《结构试验》全册配套课件.ppt

1、2022-1-182School of Urban Construction and Management 2022-1-183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)2022-1-184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2022-1-185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2022-1-186土木工程试验是解决土木工程结构领域科研和设计问题的必不可少的手段u结构试验是人们认识自然的重要手段u结构试验是验证结构理论的有效方法u结构试验是土木工程结构质量鉴定的直接方

3、式u结构试验是制定各类技术规范和技术标准的基础u结构试验是建筑工程自身发展的需要土木工程结构试验主要内容包括u工程结构静力试验和动力试验的加载模拟技术u工程结构变形参数的测量技术u试验数据的采集u信号分析及助理技术以及对试验对象作出评价或理论分析2022-1-187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、设计或施工等工作积累解决问题的手段和方法2022-1-188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

4、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2022-1-189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

5、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。* 按试验目的分类2022-1-18101.2 结构试验的分类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(2)科学研究性试验 科学研究性试验具有研究、探索和开发的性质。其目的在于验证结构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、推理、假设及概念的正确性，或者是为了创造某种新型结构体系及其计算理论，而有系统地进行的试验研究。这类试验通常解决以下几个方面的问

6、题:a.验证结构计算理论或通过结构试验创立新的结构理论。b.制订结构设计规范和标准。2022-1-1811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2022-1-1812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

7、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

8、分类2022-1-1813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)静力试验静力试验是结构试验中最大量最常见的基本试验，因为大部分建筑结构在工作时所承受的是静力荷载，一般可以通过重力或各种类型的加载设备来实现和满足加载要求。静力试验的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，我们称它为结构静力单调加载试验。静力试验的最大优点是加载设备相对来说比较简单，荷载可以逐步施加，还可以停下来仔细观测结构变形的发展，给人们以最明确和清晰的破坏概念。1.2 结构试验的分类2022-1-1814

9、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2022-1-1815结构试验分类按试验目的分类按

10、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)短期荷载试验限于试验条件、时间和基于解决问题的步骤，我们不得不大量采用短期荷载试验，即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。结构的疲劳试验，则整个加载过程也仅在几天内完成，与实际工作有一定差别。爆炸，地震等特殊荷载作用时，整个试验加载过程只有几秒甚至是微秒或毫秒，这种试验实际上是一种瞬态的冲击试验。这种由于具体客观因素或技术的限制所产生的影响，我们在分析试验结果时必须加以考虑。1.2 结构试验的分类2022-1-1816结构试验分类按试验目的分类按试验对象分类按荷载性

11、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2022-1-1817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

12、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2022-1-1818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)

13、现场试验与室内试验相比由于客观环境条件的影响，使用高精度的仪器设备来进行观测受到了一定的限制，相对来看，进行试验的方法也比较简单，所以试验精度和准确度较差。现场试验多数用以解决生产鉴定性的问题，所以试验是在生产和施工现场进行的，有时研究或检验的对象就是已经使用或将要使用的结构物，它可以获得近乎完全实际工作状态下的数据资料。1.2 结构试验的分类2022-1-1819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

14、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2022-1-1820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200kN2022-1-1821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2022-1-1822具体应用事例

15、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2022-1-1823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66(b)側面図(a)正面図445140445925010303002-PL 1009140(JIS SM400A)1-PL 300 x9x1030(JIS SM400A)415.6具体应用事例d). 结合实桥裂缝产生部位的实际情况，制作试验体，进行试验原型试验难以实现模型试验2022-1-1824疲劳实验2022-1-1825具体应用事例FEM解析模型具

16、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2022-1-1826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2022-1-1827具体应用事例f). 模拟实桥补修时的有限元解析理论计算机试验的结合从试验、计算机模拟到实际应用疲劳裂缝产生部位P1側側P2側側疲劳裂缝产生部位的放大图P1側側P2側側疲劳裂缝疲劳裂缝附近的放大图2022-1-18282022-1-18291. 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

