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1、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（30学时，1.5学分），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。第1页/共184页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，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
2、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。第2页/共184页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。第3页/共184页应 用 1建设工程质量监督站、试验室2建筑工程管理处、房屋鉴定单位3建筑公司、市政公司、建筑桩基公司4各
3、级工程检测、鉴定机构，材料试验室5各级建委（建设局）、旧城改造管理单位6各建设监理公司、各工程建设单位、施工企业7各建筑构（配）件生产企业、商品混凝土公司、建材试验室8各建筑科研、设计院（所）第4页/共184页第一章第一章 建筑结构试验概述建筑结构试验概述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1.4 建筑结构试验的发展第5页/共184页第一节 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
4、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。第6页/共184页 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。第7页/共184页例如：钢筋混凝土简支梁在静力集中荷载作用下，可以通过测
5、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）第8页/共184页结 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。第9页/共184页 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
6、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六、建筑结构试验是自身发展的需要第10页/共184页 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。第11页/共184页1、生产性试验 特点：具有
7、直接的生产目的，以实际建筑物或结构构 件为试验对象，经过试验对具体结构作出正确的技术结论。解决下列问题：（1）鉴定结构设计和施工质量的可靠程度。（2）为工程改建或加固判断结构的实际承载能。（3）为处理工程事故提供技术根据。（4）检验结构可靠度、估算结构剩余寿命。（5）鉴定预制构件的质量。第12页/共184页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、调查报告第13页/共184页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
8、载力。第14页/共184页2、科研性试验 目的:（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。第15页/共184页（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（2）动力试验第16页/共184页（1）静力试验*结构静力单调加载试验：试验加载过程是从零开始逐步递增一直到结构破坏为止，也就是在一个不长的时间段内完成试验加载的全过程。*低周反复静力加载试验（伪静力试验）：为了探索结构抗震性能，采用结构抗震静力试验的方式来模拟地震作用的动力试验
9、，它是一种控制荷载或控制变形的周期性的反复静力荷载。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。第17页/共184页2、动力试验 对于在实际工作中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
10、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。第18页/共184页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、同济大学抗震中心第19页/共184页2、按试验对象分类（1）真型试验（2）模型试验（3）小构件试验第20页/共184页（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
