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建筑结构试验02448自考点整理知识第一章 结构试验概论1、结构试验的任务建筑结构试验的任务就是在结构物或试验对象（实物或模型）上，以仪器设备为工具，利用各种实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震力、风力）或其它因素（温度、变形沉降）作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数（变形、绕度、位移、应变、振幅、频率），从强度（稳定）、刚度、抗裂性以及结构的破坏形态等各个方面来判断结构的实际工作性能，估计结构的承载能力，确定结构对使用要求的符合程度，并用以检验和发展结构的计算理论。有建筑结构试验的任务可知，建筑结构试验是以实验方式测试有关数据，反应结构或构件的工作性能，承载能力以及相应的可靠度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要依据。2结构试验的目的（a 生产性试验 b 科研性试验）a生产性试验一般用于解决一下问题：（1） 综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量。（2） 鉴定预制构件的产品质量。（3） 已建结构可靠性检验，推断和估计结构的剩余寿命。（4） 工程改建或加固，通过实验判断具体结构的实际承载能力。（5） 处理受灾结构或工程质量事故，通过试验鉴定提供技术依据。b科研性试验（1） 验证结构计算理论的假定；（2） 为制定设计规范提供依据；（3） 为发展和推广新结构、新材料和新工艺提供实践经验。2、结构试验的分类a按试验对象的尺寸分类（1）原型试验：原型试验的对象是实际结构（实物）或者是实际的结构构件。（2）模型试验：模型是仿照原型（真实结构）并按照一定比例关系复制而成的试验代表物，它具有实际 结构的全部或部分特征，但大部分结构模型是尺寸比原型小得多的缩尺结构。 （a）相似模型试验 ：按照相似理论进行模型设计、制作与试验。 （b）缩尺模型试验 ：用缩尺模型研究结构性能，验证设计假定与计算方法正确性，缩尺模型实质上是原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物。 （c）足尺模型试验：由于建筑结构抗震研究的发展，国内外开始重视用足尺模型对结构整体性能的试验研究。b按试验荷载的性质分类（1）结构静力试验：静力加载试验是结构试验中最大最常见的基本试验，这主要是绝大部分建筑结构在工作中所承受的是静力荷载。结构静力试验的优点：加载设备比较简单，荷载可以逐步施加，也可在加载的同时停下来观测结构变形的发展给人们最明确和清晰的破坏概念。（2）结构动力试验：随着结构自身功能和使用状态的变化，结构在承受静力荷载的同时，有可能受到不同性质的动力作用。结构动力试验就是研究结构在不同性质动力作用下结构动力特性和动力反应的试验。（a）结构动力特性试验：结构受动力荷载及激励时，在结构自由振动或强迫震动情况下量测结构自身所固有结构动力试验的特性。（b）结构反动力试验：结构在动力荷载作用下，量测结构或其特定部位动力性能参数和动态反应的实验。（c）结构疲劳试验：结构构件在等幅稳定，多次重复荷载作用下，为测试结构疲劳寿命而进行的动力试验。（3）结构抗震试验：结构抗震试验是在地震或模拟地震荷载作用下研究结构构件抗震性能和抗震能力的专门试验。（a）低周反复加载静力试验：以控制结构变形或控制施加荷载，由小到大对结构构件进行多次低周期反复作用的结构抗震静力试验。（b）拟动力试验：利用计算机或电液伺服加载器联机系统进行结构抗震试验的一种试验方法。（c）地震模拟振动台试验：在地震模拟振动台上进行的结构抗震试验。c按试验时间长短分类（1）短期荷载试验：是指结构试验时限与试验条件、试验时间或其它各种因素和基于及时解决问题的需要，经常对实际承受长期荷载作用的结构构件，在试验时将荷载从零开始到最后结构破坏或 某个阶段进行卸载，整个试验的过程和时间总和仅在一个较短时间段内完成的结构试验。（2）长期荷载试验：是指结构在长期荷载作用下研究结构变形随时间变化规律的试验。d按试验所在场地分类（1）实验室结构试验：结构实验室是为进行结构构件试验而专门建设的场所。（2）现场结构试验：是指在生产或施工现场进行的实际结构的试验，较多用于进行生产性试验，试验对象主要是正在生产使用的已建结构或是将要投入使用的新结构。e按试验是否破坏分类（1）结构破坏试验：大部分结构研究，要求通过荷载试验了解结构从弹性到弹塑性直到极限破坏各个阶段工作性能的全过程，分析结构在超载后的工程情况、破坏机制并获得结构安全储备，因此一般试验均需进行到结构破坏，特别是科研性试验更有这种要求。