17、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2022-1-1830School of Urban Construction and Management 2022-1-18312.1 结构试验的一般程序2022-1-18322.1 结构试验的一般程序2.1.1 结构试验设计结构试验设计时整个结构试验与测试技术中极为重要且具有全局性的一项工作。它的主要内容是对所要进行饿结构试验工作进行全面的设计与规划，从而使设计的计划于试验大纲对整个试验起到通观全局和具体指导的作用u 反

18、复研究实验目的u 充分了解任务要求u 收集相关资料，包括已有的理论假定、试验极其方法根据以上工作的基础，确定试验的性质与规模。试验件的制作、加载测量方法等不可孤立考虑，必须相互联系综合考虑。2022-1-18332.1 结构试验的一般程序科研性试验1. 收集资料，确定目的和任务2. 确定规模和性质3. 试件设计与制作4. 确定加载方法5. 选定测量项目于方法6. 进行设备和仪表的率定7. 试件性能试验8. 制订试验安全防范措施9. 制订计划10.正式试验11.结果分析2022-1-18342.1 结构试验的一般程序检验性试验检验性试验的设计，因为试件往往是某一具体结构，一般不存在试件设计和制作

19、问题，但需要收集和研究该试件设计的原始资料、设计计算书和施工文件等，并应对构件进行实地考察，检查结构的设计和施工质量状况，最后根据检验的目的要求制订试验计划。2022-1-18352.1 结构试验的一般程序2.1.2 结构试验准备u 将试件按要求制作、安装于就位u 将加载设备安装就位u 完成辅助试验工作u 算出各加载阶段结构的内力及变形理论值工作繁琐，涉及面广，工作量大工作质量直接影响到试验结果的准确度和试验能否顺利进行此环节极为重要2022-1-18362.1 结构试验的一般程序2.1.3 结构试验实施按计划确定的家在制度进行加载。对试验对象施加外荷载是整个试验工作的中心环节，应按规定的加载

20、顺序和测量顺序进行。试验过程中及时分析整理重要数据，与理论值进行比较，发现反常情况应及时弄清。试验过程中认真读数记录，观察结构变形。进行拍照和录像，作为原始资料保存。2022-1-18372.1 结构试验的一般程序2.1.4 结构试验分析试验后及时将数据进行科学的整理、分析和计算。根据试验数据和资料编写总结报告，并提出发现的新问题及进一步的研究计划。2022-1-18382.2 结构试验设计的基本原则2.2.1 真实模拟结构所处的环境和结构所受到的荷载工程结构在其使用寿命的全过程中，收到各种作用，一荷载作用为主。鉴定性结构试验：按照有关技术标准或试验目的确定试验荷载的基本特征研究性结构试验：荷

21、载由研究目的决定注意：实验室内进行试验时，实验装置的设计应注意模拟边界条件。2022-1-18392.2 结构试验设计的基本原则2.2.2 消除次要因素影响影响结构受力性能的因素有很多，一次试验很难同时确定所有因素的影响程度。各影响因素中，有的是主要因素，有的是次要因素。需要研究或验证的因素是主要因素。试验设计时应尽可能消除次要因素影响。例：钢筋混凝土受弯构件长期荷载试验梁的剪切和弯曲试验大型结构试验中，“大系统测不准”定理，因此试验方案力求简单。2022-1-18402.2 结构试验设计的基本原则2.2.3 将结构反应视为随机变量结构的力学模型是不确定的结构抗力和作用效应都是随机变量结构试验

22、的结果具有随机性和模糊性2022-1-18412.2 结构试验设计的基本原则2.2.3 将结构反应视为随机变量结构的力学模型是不确定的结构抗力和作用效应都是随机变量结构试验的结果具有随机性和模糊性结构试验设计时，必须运用统计学的方法设计时间的数量，排列影响因素，而在考虑加载设备、测试仪器时，必须留有充分的余地。对新型结构体系或新材料结构的实验时，进行预备性试验，初步了解结构的性能，再制订详尽的方案。2022-1-18422.2 结构试验设计的基本原则2.2.4 合理选择试验参数加载系统的参数试验结构的具体性能有关的参数2.2.5 统一测试方法和评价标准鉴定性结构试验中，试验对象和试验方法大多已

