很全的结构试验课件

1、1,GaoSuGongLu,第一章 建筑结构试验概述,SACE,2,建筑结构试验是一门什么性质的课程？,建筑结构试验是一门必修的专业基础课程（32学时，理论22学时，试验10学时），是电学、光学、光电子学、力学、钢筋混凝土结构和钢结构等学科相互交叉的、实用性很强的一门学科，是用试验的方法研究和测量建筑结构的强度、结构受荷载作用后的反应及评估建筑结构产品质量的一门学科。,3,建筑结构试验课程的学习应达到的基本要求是什么？,通过本课程的学习应达到的基本要求是: 1掌握经常使用的各种测试方法的基本原理和测量技术，结合土木工程专业的特点，培养建筑结构试验的试验技能，使之具有从事一般建筑结构的检测能力，

2、为进行现场结构检测和科学研究的试验打下良好的基础。 2掌握建筑结构试验的前期准备工作程序，为结构试 验的顺利进行准备测试方案。 3掌握典型建筑结构试验的测试内容、测试方法、数据处理及书写测试报告的全过程。 4熟练掌握建筑结构无损检测的原理和检测方法。,4,建筑结构试验课程内容体系,建筑结构试验课程主要是讲述建筑结构试验中的试验准备工作，加载方法的选择，测点和测试方法的选择，试验过程、数据处理及测试报告的书写等内容。 教学内容按教材的章节的模块化进行设计:建筑结构试验准备工作、试验装置和加载设备、测试技术、无损检测技术、试验模型设计，试验数据的处理。,5,学习参考书：,6,第一章 建筑结构试验概

3、述,1.1 建筑结构试验的任务 1.2 建筑结构试验的作用 1.3 建筑结构试验的分类,7,第一节 建筑结构试验的任务,建筑结构试验研究对象：建设工程的结构物 建筑结构试验的任务： 在试验研究对象上应用科学的试验组织程序，使用仪器设备为工具，利用各种实验为手段，在荷载或其它因素作用下，通过量测与结构工作性能有关的各种参数，从强度、 刚度和抗裂度以及结构实际破坏形态来判明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。,8,所谓建筑结构试验，就是对建筑结构或者是它的构件施加一定的荷载，这个荷载我们指的就是比较广义的，包括力，也包括温度或者是变

4、形，然后用现代的测试手段对它引起来的各种反应，比如说：变形、位移、应变等等进行测量，通过这些测量来观测结构对荷载的反应能力，考查它是否符合使用和设计要求，同时，也可以通过这种观测，来得到荷载与它产生的变形之间的关系，为计算提供实践根据。,9,例如： 钢筋混凝土简支梁在静力集中荷载作用下， 可以通过测得梁在不同受力阶段的挠度、角变位、 截面应变和裂缝宽度等参数，来分析梁的整个受力 过程以及结构的强度、挠度和抗裂性能。 适筋受弯构件截面受力的几个阶段: 第一阶段截面开裂前阶段（抗裂验算） 第二阶段从截面开裂到受拉区纵向钢筋开始 屈服阶段（变形和裂缝宽度验算） 第三阶段破坏阶段（承载力计算）,10,

5、结 论,建筑结构试验是以实验方式测定有关数据，由此反映结构或构件的工作性能、承载能力和相应的安全度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要根据的学科。,11,第二节 建筑结构试验的作用 一、建筑结构试验是发展结构理论的重要途径 二、建筑结构试验是发现结构设计问题的主要手段 三、建筑结构试验是验证结构理论的唯一方法 四、建筑结构试验是建筑结构质量鉴定的直接方式 五、建筑结构试验是制定各类技术规范和技术标准的基础,12,（1）结构试验是发展结构理论的重要途径,17世纪初伽利略（1564-1642）在1638年错误地提出：受弯梁的断面应力为均匀受拉。 46年后法国物理学家马里奥脱和德国数学家莱布尼

6、兹对这个假设提出了修正,认为：断面应力不是均匀分布，是三角形分布。后来胡克和伯努里又建立了平面假设。,13,1713年法国巴郎提出了中和层理论：认为一边受拉，一边受压，但该理论无法用试验验证，而未被人们接受。 1767年法国科学家容格密里用简单的试验验证了巴郎理论中一边受拉，一边受压的结论。后人把该试验誉为“路标试验”。 1821年法国科学院院士拿维叶从理论上导出了受弯构件断面应力计算公式，20年后该公式被法国另一位院士莫列恩一用试验方法验证了。,14,（2）结构试验是发现结构设计问题的主要手段,斜撑几乎不起作用；斜撑交点首先出现塑性角而破坏。,15,通过多次改进： 有如一些特殊结构的研究，需

7、要做大量的结构试验，如混凝土-复合结构：钢管混凝土结构，钢筋混凝土-钢，笼式结构等。,16,（3）结构试验是验证结构理论的唯一方法,如爱因斯坦的相对论 如歌德巴赫猜想 负物质理论等各种科学猜想和预言,17,（4）结构试验是建筑结构质量鉴定的直接方式； （5）结构试验是制定各类技术规范和技术标准的基础；,18,第三节 建筑结构试验的分类 建筑结构试验按试验目的、荷载性质、试验对象、试验 周期、试验场合等因素进行分类。 （一）按照试验目的分类 试验可以按照各种方法来分类，但最基本的就是按照试 验目的来分类。按试验目的可以将结构试验分成下面两类： 一生产检验性试验，二科学研究性试验.。 由于试验目的

8、不同，整个试验安排和某些试验方法、试 验要求都有很大的不同，所以这是建筑结构试验分类里面最 基本的一种分类方法。,19,1.3 建筑结构试验的分类,1.3.1生产性试验和科研性试验 1生产性试验 目的：以具体实际的结构为鉴定的对象，通过试验对具体结构作出正确的技术结论。常解决的问题：（1）设计论证、施工质量控制和鉴定（2）预制构件质量鉴定（3）已建结构的可靠性鉴定、剩余寿命评估（4）改建、扩建或加固工程，通过试验判明结构的实际承载能力（潜力）（5）为工程事故处理提供技术依据,20,21,工程事故处理的一般程序:,1、基本情况调查 2、结构及材料检测 3、复核分析 4、专家会商 5、调查报告,2