（2）结构非破坏试验：大部分生产性的试验，是为了综合鉴定重要工程的设计和施工质量，检验已建结构的可靠性和剩余寿命以及处理受灾结构或对工程质量事故进行结构坚固，通过试验既要获得这些试验对象的结构强度刚度的有关资料，又不使结构受损而影响以后的生产和使用，这种场合可采用结构加载的非破坏性试验。第二章结构试验的加载设备和试验装置1在选择试验荷载和加载方法时，应满足下列要求。（1）选用的试验加载设备和试验装置应满足结构设计计算荷载图式的要求。（2）荷载传递方式和作用点要明确，产生的荷载数值要稳定，特别是静力荷载不随时间外界条件以及结构变形的变化。（3）荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求，加载设备要有足够的强度储备。（4）加载装置本身要安全可靠，要满足强度和刚度的要求但不能影响结构的自由变形，防止対试件产生卸荷作用从而减轻结构的荷载。（5）加载设备要操作简便，便于加卸载，并能控制加载速度，适应各种加载要求。（6）加载方法力求采用现代化技术，减轻体力劳动，提高试验质量，保证试验安全。2重力加载法 重力加载就是将物体本身的重力施加于试验结构上作为荷载。重物可以直接施加于试验结构或构件上，或者通过杠杆间接施加在构件上。（1） 重力直接加载（2） 杠杆加载：杠杆加载属于重力加载的一种。利用杠杆原理，可将荷重放大作用于结构上。杠杆制作方便， 荷载值稳定不变，当结构有变形时，荷载可以保持恒定，对于做持久荷载试验尤为适合。杠杆比例不宜过大，支点、力点和加载点位置必须明确，并应在一直线上。杠杆应有足够的强度、刚度，防止自身的总体失稳。2、液压加载法 是目前结构试验中应用比较普遍和理想的一种加载方法。它的最大优点是利用油压使液压加载器场所较大的荷载，试验操作安全方便。（1） （a）液压加载器加载：液压加载器俗称千斤顶，是液压加载设备中一个重要部件。工作原理：用高压油泵将具有一定压力的液压油压入液压加载器的工作油缸，使之推动活塞，对结构施加荷载，通过选用不同活塞面积的的各种规格的加载器和调整输入液压油的油压来控制试验需要的荷载。（b）液压加载器的加载类型：（a）手动液压加载器 （b）单向作用液压加载器 （c）双向作用液压加载器液压加载器静力试验加载装置：试验中利用普通手动液压加载器配合荷载承力架和静力试验台座是最常用 的一种方法。优点：设备简单，作用力大，加卸载安全可靠，与重力加载法相比大大减小笨重的体力劳动。（c）液压加载器荷载值的测定：由安装在加载器和荷载支承装置间的测力计直接测读确定。目前较多采用荷载 传感器将力值信号输入电子仪表显示，或用记录器直接记录。条件受限时，才允许用油压表示值测定荷载值。为提高油压加载器加载精度和准确性，应优先采用荷载传感器量测荷载值。 缺点：分辨率较低，加载器活塞在加卸荷载循环过程中受摩阻力影响，因而读数的重复性较差。 使用液压加载器时，不能用油压压强乘以活塞面积的方法来确定荷载量的原因：由于液压加载器内部摩擦力的影响，出现荷载量和油压之间不成严格的线性关系的状况，油压低时这种现象更为严重。（2） 液压加载系统加载（简述液压加载系统的组成结构。）答：液压加载系统主要由储油箱、高压油泵、测力装置和各类阀门组成的操纵台，通过高压油管同时并联连接若干个液压加载器组成，由操纵台控制，满足多点同步施加荷载的要求 （3）结构试验机加载（a）大型结构试验机：是一种比较完善的液压加载系统。 试验机组成：液压操纵台、大吨位的液压加载器、实验机架。（b）结构疲劳试验机：对各种结构构件（梁、桁架）进行单向负荷的压力及弯曲疲劳试验。在一定范围内产生周期性的单向脉动荷载，实现正弦波的动态疲劳试验。 试验机组成：液压脉动器、控制系统、液压脉动加载器。（4）电液伺服液压系统加载：可以准确的模拟试件所受的实际荷载，产生真实的受力状态。 系统组成：电液伺服液压加载器、控制系统、液压源。（5）地震模拟振动台加载：再现各种地震波对结构进行动力试验的一种先进实验设备。 特点：具有自动控制和数据采集及处理系统。采用了电子计算机和闭环伺服液压控制技术，配合先进的振动测量仪器，可以在实验室内进行结构物的地震模拟试验，以求得地震反应对结构物的影响。 系统组成：振动台台体结构、液压驱动和动力系统、控制系统、测试和分析系统。4机械力加载法 （1）机械力加载常用的机具：吊链、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等。（2）机械力加载的优点：设备简单，容易实现，在建筑物、柔性构筑物的实测或大尺寸模型试验中，常用此法施加水平集中荷载。5气压加载法 利用空气压力対试件施加荷载，由于空气压力特点，它所产生的是垂直于试件或结构表面的均布荷载。 （1）优点：加卸荷载方便、荷载稳定、当利用气囊加载时，由气压表的气压值及气囊与试件接触面积计算总的加载值。 缺点：试件受力截面无法观测利用真空加载时试件周边密封度较高。6惯性力加载法 在结构动力试验中，常利用物体质量在运动时产生的惯性力对结构施加动力荷载。