23、事先规定了。研究性结果试验中，不能用技术标准的形式来规定科学创新的方法。但为了方便信息交换、简历共同的评价标准，我们需要对试验方法有所规定，统一试验方法。2.2.6 降低试验成本和提高试验效率2022-1-18432.3 测试技术基本原理2.3.1 传感器技术传感器是一种转换器件，它能把物理量或化学量转换为可以观测、记录并加以利用的信号。国际电工技术技术委员会对传感器的定义：传感器是测量系统的一种前置部件，它将输入变量转换为可供测量的信号。2.3.2 试验结果的测量为确定试验结构的反应量值而进行的过程称为测量，分为直接测量和间接测量。2.3.3 标定和校准国际单位m, kg, s, A, K,

24、 cd, mol, m/s, m/s2, kg m/s22.3.4 现代测量技术特点电测法；计算机2022-1-18442.3 测试技术基本原理2.3.1 传感器技术传感器是一种转换器件，它能把物理量或化学量转换为可以观测、记录并加以利用的信号。国际电工技术技术委员会对传感器的定义：传感器是测量系统的一种前置部件，它将输入变量转换为可供测量的信号。2.3.2 试验结果的测量为确定试验结构的反应量值而进行的过程称为测量，分为直接测量和间接测量。2.3.3 标定和校准国际单位m, kg, s, A, K, cd, mol, m/s, m/s2, kg m/s22.3.4 现代测量技术特点电测法；计

25、算机2022-1-1845School of Urban Construction and Management 2022-1-18463.1 概述工程结构的作用直接作用：荷载作用，包括结构自重与施加在结构上的荷载间接作用：主要有温度变化、地基不均匀沉降和结构内部物理或化学作用直接作用分类结构试验除极少数是在实际荷载下实测外，绝大多数是在模拟荷载条件下进行的。直接作用作用范围分布荷载作用集中荷载作用作用时间长短长期荷载作用短期荷载作用对结构的动力效应静力荷载作用动力荷载作用2022-1-1847加载要求在选择试验荷载和加载方法时，应满足下列几点要求：选用试验荷载的图式应与结构设计计算的荷载图式

26、所产生的内力值相一致或基本接近；荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值稳定，特别是静力荷载要不随加载时间、外界环境和结构的变形而变化；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；加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还必须按变形条件来控制加载装置的设计，即尚必须满足刚度要求。防止对试件产生卸荷作用而减轻了结构实际承担的荷载；加载设备必须操作方便，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。加载设备要力求采用现代化先进技术，减轻劳动强度，提高检测质量。3.1 概述2022-1-1848重物荷载可直接堆放于结构表面（如板的试验）形成均布

27、荷载，或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载。3.2 静力加载方法重力直接加载法2022-1-1849这类加载装置的优点是试验用的重物容易取得，并可重复使用，但加载过程中需要花费较大的劳动力。2022-1-1850利用水作为重力加载用的荷载装置，是一个简易方便而且甚为经济的方案。对于大面积的平板试验，如楼面、平屋面等钢筋混凝土结构可以采用特殊的盛水装置作为均布荷载直接加于结构表面。在现场试验水塔、水池、油库等特种结构时，水是最为理想的试验荷载，它不仅附合结构物的实际使用条件，而且还能检验结构的抗裂抗渗情况。2022-1-1851利用重物作集中荷载，会受到荷载量的限制，这时可以利用杠杆将荷

28、重放大后作用在结构上，不仅能扩大重力荷载的使用范围，而且还可减轻加载的劳动强度。3.2 静力加载方法杠杆加载法2022-1-18522022-1-1853优点：设备简单，取材方便，荷载恒定，加载形式灵活。，对持久荷载试验及进行刚度与裂缝的研究尤为合适。缺点：荷载量不能很大，操作笨重而费工。此外，当采用重力加载方式试验时，一旦结构达到极限承载能力，因荷重不能随结构变形而自动卸载，容易使结构产生过大变形而倒塌。因此，安全保护措施应当足够重视。3.2 静力加载方法杠杆加载法特点2022-1-1854液压加载器又称千斤顶，是液压加载设备中的一个主要部件。主要工作原理是用高压油泵将具有一定压力的液压油压

