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1、土木工程结构试验授课教师 韩瑞芳1课程性质？ v土木工程结构试验是一门必修的专业基础课程（32学时，理论24学时，试验8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。2土木工程结构试验课程的学习应达到的基本要求是什么？ v通过本课程的学习应达到的基本要求是:v1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，为进行现场结构检测和科学研究的试验打下良好的基础。v
2、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。v3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。v4熟练掌握建筑结构无损检测的原理和检测方法。3土木工程结构试验课程内容体系v土木工程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。v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、试验设计、典型试验、无损检测技术、试验数据的处理等。4学习参考书：5第一章 土木工程结构试验概述6本章提要： v一、土木工程结构试验的任务v
3、二、土木工程结构试验的作用v三、土木工程结构试验的目的v四、土木工程结构试验的分类v五、土木工程结构试验的发展7v建筑结构：不同类型的承重构件（梁、板、柱等）相互连接而形成的结构体系，在规定的使用期内能安全有效的承受外部及内部形成的各种作用，满足结构使用功能的要求。8v结构分析：各种作用下的实际应力分布和工作状态，了解构件的刚度、抗裂性能以及实际所具有的强度和安全储备. 结构分析方法：传统和现代的设计理论和计算方法、结构试验。 结构试验是研究和发展工程结构新材料、新体系、新工艺以及探索工程结构计算分析、设计理论的重要手段，在工程结构科学研究和技术创新等方面起着重要作用。9 结构试验是一门试验科
4、学 土木工程结构试验是一项科学实践性很强的活动，是研究和发展结构新材料、新体系、新工艺以及探索结构设计新理论的重要手段。同时，也可通过试验对具体结构作出正确的技术结论。 实践性: 结构设计过程中，工程技术人员必须掌握在各种作用下结构的实际工作状态，了解结构构件的承载力、刚度、受力性能以及实际所具有的安全储备。 1 1）传统的理论计算方法； 2 2）结构试验应力分析方法。一、结构试验的任务10 电子计算机技术的应用 1）数学模型方法计算分析技术； 2）计算机控制的结构试验技术。900(2700)900(2700)方向来流时风压云图 重庆大剧院模型11 结构试验技术 1）工程结构静力试验和动力试验
5、的加载模拟技术； 2）工程结构变形参数的量测技术； 3）试验数据的采集、信号分析及处理技术； 4）对试验对象作出科学的技术评价或理论分析。121）工程结构静力试验13动力试验的加载模拟技术； 14工程结构变形参数的量测技术； 153）试验数据的采集、信号分析及处理技术；164）对试验对象作出科学的技术评价或理论分析。17结构试验的任务v建筑结构试验研究对象：建设工程的结构物v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
6、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。18几个典型实例： 1、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） 192、动力试验：测量结构的自振频率、阻尼系数、振幅和动应变等，研究结构的动力特性和结构对动力荷载的反应。3、结构抗震试验：在低周反复荷载作用下，获得应
7、力-变形关系滞回曲线，分析抗震结构的强度、刚度、延性、刚度退化及变形能力。20结 论v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。21二 结构试验的作用1、建筑结构试验是发展结构理论和计算方法的重要途径2、建筑结构试验是发现结构设计误区的主要手段3、建筑结构试验是验证结构理论的唯一方法4、建筑结构试验是建筑结构质量鉴定的直接方式5、建筑结构试验是制定各类技术规范和技术标准的基础22（1）结构试验是发展结构理论和计算方法的重要途径 v 17世纪初伽利略（1564-1642）在1638年错误地提出：
8、受弯梁的断面应力为均匀受拉。v 46年后法国物理学家马里奥脱和德国数学家莱布尼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。 23v1713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。 v1767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”。 v1821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阿莫列思用试验方法验证了。24框架结构矩形截面柱和圆形截面柱：拉压型破坏异型截面柱：剪切型破坏