11、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。第21页/共184页（2）模型试验 模型试验：采用比真型结构缩小的模型进行试验。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。第22页/共184页（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。第23页/共184页3、按试验持续时间分类（1）短期荷载试
12、验（2）长期荷载试验第24页/共184页（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。第25页/共184页（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等试验。第26页/共184页4、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。第27页/共184页第四节 结构试验的发展 从无到有，从小到大。现在，全国各地进行的各种类型的结构试验日
13、益增多。第28页/共184页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理和方法。第29页/共184页第二章 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
14、2.7 试验大纲及其他文件第30页/共184页 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 第31页/共184页二、PDCA循环的基本内容 美国质量管理专家戴明（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
15、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）第32页/共184页三、PDCA循环的存在范围和特点1、存在的范围：无处不在处处在，无时不存时时存2、特点：有序性、嵌套性、关键性、重复性 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。第33页/共184页第34页/共184页四、结构试验组织计划的内容1、试验设计阶段（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
16、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。第35页/共184页试验准备阶段的主要工作有：（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
17、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。第36页/共184页（5）仪器仪表的率定 对测力计及一切量测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
18、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。第37页/共184页（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。第38页/共184页3、试验实施阶段（1）
19、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。第39页/共184页 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
20、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。第40页/共184页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
21、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。总结报告中应提出试验中发现的新问题及进一步的研究计划。第41页/共184页第二节 试验前期工作方案设计1、调研方案设计 调研工作的内容是相关研究项目已有的研究成果和试验方法。2、研究路线方案设计 研究路线（技术路线）：指完成一项试验任务要经过的起始点、中转点和结束点等若干个技术环节上所有内容顺序的方式。在试验研究阶段，一条清晰的技术路线是研究工作能够有
