設計計算的假定,通

3、過制定各種設計標準開展新的設計理論并改良計算方法,為開展和推廣新結構新材料新工藝提供理論依據和實踐經驗.2 .科研型試驗可以解決哪些問題？(1) .驗證結構計算理論的假定(對結構構件的計算圖示和本構關系作簡化假定,動力和靜力分析中,本構關系模型化也是試驗確定)(2) .為制定設計標準提供依據(鋼混結構和磚石結構的計算理論全部以試驗研究的直接結果為根底,題型了結構試驗在開展設計理論和改良設計方法上的作用)(3) .為開展和推廣新結構新材料新工藝提供實踐經驗1.3結構試驗的分類一.按試驗對象的尺寸分類A.原型試驗1 .對象：實際結構或者實際結構構件,一般用于生產性試驗.實物試驗：用于生產性試驗(比

4、方泰山核電站平安殼加壓整體性能試驗、工業廠房結構剛度試驗、樓蓋承載力、高層建筑風振測試、環境隨機振動測定結構動力特性等).實際結構構件試驗：對象是一根梁、板、一根屋架等既可在實驗室內又可在現場(比方機場建設中對跨度和下弦高強度鋼纜的R2預應力鋼屋架、江南造船廠屋架進行預應力張拉和足尺構件的荷載試驗)B.模型試驗(仿照原型并根據一定比例關系復制而成的試驗代表物,具有實際結構的全部或局部特征,大局部是比原型小的縮尺結構或者1:1的足尺模型,因投資大周期長測量精度受環境影響,原型結構試驗在物質或技術上有點困難,在結構設計的方案階段進行初步探索或對設計理論計算方法進行探討研究時多采用比原型結構小的模型

5、進行試驗) .相似模型試驗采用適當比例尺和相似材料制成與原型幾何相似的試驗對象根據相似理論進行模型設計制作與試驗,這類模型要滿足幾何相似、力學相似、材料相似.注：相似力系=比例荷載施加后模型重演原型的實際工作狀態. .縮尺模型原型結構縮小幾何比例尺寸的試驗代表物,不用遵循相似條件,可用與原型結構相同的材料并按一般設計標準進行設計制造在結構設計標準編制中大量利用此構件的試驗提供數據、建立公司、制定條文 .足尺模型試驗對結構構造和構件之間的相互作用和結構整體剛度和結構破壞階段的實際工作進行全面觀測了解.二.按試驗荷載的性質分類A.結構靜力試驗1 .是結構試驗中最大量最常見的根本試驗絕大局部建筑承受

6、的是靜力荷載2 .研究強度剛度抗裂性和破壞機理一般通過重力或加載設備來模擬和實現加載要求3 .靜力記在試驗的過程：荷載從0開始逐步遞增一直加到試驗某一預定目標或結構破壞為止不長時間內完成試驗加載全過程4 .靜力試驗的優點：加載設備簡單、荷載可逐步施加、可停止仔細觀察結構變形開展、使人明確清楚破壞概念.注：動力試驗前都先進行靜力試驗如疲勞試驗B.結構動力試驗1.概念：指研究結構在不同性質動力作用下結構動力特性和動力反響的試驗 .結構動力特性試驗1 .概念：結構受動力何在時在結構自由震動或強迫震動情況下量測結構固定動力性能的試驗一般采用人工激振法中的自由和強迫振動法或者環境隨機振動法或者量測自振頻

7、率周期、阻尼系數、結構振型等參數 .結構動力反響試驗1 .概念：動力荷載下量測結構動力性能參數和動態反響的試驗如振幅、振動形態、頻率、頻譜曲線、加速度、動應變時呈曲線、動力系數2 .根據動荷載特性才用不同的加載設備和試驗方法如風洞設備可進行抗風試驗、模爆器內模擬爆炸沖擊波對結構做抗爆試驗、人工造波設備在水池造波、模擬海浪對海工結構做動力試驗C.結構抗震試驗1 .概念：地震或模擬地震荷載下研究構件抗震性能和抗震水平2 .低周反復加載靜力試驗偏重于抗震性能的評定和研究；非周期性的結構抗震試驗偏重對抗震水平的評定和研究如模擬地震振動臺試驗為非周期抗震動力試驗,可在實驗室內實驗. .低周反復加載靜力試