29、入液压加载器的工作油缸，使之推动活塞，对结构施加荷载。液压加载器3.2 静力加载方法2022-1-1855液压加载系统3.2 静力加载方法液压加载系统主要是由储油箱、高压油泵、液压加载器、测力装置和各类阀门组成的操纵台通过高压油管连接组成。当使用液压加载系统在试验台座上或现场进行试验时尚必须配置各种支承系统，来承受液压加载器对结构加载时产生的平衡力。2022-1-1856液压加载法中利用普通手动液压加载器配合加荷承力架和静力试验台座使用，是最简单的一种加载方法。液压加载系统3.2 静力加载方法设备简单，作用力大，加载卸载安全可靠，与重力加载法相比，可大大减轻笨重的体力劳动。但如要求多点加载时则

30、需要多人同时操纵多台液压加载器，这时难以做到同步加载卸载，尤其当需要恒载时更难以保持稳压状态。所以，比较理想的加载方法是采用能够变荷的同步液压加载设备来进行试验2022-1-1857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。最大优点是利用油压使液压加载器（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试验要求荷载点数多，吨位大时更为合适。电液伺服系统在试验加载设备中得到广泛应用后，为结构动力试验模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载创造了有利条件，使动力加载技术发展到了一个新的高度。3.2 静力加载方法液压加载特点2022-1-1858大型结构试验机是结构

31、试验室内进行大型结构试验的专门设备，比较典型的是结构长柱试验机，用以进行柱、墙板、砌体、节点与梁的受压与受弯试验。试验机由液压操纵台、大吨位的液压加载器和机架三部分组成。大型结构试验机3.2 静力加载方法2022-1-1859大型结构试验机是结构试验室内进行大型结构试验的专门设备，比较典型的是结构长柱试验机，用以进行柱、墙板、砌体、节点与梁的受压与受弯试验。试验机由液压操纵台、大吨位的液压加载器和机架三部分组成。大型结构试验机3.2 静力加载方法2022-1-1860吊链、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等是机械力加载常用机具。机械力与气压加载设备3.2 静力加载方法2022-1-18

32、61利用气体压力对结构加载有两种方式：一种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为均布荷载，所以，对于平板或壳体试验尤为适合。对于某些封闭结构，可以利用真空泵抽真空的方法，造成内外压力差，即利用负压作用使结构受力。2022-1-1862也称为张拉突卸法。在结构上拉一钢丝缆绳，使结构变形而产生一个人为的初始强迫位移，然后突然释放，使结构在静力平衡位置附近作自由振动。对于小模型则可采用悬挂的重物通过钢丝对模型施加水平拉力，剪断钢丝造成突然卸荷。初位移加载法3.3 动力加载方法2022-1-1863也称突加荷载法。如利用摆锤或落重的方法使结构在瞬时内受

33、到水平或垂直的冲击，产生一个初速度，同时使结构获得所需的冲击荷载。初速度加载法3.3 动力加载方法2022-1-1864冲击试验初速度加载法3.3 动力加载方法2022-1-1865试验荷载支承装置是满足试验荷载设计、实现荷载图式、结构受力和边界条件要求以及保证试验加载正常进行的关键之一。支座结构试验中的支座是支承结构、正确传递作用力和模拟实际荷载图式的设备，通常由支座和支墩组成。支座按作用方式不同有滚动铰支座、固定铰支座、球铰支座和刀口支座（固定铰支座的一种特定形式）几种。3.4 载荷支承装置和试验台座2022-1-1866试验荷载支承装置是满足试验荷载设计、实现荷载图式、结构受力和边界条件

34、要求以及保证试验加载正常进行的关键之一。支座铰支座要求：1、保证试件在支座处能自由转动。2、保证试件在支座处可将力良好传递。3、试件支座处铰的上线垫板要有一定得刚度。3.4 载荷支承装置和试验台座2022-1-18672022-1-1868目前常用的反力装置主要有反力墙、反力台座、门式刚架、反力架和相应的各种组合类型，图为建筑抗震试验方法规程中建议的几种实验加载装置。反力加载装置3.4 载荷支承装置和试验台座2022-1-1869加载反力装置本身应当具有足够的刚度、承载力和整体稳定性，应当能够满足试件的受力状态和睦拟试件的实际边界条件。加载反力装置应当尽可能地作到结构简单、安装方便，以便缩短整