22、条不紊地进行的依据。第42页/共184页研究路线的内容：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。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。第43页/共184页第三节 试验构件方案设计1、试件形状2、试件尺寸3、试件数目第44页/共184页 第四节 试验荷载方案设计一、荷载设计的一般要求 选择试验荷载和加载方法应满足下列要求：1、荷载图式应与结构设计计算荷载图式极为接近；2、荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值要稳定；3、荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求，加载设 备要有足够的强度储备，而且还必须满足刚度要求；4、加载
23、设备要求操作方便，便于加载和卸载，并能控制加 载速度，又能适应同步加载或先后加载的不同要求。第45页/共184页二、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。第46页/共184页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
24、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。第47页/共184页预载试验：分三级进行，每级不超过标准荷载值的20%，然后再分级卸载，23级卸完。标准荷载试验：每级加载值宜取标准荷载的20%，一般分为五级加到标准荷载。破坏试验：在标准荷载后，每级荷载不宜大于标准荷载的10%；当荷载加到计算破坏荷载的90%后，为了求得精确的破坏荷载值，每级应取不大于标准荷 载的5%。第48页/共184页三、结构低周反复加载静力试验（建筑结构抗震试验）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
25、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。第49页/共184页第50页/共184页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
26、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。第51页/共184页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。第52页/共184页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 第53页/共184页结构低周反复加载静力试验结果2、刚度（1）线性刚度K0 （2）开裂刚度Kc （3）屈服刚度Ky
27、（4）屈服后刚度Ks（很小）滞回环第54页/共184页一般钢筋混凝土结构都有可能产生这四种典型的滞回曲线。每一种滞回环的产生都与结构的受力状态、结构的构造有关。第55页/共184页1、梭形 一些偏心受压构件、不发生剪切破坏的受弯构件。2、弓形 跨度比较大，剪力较小并且配有一定箍筋的弯剪构件和偏压构件。3、反S形 一般的框架、梁柱结点、剪力墙4、Z形 小剪跨并且斜裂缝可以充分发展的构件、锚固钢筋有较大滑移的构件。第56页/共184页四、结构动力特性测试试验 结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能，主要包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等，它们与外荷载无关。测量结构动力特性参数是结构动力试验的
28、基本内容，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抵御其它动荷载的性能和能力时，都必须要进行结构动力特性试验。结构动力特性试验方法主要有：（1）人工激振法（2）环境随机振动法第57页/共184页1、人工激振法测量结构自振频率（1）自由振动法 在试验中采用初位移或初速度的突卸或突加载的方法，使结构受一冲击荷载作用而产生自由振动。试验时将测振传感器布置在结构可能产生最大振幅的部位，通过测量仪器的记录，可以得到结构的有阻尼自由振动曲线，在曲线上量取振动波型的周期，由此求得结构的自振频率。（2）强迫振动法（共振法）一般采用惯性式机械离心激振器对结构施加周期性的简谐振动，当干扰力的频率与结构的自振频率
29、相等时，结构产生共振。利用激振器可以连续改变激振频率的特点，试验中结构产生共振时振幅出现极大值时激振器的频率即是结构的自振频率。第58页/共184页2、人工激振法测量结构阻尼（1）自由振动法确定阻尼（2）按强迫振动的共振曲线确定结构的阻尼（3）由动力系数求阻尼比3、振型测量 测定结构振型时必须对结构施加一激振力，并使结构按某一阶固有频率振动，当测得结构这时各点位移值并连成变形曲线，即可得到对应于该频率下的结构振型。第59页/共184页五、结构抗震动力加载试验（1）周期性的动力加载试验试验方法有：偏心激振器、电液伺服加载器、单向周期振动 台、结构疲劳试验机等。（2）非周期性动力加载试验试验方法主