由于荷载作用的方法不同，可分为冲击力加载和离心力加载两种方法。（1）冲击力加载 特点：荷载加载时间极为短暂，在它的作用下使被加载结构产生自由振动，适用于进行结构动力特性试验。（a） 初位移加载法：称张拉突卸法。（b） 初位移加载法：称突加荷载法。利用摆锤或落重的方法使结构在瞬时内受到水平或垂直的冲击，产生一个初速度，同时使结构获得所需的冲击荷载。（2）离心力加载：根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载。 特点：运动具有周期性。作用力的大小和频率按一定规律变化，使结构产生强迫振动。7结构试验荷载装置和试验台座：结构试验荷载装置是满足试验荷载设计、实现试验荷载图式、模拟边界条件要求、保证试验加载正常机械的关键之一。它由试件支承装置（支座、支墩）、荷载传递装置、荷载支承装置、结构试验台座和试验辅助装置等部分组成。a试件支承装置：（1）支座：滚动铰支座和固定铰支座、固定端支座、受压构件刀铰支座、梁式受扭构件转动支座 对支座的基本要求：a必须保证结构在支座处能自由转动和自由水平移动。b必须保证结构在支座处力的传递。c如果结构在支承处没有预埋支承钢垫板，则在试验时必须另加钢板。d滚轴的长度，一般取等于试件支承处截面宽度。e滚轴的直径应根据滚轴的受力选用，并进行强度验算。 （2）支墩 对支墩的要求：a 支墩上部应有足够平整的支承面积，制作时要铺以钢板。 b支墩本身应具有足够的强度和刚度，支承底面积要按地耐力进行复核验算保证试验时支墩不发生过度的变形或不均匀沉降，以免影响试件各种变形值的量测精度甚使试件因受载不均匀而发生破坏。 c支墩和地基的总压缩变形不宜超过试件挠度的1/10. d如果是连续梁、四角支承、四边支承双向板结构试验需两个以上的支墩时，各支墩的钢度均应相同。b荷载传递装置：作用是将加载设备产生的荷载或作用力正确地按试验荷载图式的要求传递到试验的结构上，同时满足荷载量放大、分配和荷载作用形式转换的要求。装置主要包括：杠杆、分配梁、卧梁。c荷载支承装置：（1）竖向荷载支承装置：一般由横梁立柱组成的反力架和试验台座组成，也可利用适宜于试验中小型构件的抗弯大梁或空间桁架式台座。荷载的支承机构主要由立柱、横梁组成。 （2）水平荷载支承装置：d结构试验台座：（1）抗弯大梁式台座和空间桁架式台座 （2）试验台座（a）板式：槽式、地锚式 （b）箱式：孔式 （c）抗侧力式e试验辅助装置f结构现场试验荷载装置：（1）结构构件现场试验荷载装置 （2）整体结构现场试验荷载装二、本章难点3、液压加载器的标定 当采用试验标定液压加载器时按照加载器使用时的实际工况，必须采用加载器的活塞顶升试验机的主动加载方式，这时加载器产生的是主动力，而不允许采用由试验机推压加载器活塞的被动方式进行标定。这主要是由于加载器的回程特性很差，被动方式标定时活塞摩阻力方向与正常工作时方向不同，由此得到的标定曲线误差较大。4、对铰支座的基本要求 a必须保证结构在支座处能自由水平移动和自由转动。b必须保证结构在支座处力的传递。c必须保证结构在支承处没有预埋支承钢垫板，则在试验时必须另加垫板。d滚轴的长度，一般取等于试件支承处截面的宽度。三、名词解释2、电磁加载：在磁场中放入动圈，通过交变电流，使固定于动圈上的顶杆等部件作往复运动，对试验对象施加荷载。3、试件支承装置：指支承结构构件、正确传递作用力、模拟实际荷载图式和边界条件的设备，通常由支座和支墩两部分组成。四、简答题3、采用试验机标定液压加载器时应注意什么？答：当采用试验机标定液压加载器时，必须采用加载器的活塞顶升试验机的主动加载方式，而不允许采用由试验机推压加载器活塞的被动方式进行标定。6、简述在静力试验中所利用的加载方法。答：在静力试验中有利用重物直接加载或通过杠杆作用间接加载的重力加载方法，有利用液压加载器和液压试验机等的液压加载方法，有利用铰车、差动滑轮组、弹簧和螺旋千斤顶等机械设备的机械加载法，以及利用压缩空气或真空作用的气压加载方法等。8、如何制作液压加载器的标定曲线？答：在制作标定曲线时，至少应在液压加载器不同的行程位置上加卸荷载重复循环三次，分别取平均值来绘制标定曲线。任一次测量值和曲线上对应点的力值偏差不应大于5%。第三章结构试验的数据采集和测量仪器一，概述1数据采集的作用和意义 用各种仪器和装置，对这些数据进行测量和记录，数据采集得到的数据，是数据处理的原始资料。只有采集到准确、可靠的数据处理和分析得到正确的试验结果，达到实验的预期目的。数据采集是结构试验的重要步骤，是结构试验成功的必要条件之一。2数据采集的方法（1）用最简单的量测工具进行人工测量、人工记录。（2）用一般的量测仪器进行测量、人工记录。（3）用仪器进行测量、记录。（4）用数据采集系统进行测量和记录。3数据流通过程和数据采集原则流通过程： 对试件的作用和试件的反应 传感器 记录器采集原则： 同时性、客观性。