35、个实验过程的周期。2022-1-1870在预制品构件厂和小型的结构试验室中，由于缺少大型的试验台座，可以采用抗弯大梁式或空间桁架式台座来满足中小型构件试验或混凝土制品检验的要求。抗弯大梁式台座和空间桁架式台座3.4 载荷支承装置和试验台座2022-1-1871由于受到施工运输条件的限制，对于一些跨度较大的屋架，吨位较重的吊车梁等构件，经常要求在施工现场解决试验问题，为此试验工作人员就必须要考虑适于现场试验的加载装置。从实践证明，现场试验装置的主要矛盾是液压加载器加载所产生的反力如何平衡的问题，也就是要设计一个能够代替静力试验台座的荷载平衡装置。在工地现场广泛采用的是平衡重式的加载装置，其工作原

36、理与前述固定试验设备中利用抗弯大梁或试验台座一样，即利用平衡重来承受与平衡由液压加载器加载所产生的反力。现场试验荷载的装置3.4 载荷支承装置和试验台座2022-1-18722022-1-1873School of Urban Construction and Management 2022-1-1874本章重点u 土木工程试验中的测量系统的基本测试单元组成。u 电阻应变片的原理，构造，技术指标。u 电桥原理，桥接方式，实用桥路。u 应变片的粘贴技术。u 应对常见的位移、力、转角、曲率、裂缝等测量方法、测量装置有所了解。2022-1-18754.1 概述结构试验测量技术（Measuring T

37、echnique of Structural Testing）u指通过一定得测量仪器或手段，直接或间接地取得结构性能变化的定量数据测量系统测试单元结构（构件）敏感元件（感受装置）变换器（传感器）控制装置指示记录系统从被测物体接受能量，输出一定测量数值将被测参数变换为电量并传送到控制装置进行处理对变换器的输出信号进行测量计算，并在显示器上显示出来显示记录所测数据2022-1-18764.1 概述结构试验的主要测量参数u外力（支座反力、外荷载）u内力（钢筋的应力、混凝土的拉、压力）u变形（挠度、转角、曲率）u裂缝等测量方法u直接测量法用一个事先按标准量分度的测量仪表对某一被测量进行直接测定，从而得

38、出该量的数值。是工程结构试验中应用最广泛的一种方法u间接测量法不直接测量待测量，而是对于待求量有确切函数关系的其他物理量进行测量，然后通过函数关系求得待求量u偏位测定法（接触式位移计）u零位测定法（天平秤）2022-1-18774.2 应变测量应变测量（Measurement of Strain）u结构试验中的基本测量内容，在结构试验量检测内容中具有极其重要的地位，往往是其它物理量测量的基础应变测量的方法u机测法：简单易行，适用于现场作业或精度要求不高的场合u电测法：手续较多，适用范围广，精度较高2022-1-18784.2 应变测量4.2.1 电阻应变片（Resistance Strain

39、Gauge）1.工作原理电阻丝长度变化会引起阻值变化R：电阻，Wr：电阻率，WmL：电阻丝长度，mA：电阻丝截面积，m2ALRrAALAALAARLLRRRddddddd2rrrrrrAALLRRddddrr2022-1-18794.2 应变测量其中，设电阻丝泊松比为m，则有mrrrr)21(dddddAALLRRm2dAA其中dL/L为电阻丝长度方向上的应变值，则设 0)21(dKmrr则 0dKRRK0，称作点做应变计的单丝灵敏度系数2022-1-18804.2 应变测量K0的物理意义表示单位应变所引起电阻丝阻值的改变量，它能反映出电阻丝阻值对应变的敏感程度，故称作单丝灵敏度系数。0dKR