8、驗1 .概念：以限制結構變形或限制施加荷載由小到大對結構構件屢次低周期反復作用的結構抗震靜力試驗.2 .作用：.形成結構構件正反方向加載卸載過程2.獲得結構構件超過彈性極限后的荷載-變形工作性能恢復力特性和破壞特征3.比擬驗證抗震構造舉措的有效性和確定結構的抗震極限承載水平3 .此試驗又稱偽靜力試驗、周期性抗震靜力試驗、結構恢復力特性試驗.由于加載周期大于自振周期所以為靜力試驗. .擬動力試驗1 .概念：利用計算機和電液伺服加載器聯機系統進行結構抗震試驗2 .又稱為偽動力試驗、非周期性抗震靜力試驗、計算機加載器聯機試驗. .模擬地震振動臺試驗1 .概念：在模擬地震振動臺上進行結構抗震動力試驗.

9、2 .優點：1.根據人的意圖要求再現各種地面運動加速度記錄2.模擬結構受地震作用從彈性到彈塑性到破壞倒塌的受力過程和結構物破壞現象3.評價結構抗震水平的一種有效試驗方法.D.結構疲勞試驗1 .概念：結構構件在等幅穩定屢次重復荷載下為測試疲勞性能進行的動力試驗.2 .量測的參數：疲勞強度和疲勞壽命量測結構在液壓脈沖疲勞試驗機施加屢次重復荷載作用下疲勞破壞的強度值和荷載重復次數對吊車梁、懸掛吊車的屋架、預應力構件錨具都要進行疲勞試驗.三.按試驗時間長短分類A.短期荷載試驗1 .概念：結構試驗時限、試驗條件、試驗時間或其他因素需及時解決,經常對實際承受長期荷載作用的結構構件,在實驗時將荷載從0開始到

10、最后結構破壞火某個階段進行卸載.整個試驗過程和時間盡在較短時間段內完成2 .整個加載過程只有幾秒或者毫秒微秒,實際是一種瞬態沖擊試驗,屬于動力試驗范疇.所以短期荷載試驗不能代表常年進行的長期荷載試驗.B.長期荷載試驗1 .概念：長期荷載作用下研究結構變形隨時間變化規律.又稱持久試驗、結構健康監測.連續進行幾個月或幾年時間.如混凝土結構徐變、預應力結構鋼筋松弛.2 .長期荷載試驗一般在實驗室內進行.四.按試驗所在場地分類A.實驗室結構試驗1 .概念：進行結構構件試驗而專門建設的場所.2 .實驗室試驗的對象可以是真型或模型,結構可以一直試驗到破壞.實驗室結構試驗更適宜進行科學性研究試驗.B.現場結

11、構試驗1 .概念：在生產或施工現場進行的實際結構試驗.多用于生產性試驗2 .對象：正在生產使用的已建結構或將要投入使用的心結構3 .缺點：使用高精度高靈敏度觀測儀表設備受限制,試驗精度和準確度較差,假設沒有固定的加載設備和試驗裝置,對試驗加載困難很大.四.按試件是否破壞分類A.結構破壞試驗1.概念：通過荷載試驗了解結構從彈性到彈塑性再到極限破壞各個階段工作性能的全過程,分析超載后的工作情況和破壞機制獲得平安儲藏.適用于科研型試驗.B.結構非破壞試驗生產性試驗的作用可用非破壞性試驗.1 .剛度檢驗法：結構彈性階段的性能檢驗為主,以30%-60%設計荷載進行加載,測得結構變形和材料的應變與理論計算