9、2,结构及材料检测内容,1、地基基础 2、建筑物所用材料的实际性能检测 3、建筑物表面缺陷的观测 4、对结构内部缺陷的检查 5、必要时可作模型试验或现场加载试验，通过试验检查结构或构件的实际承载力。,23,2科研性试验,目的：验证、改进和发展结构设计计算的理论和方法主要表现： （1）验证结构设计计算的各种假定； （2）制定各种设计规范； （3） 发展新的设计理论； （4）为发展和推广新结构、新材料及新工艺 提供理论与实践的经验。,24,25,26,（ 1.3.2 静力试验和动力试验,（二）按照荷载性质、试验对象、试验持续时间、试验场所等不同因素进行分类。 1、按荷载性质来分类 （1）静力试验

10、（2）动力试验,27,1.3.2 静力试验和动力试验,按试验荷载性质分：静力试验、动力试验。1.静力试验： 应有最多、最常见的基本试验。分两种： (1). 结构静力单调加载试验： 结构加载过程从零开始逐步递增一直到结构破坏。即在一个不长的时间内试验加载全过程。 结构低周反复静力加载试验： 也称伪静力试验，是以静力的方式模拟地震作用的试验，它是一种控制荷载或控制变形的周期性反复静力试验。,28,29,土木工程材料,30,31,静力试验的优点：加载设备相对来讲比较简单，荷载可以逐步 施加，还可以停下来仔细观察结构变形的发 展，给人们以最明确、最清晰的破坏概念。,32,2、动力试验 对于在实际工作中

11、主要承受动力作用的结构或构件，为了 研究结构在施加动力荷载作用下的工作性能，一般要进行动力 试验。 例如：研究厂房承受吊车及动力设备作用下的动力特性； 吊车梁的疲劳强度与疲劳寿命问题； 多层厂房由于机器设备上楼后产生的振动影响； 高层建筑和高耸构筑物在风荷载作用下的动力问题； 结构抗爆炸、抗冲击问题; 抗震动力试验采用电液伺服加载设备或地震模拟振动台 动力试验的特点：由于荷载特性不同，动力试验的加载设备 和测试手段与静力试验有很大的差别，而 且要比静力试验复杂得多。,33,在结构的抗震性能研究中，除了采用结构低周反复静力加载试验外，更为理想的是直接施加动力荷载进行试验。 抗震动力试验采用电液伺

12、服加载设备或地震模拟振动台等设备来进行。 如广州大学抗震研究中心、同济大学抗震中心,34,2.动力试验：,荷载大小随时间变化的，可能是有规律变化，也可能是无规律变化的。一些研究动力问题的，需要做动力试验，如,35,如下图为东方明珠电视塔的振动台模型试验。,36,37,1.3.3 、按试验对象分类,（1）真型试验（2）模型试验（3）小构件试验,38,1.3.3 真型试验、模型试验和小构件试验,按试验对象的尺寸分：真（原）型试验、模型试验及小构件试验。 1真型试验 试验对象是实际结构或按实际结构足尺复制的结构或构件。 对于实物试验一般均为生产性试验，很多为非破坏性的现场试验居多。 足尺及小构件试验

13、一般多在试验室进行，也可在现场进行，如梁、板及屋架。 对结构整体性研究，一直是国内外研究的热门课题，多为大型试验，可在试验室进行，也可在现场进行。,39,（1）真型试验,试验对象：（1）实际结构 （2）实物结构足尺复制的结构或构件。 （1）实际结构试验 一般均用于生产性试验。例如：秦山核电站安全壳 加压整体性的试验就是一种非破坏性的现场试验。又如对工业厂房结构的刚度试验、楼盖承载能力试验等均在实际结构上加载量测。 （2）足尺结构或构件试验 试验对象是一根梁、一块扳或一榀屋架之类的实物构件，它可以在试验室内试验，也可以在现场进行。,40,41,42,（2）模型试验,模型试验：采用比真型结构缩小的

14、模型进行试验。模型的设计制作与试验是根据相似理论，要求做到几何相似、力学相似和材料相似等等。,43,（2）模型试验,投资大、周期长、测量精度受环境因素影响大，在财力和技术上有困难时，可以考虑采用缩尺模型试验。 模型试验：仿照真型并按一定比例关系复制而成的试验构件或试验结构物，它具有实际结构的全部或部分特征，尺寸比真型小得多。,44,45,46,47,48,（3）小构件试验 小构件试验是结构试验常用的研究形式之一。 试验不要求满足严格的相似条件，只是用试验结果 与理论计算进行对比校核的方式来研究结构的性能， 验证设计假定与计算方法的正确性。,49,3小构件试验,比较常用，可能是足尺试验，也可能是

15、缩尺试验。它有别于模型试验：不依靠相似理论，不考虑相似比例对结果的影响，即不要求严格的相似条件。认为这些结果所证实的一般规律与计算理论可以推广到实际结构中去。,50,51,土木工程材料,52,1.3.4、按试验持续时间分类,（1）短期荷载试验 （2）长期荷载试验,53,（1）短期荷载试验,荷载从零开始施加到最后结构破坏或到某阶段进行卸荷的时间总和只有几十分钟、几小时或者几天。 1短期荷载试验 绝大数承受静力荷载的结构或构件实际上一般都是承受的长期荷载作用。 由于试验条件、时间和试验步骤限制，我们不得不采取短期荷载试验。 试验时荷载从零开始加，到结构破坏可能几十分钟、几小时或几天。这与实际情况是

