土木工程试验课件

1土木工程试验TUMUGONGCHENGSHIYAN1土木工程试验21.1概述

工程结构静载试验单调加载静力荷载试验拟静力试验拟动力试验结构动力特性试验结构动力响应试验结构疲劳试验结构风洞试验模拟地震试验台试验天然地震试验静载试验动载试验单调加载静力荷载试验结构动力特性试验结构动力响应试验结构疲劳试验结构风洞试验拟静力试验拟动力试验模拟地震试验台试验天然地震试验静载试验动载试验抗震试验21.1概述工程结构静载试验单调加载静力荷载试验静载试31.1概述

定义：单调加载静力试验是指在短时期内对试验对象进行平稳的一次连续施加荷载，荷载从“零”开始一直加到结构构件破坏，或是在短时期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静力试验是最普遍的试验类型。单调加载静力试验主要用于模拟结构承受静荷载作用下观测和研究结构构件的强度、刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制。31.1概述定义：单调加载静力试验是指在短时期内对试验41.2加载方案设计

1.2.1试验荷载图式单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能的试验。荷载图式：荷载在构件上的布置形式（类型和分布方式）;设计原则：与理论计算图示一致或内力等效的荷载图示。41.2加载方案设计1.2.1试验荷载图式单调静力荷5即试验期间荷载与试件的关系（或称荷载谱），包含荷载程序与荷载大小。

荷载程序三阶段图6-2静载试验加载程序预加载正式加载卸载1.2.2试验荷载制度

1.2加载方案设计

5即试验期间荷载与试件的关系（或称荷载谱），包含荷载程序与荷61预加载预加载的目的是：①使试件各部分接触良好，进入正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定；②检验全部试验装置是否可靠；③检验全部量测仪表工作正常与否；④检查现场组织和人员的情况，使他们熟悉自己的任务和职责，以保证试验工作顺利进行。

预加载一般分三级；三次；每级取标准荷载的20％；脆性材料结构，不宜超过计算开裂荷载的70％(含自重)。

1.2.2试验荷载制度

61预加载1.2.2试验荷载制度7分级加载分级加载目的：①加载速度易控制；②变形易观测及分析；③各点加载易协调。图6-2静载试验加载程序1.2.2试验荷载制度

2正式加载7分级加载图6-2静载试验加载程序1.2.2试验荷载制82正式加载

分级：正常使用荷载之前，每级加载值不应大于正常使用荷载的20％，一般分5级加至正常使用荷载；接近极限或开裂荷载时减小荷载范围增加次数。满载时间：标准短期荷载作用下的持续时间。混凝土及钢30min。空载时间：受载结构卸载后到下一次重新开始受载之间的间歇时间称空载时间。混凝土45分钟；钢30分钟。1.2.2试验荷载制度

82正式加载1.2.2试验荷载制度93卸载卸载一般可按加载级距进行，也可以放大1倍或分2次卸完。1.2.2试验荷载制度

93卸载1.2.2试验荷载制度101.3.1受弯构件的试验

1.3常见结构构件静载试验1.试件的安装和加载方法(1)简支座与固定支座的实现(2)应尽量保证加载面与支承面平整（砂浆、垫沙层、橡胶+钢板）加载方法：千斤顶+分配梁最常见一般采用等效荷载的加载图式（按照所研究的界面位置）101.3.1受弯构件的试验1.3常见结构构件静载试111.3.1受弯构件的试验

2.试验项目和测点布置：1)挠度测量梁的挠度f，P－f曲线、框架的P－Δ曲线、节点的P－γ曲线梁的真实挠度fa)剔除支座位移；b)对宽度较大的梁，两边对称贴片，以消除扭转的影响（支座偏心、加载点偏心）；c)挠度的预计大小（选择仪器的量程）。111.3.1受弯构件的试验2.试验项目和测点布置：122)应变测量一般在以下几个截面上：M+max、M-max、σl、σy

或弯矩突变处；贴片的原则：①按应变梯度；②受拉区少、压区密（如采用引伸仪则不用）；③一般情况下多采用不均匀布置的方法。a)单向应力测定：单向片b)平面应力测定：多个单向片、应变花c)箍筋和弯筋应力测量：预埋式和表面开槽式d)翼缘与孔边应力测量：连续贴片（力学分析结果）e)校核测点：不受力位置，检验系统误差1.3.1受弯构件的试验