12、結果對比,假設符合那么成認試驗結構和材料可靠性.2 .承載力檢驗法：加載到小于極限荷載的某一預定荷載值,檢測結構受載后的反響.因結構抗力分布隨機性和實際加載可能有誤差因此要注意可能接近極限荷載從而引起結構破壞的危險性.補充：生產性試驗多被用于原型試驗中的實物試驗、現場結構試驗、結構非破壞試驗.科研型試驗多疾用于結構破壞試驗第二章結構試驗設計2.1結構試驗設計概述1 .結構試驗所有環節？ .結構試驗目的 .結構試驗設計：1.試件,荷載,觀測的設計和誤差限制,試驗平安舉措；2.設計試件的形狀尺寸以及試件數量和構造舉措.3.試驗荷載圖紙以及設計試驗加載裝置以及選擇試驗方法設備和加載制度.4.試驗觀測

13、工程和測點部位數量以及選擇測試儀器. .結構試驗準備：試件制作與安裝,人員組織分工,儀器設備檢測率定,材料力學性能測定和試驗. .結構試驗實施：試驗加載和反響觀測與數據采集和試驗變形裂縫破壞形態記錄. .結構試驗分析：試驗觀測與數據處理,參數識別,破壞機制分析,結構性能與承載水平分析. .結論2.2結構試驗的試件設計1 .試件設計時要考慮哪些因素？ .試件形狀選擇.試件尺寸與數量.構造舉措.結構受力的邊界條件和試件破壞形態與加載條件的要求.A.試件形狀選擇最重要的是要造成和設計目的相一致的應力狀態.取局部構件特別是復雜超靜定體系時注意邊界條件模擬,要反響該局部結構的實際工作. .試件從整體結構

14、中隔離出來,應采用容易模擬試件的邊界受力狀態. .磚塊和砌體用于墻體試驗.采用帶翼緣或不帶翼緣的單層單片墻,也可以采用雙層單片墻或開洞墻體的砌體試件.假設是縱墻,因外墻窗口多可采用2個或1個窗間墻的雙肢或單肢窗間墻試件.B.試件尺寸.國內試驗研究中的框架截面尺寸大約為原型的1/4-1/2,足尺輕板本1架試驗3-5層.靜力試驗取大比例尺.如砌體結構模型取1:1.動力試驗因振動臺等加載設備水平限制取小比例尺.如砌體結構1/10-1/4,混凝土結構1/40-1/4,超高層結構1/25-1/50,有機玻璃整體模型1/25-1/100.C.試件數量.對于生產性試驗,一般根據試驗任務要求明確試驗對象.?混

15、凝土結構工程施工質量驗收標準?用來確定工業民用建筑鋼混和預應力混凝土預制構件的數量以及質量檢驗評定,其他的那么按相關產品標準確定數量.對于科研型試驗,根據研究要求專門設計制造.鋼混短柱抗剪強度試驗影響參數有強度等級、受拉鋼筋配筋率、配箍率、軸向應力和剪跨比統稱為分析因子.注意剪跨比方=2,3,4.稱為水平數.設計時必須相互結合起來研究各參數與其相應狀態對試驗的影響綜上所述.因子數和水平數越多那么試件數量也增加.正交試驗設計：優點：只需要少量試件就可得到主要信息并對問題作出綜合評價.缺點：不能提供某一因子的單值變化與試驗目標之間的函數關系2.結構試驗對試件設計的要求：必須考慮試件安裝、加載、量測

16、需要并作出必要的構造舉措,特別是對科研型試驗.以下舉例：.混凝土試件支承點埋設鋼墊板.屋架受集中荷載作用位置埋設鋼板預防局部承壓3.加載面傾斜作出凸緣包住加載設備的穩定設置4.鋼混試驗為了框架端部側面施加反復荷載應設置預埋構件以便與加載用的液壓加載器連接5.設置加大截面的根底梁包住框架柱腳局部與試驗臺固接6.磚石或者砌塊的砌體試件中,上下預先澆搗混凝土墊塊使垂直荷載均勻傳遞7.墻體上下設置混凝土墊梁,下墊梁可模擬根底梁與試驗臺座固定,上墊梁模擬過梁傳遞豎向荷載8.鋼混偏心受壓試驗,兩端做成牛腿可增大端部承壓面積并便于施加偏心荷載并在上下端加設分布鋼筋網進行增強.注意：為保證結構構件在預定部位破