4测量仪器的技术指标 最小分度值：仪器的指示部分或显示部分所能指示的最小测量值（每一最小刻度所表示的被测量数值）量程：仪器可以测量的最大范围。灵敏度：被测量的单位物理量所引起仪器输入或显示装置示值的大小（仪器 对被测物理量变化的反应能力）分辨率： 仪器测量被测物理量最小变化值的能力。线性度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度。稳定性：被测物理量不变，仪器在规定的时间内保持示值与特性参数不变的能力。重复性：在同一工作条件下，一起多次重复测量同一数值的被测量时，保持示值一致的能力。频率响应：动测仪器输出信号输出的信号幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性。5结构试验对测量仪器的要求和仪器的标定对测量仪器的要求：（1）测量仪器不应该影响结构的工作，要求仪器自重轻、尺寸小，尤其是对模型结构试验还要考虑仪器的附加质量和仪器对结构的作用力。 （2）测量仪器具有合适的灵敏度和量程。 （3）安装使用方便，稳定性和重复性好，有较好的抗干扰能力。 （4）价廉耐用，可重复使用，安全可靠，维修容易。 （5）满足以上条件，尽量要求多功能、多用途以使用各方面需求。仪器的标定：为确定仪器的灵敏度何精确度，确定试验数据的误差，应在试验前或试验前后对仪器设备进行标定。 （1）对仪器进行单件标定（2）对仪器系统进行系统标定二、仪器的工作原理1仪器的工作原理 各类数据采集仪器按照其工作原理可以分为机械式仪器、电测仪器、光学测量仪器、复合式仪器及伺服式仪器等。a传感器和放大器 传感器的功能主要是：感受各种物理量（如力、位移、应变等数据信号），按一定规律把它们转换成可以直接测读的形式，然后直接显示；或者是电量的形式，然后传输给后续仪器。 按传感器的工作原理可以分为：机械式传感器、电测式传感器、光学传感器、复合式传感器和伺服式传感器等。目前结构试验中较多采用的是将被测非电量转换成电量的电测传感器。电测传感器的组成：感受部分、转换部分、传输部分、附属装置。放大器的功能：信号放大，他必须与传感器、记录器和显示器相匹配。b记录器 数据采集时，为了把数据保存、记录下来以备分析处理，必须使用记录器。记录器把这些数据按一定的方式记录在某种介质上，需要时可以把这些数据读出或输送给其他分析仪器处理。数据记录的方式：模拟式和数字式。三、应变测量仪1应变：单位长度内的变形。（线应变直线变形、剪应变剪切变形）2测量应变的仪器和方法仪器：（1）电阻应变仪 （2）手持应变仪 方法：（1）位移计方法 （2）光测法（云纹法、光弹法、激光衍射法）3电阻应变仪 在结构试验中，电阻应变仪是用来测量试件应变的最常用的仪器。用电阻应变仪测量应变时，用应变仪作为应变传感器，和应变仪中的电阻元件组成测量电桥，进行应变测量。还可以用电阻应变仪配合各种电阻应变式传感器，来测量其他物理量的变化。（1）电阻应变仪工作原理：利用某种金属丝导体的“应变电阻效应”，即这种金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。金属丝电阻值与其长度和截面积的关系：r=l/a（2）电阻应变计的构造：引出线、覆盖层、电阻栅、基底。（3）电阻应变计技术指标（a）电阻值r：电阻值应变计r一般为120.选用时应考虑与应变仪配合。（b）标距l：敏感栅有效长度。用应变计测得的应变值是整个标距范围内的名义平均应变，应根据试件点处应变梯度的大小来选择应变计得标距。（c）灵敏系数k：单位应变引起应变计的相对电阻变化。应使应变计的灵敏系数与应变仪的灵敏系数设置相协调，如不一致时应对测量结果进行修正。（4）电阻应变计的粘贴要求：（a）测点基底平整、清洁、干燥。 （b）粘结剂的电绝缘性、化学稳定性、工艺性能良好、蠕变小、粘贴强度高、温湿度影响小。 （c）同一组应变计规格型号应相同。 （d）粘贴牢固、方为准确、不含气泡。4、其他应变测量仪器 手持应变仪：常用于现场测量，适用于测量实际结构的应变，且适用于持久试验。 位移计：常用于实际结构、足尺试件的应变测量，其标距可任意选择。手持应变仪工作原理：在标距两端粘结两个脚标，通过测量结构变形前后两个脚标之间距离的改变，求得标距内的平均应变。手持应变仪的操作步骤：（a）根据试验要求确定标距，在标距两端粘贴两个脚标。 （b）结构变形前用手持应变仪先测读一次。 （c）结构变形后，再用手持应变仪测度。 （d）变形前后的读数差即为标距两端的相对位移，由此可求得标距内的平均应变。四、位移测量仪器线位移传感器角位移传感器五、力值测量仪器结构试验中，力传感器和液压传感器常用来测量对结构的作用力、支座反力等。力传感器和液压传感器主要有机械式和电测试两类。六、裂缝测量结构试验中，结构或构件的裂缝发生或发展、裂缝的位置和分布及长度和宽度是反映结构性能的重要指标。裂缝测量的主要内容：（1）开裂。