122)应变测量1.3.1受弯构件的试验13

3）裂缝测量裂缝包括：弯曲裂缝、剪切裂缝、弯剪裂缝。基于力学分析，在裂缝位置的垂直方向布置测点。裂缝永远与σl垂直（事故处理常用原则）。裂缝出现的判别方法：①目测；②P－Δ曲线；③应变值。最大裂缝宽度的测量方法：等弯矩段选取3条，在纵筋水平位置处采用读数放大镜或裂缝标尺。裂缝的标注方法：试验完毕后绘制裂缝开展图。1.3.1受弯构件的试验

133）裂缝测量1.3.1受弯构件的试验14偏压短柱试验测点布置1—试件；2—铰支座；3—应变计；4—应变仪测点；5—挠度计1.3.2受压构件的试验

1.试件安装和加载法正位试验（试验机上或大型荷载架上进行）、卧位试验（大型试件）两端采用可动铰支座（反弯点截取试件模型），可考虑P－Δ效应。对受压构件的安装就位，关键在于对中：首先进行几何对中，再进行物理对中（通过应变测量，施加20-40％试验荷载）。14偏压短柱试验测点布置1.3.2受压构件的试验1151.3.2受压构件的试验

2.试验项目和测点布置试验项目：P－Δ曲线、εs、εc、ωmax等，注意需要成对测量。为研究混凝土受压区的实际应力图形，可采用测力板进行测定（右图所示）(1)将测力板浇筑在棱柱体试件中进行标定；(2)将测力板浇筑在试件中进行测量。1-测力板;2-测力块;3-贴有应变计的铅板;4-填充块;5-水泥砂浆;6-应变计引出线图6-12量测区压应力图形的测力板151.3.2受压构件的试验2.试验项目和测点布161.安装和加载1.3.3屋架试验

屋架试验一般采用正位试验，即在正常安装位置情况下支承及加载。由于屋架平面外刚度较弱，安装时必须采取专门措施，设置侧向支撑，以保证屋架上弦的侧向稳定；侧向支撑的位置应根据设计要求确定，支撑点的间距应不大于上弦杆平面外的设计计算长度，同时侧向支撑应不妨碍屋架在其平面内的竖向位移。161.安装和加载1.3.3屋架试验屋架试验一172.试验项目和测点布置1.3.3屋架试验

屋架杆件应力应变测点布置屋架试验挠度测点布置172.试验项目和测点布置1.3.3屋架试验屋架杆件应18屋架杆件应力应变测点布置1.3.3屋架试验

屋架杆件内力测点布置屋架端部节点应变测点和自锚部位测点布置2.试验项目和测点布置18屋架杆件应力应变测点布置1.3.3屋架试验屋架杆件191.4.1钢筋混凝土平面楼盖试验楼盖包括板、次梁、主梁三个部分，试验目的是研究活荷载的作用。1.试验荷载布置对于连续梁，活荷载最不利布置的原则♦跨中Mmax：该跨布置，左右隔跨布置♦支座Mmax：该支座左、右跨布置，左右隔跨布置♦支座最大剪力：同支座Mmax可从弯矩图、挠曲线来理解试验中为简化，可忽略较远跨的影响或仅在荷载数值上考虑其影响1.4建筑物或其部件的单调加载静力试验191.4.1钢筋混凝土平面楼盖试验1.4建筑物或其201.4建筑物或其部件的单调加载静力试验板的试验：♦确保为单向板次梁的试验：♦当主梁支承次梁时，可将次梁视为连续梁♦当柱支承次梁时，将次梁视为固支梁♦实际上结构中均为弹性支座，无绝对意义上的铰支、固支主梁的试验：♦同次梁的试验柱的试验：♦Nmax：柱相邻跨满布♦Mmax：同梁端Mmax时布置方案201.4建筑物或其部件的单调加载静力试验板的试验：212.试验观测平面楼盖试验一般为非破坏性，这是由于T形梁（强度大），多梁式经常为现场试验板、梁挠度的观测♦工程中：精密水准仪、引出法♦消除支座的影响混凝土梁、板中混凝土及钢筋的原始应力测定♦卸载法荷载的施加一般采用成袋砂、石、水泥1.4建筑物或其部件的单调加载静力试验212.试验观测1.4建筑物或其部件的单调加载静力试221.4.2单层工业厂房整体结构空间工作试验单层工业厂房由排架、屋盖系统、山墙等组成，由于屋盖系统和山墙对各榀平面排架的约束作用，从而形成空间结构。试验目的：确定厂房整体空间作用性质及具体分配系数。1.4建筑物或其部件的单调加载静力试验221.4.2单层工业厂房整体结构空间工作试验1.4231.4.2单层工业厂房整体结构空间工作试验1.试验荷载布置采用机械力加载的方式加载方法2.试验观测1.4建筑物或其部件的单调加载静力试验231.4.2单层工业厂房整体结构空间工作试验1.4241.4.3足尺房屋结构的整体试验一般花费巨大，试验设备、台座、荷载架等的要求都很高，但能反映真实结构的实际工作性能，通常用作模拟试验基础上的验证性试验。五层中型砌块建筑足尺结构抗震静力试验1.4建筑物或其部件的单调加载静力试验241.4.3足尺房屋结构的整体试验1.4建筑物或其部件251.5量测数据整理1.4.1