17、壞,得到必要測試數據,需對結構構件其他部位事先加固,為保證試驗測量的可靠度和儀表安裝方便,在試件內必須預設買件或預留空洞.比方：測定混凝土內部應力的預埋元件或專門的混凝土應變計一級鋼筋應變計,應在澆注混凝土前按技術要求用專門的方法就位固定埋設在混凝土內部.2.3結構試驗的荷載設計A.試驗加載圖示的選擇與設計試驗時荷載應使結構處于某一種實際可能的最不利工作狀態.荷載圖示與設計計算荷載圖示一樣.不一樣有以下原因：1.設計計算采用的荷載圖示合理性有所疑心2.試驗條件限制.解決方法：1.采用某種接近結構實際受力情況的荷載布置方式.2.為了加載方便和減少荷載量,不影響結構工作和試驗結構分析的前提下改變加

18、載圖式.舉例：用幾個集中荷載替代均布荷載,但集中荷載數量和位置盡可能符合均布荷載產生的內力值,試驗荷載大小可根據相應等效條件位移和應力等效換算得到.此方法-等效荷載法注意修正某些參數,比方構件滿足強度等效,整體變形的撓度一般不等效B.試驗加載裝置的設計保證試驗正常進行,加載的設備裝置也必須進行專門設計,使用試驗室內現有設備也要按每項試驗要求對裝置的強度和剛度復核計算.以下考前須知：1.強度滿足最大荷載量要求,保證足夠的平安儲藏,考慮結構受載后使局部構件強度提升導致最大承載力比預計的大加載裝置承載力要求至少提升70%,保證加載裝置剛度.剛度缺乏,難以獲得試件極限荷載后的變形和受力性能.（3） .

19、加載裝置要求符合結構受力條件,能模擬結構構件邊界條件和變形條件.（4） .注意試件的支承方式.梁抗剪試驗中,加載點和支承點的摩擦力均會產生次應力使梁彎矩減小,支承反力增大,滾軸可能產生變形甚至塑性,摩擦力加大導致誤差.C.結構試驗的加載制度概念：結構試驗進行期間限制荷載與加載時間的關系.包括加載速度快慢、加載時間間歇長短、分級荷載大小、加載循環次數.承載水平和變形性質與其所受荷載作用的時間特征有關.2.4結構試驗的觀測設計A.確定觀測工程時需要考慮哪些因素？(1).結構整體工作和全貌整體變形.如撓度轉角和支座偏移.(2).測量撓度可了解結構剛度、彈性或非彈性工作性質.(3).撓度不正常能反映結

20、構某些特殊的局部現象(4).轉角用來分析超靜定連續結構.(5).結構局部工作狀況的局部變形也要考慮,如應變、裂縫、鋼筋滑移.(6).動力加載試驗需測量加速度.B.測點如何選擇與布置？(1) .利用結構試驗一起對結構物進行變形和應變測量時,在滿足試驗目標的前提下,測點宜少不宜多,都要服從結構分析的需要.測點位置要有代表性,最大撓度和最大應力必須布置測點-限制測點.假設不是說明局部缺陷影響那么不應在有缺陷的截面布置測點.(2) .局部測量儀發生故障燈因素影響測量數據的正確性,為包住測量數據可靠,應布置一定數量的校核性測點可布置在結構物邊緣凸角和零應力構件截面桿件,也可布置在理論計算比擬有把握區域,

21、利用結構本身和荷載作用的對稱性在限制測點相對稱的位置上布置校核測點.C.儀器的選擇與測讀原那么(1) .儀器符合量測所需的精度要求.相對誤差不超過5%,儀表最小刻度值不大于5%為最大被測值.(2) .量測滿足試驗最大量測需要,最大被測值為滿量程的1/52/3,最大被測值不超過儀表最大量程80%o(3) .測點數多且很高很遠,采用電測儀表,對埋于結構內部的測點只能用電測儀表.(4) .首選數據自動采集設備,考慮到測讀方便省時.(5) .為預防過失,同類參數量測儀器選用一用的型號規格,校核測點上使用另一種類型的儀器方便.(6) .動測試驗使用的儀表,注意線性范圍、頻響特性、相位特性滿足要求.2.5