40、R0)21(dKmrr可知， K0由两部分组成，(1+2m)反映了电阻丝材料的几何特性对灵敏度的影响，对于常见金属丝而言，该值约为1.6；(dr/r)/则表示了电阻率随应变的改变量，对于绝大多数材料而言该值约为0.4。故电阻丝的单丝灵敏度系数K0为常数.注意：金属单丝灵敏系数K0与应变片灵敏系数K略有不同，K由实验求得，K1.5mm, 挠度 1/50受压砼压坏受力主筋拉断砼压坏斜裂缝1.5mm或斜裂缝末端砼剪压破坏斜压破坏或主筋端部滑脱1-3级钢冷拉1-2级冷拉3-4级热处理钢筋、钢丝、钢绞线1-3级钢、冷拉1-2级冷拉3-4级热处理钢筋、钢丝、钢绞线检验系数1.20 1.25 1.45 1.

41、25 1.30 1.401.501.451.351.502022-1-181825.6 结构性能的检验与评定5.6.2 构件挠度检验 ) 1(00lSlSsssssfMMMfffff载情况修正。按砼规范取值并考虑加构件短期挠度允许值。短期挠度实测值。式中按规范检验时，要求：规范计算挠度。按构件实际情况根据砼，还应满足：按构件实际情况检验时cscssfff2 . 102022-1-181835.6 结构性能的检验与评定5.6.3 构件抗裂检验5.6.4 构件的裂缝宽度检验2022-1-18184School of Urban Construction and Management 2022-1-

42、181856.1 概述在工程结构所受的荷载中，除了静荷载外，往往还会受到动荷载（动力作用）的作用。u动荷载：大小、位置和方向随时间变化的荷载。从动态角度来讲，静荷载只是动荷载的一种特殊形式。u动力作用的主要特点：作用及作用效应随时间发生变化。因此考虑动力荷载作用下结构的性能，不仅考虑荷载作用的大小和位置，还应考虑荷载作用的时间及结构响应随时间变化的关系。例如：地震发生时由于地面的运动引起建筑物的振动而造成建筑物的破坏；汽车或列车高速驶过桥梁，所造成的振动引起的桥梁的破坏；往复运动造成结构的疲劳破坏；风作用而引起的桥梁破坏。因此，若需要了解结构在整个服役期内的工作状态，有必要了解结构在动荷载动荷

43、载作用下的工作性能2022-1-181866.1 概述1940年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美元，建造了一座主跨度853.4米的悬索桥。建成4个月后，于同年11月7日碰到了一场风速为19 米/秒的风。虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接近9米），直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断导致桥面钢梁折断而塌毁， 坠落到峡谷之中。2022-1-181876.1 概述动力荷载作用下，结构的响应不仅与动力荷载的大小、位置、作用方式、变化规律有关，还与结构自身的动力特性有关。因此一般将结构动力试验分为结构动力特性试验和结构动力响应试验。u结构动力特性试验：研究与外荷载无

44、关的结构自身动力学特性。包括：结构的自振频率、振型、阻尼特性等。u结构动力响应试验：研究结构在动力荷载作用下位移、速度、加速度及变形、内力变化情况。如疲劳试验。2022-1-181886.2 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。结构在动力荷载作用下的响应不仅与荷载的大小和荷载的形式有关，而且与结构自身特性关系密切。例如，在收到冲击荷载作用时，结构开始振动，荷载停止作用后，结构仍然会继续振动很长时间，振动的形式与结构自身特性密切相关。结构自身动力特性包括：自振周期、自振频率、振型、阻尼等。这些特性是结构自身固有的振动参数，取决于结构的组成形式、质量及刚度分布、构造及连

45、接方式等。2022-1-181896.2 结构动力特性测试试验用试验法测定结构动力特性，首先应设法使结构起振，通过分析记录到的结构振动形态，获得结构动力特性的基本参数。结构动力试验的方法：u迫振法：对被测结构施加外界机理，强迫结构起振。通过分析记录得到结构振动形态，获得结构动力特性的基本参数。分为和u脉动试验法：利用地脉动对建筑物引起的振动过程进行记录分析得到结构动力特性的方法。2022-1-181906.2 结构动力特性测试试验一、振动荷载法（共振法）利用结构的共振特性，迫使结构产生一个恒定的强迫简谱运动（简谐振动），通过对结构受迫振动的测定，求得结构动力特性的基本参数。通过改变信号发生器的