16、有差别的。,54,55,（2）长期荷载试验 对于研究结构在长期荷载作用下的性能 就必须要进行静力荷载的长期试验，它将连 续进行几个月或几年时间。 如：混凝土的徐变、结构受温度变化的 影响、预应力结构中的钢筋的松弛、三峡大 坝长期变形监控试验。,56,57,58,59,1.3.5 、按试验场所分类,（1）试验室试验 （2）现场试验 1、试验室试验 适宜于研究性试验。 2、现场试验 多用于解决生产性的问题。,60,1.3.5 试验室试验和现场试验,按试验所在场地分：试验室试验、现场试验1.试验室试验 试验室试验条件较好，仪器设备精度高，可以排除一些不利因素对试验结果的干扰。适合做研究性试验。 2现

17、场试验 现场试验与室内试验相比，环境因素影响较大，不宜使用精度较大的仪器设备。多是解决生产中的实际问题，可以获得实际结构物的工作状态的数据参数。 此外还可以按试验是否破坏分：破坏性试验、非破坏性试验。,61,62,63,建筑结构试验课程的学习内容 为了获得解决一般建筑结构设计及施工中所遇到 的结构检测问题的基本知识和基本技能，并在科研方面 得到初步的训练，必须在掌握结构工程专业理论和其它 有关专业技术知识的基础上，学习下列内容： （1）规划、组织和进行结构检测的一般原则、方法和技 术； （2）结构检测中常用的量测仪器和加载设备的原理、性 能和使用方法； （3）收集、整理、计算和评定检测资料的原

18、理和方法。,64,GaoSuGongLu,第二章 建筑结构试验组织计划,SACE,青岛农业大学建筑工程学院,65,第二章 建筑结构试验组织计划,2.1 概述 2.2 试验前期工作方案设计 2.3 试验构件方案设计 2.4 试验荷载方案设计 2.5 试验观测方案设计 2.6 结构试验和材料力学性能关系 2.7 试验大纲及其他文件,66,第一节 建筑结构试验组织计划理论概述 一、建筑结构试验组织计划的意义 1、建筑结构试验组织计划是组织工作的需要 2、建筑结构试验组织计划是结构试验特点的要求 建筑结构试验特点： （1）结构试验没有固定的模式； （2）结构试验耗资大； （3）结构试验周期长。 3、建

19、筑结构试验组织计划关系到试验的成败 4、建筑结构试验组织计划是体现技术水平和管理水平的 窗口,67,建筑结构试验组织计划关系到试验的成败： 一个不完整的或错误的组织计划只能导致失败，好的组织计划是成功的基础。 如：某钢管砼受弯构件试验两个方案对比：,A错误方案 B正确方案,68,A方案的错误： 1处没有位移传感器，由于悬臂端位移增量1而失真。 2处上表面没有倾角传感器，因悬臂端位移增量2而失真。 2处右上方位移传感器没有布置在试件下表面，因悬臂端位移增量3而失真。 4建筑结构试验组织计划体现了技术水平和管理水平,69,二、PDCA循环的基本内容 美国质量管理专家戴明（W.E.Deming)50

20、年代初提出一项 质量管理循环体系，称为PDCA循环，是一项提高工程质量、 改善企业经营管理十分有效的科学方法，被工程界广泛应用。 PDCA质量循环体系的基本思想是把质量管理的工作过程 分为四个阶段： （1）计划阶段 （Plan） （2）实施阶段 （Do） （3）检查阶段 （Check） （4）处理阶段 （Action）,70,1计划阶段P：打算干什么、在那儿干、何 时干、由谁干、怎么干等问题。 2实施阶段D：按计划方案去执行的过程。 3检查阶段C: 把执行的结果与计划目标进 行比较，找出问题。 4处理阶段A：总结经验，制定标准、措 施；同时为解决的问题进入下一 个循环。,71,三、PDCA循环

21、的存在的范围和特点,1 PDCA循环的应用范围： 存在于各行各业，哪里有矛盾，哪里就存在PDCA循环。 2PDCA循环的特点： 有序性：4个阶段缺一不可，次序不能颠倒。 嵌套性：,72,. 关键性：关键在P阶段，即计划阶段。 . 重复性：循环滚动前进，每循环一次质 量上一个台阶。 .普遍性： 4个阶段，周而复始，循环一次，改善一下，逐步提高。 PDCA循环的关键是在P阶段，即计划阶段。它是标准化的基础，是指导同级其它环节的关键。,73,74,四、结构试验组织计划的内容：,1试验计划阶段: 明确试验目的，进行技术调研，试验设计，确定试验大纲。 2试验准备阶段：包括技术准备、物质准备和场地准备。

22、3试验实施阶段：试验加载，试验记录，数据处理。 4试验完成阶段：实验数据处理，试验分析，试验研究总结。,75,四、结构试验组织计划的内容 1、试验设计（计划）阶段 （1）反复研究试验目的，充分了解体会试验的具体任务， 进行调查研究，搜集有关资料； （2）确定试验的性质与规模。对于研究性试验，应提出本试验 拟研究的主要参量以及这些参量在数值上的变动范围，并 根据试验室的设备能力确定试件的尺寸和量测项目及量测 要求； （3）提出试验大纲 2、试验准备阶段 试验准备阶段要占全部试验工作的大部分时间，工作量也 最重。试验准备工作的好坏直接影响到试验能否顺利进行和能 获得试验结果的多少。,76,试验准备

23、阶段的主要工作有： （1）试件的制作 在制作试件时应注意材性试样的留取、编号，还要作 施工日志，注明试件日期、原材料情况，这些原始资料都 是最后分析试验结果不可缺少的参考资料。 （2）试件质量检查 包括试件尺寸和缺陷的检查，应作详细记录，纳入原 始资料。 （3）试件安装就位 试件的支承条件应力求与计算简图一致。一切支承零 件均应进行强度验算，并使其安全储备大于试验结构可能 有的最大安全储备。 （4）安装加载设备 加载设备的安装应满足“一稳二准三方便，四强五刚六 安全“的要求，即就位要稳定准确方便，固定设备的支撑系 统要有一定的强度、刚度和安全度。,77,（5）仪器仪表的率定 对测力计及一切量测

