第2章土木工程结构试验设计

1、第二章第二章 土木工程结构试验土木工程结构试验设计设计2.12.1土木工程结构试验的一般过程土木工程结构试验的一般过程结构试验目的结构试验设计结构试验准备结构试验实施结构试验分析结构试验结论试验总结报告试验观测和采集数据处理结构参数识别结构破坏机制分析结构性能与承载力分析试验加载试验反应观测和数据采集试件变形、裂缝和破坏形态记录试件制作与安装试验人员组织分工仪器设备的检验与率定材料力学性能试验试件设计试验荷载设计试验观测设计试验误差控制措施试验安全措施调查研究、搜集有关资料确定试验的性质与规模设计试件的形状和尺寸确定试件的数量设计构造措施确定试验荷载图示设计试验加载装置选择试验方法及设备设计试

2、验加载制度确定试验观测项目确定测点布置位置与数目选择测试仪器与设备2.1.1 2.1.1 概述概述 2.1.22.1.2土木工程结构试验准备土木工程结构试验准备试验准备阶段试验准备阶段2.1.32.1.3土木工程结构试验实施土木工程结构试验实施2.1.42.1.4土木工程结构试验数据处理与分析土木工程结构试验数据处理与分析物理现象物理现象规律规律解释解释总结报告总结报告2.2 2.2 土木工程结构试验的试件设计土木工程结构试验的试件设计 2.2.1 2.2.1试件的形状试件的形状 整体结构整体结构部分构件单独部分构件单独超静定体系超静定体系边界条边界条件件模拟模拟实际工作状态实际工作状态(a)

3、(b)(c)(f)(g)(d)(e)(h)(i) 2.2.2 2.2.2 试件尺寸试件尺寸实际工程实际工程原原型构件型构件足尺模型试验足尺模型试验装配式混凝土装配式混凝土空心混凝空心混凝土大板土大板尺寸效应尺寸效应构造要求构造要求试验试验设备设备经费条件经费条件2.2.32.2.3试件数目试件数目2.2.32.2.3试件数目试件数目优选设计法优选设计法因子设计法因子设计法正交设计法正交设计法均匀设计法均匀设计法1.1.优选设计法优选设计法 数学原理数学原理试验点试验点步步逼近步步逼近层层选优层层选优最佳试验点最佳试验点单因素问题单因素问题1.1.优选设计法优选设计法1.1.优选设计法优选设计法

4、1.1.优选设计法优选设计法1.1.优选设计法优选设计法1.1.优选设计法优选设计法1.1.优选设计法优选设计法2.2.因子设计法因子设计法2.2.因子设计法因子设计法因子数因子数水水 平平 数数2 23 34 45 51 12 23 34 45 52 24 49 9161625253 38 8272764641251254 4161681812562566256255 5323224324310241024312531253.3.正交设计法正交设计法 主要分析因子主要分析因子因子档次数因子档次数代代号号因子名称因子名称1 12 23 3A A钢筋配筋率钢筋配筋率0.40.40.80.81.2

5、1.2B B配箍率配箍率0.20.20.330.330. 50. 5C C轴向应力轴向应力20206060100100D D剪跨比剪跨比2 23 34 4E E混凝土强度等级混凝土强度等级C20C2013.5MPa13.5MPa钢筋混凝土柱剪切强度试验分析因子与水平数钢筋混凝土柱剪切强度试验分析因子与水平数试件试件数量数量A AB BC CD DE E配筋率配筋率配箍率配箍率轴向应力轴向应力剪跨比剪跨比混凝土混凝土强度强度1 12 23 30.40.40.40.40.40.40.20.20.330.330.50.5202060601001002 23 34 4C20C20C20C20C20C2

6、04 45 56 60.80.80.80.80.80.80.20.20.330.330.50.5202060601001004 42 23 3C20C20C20C20C20C207 78 89 91.21.21.21.21.21.20.20.20.330.330.50.5202060601001003 34 42 2C20C20C20C20C20C20试件主要因子组合试件主要因子组合4.4.均匀设计法均匀设计法因子设计法和正因子设计法和正交设计法是多少？交设计法是多少？4.4.均匀设计法均匀设计法4.4.均匀设计法均匀设计法S S列号列号D D2 21 1 3 3 - - - -0.18750

7、.18753 31 1 2 2 3 3 - -0.26560.26564 41 1 2 2 3 3 4 40.29900.2990D D值表示刻画均匀度的偏差，偏差值表示刻画均匀度的偏差，偏差值越小，表示均匀度越好。值越小，表示均匀度越好。列号列号1 12 23 34 4水水平平数数1 11 12 23 36 62 22 24 46 65 53 33 36 62 24 44 44 41 15 53 35 55 53 31 12 26 66 65 54 41 1U U6 6(6(64 4) )设计表设计表U U6 6(6(64 4) )使用表使用表 S S列号列号D D2 21 1 3 3 -