30、要有：模拟地震振动台试验、人工地震（人工爆 破）试验、天然地震试验、计算机加载器配合加载等。第60页/共184页计算机加载器联机试验拟动力试验或者称作伪动力试验，或者叫做计算机加载器联机试验，它总的想法就是使控制整个结构反复加载的位移，能够和某一次已经发生的能够确定的地震，或者是我们人工产生的某一个地震波产生的位移能够相一致。但是，它和真正地震也有出入，它出入在什么地方呢？虽然这么做是按照动力分析来做的，但是整个做的速度实际上还是很慢的，假如说一个二十秒长的地震，可能要做几十分钟，甚至几十个小时才能够做完。所以，它反应的位移实际上没有阻尼的影响，但是它比低周反复试验更进一步了。它的试验设备是很
31、复杂的，因为电液伺服控制系统本身就是一个很庞大的系统。第61页/共184页六、试验加载装置设计1、强度要求2、刚度要求3、真实要求4、简便要求七、试验设备准备计划 试验荷载方案完成后，需进行制定试验设备准备计划，说明设备的型号、数量、来源以及准备方式。第62页/共184页第五节 试验观测方案设计测试方案通常包括的内容有：（1）按整个试验目的要求，确定试验测试的项 目；（2）按确定的量测项目要求，选择测点位置；（3）综合整体因素选择测试仪器和测定方法。第63页/共184页一、观测项目的确定 在确定试验的观测项目时，首先应该考虑反映结构工作状况的整体变形，如梁的挠度。而在条件许可的情况下，根据试验
32、目的，也经常需要测定一些局部变形，如应变、裂缝和钢筋滑移等。总的来说，破坏性试验本身能够充分地说明问题，观测项目和测点可以少些，而非破坏性试验的观测项目和测点布置，则必须满足分析和推断结构工作状况的最低需要。第64页/共184页二、测点的选择与布置 在测量工作之前，应该利用已知的力学和结构理论对结构进行初步估算，然后合理地布置测量点位，力求减少试验工作量而尽可能获得必要的数据资料。测点的位置必须要有代表性，测点的布置应有利于试验时操作和测读，另外，还应该布置一定数量的校核性测点。三、仪器的选择与测读原则1、仪器的选择 在选择仪器时，必须从试验实际需要出发，使所用的仪器能很好地符合量测所需精度与
33、量程要求，但是防止盲目选用高准确度和高灵敏度的精密仪器。一般的试验，要求测定结果的相对误差不超过5%，同时，应使仪表的最小刻度值小于5%的最大被测值。第65页/共184页 仪器的量程应该满足最大测量值的需要。仪器最大被测值宜小于选用仪表最大量程的80%，一般以量程的1/52/3范围为宜。选择仪表时必须考虑测读方便省时，必要时采用自动记录装置。2、读数的原则 在进行测读时，一条原则是全部仪器的读数必须同时进行，至少也要基本上同时。目前如能使用多点自动记录应变仪进行自动巡回检测，则对于进入弹塑性阶段的试件跟踪记录尤为合适。第66页/共184页 第六节 结构试验与材料力学性能的关系 建筑材料的性能直
34、接影响到结构或构件的质量，因此对于结构材料性能的检验与测定是结构试验中的一个重要的组成部分，特别是充分了解材料的力学性能，对于在结构试验前或试验过程中正确估计结构的承载能力和实际工作状况，以及在试验后整理试验数据、处理试验结果等工作中都具有非常重要的意义。在结构试验中按照结构或构件材料性质不同，必须测定相应的一些基本的数据，如混凝土的抗压强度、钢材的屈服强度和抗拉极限强度、砖石砌体的抗压强度等。第67页/共184页确定材料力学性能的方法：（1）直接试验法 把材料按规定做成标准试件，然后在试验机上用规定的试验方法进行测定。（2）间接试验法（非破损试验法）采用某种专用设备或仪器，直接在结构上测量与
35、材料强度有关的另一物理量，如硬度、回弹值、声波传播速度等，通过理论关系或经验公式间接测得材料的力学性能。半破损试验：在结构或构件上进行局部微破损或直接取样的 方法，推算出材料的强度，由试验所得到的力 学性能直接鉴定结构构件的承载力。第68页/共184页第七节 试验大纲及其它文件试验报告内容一般包括：1、试验目的 2、试验对象的简介和考察3、试验方法及依据4、试验过程及问题5、试验成果处理与分析6、技术结论 7、附录第69页/共184页 第三章 建筑结构试验荷载 第一节 概述如何确定建筑结构试验荷载?1、根据试验的目的和要求，以能更好地模拟原有荷载等 因素来选择。2、在决定试验荷载时，应该根据试
36、验室的设备条件和现 场所具备的试验条件，正确和合理地进行荷载设计。第70页/共184页产生荷载的方法与加载设备有一、静力试验1、重力加载法 利用重物直接加载或通过杠杆作用间接加载。2、液压加载法 利用液压加载器和液压试验机加载。3、机械加载法 利用绞车、滑轮组、弹簧和螺旋千斤顶等机械设备加载。二、动力试验 利用惯性力或电磁系统激振，比较先进的设备是由自动控制、液压装置与计算机相结合而组成的电液伺服加载系统和由此作为振源的地震模拟振动台加载设备等。第71页/共184页 第二节 重力荷载一、重力直接加载方法 重物荷载可直接堆放在结构表面形成均布荷载或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载，假如