裂缝发生的时刻和位置。（2）度量，裂缝的宽度和长度。七、振动测量仪器 结构振动时，其位移、速度和加速度等随时间发生变化。要测量这些振动参数，应该使用测振传感器。结构的振动，取决于结构的动力特性和外荷载。测量结构的动力特性，也要使用测振传感器，通过测量结构振动参数来获得结构动力特性。测振传感器基本原理：由惯性质量、阻尼和弹簧组成一个动力系统，这个动力系统固定在振动体上，与振动体一起振动，通过测量惯性质量相对于传感器外壳运动，来获得振动体的振动。测振传感器的频率特性：磁电式速度传感器：压电式加速度传感器：八、数据采集系统 数据采集系统的硬件由三个部分组成：传感器部分、数据采集仪部分和计算机部分。数据采集过程的原始数据是反映试验结构或试件状态的物理量，如力、温度、线位移、角位移和应变等。数据采集系统数据采集过程的步骤：（1）这些物理量通过传感器，被转换成为电信号 （2）通过数据采集仪的扫描采集，进入数据采集仪（3）在通过a/d转换，变成数值量 （4）通过系数换算，变成代表原始物理量的数值 （5）把这些数据打印输出，存入磁盘，或暂时存在数据采集仪的内存（6）通过连接采集仪和计算机的接口，存在数据采集仪内存中的数据进入计算机（7）计算机在对这些数据进行计算处理，如把位移换算成挠度，把力换算成应力等（8）计算机把这些数据存入文件，打印输出，并可以选择其中部分数据显示在屏幕上，如位移与荷载的关系曲线等二、本章难点2、应变测量电桥 一般情况下试件的应变较小，由此引起的电阻变化非常微小，难以直接测量。通常采用惠斯顿电桥，把电阻变化转换为电压或电流的变化，使信号得以放大，并可以解决温度补偿等问题。 用电阻应变仪测量应变时，电阻应变仪中的电阻和电阻应变计共同组成惠斯顿电桥。当用于测量非匀质材料的应变，或当应变测点较多时，应尽量采用1/4电桥，以避免各个应变测点之间的相互影响。5、测振传感器的频率特性 在设计和选择惯性式位移传感器时，应使传感器的固有频率n与所测振动的频率相比尽可能小，即使/n尽可能大。如果要测量振动体的加速度，应使/n尽可能小。如要测量振动体的位移，振动体的振动频率很低，难以找到频率低很多的惯性式位移传感器，就可以选用加速度传感器，通过两次积分得到振动位移。三、名词解释题10、应变测量中的温度补偿：如果试验中需要测量试件受除温度作用以外的荷载作用所产生的应变，那就应该设法去除由于温度 变化引起的应变，这就是应变测量中的温度补偿。11、压电式加速度传感器的横向灵敏度比：指传感器受到垂直于主轴方向振动时的灵敏度与沿主轴方向振动的灵敏度之比。四、简答题7、角位移传感器的工作原理。答：工作原理是以重力作用线为参考，以感应元件相对于重力线的某一状态为初值。当传感器随测量截面一起发生角位移后，其感应元件相对于重力线的状态也随之改变，把这个相应的变化量用各种方法转换成表盘读数或各种电量。9、什么是温度补偿？它的测量应满足哪些条件？答：在实际应变测量时，如果试验中只需要测量试件受除温度作用以外的荷载作用所产生的应变，就应该设法去除由于温度变化引起的应变，这就是温度补偿。 温度补偿需要在测量应变时，同时测量由温度引起的应变，以便在总应变中消除由于温度变化产生的影响，得到真正由于荷载作用引起的应变。通常，在试件旁边，与试件同样的温度环境中，放置一与试件同样材料的物体，这一物体只受温度作用，它的应变就代表试件由于温度引起的应变。还可以在试件的零应力部位布署应变测点，该测点的应变只受温度影响、与荷载作用无关，该测点的应变也可以用于温度补偿。第四章结构试验设计一、概述1结构试验包括结构试验设计、试验准备、试验实施、实验分析等主要环节。二、结构试验的试件设计 科研性的试件设计应包括试件形状的设计、尺寸和数量的确定以及构造措施的考虑，同时必须满足结构和受力的边界条件的要求。三、结构试验的模型设计 进行结构模型试验，除了必须 遵循试件设计的原则与要求外，结构相似模型还应严格按照相似理论进行设计，要求模型与原型尺寸的几何相似并保持一定的比例；要求模型与原型的材料相似或具有某种相似关系；要求施加于模型的荷载按原型荷载的某一比例缩小或放大；要求确定模型结构试验过程中参与的物理量的相似常数，并由此求得反映相似模型整个物理过程的相似条件。（1）模型的相似要求和相似常数：几何相似：模型和原型结构之间所有对应部分尺寸成比例。质量相似：模型与原型结构对应部分的质量成比例。荷载相似：模型和原型在各对应点所受的荷载方向一致，荷载大小成比例。物理相似：模型与原型的各相应点的应力和应变，刚度和变形间的关系相似。时间相似：模型和原型在对应的时刻要求对应的时间成比例。边界条件相似：模型和原型在与外界接触的区域内的各种条件保持相似。初始条件相似：初始状态下的初始几何位置、质点的位移、速度和加速度相似。（2）模型设计相似条件四、结构试验的荷载设计 结构试验的荷载设计主要取决于试验的目的要求、试验对象的结构形式、试件承受荷载的类型和性质以及实验室或现场所具有的加载条件等因素。