建筑结构试验-综合练习-国开-参考资料

建筑结构试验是土木工程学科中一门实践性极强的专业技术课程，综合练习则是检验学习者理论知识应用能力、试验操作技能以及数据分析能力的重要环节。本参考资料旨在为学习者提供一套相对完整的试验思路与方法，助力其顺利完成综合练习。一、试验前准备试验前的充分准备是确保试验顺利进行、获得可靠数据的前提。这一阶段的工作繁琐但至关重要，需细致入微。（一）明确试验目的与内容首先需清晰界定本次综合练习的试验目的。是验证某类构件的承载力？还是研究其变形性能、破坏机理？或是比较不同设计方案的优劣？目的不同，试验方案的设计、测点布置、仪器选择等均会有显著差异。试验内容应紧紧围绕试验目的展开，例如梁的受弯试验、柱的受压试验、节点的抗震性能试验等，并明确具体的测试参数，如荷载、位移、应变、裂缝分布与宽度等。（二）试验方案设计试验方案是试验工作的核心指导文件，应包含以下主要内容：1.试件设计与制作：*试件代表性：试件应能真实反映原型结构或构件的受力特性。对于模型试验，需考虑相似理论的应用，明确相似比、相似条件及相似误差。*几何尺寸：根据试验目的、加载能力、量测精度及场地条件综合确定。若为足尺试件，需考虑运输与安装；若为缩尺模型，需确保模型材料与原型材料的力学性能相似。此处需注意，具体尺寸描述应避免使用四位以上数字，可采用“适当尺寸”、“符合比例要求”等表述。*材料性能：明确试件所用材料的品种、规格，并按相关标准制作材料力学性能试块（如混凝土立方体试块、钢筋拉伸试件），与试件同条件养护，以便试验时能获取准确的材料强度参数。*制作质量控制：严格按照设计图纸和施工规范进行制作，确保试件几何尺寸准确、材料均匀、预埋件位置正确、养护条件符合要求，避免因制作缺陷影响试验结果。2.试验荷载方案：*荷载类型：根据构件实际受力情况确定，如静荷载（恒载、活载模拟）、动荷载（地震作用、风荷载模拟，动态试验相对复杂，综合练习可能以静力试验为主）。*荷载施加方式：重物加载、液压千斤顶加载、杠杆加载等。需考虑加载设备的能力、加载的平稳性及可控性。*加载制度：包括加载分级、每级荷载持荷时间、加载路径等。对于结构性能试验，通常采用分级加载，以观察结构在不同荷载阶段的受力特点和变形发展。3.测点布置与量测仪器：*量测参数：根据试验目的确定需量测的物理量，主要包括荷载、位移（线位移、角位移）、应变（应力）、裂缝等。*测点布置原则：*代表性：布置在构件最不利受力截面或预期变形、应变最大的部位。*全面性：在关键部位形成测点群或测线，以反映构件整体受力状态。*经济性：在满足试验目的前提下，避免测点过多造成浪费和数据处理困难。*常用仪器：*荷载传感器：用于测量施加于试件的荷载。*位移计：如百分表、千分表、拉线式位移传感器、激光位移计等，用于测量构件的挠度、沉降、侧向位移等。*应变测量仪器：如电阻应变片配合应变仪，用于测量构件表面应变；光纤光栅传感器等新型传感器也逐渐得到应用。*数据采集系统：将各类传感器采集的信号进行放大、转换、记录和初步处理，可分为静态数据采集系统和动态数据采集系统。4.试验装置与加载系统设计：包括试件的支承方式（如简支、固定端、悬臂等）、加载装置的具体构造、反力架的设计等，确保其刚度、强度足以承受试验荷载，并保证试验过程的安全与稳定。（三）试验准备工作1.试件检查与标识：检查试件外观质量、几何尺寸、预埋件位置等是否符合设计要求，并对试件进行编号、标注主要轴线、加载点、测点位置等。2.仪器设备准备与标定：检查所用仪器设备是否完好，量程是否合适，并按规定进行标定或校准，确保量测数据的准确性。3.加载装置与测试系统安装调试：严格按照试验方案安装试件、加载装置、传感器及数据采集系统，并进行系统调试，模拟加载过程，检查各部分工作是否正常，数据采集是否准确、稳定。4.安全措施准备：制定试验安全预案，检查加载设备、反力架的安全性，准备必要的安全防护设施（如安全网、防护栏），对参与试验人员进行安全教育。5.试验记录表格准备：设计规范的试验数据记录表格，包括加载级数、荷载值、各测点读数、试验现象描述等栏目。二、试验实施过程试验实施是获取第一手数据的关键环节，要求试验人员严格按照试验方案操作，细致观察，准确记录。（一）试验加载与数据采集1.分级加载与观测：*按照预定的加载制度进行分级加载。每级加载前，应记录初始读数。*每级荷载施加后，需保持荷载稳定一段时间（持荷时间），待变形基本稳定后再读取各测点数据。*密切观察试件的受力状态和变形情况，特别是在接近预计开裂荷载或极限荷载时，应减缓加载速度，加密观测次数。