22、材料力學性能與結構試驗的關系A.1.構件的受力和變形特點除了受荷載外還取決于其材料內部反抗外力的性能.試驗中根據結構構件材料性質不同必須測定相應的一些根本數據.比方科學性試驗要了解材料的荷載-變形、應力-應變關系,需要測定彈性模量.2.根據地震荷載作用特點,在結構上施加周期性反復荷載,結構進入非線性階段工作,相應的材料試驗也需要再周期性反復荷載下進行包辛格效應.比方混凝土材料的應力-應變曲線那么要測定下降段.B.1.材料力學性能指標：鋼材、鋼筋、混凝土等分別制成的標準試樣或試塊進行試驗結果的平均值.因材質不均勻會有波動.2.(混凝土為例)強度指標影響因素：(1) .試件尺寸與形狀的影響 .混凝

23、土材料強度測定用的試件有立方體和圓柱體. .測定抗壓強度標準試件：150mmx150mmx150mm立方體 .測定軸心抗壓強度和彈性模量標準試件：h/a=2:1的150x150x150棱柱體 .國外采用圓柱體,h/d=2:1的M00X200或6150x300 .截面較小而高度較低的試件假設抗壓強度偏高那么是由于試驗方法和材料自身原因試驗方法：試驗機壓板對試件承壓面的摩擦力有箍緊作用,受壓面積與周長比值不同,對小試件作用比大試件大.自身原因：內部存在裂縫分布,外表和內部硬化程度差異對不同試件有不同影響,隨尺寸增大而增加. .采用立方體或棱柱體優點：制作方便,受壓面是模板面；平整度易于保證.缺點(

24、采用圓柱體優點)：澆搗時棱角處由砂漿填充,所以混凝土拌合物顆粒分布不如圓柱體均勻.此外圓柱體外形與鉆芯法從結構上鉆取試樣一致,但因圓柱體是立式成型,試件端面即是加載受壓面,比擬粗糙,所以抗壓強度離散型大.(2) .試驗加載速度的影響測定材料力學性能時,加載速度越快(材料應變速率越高),強度和彈性模量相應提升.鋼筋強度隨加載速度的提升而加大.2.6結構試驗影響因素結構試驗的影響因素有哪些？試件尺寸、材料性能、試件安裝、試驗設備、試驗方法、試驗數據分析1 .試件尺寸的誤差和解決方法？原因：混凝土制作澆筑過程中產生模板尺寸誤差,脹模引起外形尺寸誤差；綁扎鋼筋和振搗引起鋼筋位置和保護層厚度誤差,鋼筋尺

25、寸也會產生誤差；砌體試件因塊材性質離散型和施工技術影響導致平整度和垂直度和實際尺寸誤差；鋼結構因購置材料尺寸誤差和加工技術影響導致尺寸誤差.解決方法：試驗前必須量測試件的外形尺寸及各部件截面尺寸并試驗后翻開試件量測內部主要部件尺寸,結果分析時采用試件實際尺寸.2 .材料性能的誤差和解決方法？原因：試件受力和變形除荷載因素外還取決于組成材料,材料力學性能直接影響其質量.由材料標準試件試驗確定的材料強度、本構關系是名義上的,因本身的離散型和試驗方法使試驗得到的名義力學性能和實際值之間存在誤差.解決方法：確定材料性能的試塊與結構試件具有同一性比方：對混凝土,要求同一和相同的拌制,模板成型、振搗、養護