24、仪表均应按技术规定要求进行率定， 各仪器仪表的率定记录应纳入试验原始记录中，误差超过规定 标准的仪表不得使用。 （6）作辅助试验 辅助试验多半在加载试验阶段之前进行，以取得试件材料 的实际强度，便于对加载设备和仪器仪表的量程等作进一步的 验算。 （7）仪表的安装、连线试调 仪表的安装位置、测点号，在应变仪或记录仪上的通道号 等等都应严格按照试验大纲中的仪表布置图实施，如有变动， 应立即做好记录，以免时间长久后记忆不清而将测点混淆。,78,（8）记录表格的设计准备 在试验前应根据试验要求设计记录表格，其内容及规格应 周到详细地反映试件和试验条件的详细情况，以及需要记录和 量测的内容。 记录表格的

25、设计反映试验组织者的技术水平，切勿养成 试验前无准备地在现场临时用白纸记录的习惯。记录表格上 应有试验人员的签名并附有试验日期、时间、地点和气候条 件。 （9）算出各加载阶段试验结构各特征部位的内力及变形值 以备在试验时判断及控制。 （10）在准备工作阶段和试验阶段应每天记工作日志。,79,3、试验实施阶段 （1）加载试验 加载试验是整个试验过程的中心环节，应按规定的加载 顺序和量测顺序进行。重要的量测数据应在试验过程中随时 整理分析并与事先估算的数值比较，发现有反常情况时应查 明原因或故障，把问题弄清楚后才能继续加载。 在试验过程中，结构所反映的外观变化是分析结构性能 的极为宝贵的资料，对节

26、点的松动与异常变化，钢筋混凝土 结构裂缝的出现和发展，特别是结构的破坏情况都应作详尽 的记录及描述。这些容易被初做试验者忽视，而把主要注意力集中在仪表读数或记录曲线上，因此应分配专人负责观察结构的外观变化。,80,试件破坏后要拍照和测绘破坏部位及裂缝简图，必要时， 可从试件上切取部分材料测定力学性能，破坏试件在试验结果 分析整理之前不要过早毁弃，以备进一步核查。 （2）试验资料整理 试验资料整理是将所有的原始资料整理完善，其中特别要 注意的是试验量测数据记录和记录曲线，都作为原始数据经负 责记录人员签名后，不得随便涂改。经过处理后得到的数据不 能和原始数据列在同一表格内。 一个严格认真的科学试

27、验，应有一份详尽的原始数据记录， 连同试验过程中的观察记录，试验大纲及试验过程中各阶段的 工作日志，作为原始资料，在有关的试验室内存档。,81,4、试验完成阶段 （1）试验数据处理 因为从各个仪表获得的测量数据和记录曲线一般不能直接 解答试验任务所提出的问题，它们只是试验的原始数据，需对 原始数据进行科学的运算处理才能得出试验结果。 （2）试验结果分析 试验结果分析内容是分析通过试验得出了哪些规律性的 东西，揭示了哪些物理现象。最后，应对试验得出的规律和一 些重要现象作出解释，分析它们的影响因素，将试验结果和理 论值进行比较，分析产生差异的原因，并作出结论，写出试验 总结报告。总结报告中应提出

28、试验中发现的新问题及进一步的 研究计划。,82,第二节 试验前期工作方案设计,一、调研方案设计 一项科研工作开始，首先要做的就是调研工作，只有如此才能保证科研工作具有前沿性和先进性。 调研方法：实地调查； 信函调查； 电话调查； 网上调查； 学刊查询； 通过国家权威部门技术查新。,83,二、研究路线方案设计,1研究路线的含义 也叫技术路线，是指完成一项试验研究任务的起始点、中点和结束点等若干技术环节上所有内容顺序的方式。 一项研究任务的技术路线可能有多个，我们要选择一个最优的技术路线。,84,2. 研究路线的内容： （1）、项目研究能够顺利进行的条件； 如已经建立的基础，包括理论基础和试验基础

29、。 （2）、完成本项目研究内容必须经过的技术途径或理论依据，以及针对难点问题的对策。,85,（3）研究路线的作用 是科研项目申请的重要内容。 是完成科研任务的重要保证。 （4）研究路线的制定 进行充分的调研，查清技术发展水平，提出问题，预计困难，探索攻克对策，规划技术路线。,86,三、其他工作方案设计,主要有：人员分工方案、技术准备方案、时间进度方案、经费预算法案和试验安全方案。,87,第三节 试验构件方案设计,1、试件形状 2、试件尺寸 3、试件数目,88,2.3 试验构件方案设计,包括：试件形状、试件尺寸和数量及构造措施。同时还必须满足结构或构件的边界条件、破坏特征及加载条件的要求。,89

30、,一、试件形状,虽然与构件尺寸无关，重要的是要考虑构件的受力状态和边界条件与实际一致性。 对静定结构中的单一构件，如简支梁、柱、屋架等较简单；对于超静定结构问题较复杂，则必须考虑构件的受力状态和边界条件。图17页,90,二、试件尺寸,1真型试验：是足尺试验，优点：能直接反映实际结构的工作状态。缺点：耗费的财力和人力较大，有时难以完成。 2模型或小构件试验：缩尺试验，优点：耗费的财力和人力较小。缺点：与实际情况有一定的差别。,91,压弯构件：取截面边长1635cm； 偏压短柱：取截面边长1550cm； 剪力墙：取真型尺寸1/41； 整体性结构试验的试件：可取1/101/2； 双向受力构件：取截面