它要求研究和考虑的问题有试验设备和加载方法的选择、试件就位与加载方案的确定、试验荷载图式的设计、试验荷载装置的设计以及试验荷载值的计算和加载制度的设计等。（1）试件就位与加载方案正位试验：试验结构构件与实际工作状态相一致的情况下进行，是结构试验中最常见的型式。异位试验：结构构件安装位置与实际工作状态不一致的情况下进行的试验反位试验：与正位试验在空间位置上 相差180度，构件受拉区在上部，受压区在下部。卧位试验：与正位试验在空间位置上相差90度试验时构件平卧，平行于地面原位试验：检验已建结构性能进行现场荷载试验唯一使用的方法，他在生产或施工现场处于实际工作的位置，它的支承情况，边界条件和实际工作状态完全一致。（2）试验荷载图式的选择与设计试验时常常采用不同于设计计算所规定的荷载图式，其原因是：（a）对设计计算时采用的荷载图式的合理性有所怀疑，因而在试验时采用某种更接近于结构实际受力情况的荷载布置方式。（b）在不影响结构的工作和试验成果分析的前提下，由于受试验条件的限制和为了加载的方便，要求改变加载的图式，即允许采用与计算的荷载图式不同的等效荷载图式。等效荷载：指结构构件的控制截面和控制部位上能产生与原来荷载作用时相同的某一作用效应的荷载。（3）试验荷载装置设计试验荷载装置设计的要求：（a）试验荷载装置要有足够的强度储备。 （b）试验荷载装置要满足刚度要求。（c）试验荷载装置要满足试件的边界条件和受力变形的真实状态。（4）试验荷载值计算和加载制度的设计试验加载制度的定义和内容：定义：结构试验进行期间荷载与加载时间的关系。内容：加载速度的快慢、加载时间间歇的长短、分级荷载的大小、加载卸载循环的次数。加载图式：试验中荷载的空间布置。五、结构试验的观测设计 在结构试验设计时，必须拟定测试方案。测试方案通常包括：a按整个试验的目的要求，确定试验测试的项目。b按确定的量测项目的要求，选择测点位置。c选择测试仪器和数据采集方法。（1）观测项目的确定结构静力试验的观测项目：结构低周反复加载静力试验和结构拟动力试验的观测项目：结构动力试验和抗震动力试验的观测项目：（2）测点的选择与布置（3）仪器的选择与数据采集（a）测试仪器的选择（b）仪表测读和数据采集静力试验中应注意事项：结构在试验加载前，应在没有外荷载的条件下测读仪表的初始读数。 试验时，在分级荷载作用下在规定的荷载持续时间结束时量测结构构件的变形。结构各部位测点的测度程序在整个试验过程中宜保持一致，测度时间间隔不宜过长。最好是所有的仪器度数都在同一时间段内进行。 观测时间一般选在荷载过程中的加载间歇时间内，最好在每次加载完毕后的某一时间开始按程序测读一次，到加下一级荷载前在观测一次读数。 当荷载维持较长时间不变时应该按规定时间，以后每隔36小时记录读数一次，当结构卸载完毕时，也按规定时间 记录结构变形的恢复情况。每次记录仪器读数时，应该同时记录周围环境的温度。六、结构试验的误差控制 在试验设计工作中必须对各个环节可能产生的误差加以控制，使之提高测试精度，保证试验质量。需要控制的误差有：试件制作误差、材料性能误差、试件按照误差、试验装置和试验加载误差、仪器使用和测试方法误差等。七、结构试验的安全与防护措施对结构试验安全与防护的基本要求是：试验工作中必须采取切实有效的措施，贯彻“安全第一”和“预防为主”的方针。在试验前对试验人员进行安全教育，请有经验和熟悉试验工作的人员负责安全检查工作，这对于大型结构试验和抗震动力破坏试验等尤为重要。答：试验工作中必须采取切实有效的措施，贯彻“安全第一”和“预防为主”的方针。在试验前对试验人员进行安全教育，请有经验和熟悉试验工作的人员负责安全检查工作，这对于大型结构试验和抗震动力破坏试验等尤为重要。（1）结构静力试验的安全与防护（2）结构动力试验的安全与防护二、本章难点1、模型的相似要求和相似常数 模型需和原型结构满足相似要求，才能按相似条件由模型试验推算出原型结构的相应数据和试验结果。模型的相似要求有：几何相似、质量相似、荷载相似、物理相似、时间相似、边界条件相似和初始条件相似。应熟记静力、动力试验模型的相似常数之间的关系。2、试件就位型式的分类 按照结构试验时结构构件在空间就位型式的不同，可以有正位、异位和原位试验等几种方案。正位试验指试验结构构件是在实际工作状态相一致的情况下进行的试验。异位试验是在结构构件安装位置与实际工作状态不一致的情况下进行的试验，可分为反位试验和卧位试验。原位试验是为检验已建结构性能进行现场荷载试验唯一使用的方法，试验的结构构件在生产或施工现场处于实际工作的位置，它的支承情况、边界条件和实际工作状态完全一致。4、测点的选择与布置 在满足试验目的的前提下，测点宜少不宜多。任何一个测点的布置都应该是有目的的，服从于结构分析的需要。测点的位置必须有代表性。在最大值出现的部位上必须布置控制测点。为了保证测量数据的可信度，还应该布置一定数量的校核性测点。测点的布置应有利于试验时操作和测读。