26、條件、試件拆模和時間試驗.對砌體,要求同一和相同塊材、砂漿、工人、養護條件和時間試驗.對鋼材,同級同批同直徑取樣作代表,按主筋逐根取樣.3 .試件安裝原因-解決方法：受荷試件的試驗跨度與計算見圖不一致安裝就位前仔細定出支座反力作用線位置.荷載偏心出現平面外破壞或額外附加力矩確定出荷載作用點位置.支座變形增加摩擦力,支承平面不平整引起扭轉或變形傾覆支座約束條件與計算嚴格一致,產生次彎矩或局部應力集中4,試驗設備原因：未定期計量標定或實驗維護不當,產生荷載變形或傳感器測試誤差.解決方法：對加載設備定期計量標定,對測試設備進行定期標定,試驗前校核.5 .試驗方法原因：加載速率不同,材料強度和彈性模量

27、也不同.解決方法：測定材料力學性能時,對試件尺寸形狀、加載設備和加載方法等按相應標準嚴格規定.6 .試驗數據分析有效數字和頻響范圍存在誤差,建議采用更高解析率的方法.第三章建筑試驗設備和儀器6.1 結構試驗的加載設備荷載設計和適合試驗目的需要的加載設備是試驗順利的關鍵.試驗荷載還取決于實驗室設備和現場條件.結構試驗分為靜力加載和動力加載,試驗設備分為靜力加載設備和動力加載設備.1 .靜力加載設備（1） .重力加載法利用物體本身的重量施加于結構上作為荷載 .將重物荷載直接堆放在結構外表形成均布荷載或者置于荷載盤通過吊桿掛于結構上形成集中荷載多用于現場屋架試驗,注意預防重物形成拱而使均布荷載假定誤

28、差偏大 .水盛在水桶內用吊桿作用在結構上,作集中荷載可采用特殊盛水裝置,作均布直接施加在結構外表. .當利用重物作為集中荷載受荷載量的限制時利用杠桿原理將荷重放大作用在結構上,杠桿加載的裝置根據試驗室或現場試驗條件不同分為：利用試驗臺座、利用平衡重、利用墻身、利用樁杠桿支點、力點、重物加載點位置必須明確,確定杠桿比例或放大率（2） .液壓加載法利用液壓加載裝置進行加載 .最普通液壓加載裝置：液壓千斤頂工作原理：高壓油泵將有壓力的液壓油壓入液壓加載器的工作油缸,使其推動活塞,對結構施加荷載. .根據帕卡斯原理,荷載值由油壓表示值和加載器活塞受壓面積求得或者液壓加載器與荷載承力架直接的測力傳感器直

29、接測讀和記錄. .液壓加載系統+試驗機架=試驗機-液壓操縱臺、大噸位液壓加載器2000噸以上、機架3m左右三局部組成比較典型的是結構長柱試驗機,對柱墻板氣體借點和梁受壓受彎進行試驗 .電液伺服裝置+液壓加載系統=電液伺服加載系統模擬限制裝置和計算機限制試驗的加載全過程電液伺服系統目前采用閉環限制.電液伺服加載器+限制系統+液壓源=電液伺服系統.指定發生器發出的指令信號和反響信號比擬的差值為誤差信號,放大后可用來限制伺服閥操縱液加載活塞的工作,完成全系統閉環限制.（3） .機械力加載法常用機具：吊鏈、卷揚機、絞車、花籃螺絲、螺旋千斤頂、彈簧前3個主要配合鋼絲或繩索對結構施加拉力,與滑輪組合改變作用力大小和方向拉力大小用拉力測力計測定螺旋千斤頂利用齒輪和螺桿式渦輪蝸桿機構傳動原理,手搖手柄帶動螺旋桿上升對結構施加頂推壓力.彈簧加載法用于持久荷載試驗.（4） .氣壓加載法試件上制作一密封容器或在試件和加載裝置之間放一氣囊,充氣后借住容器或氣囊壓力對試件外表施加均布荷載.2 .動力加載設備（1） .慣性力加載法特點：.荷載作用時間短促.荷載作用下使被加載結構產生有阻尼自由衰減運動用于進行結構動力特性試驗.（2） .離心力加載法偏心激振器是最常見離心力加