31、边长1030cm； 砖石及砌体式件：1/41/2； 动力试验：受振动台面尺寸限制，我国完成了1/501/4模型试验； 尺寸太小则应考虑尺寸效应。,92,三、试件数目,1优选设计法： 利用数学原理合理安排试验点，采用步步逼近，层层优选的方式快速找到最佳试验点的方法。 2因子设计法： 也叫全面试验法或全因子设计法，试验次数： 试验次数=水平数因子数,93,因子：对试验内容有影响的发生变化的因 素，因子数即可变化因素的个数。 水平：为因子可改变的试验档次，水平数即 为档次数。,用因子法确定试验数量,94,均匀设计法 由我国数学家王元等创建的，也是一种数学方法试验次数等于设计因子的最大水平数。 该方法

32、虽然试验次数少，但并没有被工程界普遍接受，至今没有推广开。,95,正交试验设计法 该方法在工程界被普遍采用，优点：简单、快捷、准确。 该方法根据因子数和水平数选择正交试验表，按正交试验表设计试验方案。 正交试验表： L9（34） 表示有4个因子， 每个因子有3个水平，试验次数为9次。 试验次数=水平数2,96,正交试验法与全面试验法比较：下表中括号内为正交试验次数。,因子法和正交试验试验数量比较,97,如. 某商品混凝土公司为减小混凝土拌合物坍落度损失,选用了两种水泥, 两种外加剂, 两种掺合料,若采用正交试验法,其正交试验表及试验结果如下表。,L4(23) 正交试验结果,98,求: (1)本

33、试验中有几个水平、几个因子?如采用全面试验法需要做几次试验? (2)请完成下表中的相应的影响因子K及极差R的计算; (3)确定水泥品种、外加剂品种和掺合料品种的最佳组合,并确定水泥、外加剂和掺合料哪种对混凝土拌合物坍落度损失影响程度最大、哪种损失影响程度最小?,99,(1) 水平数:2个; 因子数3个; 采用全面试验法需要做8次试验。 (2) L4(23) 正交试验结果,100,(3) 外加剂对混凝土拌合物坍落度损失影响程度最大, 掺合料对混凝土拌合物坍落度损失影响程度最小。,101,四、结构试验对试件设计的构造要求,构件的设计和制造要满足试件的安装、加载和量测的需要： 1.混凝土承受集中荷载

34、处，支点处预埋钢板，以防混凝土局部破坏。 2.试件加载面为斜面时，做成凸缘，保证加载的稳定性。 3. 在反复荷载试验时，应作预埋件与加载器或传感器连接。 4. 框架结构，为保证柱与底座固结，一般设置大截面基础梁。,102,5. 砖石或砌体结构，一般在其上下预先浇注混凝土垫梁，模拟基础梁和圈梁。 6. 在钢筋混凝土偏心受压构件试验时，将试件制成牛腿，并布置钢筋网。 在构造设计时，要充分考虑： 附加构造强度必须大于结构本身安全储备强度。 为测局部试验数据，考虑对局部加固。 为安装测试仪器仪表，须在构件上安装预埋件或留预留孔。 以上做法必须在图纸中具体做法和精度要求，试验人员还需到现场参加试件的制造

35、。,103,2.4 静力试验荷载方案设计,一、荷载设计的一般要求： 1选用的荷载图式与结构设计计算的荷载图式及产生的内力完全一致或相近。 2荷载值要准确。 3荷载传力方式和作用点明确，荷载值稳定，不随加载时间、环境、构件变形的改变而变化。,104,4荷载的分级数值应参考相应的试验，同时满足测量的精度要求。 5加载装置必须有足够的强度要求和刚度要求。 6加载设备操作方便，又能满足加载技术要求。 7加载方法要先进，减轻体力劳动，提高试验质量。,105,二、单调加载经静力试验,荷载作用形式有： 集中荷载和均布荷载； 作用方向有垂直荷载、水平荷载和任意方向荷载； 有单向作用荷载和双向作用荷载。,106

36、,二、单调加载静力试验,1、荷载图式的选择与设计 加载图式：试验荷载在试验结构构件上的布置形式（包括荷载类型和分布情况）。 加载图式设计要求： （1）加载图式应与理论计算简图一致； （2）可采用与计算简图等效的荷载图式，即等效荷载。 例如：常用几个集中荷载代替均布荷载，但集中荷载的数量和位置应尽可能使结构所产生的内力值与均布荷载所产生的内力值符合。,107,1、荷载图式的选择与设计荷载图式：,试验荷载在结构构件上的分布形式，是指试验荷载的空间布置。可按设计规定的荷载图式、或实际荷载图式、或等效荷载图式进行加载。,108,等效荷载：,加在试件上、使试件产生的内力图形与计算简图相近、控制截面的内力

37、值相等的荷载,109,试验加载方法：,110,2、试验荷载制度 试验荷载制度是试验进行期间荷载与时间的关系。正确 制定试验的加载制度和加载程序，才能正确了解结构的承载 能力和变形性质，才能将试验结果相互进行比较。 荷载制度包括：加载卸载程序、加载卸载的大小。 静力试验的加载程序：预载、标准荷载（正常使用荷载）、 破坏荷载三阶段。,111,2 试验荷载制度,静力试验的加载设计内容包括：. 加载制度的制定：试验荷载与时间关系的制度。. 加载图式的制定：试验荷载的空间布置。 加载程序： 预载、标准荷载、破坏荷载三个阶段。 加载大小 试验进行不同阶段施加不同的荷载值。,112,预载,目的：使试件接触良

38、好、进入正常工作状态，变形趋于稳定；检验全部试验装置的可靠性，检测量测的仪表工作是否正常 检查现场组织工作和人员情况，起演习作用要求加载分三级进行，每级取标准值的20%。级间停歇10分钟，卸载分级进行。,113,标准荷载试验,加载要求：标准加载之前，每级加载值不大于标准荷载的20%，分5级；标准荷载之后，每级加载值不大于标准荷载的10%。 破坏荷载 到计算破坏荷载90%后，每级加载值不大于标准荷载的5%。 具体的试验按有关规程处理。,114,卸载,按加载级距处理，也可以放大1倍，或分两次卸完。测残余变形当卸完载后应空载一段时间，钢筋混凝土空载时间为标准荷载的恒载时间的1.5倍，钢结构大于30分