2.数据记录与初步整理：*专人负责数据记录，确保数据清晰、准确、完整，记录人员应熟悉各测点编号及对应物理量。*原始数据应直接记录在事先准备好的表格中，不得随意涂改，如有错误，应规范更正。*对采集到的数据应进行现场初步检查，判断数据是否合理，有无异常波动，传感器是否工作正常。（二）试验现象观察与描述在试验过程中，除了仪器量测数据外，对试件的宏观试验现象进行细致观察和准确描述同样重要。1.裂缝观察：记录首次出现裂缝的位置、形态（弯曲裂缝、剪切裂缝、粘结裂缝等）、宽度和长度。随着荷载增加，记录新裂缝的产生、已有裂缝的扩展情况。可采用裂缝宽度观测仪测量裂缝宽度。2.变形观察：观察构件的整体变形形态，有无异常的扭曲、侧弯等。3.破坏过程与形态：详细记录构件从开始加载到最终破坏的全过程，包括破坏的起始位置、破坏形式（如适筋梁的延性破坏、超筋梁的脆性破坏、斜截面剪切破坏等）、破坏时的荷载值及主要特征。4.异常现象记录：如荷载突然下降、异响、构件局部失稳等，均应详细记录发生的时刻、荷载水平及伴随现象。三、试验数据处理与结果分析试验结束后，需对采集到的原始数据进行系统处理和深入分析，以得出试验结论，实现试验目的。（一）数据处理1.数据整理：将原始数据按一定顺序整理，核对数据的完整性和有效性，剔除明显的异常数据（需谨慎，并注明原因）。2.数据转换与计算：根据传感器的标定系数，将采集到的电压、电流等信号转换为实际的物理量（如荷载、位移、应变）。对需要计算的物理量（如弹性模量、泊松比、截面内力等）进行计算。3.绘制曲线图表：这是数据处理的重要手段，常用的有：*荷载-位移曲线（P-Δ曲线）：反映构件的整体受力变形性能。*荷载-应变曲线（P-ε曲线）：反映构件局部或截面的受力情况。*应变分布曲线：反映沿截面高度或沿构件长度方向的应变变化规律。*裂缝开展与荷载关系曲线等。（二）结果分析1.承载力分析：确定构件的开裂荷载、屈服荷载（如有明显屈服）、极限荷载，并与设计值或理论计算值进行比较，评估构件的承载能力。2.变形性能分析：根据荷载-位移曲线，分析构件的刚度（初始刚度、割线刚度）、变形能力、延性系数（如适用）等。3.应力分析：根据实测应变，结合材料力学或结构力学理论，分析构件截面的应力分布规律，验证设计假定（如平截面假定）的适用性。4.破坏形态分析：结合试验现象描述，分析构件的破坏机理，判断其是否符合预期的破坏模式，评估其延性和耗能能力。5.试验结果的可靠性与误差分析：分析产生试验误差的原因（如仪器误差、环境影响、试件制作偏差等），评估试验结果的精度和可靠性。四、试验报告撰写试验报告是试验工作的全面总结，应系统、规范、清晰地呈现试验目的、过程、数据、结果及结论。一份完整的试验报告通常包括以下主要内容：1.试验名称2.试验日期、地点、温度、湿度3.试验人员4.试验目的与意义5.试验概况：包括试件设计与制作情况（附试件简图、材料性能试验结果）、主要仪器设备（型号、精度）、试验装置与加载方案（附试验装置示意图）、测点布置（附测点布置图）。6.试验数据与结果：整理后的试验数据表格、主要曲线图（荷载-位移曲线、荷载-应变曲线等）、试验现象描述（附裂缝分布图、破坏形态照片）。7.试验结果分析与讨论：对试验数据和现象进行深入分析，讨论试验结果的规律性、与理论计算的对比、影响因素等。8.试验结论：根据试验分析结果，简明扼要地得出试验结论，回答试验目的中提出的问题。9.建议与体会（可选）：对试验方案、试件设计、仪器设备等方面提出改进建议，总结试验过程中的经验与体会。10.参考文献（如引用）11.附录（如原始数据记录、详细计算过程等）五、试验注意事项与常见问题1.安全第一：始终将安全放在首位，严格遵守操作规程，防止加载设备失控、试件突然破坏造成人员伤害或设备损坏。2.仪器保护：传感器等精密仪器应轻拿轻放，避免碰撞、过载，安装时注意方向和位置准确。3.数据真实性：严禁编造或随意修改试验数据，确保试验结果的客观性和科学性。4.协同配合：试验通常需要多人协作完成，各岗位人员应明确职责，密切配合，确保试验顺利进行。5.常见问题：*传感器故障或接触不良：导致数据异常或无读数，试验前需仔细检查连接和标定。*加载不稳定：影响数据准确性，需确保加载装置工作正常。*环境干扰：如振动、温度变化可能对量测产生影响，应尽量避免或采取屏蔽措施。*试件安装偏差：如支座位置不准确、试件偏心等，会导致试验结果失真，安装时需仔细调整。总结建筑结构试验综