三、名词解释7、控制测点：结构物的最大绕度和最大应力等数据，通常是设计和试验工作者最感兴趣的数据，因此在这些最大值出现的部位上必须布置测量点位，称之为控制测点。四、简答题1、在采集等效荷载加载时有哪些注意事项？答：采用等效荷载时，必须全面验算由于荷载图式的改变对结构造成的各种影响，必要时应对结构构件作局部加强，或对某些参数进行修正。取弯矩等效时，需验算剪力对构件的影响，同时要把采用等效荷载的试验结果所产生的误差控制在试验允许的范围以内。3、结构试验中，对测试仪器的选择有哪些要求？答：a在选择仪器时，必须从试验实际需要出发，使所用仪器能很好地符合所需的精度要求，要防止盲目选用高准确度和高灵敏度的精密仪器。b仪器的量程应满足最大变形和各种被测量的需要。c如果测点的数量很多而且测点又位于很高很远的部位，应采用电测仪表进行多点测量或远距离测量。d选择仪器必须考虑测读的方便、快速、省时，必要时需采用巡回检测和自动记录装置。e量测仪器的型号规格应尽可能选用一样的，种类愈少愈好。f动测试验使用的仪表的线性范围、频响特性和相位特性要满足试验量测的要求。4、采用什么方法可以减少混凝土试件制作误差产生的影响？答：为减少试件制作误差产生的影响，试验前必须量测试件主要受力区的实际外形尺寸，试验后打开混凝土实测主筋位置和保护层厚度。5、结构试验中，测点的布置应该注意哪些问题？答：a测点的位置必须有代表性。b为了保证测量数据的可信度，还应布置一定数量的校核性测点。c测点的布置应有利于试验时操作和测读。d结构动力试验中测点应布置在要求结构反应的最大部位。e结构地震模拟振动台整体结构模型试验时，一般在结构各楼层的楼面和屋面处布置加速度传感器。6、结构试验中，仪表测读应注意哪些问题？答：a结构在试验加载前，应在没有外加荷载的条件下测读仪表的初始读数。b试验时，在每级荷载作用下，应在规定的荷载持续时间结束时量测结构构件的变形。c观测时间一般选在载荷过程中的加载间歇时间内，最好在每次加载完毕后的某一时间开始按程序测读一次，到加下一级荷载前，再观测一次读数。d当荷载维持较长时间不变时，应该按规定时间以后每隔36小时记录读数一次。e每次记录仪器读数时，应该同时记录周围环境的温度。第五章结构静力试验一、概述1、结构静力试验 静力试验一般是指在不长的时间内对试验对象进行平稳的连续加载，荷载从零开始一直加到结构构件破坏或达到预定荷载，或是在短时间内平稳地施加若干次预定的重复荷载后，再连续增加荷载直到结构构件破坏。单调加载：荷载从零开始，一直加到结构构件破坏的一次性连续加载方法。二、结构静力试验的加载设计结构静力试验的加载设计主要包括：加载制度、加载图式两方面设计。（1）加载制度 试验加载制度指的是试验进行期间荷载的大小和方向与时间的关系。采用分级加载一方面可控制加载速度，另一方面便于观测结构变形随荷载变化的规律，了解结构各个阶段的工作性能。荷载分级大小和分级的多少，可根据试验的目的、试验期间和结构类型来确定。结构静力试验时，采用分级加卸载的好处：采用分级加载一方面可以控制加载速度，另一方面便于观测结构变形随荷载变化规律，了解结构各个阶段的工作性能。从操作上看，分级加载也为加载和观测提供了方便的条件。（2）加载图式三、受弯构件的试验（1）时间安装和加载方法（2）试验项目和测点布置 a挠度的测量 梁的挠度值是试验数据中最能反映其总体工作性能的一项指标，因为梁的任何部位的异常变形或局部破坏都将通过挠度或在挠度曲线中反映出来。对于受弯构件，最主要的是测定跨中最大挠度值及挠度曲线。b应变的测量 （弯曲应力测量、剪切应力测量、钢箍和弯筋应力测量、翼缘与孔边应力的测量、校核测点） 试验时，通过测量由于弯曲产生的应变，进而得到应力。一般在梁承受正负弯矩最大的截面或弯矩有特变的截面上布置测点；对于变截面的梁，则应在抗弯控制截面上布置测点。有时，也需要在截面急骤变化的位置上设计测点。c裂缝的测量 裂缝测量包括确定开裂的位置和时间、描述裂缝的发展和发布及测量裂缝的宽度和深度。在钢筋混凝土梁试验时，经常需要测定其抗裂性能，由此在要估计裂缝可能出现的截面或区域内，沿裂缝的垂直方向连续地或交替地布置测点，以便准确地测量开裂的发生，确定梁的抗裂性能。d转角和取率的测量 转角和取率是反映梁工作性能的重要指标。试验中常常要测量某些截面的转角和曲率，如简支梁支座处的转角、弯矩最大处的曲率等。四、受压构件的试验（1）试件安装和加载方法（2）试验项目和测点布置对于常用的各种预应力钢筋混凝土屋架一般的试验项目有:（1）屋架的整体变形和杆件局部变形、挠度、转角。（2）屋架的抗烈度及承载力（3）屋架主要杆件内力。（4）屋架节点的变形及节点刚度对屋架杆件的次应力影响。（5）屋架端节点的应力分布。（6）预应力钢筋张拉应力和对有关部位混凝土的预压应力。（7）屋架下弦预应力钢筋对屋架的反拱作用。（8）预应力锚头工作性能。五、屋架的试验（1）试件安装和加载方法 （2）试验项目和测点布置（a）屋架的整体变形和杆件局部变形、挠度、转角。