整体变形量测结果整理1.简支构件的挠度2.悬臂构件的挠度1.4.2

应变量测结果分析

截面弹性内力计算1.轴向拉、压构件2.单向压弯、拉弯构件3.双向弯曲构件1.4.3

平面应力状态下的主应力计算1.4.4试验曲线与图表绘制1.表格2.图像(曲线图、形态图)251.5量测数据整理1.4.1整体变形量测结果整理1.26土木工程试验TUMUGONGCHENGSHIYAN1土木工程试验271.1概述

工程结构静载试验单调加载静力荷载试验拟静力试验拟动力试验结构动力特性试验结构动力响应试验结构疲劳试验结构风洞试验模拟地震试验台试验天然地震试验静载试验动载试验单调加载静力荷载试验结构动力特性试验结构动力响应试验结构疲劳试验结构风洞试验拟静力试验拟动力试验模拟地震试验台试验天然地震试验静载试验动载试验抗震试验21.1概述工程结构静载试验单调加载静力荷载试验静载试281.1概述

定义：单调加载静力试验是指在短时期内对试验对象进行平稳的一次连续施加荷载，荷载从“零”开始一直加到结构构件破坏，或是在短时期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静力试验是最普遍的试验类型。单调加载静力试验主要用于模拟结构承受静荷载作用下观测和研究结构构件的强度、刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制。31.1概述定义：单调加载静力试验是指在短时期内对试验291.2加载方案设计

1.2.1试验荷载图式单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能的试验。荷载图式：荷载在构件上的布置形式（类型和分布方式）;设计原则：与理论计算图示一致或内力等效的荷载图示。41.2加载方案设计1.2.1试验荷载图式单调静力荷30即试验期间荷载与试件的关系（或称荷载谱），包含荷载程序与荷载大小。

荷载程序三阶段图6-2静载试验加载程序预加载正式加载卸载1.2.2试验荷载制度

1.2加载方案设计

5即试验期间荷载与试件的关系（或称荷载谱），包含荷载程序与荷311预加载预加载的目的是：①使试件各部分接触良好，进入正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定；②检验全部试验装置是否可靠；③检验全部量测仪表工作正常与否；④检查现场组织和人员的情况，使他们熟悉自己的任务和职责，以保证试验工作顺利进行。

预加载一般分三级；三次；每级取标准荷载的20％；脆性材料结构，不宜超过计算开裂荷载的70％(含自重)。

1.2.2试验荷载制度

61预加载1.2.2试验荷载制度32分级加载分级加载目的：①加载速度易控制；②变形易观测及分析；③各点加载易协调。图6-2静载试验加载程序1.2.2试验荷载制度

2正式加载7分级加载图6-2静载试验加载程序1.2.2试验荷载制332正式加载

分级：正常使用荷载之前，每级加载值不应大于正常使用荷载的20％，一般分5级加至正常使用荷载；接近极限或开裂荷载时减小荷载范围增加次数。满载时间：标准短期荷载作用下的持续时间。混凝土及钢30min。空载时间：受载结构卸载后到下一次重新开始受载之间的间歇时间称空载时间。混凝土45分钟；钢30分钟。1.2.2试验荷载制度

82正式加载1.2.2试验荷载制度343卸载卸载一般可按加载级距进行，也可以放大1倍或分2次卸完。1.2.2试验荷载制度

93卸载1.2.2试验荷载制度351.3.1受弯构件的试验

1.3常见结构构件静载试验1.试件的安装和加载方法(1)简支座与固定支座的实现(2)应尽量保证加载面与支承面平整（砂浆、垫沙层、橡胶+钢板）加载方法：千斤顶+分配梁最常见一般采用等效荷载的加载图式（按照所研究的界面位置）101.3.1受弯构件的试验1.3常见结构构件静载试361.3.1受弯构件的试验

