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1、2023/5/261School of Urban Construction and Management 2023/5/262土木工程包含了几乎所有建筑工程，我们俗称“大土木”土木工程结构指最广泛层面上的建筑结构工程，包括：u桥梁u水坝u土方u基础u石油平台u管道运输u发电站u铁路u挡土墙u道路u隧道u水路疏浚u给排水系统结构的功能是承受荷载作用并产生作用效应，产生的作用效应须满足各级规范要求土木工程结构(Civil engineering structures)2023/5/263确保实现结构的功能，常采用以下三种途径：u理论分析利用现有成熟的理论，计算分析结构在各种作用下的作用效应使其满
2、足规范、规程、标准要求u试验对结构施加作用，通过测试得到结构在作用下的作用效应判断结构是否满足要求u计算机程序模拟分析利用计算机程序模拟分析结构在各种作用下的作用效应分析参数，寻找其中规律，解决结构功能问题2023/5/264此三种途径互为指导和验证关系u新的结构理论不够成熟，结构试验必不可少u试验不能完全模拟真实状态，受条件限制u借助计算机模拟，分析寻找规律，发展新的理论本课程讲重点讲述土木工程结构试验2023/5/266本课程目的通过理论和试验环节教学u掌握结构试验方面基本知识和基本技能u根据设计、施工和科学研究任务，完成一般土木工程结构的实验设计与规划为今后从事土木工程结构科研、设计或施
3、工等工作积累解决问题的手段和方法2023/5/267土木工程结构试验的任务是以土木工程结构为研究对象，通过加载技术对研究对象施加各种作用，借助测试技术对结构物受作用后的性能进行观测。通过对测量数据的分析，如变形、应变、温度、振幅、频率、裂缝宽度等，从强度（稳定）、刚度、抗裂性以及结构实际破坏形态来判明结构的实际工作性能，评估结构的承载能力，确定结构对使用要求的符合程度。动过结构实验检验并发展结构计算理论。1.1 结构试验的任务2023/5/268结构试验分类按试验目的分类按试验对象分类按荷载性质分类按试验时间分类按试验场合分类*按试验目的分类1.2 结构试验的分类(1)生产鉴定性试验 具有直接
4、的生产目的。以实际建筑物或结构构件为试验鉴定对象，经过试验对具体结构构件作出正确的技术结论这类试验常用来解决一下有关问题：a.综合鉴定重要工程和建筑的设计与施工质量。b.对已建结构进行可靠性检验，以推断和估计结构剩余寿命。c.工程改建和加固，通过试验来判断具体结构的实际承载能力。d.处理受灾结构和工程质量事故，通过试验鉴定提供技术依据。e.鉴定预制构件的产品质量。2023/5/2610结构试验分类按试验目的分类按试验对象分类按荷载性质分类按试验时间分类按试验场合分类*按试验对象分类1.2 结构试验的分类(1)原型试验原型试验的试验对象是实际结构或是按实物结构足尺复制的结构或构件。对于实际结构试
5、验一般均用于生产鉴定性试验。例如核电站安全壳加压整体性的试验，工业厂房结构的刚度试验、楼盖承载能力试验以及桥梁在移动荷载下的动力特性试验等均在实际结构上加载量测2023/5/2611结构试验分类按试验目的分类按试验对象分类按荷载性质分类按试验时间分类按试验场合分类*按试验对象分类(2)模型试验由于进行原型结构试验投资大、周期长、测量精度受环境因素等影响，在经济上或技术上存在一定困难。因此，人们在结构设计的方案阶段进行初步探索比较或对设计理论和计算方法进行科学研究时，可以采用按原型结构缩小的模型进行试验。模型是仿照原型（真实结构）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