（b）屋架的抗烈度及承载力（c）屋架主要杆件内力。 （d）屋架节点的变形及节点刚度对屋架杆件的次应力影响。（e）屋架端节点的应力分布。 （f）预应力钢筋张拉应力和对有关部位混凝土的预压应力。（g）屋架下弦预应力钢筋对屋架的反拱作用。 （h）预应力锚头工作性能。六、薄壳和网架试验（1）试件安装和加载方法薄壳结构：实际支承形式类似双向板，有四角支承和四边支承，试验支承可以用固定铰、活动铰及滚轴。网架结构：实际支承在框架或柱顶，试验时支承在刚性较大的型钢圈梁上。边支座一般受压，角支座及其附近支座可能受拉。加载方法：重物直接堆载、水池加载或通过吊篮加载。也可用气压加载，需要较大荷载时常使用液压加载器和分配梁加载。（2）试验项目和测点布置：1）观测项目：主要测量位移和应变。2）测点布置：常利用对称性减少测点数量。同时布置一些校核测点。 网架测点布置：（1）利用对称性分区（2）位移下弦节点，应力布置在杆件上（杆件中间或节点附近） （3）校核测点。七、整体结构静力试验整体结构静力试验是指对已经建成的建筑物进行结构试验，试验范围可以是整体结构、部分结构。整体结构试验一般都在现场进行，由于试验条件较差，难度较大，整体结构试验往往规模很大，组织工作复杂，要花费大量的人力物力。（1）钢筋混凝土平面楼盖试验：由楼板、次梁、主梁组成。施工工艺有整体现浇、装配式。（a）试验荷载布置楼板的试验 次梁的试验 主梁的试验 柱的试验 （b）试验观测：平面楼盖整体试验通常是非破坏性的，试验一般要求检验 结构的刚度和裂缝情况。混凝土应力测定 混凝土梁板中钢筋应力的测定（2）单层工业厂房整体空间工作试验：有排架、屋盖系统、山墙等组成的空间结构。在吊车水平荷载和偏心轮压作用下，直接受力的排架将荷载分别传至基础与屋盖，屋盖又将荷载沿纵向传给其它排架和山墙，这就形成了整体结构共同工作的空间作用。（a）试验荷载的布置 （b）试验观测（3）足尺房屋结构的整体试验（a）试验对象 （b）试验荷载及加载方法 （c）试验观测预测点布置：水平位移 基础的沉降、转角和水平位移 其他观测项目 其它观测项目的内容有：墙体水平截面上竖向应变的分布及纵横墙共同工作情况。 横墙水平灰缝剪应变的分布 门洞上口横梁的应力状态分布 墙体裂缝观测 测定门洞两侧墙肢的水平位移八、结构静力试验的数据处理结构静力试验后（有时在实验中），对采集得到的数据进行整理、换算、统计分析和归纳演义，以得到代表结构性能的公式、图像、表格、数学模型和数值，这就是数据处理（1）原始数据处理n 原始记录数据特点：完整性、科学性、严肃性。清楚、不得任意涂改n 影响错误数据的因素与修正：仪器设置，人工读错，人工记录，环境影响，仪器缺陷，通过复核仪器修正。（2）结构变形的计算（a）梁的弯曲变形 （b）剪切变形 （c）梁的挠度修正（3）应力和内力的计算（4）试验结果的表示特点：把试验数据用表格、图像和函数等方式来表达，具有文字表达所没有的直观、清楚等特点。（a）表格方式 汇总表格和关系表格表格的主要组成部分和基本要求：a每个表格都应有一个表格名称，如果文章中有一个以上的表格的时候，还应有表的编号。表明和编号通常放在表的顶上。b表格的形式应该根据表格的内容和要求来决定，在满足基本情况的要求下，可以对细节进行变动。不论何种表格，每列都必须有列名，列名都放在每列的头部，各列名放在第一行对齐，如果第一行空间不够，可把列名部分放在表格下面的注解中，尽量把主要的数据列或自变量列放在靠左边的位置。表格中的内容应尽量完全，能完整的说明问题。表格中的符号和缩写应该采用标准格式，表中的数字应该准确，整齐如需呀对表格中的内容进行说明，可以在紧挨表格的下面加一行注解，注解不宜放在其它地方，以免混淆。突出重点，组要内容放在醒目的位置。（）图象方式曲线图形态图直方图后两种是最常用的方法。曲线图的主要组成部分和基本要求：每个曲线图都必须有图名，文章有一个以上的曲线图时，还要有图编号。图名和图编号通常放在图的底部。每个曲线图应该有一个横坐标和一个纵坐标，每个坐标都应该有名称；坐标的形式，比例和长度可根据数据的范围确定但应该使整个曲线图清楚，准确的反应数据的规律。通常取横坐标为自变量，纵坐标为因变量。自变量通常只有一个，因变量可以有多个。一个自变量和一个因变量可以组成一条曲线，一个曲线图中可以由若干个曲线。有若干条曲线时，可以用不同的线型和不同的标记加以区别，也可用文字说明来区别。曲线必须以实验数据为根据，对实验时记录得到的连续曲线，可以直接采用或加修正后采用，对试验时非记录得到的数据和把连续记录离散化得到的数据，可以用直线或曲线顺序相连，并尽可能用标记标出实验数据点。如需要对曲线图中的内容加以说明，可以在图中或图名下加上注解。（）函数形式一般要做两个工作：确定函数形式求函数表达式的系数（回归分析一元线性回归分析）九、结构性能检验与评定对钢筋混凝土构件允许出现裂缝检验项目：承载力、挠