39、钟，木结构大于24小时。,115,加载制度应考虑的因素：,（1）控制荷载的计算确定：如正常使用试验荷载、抗裂试验荷载及承载力试验荷载的计算。（2）荷载分级：根据试验荷载的不同阶段，确定荷载的级距。（3）持荷时间：根据混凝土结构与钢结构等不同的结构类型、荷载阶段、变形是否稳定等因素确定。,116,（4）持荷的目的：给予结构在荷载作用下充分变形的时间；利用持荷时间，进行试验的观测、分析等。（5）试验预载：检验试验装置，预紧安装缝隙，使试验进入正常状态。预载值不宜超过开裂荷载的70。注意：构件自重及试验设备自重的影响，应该在试验荷载中考虑扣除。,117,118,三、结构低周反复加载静力试验（建筑结构

40、抗震试验） 试验目的： （1）研究结构在地震荷载作用下的恢复力特性，确定 结构构件恢复力的计算模型。 恢复力特性:荷载和变形之间的关系。 （2）研究结构在地震作用下的破坏特征。 通过低周反复加载试验，可以获得结构构件荷载变形的工作性能，即恢复力特性和破坏特征，从而比较或者验证抗震构造措施的有效性和确定结构的抗震极限承载能力。为建立数学模型，通过计算机进行结构抗震非线性分析，为改进现行抗震设计方法、修订设计规范提供依据。,119,三、结构低周反复加载静力试验,低周反复加载静力试验： 研究结构在地震作用下恢复力特性，确定恢复力计算模型。 通过试验从强度、变形和能量三个方面判别和鉴定结构的抗震性能。

41、 通过试验研究结构的破坏机理。,120,结构低周反复加载制度 1、单向反复加载制度 （1）控制位移加载法 （2）控制作用力加载法 （3）控制作用力和控制位移的混合加载法 2、双向反复加载制度 为了研究地震对结构构件的空间组合效应，克服结构 构件采用单方向加载时不考虑另一方向地震力同时作用对 结构影响的局限性，可在X、Y两个主轴方向同时施加低 周反复荷载。反复加载同样可以是控制位移、控制作用力 和两者混合控制的加载制度。,121,加载制度1单向反复加载制度,单向反复加载也称为一维反复加载。按加载控制因素分，有三种加载制度：（1）控制位移加载，变幅加载：位移控制值随加载周期增加而变化的加载制度。用

42、于对构件的性能不太了解，作为探索性研究，确定恢复力模型，研究强度、变形和耗能等情况。,122,等幅加载：位移控制值保持不变。主要研究构件的强度退化和刚度退化。 变幅等幅混合加载：上述两种加载方法的综合运用,123,124,（2）控制作用力加载,这种加载制度很少采用。不如按位移控制直观，以控制作用力大小实现反复加载 ，以此研究结构的恢复特性。 （3）控制作用力和位移的混合加载一般在结构屈服前，荷载变化大，而位移变化小，此时采用控制作用力加载；结构屈服后，荷载变化小，位移变化大，此时采用控制位移加载。,125,126,2双向反复加载制度,也称二维反复加载。即从X、Y两个主轴方向同时施加低周反复荷载

43、。这是为了研究地震对结构构件的空间组合影响。双向反复加载试验的加载制度，可采用双向同步或非同步的加载制度。双向非同步加载制度按照两个方向加载步调的差异，又可分为若干种。下图为各种双向反复加载试验的加载制度。,127,128,结构低周反复加载静力试验 优点：1、设备简单 2、可以人为控制 3、可以停下来观察结构开裂和破坏 状态 缺点：加载完全是人为的，变形完全是对称 的，因而与地震作用完全不同。,129,结构低周反复加载静力试验结果,1、结构各个阶段强度 (1)开裂强度Mf (2)屈服强度My (3)极限强度Mmax (4)破坏强度MP,130,1强度。反映结构强度的指标有：,开裂强度屈服强度极

44、限荷载破坏荷载2刚度。反映结构刚度的指标有：初次加载刚度卸载刚度反向加载、卸载刚度，重复加载刚度等效刚度,131,3退化率：分为强度退化率和刚度退化率。4耗能：采用耗能系数表示。,132,2.5 结构动力特性试验,2.5.1 概述 结构动力特性，也称为动力特性参数，或振动模态参数。它包括：自振频率、阻尼系数、振型等基本参数。这些特性参数只与其自身的刚度、质量等相关，与外界动力荷载无关。 结构的动力特性参数可通过动力学理论进行计算，但计算简图与实际结构的偏差会导致很大的计算误差。其中阻尼系数这一参数只能通过试验测得。,133,结构动力特性的试验（测试）方法：,（1）人工激振法：包括自由振动法、强

45、迫振动法；（2）环境随机振动法。,134,2.5.2 人工激振法,人工激振是指利用人力或机械对结构进行激振。1自由振动法人工使结构产生初位移或初速度，使结构产生自由衰减振动，通过测试衰减振动曲线，如下图，求得结构动力特性参数。,135,136,（1）自振频率测试,在测试获得的衰减振动曲线中，直接测量相邻峰峰之间的时间间隔，即为自振周期，自振周期的倒数即为自振频率。（2）阻尼测试 阻尼的作用是自由振动衰减的原因。阻尼大，衰减快。根据衰减曲线中相邻波峰的幅值比，运用动力学计算公式，可计算出阻尼比。,137,（3）振型测试,振型指的是结构在其固有频率时的振动型式。当多自由度结构有多个固有频率时，则有