37、荷载再大，就可以通过杠杆来加载。优点：试验荷载可就地取材，可重复使用，针对试验结构或 试件的变形，可保持恒载，可分级加载，容易控制。缺点：加载过程中需要花费较大的劳动力，占据较大的空间，安全性差，试验组织难度大。第72页/共184页重物加载实现均布荷载重物间隙要大于5cm，保证重物间不搭接，以防止形成拱的作用。第73页/共184页 在正规实验室里一般要准备好些荷重块，要用铸铁或者铸钢，把它们铸成适合于人搬动的一些小的加荷块，一般用它的质量来衡量，所以可以铸成1公斤的、5公斤的、10公斤的、20公斤的等等。事先把它称量准确。如果你事先也可以把它加工的很准确，当然这样试验时很方便，但是制造成本就高
38、了，假如说你不加工准确，但是你要把它称量准确，把它标在加荷块上，试验的时候就适当的组合，也可以把它组合的很准确。如果在现场，或者是你的加荷块不够了，也可以临时取用些沙子、石头等做成沙袋或者碎石的袋。把每一袋的重量都称量准确，也可以用来加荷。所以说重物加荷是一种很方便的加荷方式，它对于施加均布荷载是很方便的。第74页/共184页这个图表示的也是重物加荷，但是它用的是水，比如说做双向板或者做网架的试验，需要一个很大面积的均布荷载的时候，可以用一个水槽，这个水槽不要底，就光要四周，把它圈起来。给底面试件来加荷，然后用防水的胶布做成一个水槽，里面加水，用水的重量作为荷载。第75页/共184页但是用水加
39、荷的时候，当加荷的面积很大的时候，就有一个什么问题呢？就是当面积很大，底下试件有一定的挠度，它向下变形，所以水深，实际上中间深，边上浅。使得均布荷载不是很均布的，中间可能荷载要大，边上可能荷载要小。这也是一种重物加荷。第76页/共184页重物加载实现集中荷载 这张图表示的是用重物加荷来施加集中荷载，也是一根梁要加两个集中荷载，那么这时候我们就用两个荷载料斗，或者把它叫做吊篮，在吊篮里可以施加各种重物，来实现集中荷载的加荷。当荷载很大，直接用吊篮加荷，达不到它的荷载值的要求的时候，可以通过杠杆来使这个荷载值增大。第77页/共184页 杠杆加载也属于重力加载的一种。利用杠杆原理，将荷载放大作用于结
40、构上。优点：杠杆制作方便，荷载值稳定不变，当结构有变形时，荷载可以保持恒定，对于作持久荷载试验尤为合适。二、杠杆加载方法第78页/共184页第三节 机械力荷载 机械力加载常用的机具有吊链、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等。一、卷扬机、绞车加载 卷扬机、绞车主要配合钢丝或绳索对结构施加拉力，拉力的大小通常用拉力测力计测定。二、螺旋千斤顶加载 螺旋千斤顶是利用齿轮及螺杆式蜗杆机构传动原理，当摇动千斤顶手柄时，蜗杆就带动螺旋杆顶升，对结构施加顶推压力，加载值的大小可用测力计测定。第79页/共184页三、螺旋、弹簧加载 常用构件的持久荷载试验。当荷载值较小时，可直接拧紧螺帽以压缩弹簧；当荷载
41、值很大时，需用千斤顶压缩弹簧后再拧紧螺帽。弹簧加载用于长期荷载，比如说要做梁的长期刚度，或者是观察它的裂缝的时候，那么就要加几个月，甚至几年的荷载。那么做长期荷载的时候可以通过弹簧来保持经常的荷载值。第80页/共184页第四节 液压荷载 液压加载是目前结构试验中应用比较普遍和理想的一种加载方法。它的最大优点是利用油压使液压加载器（液压千斤顶）产生较大的荷载，试验操作安全方便，特别是对于大型结构构件，当试验要求荷载点数多、吨位大时更为合适。第81页/共184页一、液压加载器 液压加载器主要工作原理是用高压油泵将具有一定压力的液压油压入液压加载器的工作油缸，使之推动活塞，对结构施加荷载。荷载值可以
42、用液压加载器与荷载承力架之间所置的测力计直接测读，或用传感器将信号输给应变仪显示。液压加载器有普通工业用的手动液压加载器，有专门为结构试验设计的单向作用和双向作用的液压加载器。液压加载很难满足多点同步加载卸载，尤其需要恒载时更难保持稳压状态。第82页/共184页二、液压加载系统 液压加载系统是能够变荷的同步液压加载设备。它是由储油箱、高压油箱、液压加载器、测力装置和各类阀门通过高压油管连接组成的操作台。液压加载系统尤其适用于大吨位、大挠度、大跨度的结构试验，它不受加荷点数的多少、加荷点的距离和高度的限制，并能适应均布和非均布、对称和非对称加荷的需要。第83页/共184页三、大型结构试验机 结构
43、试验室内进行大型结构试验的一种专门设备，比较典型的是结构长柱试验机，主要用来进行柱、墙板、砌体、节点与梁的受压与受弯试验。这种设备的构造原理与一般材料试验机相同，但吨位要比材料试验机大。目前国内普遍使用的长柱试验机的最大吨位是5000KN，最大高度可为3m。第84页/共184页第85页/共184页第86页/共184页四、电液伺服液压系统 电液伺服液压系统是目前结构试验研究中一种比较理想的试验设备，它可以较为精确地模拟试件所受的实际外力,产生真实的试验状态,特别是用来进行抗震结构的静力或动力试验尤为合适。电液伺服液压系统采用闭环控制，其主要组成有：电液伺服加载器、控制系统和液压源等三大部分，它能