46、频率，可测的一阶、二阶、三阶及更高的自振频率。固支梁一阶、二阶、三阶自振频率对应的一、二、三阶振型2022-1-181916.2 结构动力特性测试试验应用共振法还测量结构振型。结构若按某一个固有频率作振动时形成的泰兴曲线成为对应此频率的振型。将若干拾振器（接收信号的装置）布置在结构的相应部位，当激振器使结构发生共振时，同事记录下结构各部位的振动过程，用过比较个各点的振幅和相位，也可以得到与共振频率相应的振型。2022-1-181926.2 结构动力特性测试试验二、撞击荷载法（自由振动法）自由振动法师设法使结构产生自由振动快通过分析记录仪记录下的有衰减的自由振动曲线，获得结构的基本频率和阻尼系数

47、。常用方法是对结构预加初位移。试验时，突然释放预加的初位移，使结构产生自由振动。也可采用突加荷载法和突卸荷载法。还可以使用反冲激振器对结构产生冲击荷载，使结构产生自由振动。用自由振动法得到的周期和阻尼系数均比较准确，但其缺点是只能测得基本频率。2022-1-181936.2 结构动力特性测试试验三、脉动法利用环境随即激振测定结构动力特性的方法称为脉动发。该方法不用专门的激振设备而是通过建筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小振动即“脉动”来确定建筑物的特性。u微小的地震u机器运转u车辆来往等认为扰动具体方法u主谐量法u统计法u频谱分析法u功率谱分析法2022-1-181946.3 疲劳试验结构或

48、材料受重复荷载作用后其物理力学性能将发生变化，其强度极限将低于相同静荷载作用下的极限值，这种现象称为结构或材料的疲劳。疲劳破坏是材料损伤累积而导致的一种破坏形态。金属疲劳的特征：1.交变荷载作用下，在构件的交变应力远低于材料静力强度的条件下有可能发生的疲劳破坏2.在单调静载实验中变现为脆性或塑性的材料，发生疲劳破坏时，宏观上均表现为脆性断裂，疲劳破坏的预兆不明显。3.疲劳破坏具有显著的局部特征，疲劳裂纹扩展和破坏过程发生在局部区域。4.疲劳破坏是一个累计损伤的过程，要精力足够多次导致损伤的交变应力才会发生疲劳破坏。2022-1-181956.3 疲劳试验2022-1-181966.3 疲劳试验

49、一、结构疲劳试验的目的结构疲劳试验的直接目的是确定结构的疲劳极限，为了获得结构的疲劳极限，必须对结构施加重复荷载，并测定结构达到疲劳破坏时的荷载循环次数。结构所能承受的荷载重复次数及应力达到的最大值均与应力的变化幅度有关。研究表明，在一定应力变化幅度下，应力与重复荷载作用次数的增加不会再引起结构的疲劳破坏。该疲劳应力值成为疲劳极限应力。2022-1-181976.3 疲劳试验根据结构疲劳试验的目的可以将试验分为研究性试验和检验性试验。1.研究性试验一般应包括：(1) 应力随荷载重复次数的变化情况(2) 抗裂性及开裂荷载(3) 裂缝宽度、长度、间距及其发展与荷载重复次数关系(4) 最大挠度及其变

50、化规律(5) 疲劳强度的确定(6) 破坏特征分析01000020000300004000050000051015202530354045505560657075繰返回数 N(Cycles)裂長2a(mm)循环次数裂缝长度2022-1-181986.3 疲劳试验根据结构疲劳试验的目的可以将试验分为研究性试验和检验性试验。2.鉴定性试验一般应包括：(1) 抗裂性及开裂荷载(2) 裂缝宽度及其发展(3) 最大挠度及其变化规律(4) 疲劳强度的确定2022-1-181996.3 疲劳试验二、结构疲劳试验的方法一般均在专门疲劳试验机上进行。1.疲劳试验荷载由三个参量构成：(1) 最大荷载(2) 最小荷载