46、多种振型。振型可用结构的振动位移曲线表示，如下图。,138,1. 自由振动法测量振型 由于只能激发基本频率振动，所以只能获得基本振型，也称为一阶振型。测试的方法是在各层布置测振传感器，测量同一时刻各层的振动幅值，则各层在同一时刻的幅值关系即为振型。 2强迫振动法测量振型 上述自由振动实际也是先强迫振动起来，然后让其自由振动，测试的是自由振动阶段。 强迫振动持续的、变频的强迫振动，测试的是强迫振动阶段。,139,（1）自振频率测试,频率扫描：频率由低到高，或由高到低连续变化，称之为频率扫描。如下图的频率扫描曲线。,140,利用激振器对结构进行激振，并对激振器的振动频率进行频率扫描，当激振器的频率

47、与结构的固有频率一致时，结构发生共振，即振幅最大，此时激振器的频率，即为结构的某阶固有频率。由此可获得结构的各阶固有频率。,141,（2）阻尼测试,结构共振时的峰值与阻尼有关，当阻尼为零时，共振峰值为无穷大，阻尼愈大，共振峰值愈小，根据实测共振峰值曲线及动力学理论，可计算出阻尼比。 （3）振型测试 用激振器分别激起结构的各阶共振，测试各楼层在同一时刻的振动位移，则各楼层的振动位移关系即为该固有频率的振型。,142,2.5.3 环境随机振动测量结构动力特性,环境随机振动（地面脉动）：是地球内部运动、海潮运动、气流运动、机械设备运动等引起的地面随机振动，其振幅很小，频率构成丰富。 建筑物的脉动：环

48、境随机振动激起的建筑物振动反应，称为建筑物脉动。 分析比较环境随机振动信号与建筑物脉动反应信号之间的关系，可以确定建筑物的结构动力特性。,143,2.5.4 结构动力反应试验,结构动力反应测试的内容：（1）结构动态参数测试：振动反应的频率、位移、速度、加速度等参数。（2）结构振动形态的测试：结构振动反应的变形图。 （3）结构动力系数的测试：静荷载产生的挠度称为静挠度，具有与静荷载相同幅值的动力荷载产生的挠度称为动挠度。动挠度与静挠度之比称为动力系数。 为了测量振源振动的影响范围和衰减规律，测量各点振动位移幅值与振源幅值之比，称为该点的传播系数。,144,2.6 结构疲劳试验,2.6.1 概述1

49、结构疲劳试验的目的： 研究结构在多次重复或反复荷载作用下的结构性能及其变化规律，确定结构疲劳破坏时的强度值，及荷载重复作用的次数；结构疲劳破坏时的强度值称为疲劳极限，疲劳破坏时的荷载重复次数称为疲劳寿命。,145,2结构疲劳试验的方法：,（1）等幅等频疲劳（2）变幅变频疲劳（3）随机疲劳 3疲劳试验检验的内容： （1）对生产性疲劳试验：疲劳抗裂性能、裂缝宽度及其发展情况、最大挠度及变化幅度、疲劳极限强度等。（2）对研究性疲劳试验：开裂荷载、裂缝宽度、间距、分布形态及随荷载重复次数的关系，挠度及其变化规律、破坏荷载、疲劳寿命及破坏特征。,146,2.6.2 疲劳试验的加载设计,1试验荷载取值2试

50、验荷载频率选择3试验加载程序疲劳试验加载程序的三个阶段：（1）静载试验阶段：以最大荷载为上限进行两次静载试验的循环。（2）疲劳试验阶段：（3）破坏试验阶段：在疲劳重复次数达到预期要求时，采用静载或疲劳试验的方法进行破坏试验。静载试验方法确定疲劳极限；疲劳试验方法确定疲劳寿命。,147,2.7 拟动力试验,拟动力试验也称伪动力试验、计算机加载器联机试验。非周期性动力加载试验联机加载动力试验或计算机加载器联机试验。,148,2.7.1 拟动力试验的工作原理,将计算机解结构动力微分方程与试验所得的荷载位移关系相结合，不事先假定结构的恢复力，边试验，边解方程，方程的解又反过来作为试验加载的控制值。所以

51、这种方法是把计算机分析与恢复力实测结合起来的半理论半试验的非线性地震反应分析方法。拟动力试验原理框图如下。,149,150,2.7.2 拟动力试验的加载设计和工作流程,拟动力试验中计算机解运动微分方程的方法有多种，如线性加速度法、Newmark-法、Wilson-法等。下面以线性加速度法为例介绍试验流程。 1建立运动微分方程，输入地震地面运动加速度2解方程，使下一步地震反应位移用前两步的位移表示式中恢复力 从试验中测量获得。,151,3将计算得出的 作为加载指令进行加载4测量 位移加载对应的恢复力 5将上述过程反复循环，直至解出全部地震反应，同时结束试验。,152,2.7.3 拟动力试验的试验

52、设备,拟动力试验设备由四部分组成：电液伺服加载器、计算机、传感器、试验台架。1电液伺服加载器。电液伺服加载器由加载器、控制系统、液压源三部分组成。它的控制参数可以是力、位移、速度、加速度等物理量。2计算机。进行加载控制、数据采集、运动方程求解。3传感器,153,4试验台架,如下图为建筑结构单元的拟动力试验。,154,拟动力试验的特点：,（1）试验中弹塑性动力反应数值分析过程，不需要预先假设结构的恢复力特性。（2）试验加载周期较长；（3）加载器的作用力大，可进行大比例模型试验。,155,拟动力试验的不足：,（1）加载周期长，不能反映地震时的应变速率；（2）加载器数量一般较少，不能反映实际荷载分布