8、- - -0.18750.18753 31 1 2 2 3 3 - -0.26560.26564 41 1 2 2 3 3 4 40.29900.2990D D值表示刻画均匀度的偏差，偏差值表示刻画均匀度的偏差，偏差值越小，表示均匀度越好。值越小，表示均匀度越好。U U6 6(6(64 4) )使用表使用表 4.4.均匀设计法均匀设计法 4.4.均匀设计法均匀设计法列号列号1 12 23 34 4水水平平数数1 11 12 23 36 62 22 24 46 65 53 33 36 62 24 44 44 41 15 53 35 55 53 31 12 26 66 65 54 41 1U U6

9、 6(6(64 4) )设计表设计表 4.4.均匀设计法均匀设计法2.2.5 2.2.5 结构试验对试件设计的构造要求结构试验对试件设计的构造要求试件设计构造要求图2.3 2.3 试验荷载方案设计试验荷载方案设计2.3.2 2.3.2 单调加载静力试验单调加载静力试验2.3.2 2.3.2 单调加载静力试验单调加载静力试验试验荷载制度试验荷载制度指的是试验进行期间荷载与时间的关系。指的是试验进行期间荷载与时间的关系。荷载制度包括：荷载制度包括：加荷卸荷的程序加荷卸荷的程序和和加荷卸荷的大小两加荷卸荷的大小两个方面的内容。个方面的内容。1.荷载程序。荷载程序。 荷载程序可以有多种，根据试验的目的

10、、要求荷载程序可以有多种，根据试验的目的、要求来选择，一般结构静力试验的加载分为预载、标准来选择，一般结构静力试验的加载分为预载、标准荷载荷载(正常使用荷载正常使用荷载)、破坏荷载、破坏荷载3个阶段。每次加载个阶段。每次加载均采用分级加载制，卸荷有分级卸荷和一次性卸荷均采用分级加载制，卸荷有分级卸荷和一次性卸荷两种。两种。10%20%50%100%至破坏荷载荷载值预载阶段加载时间恒载时间卸载时间空载时间时间2)2)荷载大小荷载大小2)2)荷载大小荷载大小2.3.3 2.3.3 结构低周反复加载静力试验结构低周反复加载静力试验2.3.3 2.3.3 结构低周反复加载静力试验结构低周反复加载静力试

11、验屈服位移的倍数周次荷载值的大小周次1.1.单向反复加载制度单向反复加载制度 控制位移的变幅加载制度 控制位移的等幅加载制度屈服位移的倍数周次屈服位移的倍数周次控制位移的变幅等幅加载制度 一种专业设计的变幅等幅加载制度荷载值的大小周次控制作用力的加载制度2.2.双向反复加载制度双向反复加载制度abcdef双向低周反复加载制度2.3.4 2.3.4 结构动力特性测试试验结构动力特性测试试验2.3.5 2.3.5 结构动力加载试验结构动力加载试验2.3.5 2.3.5 结构动力加载试验结构动力加载试验2.3.6 2.3.6 结构疲劳试验结构疲劳试验1.1.疲劳测试荷载疲劳测试荷载0.51.32.2

12、.疲劳测试程序疲劳测试程序3.3.疲劳试件安装要求疲劳试件安装要求强度要求强度要求刚度要求刚度要求真实要求真实要求使用方便性要求使用方便性要求1 1、强度、强度要求要求2 2、刚度、刚度要求要求柱弯剪试验装置偏压剪短柱试验装置 3 3、真实、真实要求要求4 4、使用、使用方便性要求方便性要求2.4 2.4 结构试验观测方案设计结构试验观测方案设计2.4.1 2.4.1 观测项目的确定观测项目的确定2.4.2 2.4.2 测点的选择与布置测点的选择与布置2.4.3 2.4.3 仪器的选择与测读的原则仪器的选择与测读的原则2.4.4 2.4.4 仪器仪表准备计划仪器仪表准备计划2.4.1 2.4.

13、1 观测项目的观测项目的确定确定2.4.2 2.4.2 测点的选择与测点的选择与布置布置2.4.3 2.4.3 仪器的选择与测读的原则仪器的选择与测读的原则 2.2.读数的原则读数的原则2.4.4 2.4.4 仪器仪表准备计划仪器仪表准备计划 2.5 2.5 结构试验与材料力学性能的关系结构试验与材料力学性能的关系2.5.1 2.5.1 概述概述2.5.22.5.2材料力学性能试验的基本要求材料力学性能试验的基本要求2.5.3 2.5.3 材料力学性能的试验对强度指标的影响材料力学性能的试验对强度指标的影响2.5.1 2.5.1 概述概述2.5.22.5.2材料力学性能试验的基本要求材料力学性能试验的基本要求2.5.3 2.5.3 材料力学性能的试验对强度指标的影响材料力学性能的试验对强度指标的影响试块尺寸（mm）集料最大粒径（mm）换