9、混凝土结构设计规范、混凝土异形柱结构技术规程 （2）结构试验是发现结构设计误区的主要手段25斜撑几乎不起作用；斜撑交点首先出现塑性角而破坏。 26v通过多次改进：v有如一些特殊结构的研究，需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。 27（3）结构试验是验证结构理论的唯一方法v受弯杆件截面应力分布的平截面假定 v弹性力学的平面应力问题v应力集中现象的计算理论v复杂的结构平面分析理论v结构空间分析理论v隔震结构、消能结构设计理论28v（4）结构试验是建筑结构质量鉴定的直接方式； 如灾害或事故后建筑工程的评估、鉴定29（5）结构试验是制定各类技术规范和技术
10、标准的基础； 不但总结大量已有科学实验的成果和经验，还进行了大量钢筋砼结构、砌体结构和钢结构的梁、柱、节点、框架、墙板等实体或缩尺模型的试验以及实体建筑物的试验研究。30v科学研究性试验和生产鉴定性试验v科研性试验v目的：验证、改进和发展结构设计计算的理论和方法 v主要表现： （1）验证结构设计计算的各种假定；v （2）制定各种设计规范；v （3）发展新的设计理论；v （4）为发展和推广新结构、新材料及新工艺v 提供理论与实践的经验。三、结构试验的目的313233钢管混凝土34索膜结构35 生产鉴定性试验 目的：检验结构构件是否符合结构设计规范及施工验收规范的要求，并对检验结果作出技术结论。
11、对象：一般是真实的结构或构件。 应用： 1 1）鉴定结构设计和施工质量的可靠程度。 2 2）鉴定预制构件的产品质量。 3 3）工程改建或加固，通过试验判断结构的实际承载力。 4 4）为处理受灾结构和工程事故，提供技术依据。 5 5）已建结构可靠性检验，推定结构剩余寿命。36 生产鉴定性试验 3738 生产鉴定性试验 394041 生产鉴定性试验 42四、工程结构试验分类 按试验对象的尺寸分类 原型试验：实际结构或是按实物结构足尺复制的结构或构件。一般用于生产性试验，例如秦山核电站安全壳加压整体性能试验、工业厂房结构的刚度试验、楼盖承载能力试验、高层建筑上的风振测试、环境随机振动测定结构动力特性
12、。 模型试验：按原型结构缩小的模型，又分为相似模型试验和缩尺模型试验。43 相似模型试验 模型是仿照原型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。模型的设计制作及试验是根据相似理论、用适当的比例和相似材料制成与原型几何相似的试验对象，在模型上施加相似力系，使模型受力后重演原型结构的实际工作，最后按照相似理论由模型试验结果推算实际结构工作。44v缩尺模型试验 即小构件试验，不需依靠相似理论，无须考虑相似比例对试验结果的影响，是用试验结果与理论计算进行对比校核的方法研究结构的性能，验证设计假定与计算方法的正确性，并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
13、构中去。45原型试验模型试验46原型试验474849原型试验50模型试验51模型试验5253545556模型试验风洞试验57模型试验风洞试验5859按试验荷载性质分类v静力试验v单调静力试验、低周反复静力试验（伪静力试验）v优点：加载设备简单，试验观测方便v缺点：不能反映结构动力性能v动力试验v振动台试验、疲劳试验、风载试验等v优点：能真实反映结构的动力特性和动力响应v缺点：加载设备和测试手段复杂60静力试验单调静力试验61静力试验低周反复静力试验v低周反复静力试验又称伪静力试验62钢筋混凝土框架结构拟静力倒塌试验6364静力试验拟动力试验65静力试验v观测方便，可人工读数 钢筋混凝土梁受弯试
14、验观测项目： 应力、挠度、裂缝、破坏形态666768动力试验结构动力特性试验6970动力试验地震模拟振动台试验7172动力试验风洞试验7374动力试验疲劳试验、抗爆试验、冲击试验、耐火试验757677 按试验时间分类 短期荷载试验和长期荷载试验。 按试验场合分类 试验室试验和现场试验。78五、建筑结构试验的发展79v加载设备大型，超大型（50000kN）电液压力伺服机；复杂多向加载系统；大型风洞、大型离心机、火灾实验室v测试仪器高精度、高灵敏度、强抗干扰；智能传感器、高速采样v计算机应用数据采集、数据分析、数据存储系统控制、数值模拟80加载设备250kN2000kN81加载设备10000kN8222.5m22.5m（宽）4.5m4.5m（高）36m36m（长），位居世界第一 83转动半经5.03m5.03m，最大加速度300g300g，有效负载1.5t 1.5t 84测试仪器85测试仪器86