53、。,156,2.8 地震模拟振动台试验,振动台能够模拟天然地震振动，将结构模型固定在振动台上，输入地震波，观测和测试结构模型的振动反应和破坏过程。振动台试验的不足：模型比例小，尺寸效应明显，模型与原型的相似关系复杂。,157,如下图为东方明珠电视塔的振动台模型试验。,158,地震模拟振动台试验的内容包括：,（1）模型结构动力特性试验，包括在不同破损阶段的动力特性。（2）模型地震动力反应试验。 试验加载分为两种方式： （1）一次性加载：结构从弹性到弹塑性直至破坏的全过程在一次加载过程中全部完成。（2）多次性加载。,159,2.9 试验加载装置的设计,1、强度要求： 加载装置能承受试验的最大荷载，

54、 有一定的安全储备。试验时结构或构件的局部强度可能提高，要给予充分的考虑。一般设计加载装置强度要比承载力高70%。 2、刚度要求： 是对加载装置受力后的变形要求。,160,3、真实性要求： 加载装置应符合结构或构件的受力条件，能模拟出构件的边界条件和变形条件，严防失真。 4、简便要求 加载装置力求简单，实验费用少，节省时间。方便操作和安装，最好设计成多功能的，以满足不同试验的需要。,161,2.10 验观测方案设计,1、观测项目的确定： 首先考虑整体变形，但局部变形也很重要。具体观测项目应根据试验任务和目的的要求确定。 一般破坏性试验能充分说明问题，观测项目和测点可以少些；非破坏性试验观测项目

55、和测点布置，必须满足分析和推断结构工作状态的最低需要。,162,2、测点的选择和布置： 在满足试验目的前提下，测点宜少不宜多。测点的数量和布置必须合理，同时是足够的。 对新型结构或科研性课题，可以先定性，后定量，由粗到细的逼近。 测点的位置必须具有代表性，便于分析和计算。,163,读数原则： 全部仪器读数必须同时进行，至少基本同时。 观测时间应在加载间歇内的某一刻。 每次记录读数时，必须记录周围环境的温度。 重要的数据应边记录，便整理，与预计的理论值进行比较。,164,4、仪器仪表准备计划： 计划中应说明：仪器仪表型号、数量、来源，责任人等。 仪器的来源或准备方式：合作、借用、租赁、购买等。,

56、165,2.10、试验大纲和报告及分析处理,结构试验设计必须拟制一个试验大纲。试验大纲是进行整个试验的指导性文件。对包含的内容要全面细致。 除试验大纲外，每一试验从规划到最终完成尚应包括其它一些文件作为原始资料，在试验工作结束后均应整理装订归档保存。,166,此外，试验报告是全部试验工作的集中反映，它概括了其他文件的主要内容。编写试验报告，应力求精简扼要。试验报告有时也不单独编写，而作为整个研究报告中的一部分。试验报告内容要全面条理，不能缺项。,167,结构试验必须在一定的理论基础上才能有效地进行。试验的成果将为理论计算提供宝贵的资料和依据。我们决不可凭借一些观察到的表面现象，为结构的工作妄下

57、断语，一定要经过周详的考察和理论分析，才可能对结构的工作作出正确的符合实际情况的结论。不应该认为结构试验纯系经验式的实验分析，相反，它是根据丰富的试验资料对结构工作的内在规律进行更深入一步的理论研究。,168,在试件制作、材料选用(注意试块和构件材料的同一性)、安装就位、加载量测和数据采集等各个阶段，都可能存在或产生各种误差。为此，在试验设计工作中，必须对各个环节可能产生误差的原因进行分析，并选择控制误差的措施，以提高测试精度，保证试验质量。,169,3、仪器的选择和测读原则： 仪器的选择： 技术性必须符合要求：如误差5%，最大读数宜80%量程。 仪器选择必须合理 ：要考虑方便省时，必要时考虑

58、自动记录装置，同时操作方便，规格尽量统一，种类愈少愈好。,170,练习题,1.什么是伪静力试验. 2.结构试验的分类. 3.结构试验作用 4.什么是技术路线,技术路线内容. 5.正交试验法设计与计算. 6.结构试验对试件设计的构造要求. 7.荷载设计的一般要求. 8.什么是荷载图式和等效荷载.,171,练习题,9.静力试验加载程序包括那些. 10.预载的目的是什么. 11.低周反复加载制度包括那些. 12.结构动力参数有那些. 13.结构动力参数大小与那些因素有关. 14.什么是自由振动. 15.什么是强迫振动.,172,课堂练习,一. 填空 1.结构试验按生产目的可分为 . 与 。 2.试验

59、荷载制度指的是试验进行期间 . 与 的关系。 3. 结构动力特性试验方法主要有 和 与. 。 4. 结构疲劳破坏时的强度值称为 ，荷载重复次数称为 。,173,二. 简答题,1. 结构模型试验的应用范围？ 2. 某正交试验采用正交表为L4(23)。请回答：该试验次数？水平数及因子数？若采用因子设计法需多少次试验？ 3.什么是伪动力试验？ 4模型试验的优点有哪些？ 5.测结构振型的条件是什么？ 6. 什么是研究路线：,174,三、计算题 某混凝土公司为减小混凝土拌合物坍落度损失,选用了两种水泥, 两种外加剂, 两种掺合料,采用正交试验法, 结果如下表。求: (1)本试验中有几个水平、几个因子?如

60、采用全面试验法需要做几次试验?(2)请完成下表中的相应的影响因子K及极差R的计算; (3)确定水泥、外加剂和掺合料品种的最佳组合,并确定水泥、外加剂和掺合料哪种对混凝土拌合物坍落度损失影响程度最大、哪种损失影响程度最小?,175,课堂练习,一. 填空 1.结构试验按生产目的可分为 生产性结构试验 . 与 科研性结构试验 。 2.试验荷载制度指的是试验进行期间 荷载 与 时间 的关系。 3. 结构动力特性试验方法主要有 人工激振法 和 与 环境随机振动法 。 4.结构疲劳破坏时的强度值称为疲劳极限，荷载重复次数称为疲劳寿命。,176,二. 简答题 1. 结构模型试验的应用范围？ 代替大型结构试验