2.试验项目和测点布置：1)挠度测量梁的挠度f，P－f曲线、框架的P－Δ曲线、节点的P－γ曲线梁的真实挠度fa)剔除支座位移；b)对宽度较大的梁，两边对称贴片，以消除扭转的影响（支座偏心、加载点偏心）；c)挠度的预计大小（选择仪器的量程）。111.3.1受弯构件的试验2.试验项目和测点布置：372)应变测量一般在以下几个截面上：M+max、M-max、σl、σy

或弯矩突变处；贴片的原则：①按应变梯度；②受拉区少、压区密（如采用引伸仪则不用）；③一般情况下多采用不均匀布置的方法。a)单向应力测定：单向片b)平面应力测定：多个单向片、应变花c)箍筋和弯筋应力测量：预埋式和表面开槽式d)翼缘与孔边应力测量：连续贴片（力学分析结果）e)校核测点：不受力位置，检验系统误差1.3.1受弯构件的试验

122)应变测量1.3.1受弯构件的试验38

3）裂缝测量裂缝包括：弯曲裂缝、剪切裂缝、弯剪裂缝。基于力学分析，在裂缝位置的垂直方向布置测点。裂缝永远与σl垂直（事故处理常用原则）。裂缝出现的判别方法：①目测；②P－Δ曲线；③应变值。最大裂缝宽度的测量方法：等弯矩段选取3条，在纵筋水平位置处采用读数放大镜或裂缝标尺。裂缝的标注方法：试验完毕后绘制裂缝开展图。1.3.1受弯构件的试验

133）裂缝测量1.3.1受弯构件的试验39偏压短柱试验测点布置1—试件；2—铰支座；3—应变计；4—应变仪测点；5—挠度计1.3.2受压构件的试验

1.试件安装和加载法正位试验（试验机上或大型荷载架上进行）、卧位试验（大型试件）两端采用可动铰支座（反弯点截取试件模型），可考虑P－Δ效应。对受压构件的安装就位，关键在于对中：首先进行几何对中，再进行物理对中（通过应变测量，施加20-40％试验荷载）。14偏压短柱试验测点布置1.3.2受压构件的试验1401.3.2受压构件的试验

2.试验项目和测点布置试验项目：P－Δ曲线、εs、εc、ωmax等，注意需要成对测量。为研究混凝土受压区的实际应力图形，可采用测力板进行测定（右图所示）(1)将测力板浇筑在棱柱体试件中进行标定；(2)将测力板浇筑在试件中进行测量。1-测力板;2-测力块;3-贴有应变计的铅板;4-填充块;5-水泥砂浆;6-应变计引出线图6-12量测区压应力图形的测力板151.3.2受压构件的试验2.试验项目和测点布411.安装和加载1.3.3屋架试验

屋架试验一般采用正位试验，即在正常安装位置情况下支承及加载。由于屋架平面外刚度较弱，安装时必须采取专门措施，设置侧向支撑，以保证屋架上弦的侧向稳定；侧向支撑的位置应根据设计要求确定，支撑点的间距应不大于上弦杆平面外的设计计算长度，同时侧向支撑应不妨碍屋架在其平面内的竖向位移。161.安装和加载1.3.3屋架试验屋架试验一422.试验项目和测点布置1.3.3屋架试验

屋架杆件应力应变测点布置屋架试验挠度测点布置172.试验项目和测点布置1.3.3屋架试验屋架杆件应43屋架杆件应力应变测点布置1.3.3屋架试验

屋架杆件内力测点布置屋架端部节点应变测点和自锚部位测点布置2.试验项目和测点布置18屋架杆件应力应变测点布置1.3.3屋架试验屋架杆件441.4.1钢筋混凝土平面楼盖试验楼盖包括板、次梁、主梁三个部分，试验目的是研究活荷载的作用。1.试验荷载布置对于连续梁，活荷载最不利布置的原则♦跨中Mmax：该跨布置，左右隔跨布置♦支座Mmax：该支座左、右跨布置，左右隔跨布置♦支座最大剪力：同支座Mmax可从弯矩图、挠曲线来理解试验中为简化，可忽略较远跨的影响或仅在荷载数值上考虑其影响1.4建筑物或其部件的单调加载静力试验191.4.1钢筋混凝土平面楼盖试验1.4建筑物或其451.4建筑物或其部件的单调加载静力试验板的试验：♦确保为单向板次梁的试验：♦当主梁支承次梁时，可将次梁视为连续梁♦当柱支承次梁时，将次梁视为固支梁♦实际上结构中均为弹性支座，无绝对意义上的铰支、固支主梁的试验：♦同次梁的试验柱的试验：♦