44、将荷载、应变、位移等物理量直接作为控制参数，实行自动控制。第87页/共184页 电液伺服加载系统的主要工作过程是:根据控制指令信号,油泵从液压源输出高压油进入伺服阀,由伺服阀驱动双向加载器对试件施加试验所需要的荷载。根据不同的控制类型,由起控制作用的传感器测量试件反馈信号,将指令与反馈信号在伺服控制器中进行比较,其差值即为补差信号,经放大后再次控制伺服阀驱动加载器继续工作,从而完成全系统闭环控制。目前电液伺服液压系统大多数与电子计算机配合使用，从而使整个系统由程序控制。第88页/共184页五、地震模拟振动台 地震模拟振动台是再现各种地震波对结构进行动力试验的一种先进试验设备，其特点是具有自动控
45、制和数据采集及处理系统，采用了电子计算机和闭环伺服液压控制技术，并配合先进的振动测量仪器，使结构动力试验水平提高到了一个新的高度。地震模拟振动台主要由以下几部分组成:(1)振动台台体结构(2)液压驱动和动力系统:给振动台以巨大推力的结构,一 般采用电液伺服系统.(3)控制系统:有模拟控制和数字计算机控制两种。(4)测试和分析系统:除了对台身进行控制而测量位移、加速度等外，还必须对试验模型进行多点测量，一般 是测量位移、加速度和应变等，总测点数可达百余点。第89页/共184页第五节 惯性力荷载 在结构动力试验中，利用物体质量在运动时产生的惯性力对结构施加动力荷载，也可以利用弹药筒或小火箭在炸药爆
46、炸时产生的反冲力对结构进行加载。第90页/共184页一、冲击加载1、初位移加载法（张拉突卸法）2、初速度加载法（突加荷载法）3、反冲激振法二、离心力加载 根据旋转质量产生的离心力对结构施加的简谐振动荷载，当作用力的大小和频率按一定规律产生变化时，能使结构产生强迫振动。三、直线位移惯性力加载 加载系统的主要动力部分是电液伺服加载系统。第91页/共184页第六节 气压荷载 利用气体压力对结构施加荷载有两种方式：一是利用压缩空气加载，另一种是利用抽真空产生负压对结构构件施加荷载。由于气压加载所产生的是均布荷载，所以，对于平板或壳体试验尤为合适。第92页/共184页第七节 电磁荷载 在磁场中通电的导体
47、要受到与磁场方向相垂直的作用力，电磁加载就是根据这个原理，在强磁场中放入动圈，通入交变电流，则可使固定于动圈上的顶杆等部件作反复运动，对试验对象施加荷载。若在动圈上通以一定方向的直流电，则可产生静荷载。目前常见的电磁加载设备有电磁式激振器和电磁振动台。第93页/共184页第八节 人力激振荷载利用人自身在结构物上有规律的活动，产生足够大的人力惯性力，就有可能形成适合做共振试验的振幅。这对于自振频率比较低的大型结构来说，完全有可能被激振到足以进行测量的程度。第94页/共184页第九节 荷载反力设备1、支座 支墩、铰支座2、荷载架 竖向反力架、水平反力架、反力墙3、结构试验台座第95页/共184页
48、第四章 结构试验测试技术 第一节 概述 输入数据-系统-输出数据 作用试件反应数据采集（力、位移、温度等）（位移、速度、应力、应变、裂缝等）数据采集：用各种方法，对试验输出的数据进行测量和记录。数据采集是结构试验的重要步骤，是结构试验成功的必要条件之一。只有采集到可靠的数据，才能通过数据处理得到正确的试验结果，达到试验预期目的。为采集到准确、可靠的数据，应该采用正确的采集方法，选用可靠的仪器设备。在实际试验时，数据采集方法应该根据试验目的和要求以及仪器的实际条件来确定，应该 按照用最经济的代价来获取最多最有用数据的原则来确定。第96页/共184页一、仪器设备的分类1、按功能和使用情况分：传感器
49、、放大器、显示器、记录器、分析仪器、数据采集仪或系统各类仪器功能：传感器感受各种物理量（力、位移、应变等），并把它们 转换成电量（电信号）或其它容易处理的信号；放大器把从传感器得到的信号放大，使信号可以被显示和 记录；显示器把信号用可见的形式显示出来；记录器把采集得到的数据记录下来，作为长期保存；分析仪器对采集得到的数据进行分析处理；数据采集仪用于自动扫描和采集，是数据采集系统的执行 机构；数据采集系统集成式仪器，包括传感器、数据记录仪和计 算机或其他记录器、显示器等，可用来进行 自动扫描、采集，还能进行数据处理等。第97页/共184页2、按仪器仪表的工作原理分：机械式仪器、电测仪器、光学测量
50、仪器、复合式仪器、伺服式仪器（带有控制功能的仪器）3、按仪器仪表的用途分：测力传感器、位移传感器、应变计、倾角传感器、频率计、测振传感器。4、按仪器仪表与结构的关系分：附着式与手持式、接触式与非接触式、绝对式与相对式 5、按仪器仪表显示与记录方式分：直读式与自动记录式、模拟式与数字式。第98页/共184页二、试验仪器仪表的主要技术性能指标1、刻度值：指示或显示装置所能指示的最小测量值。2、量程：仪器仪表可以测量的最大范围。3、灵敏度：仪器仪表对被测物理量变化的反应能力和反应速度。4、分辨率：仪器仪表测量被测物理量最小变化值的能力。5、线性度：仪器仪表使用时的校准曲线与理论拟合线的接 近程度。6