6、特征。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（或称比例荷载），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的工作。目前在试验室内进行的大量结构试验均属于这一类。1.2 结构试验的分类2023/5/2613结构试验分类按试验目的分类按试验对象分类按荷载性质分类按试验时间分类按试验场合分类*按荷载性质分类(2)动力试验对于那些在实际工作中主要承受动力作用的结构或构件，为了了解结构在动力荷载作用下的工作性能，一般要进行结构动力试验，通过动力加载设备直接对结构构件施加动力荷载。特别是结构抗震性能的研究中除
7、了用上述静力加载模拟以外，更为理想的是直接施加动力荷载进行试验，目前抗震动力试验一般用电液伺服加载设备或地震模拟振动台等设备来进行。由于荷载特性的不同，动力试验的加载设备和测试手段也与静力有很大的差别，并且要比静力试验复杂得多。1.2 结构试验的分类2023/5/2615结构试验分类按试验目的分类按试验对象分类按荷载性质分类按试验时间分类按试验场合分类*按荷载性质分类(2)长期荷载试验对于研究结构在长期荷载作用下的性能，如混凝土结构的徐变，预应力结构中钢筋的松弛，钢筋混凝土受弯构件裂缝的开展与刚度退化等就必须要进行静力荷载的长期试验。这种长期荷载试验也可称为持久试验，它将连续进行几个月或甚至于
8、数年，通过试验以获得结构的变形随时间变化的规律在现场对实际工作中的结构物进行系统长期的观测，则这样积累和获得的数据资料对于研究结构的实际工作，进一步完善和发展工程结构的理论都具有极为重要的意义。1.2 结构试验的分类2023/5/2616结构试验分类按试验目的分类按试验对象分类按荷载性质分类按试验时间分类按试验场合分类*按荷载性质分类(1)试验室试验由于可以获得良好的工作条件，可以应用精密和灵敏的仪器设备进行试验，具有较高的准确度。甚至可以人为的创造一个适宜的工作环境，以减少或消除各种不利因素对试验的影响，所以适宜于进行研究性试验。这样有可能突出研究的主要方面，而消除一些对试验结构实际工作有影
9、响的次要因素。这种试验可以在原型结构上进行，也可以采用模型试验，并可以将结构一直试验到破坏。尤其近年来发展足尺结构的整体试验，大型试验室为之提供了比较理想的条件。1.2 结构试验的分类2023/5/2618结构试验发展先进的大型和超大型设备基于网络的远程协同结构试验现代测试技术计算机与结构试验1.3 结构试验的发展大型疲劳试验机加载能力：静力试验1000kN 动力试验500kNu电液伺服压力试验机最大加载能力50,000kNu大型风动结构试验系统u大型离心机u大型火灾模拟结构试验系统2023/5/2619结构试验发展先进的大型和超大型设备基于网络的远程协同结构试验现代测试技术计算机与结构试验u
10、电液伺服压力试验机最大加载能力50,000kNu大型风动结构试验系统u大型离心机u大型火灾模拟结构试验系统1.3 结构试验的发展万用试验机加载能力：静力试验200kN2023/5/2620结构试验发展先进的大型和超大型设备基于网络的远程协同结构试验现代测试技术计算机与结构试验大型有限元分析软件试验前:通过计算机分析预测结构性能制订试验方案试验后:结合实验数据对结构性能做出完整描述1.3 结构试验的发展2023/5/2621具体应用事例a).实桥，检测到疲劳裂缝产生b).补修方法的提案碳素纤维板和止裂孔并用2023/5/2622具体应用事例c).用有限元分析软件，将全桥模型化，进行分析，确定研究
11、方案计算机模拟理论计算的结合全桥钢构件部分的FEM模型图全桥的FEM模型图疲劳实验2023/5/2624具体应用事例FEM解析模型具体应用事例e).基于实验体的有限元解析计算机模拟试验的结合2023/5/2625具体应用事例e).基于实验体的有限元解析计算机模拟试验的结合2023/5/26262023/5/26281.以土木工程结构专业知识为基础2.了解这些设备和仪器的基本原理和使用方法3.计算机的运用结构试验是一门综合性很强的课程，必须综合运用各方面知识，全面掌握结构试验技术，才能准确的理解结构受力的本质，通过试验结果提高结构理论水平。结构试验强调动手能力的训练和培养，是一门时间性很强的课程。很多知识是在具体试验中掌握的，要在试验操作中注意体会。1.4 结构试验课程特点