《建筑結(jié)構(gòu)試驗》串講講義

1、第一章第一章結(jié)構(gòu)試驗概論結(jié)構(gòu)試驗概論第一節(jié)第一節(jié)結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)?★建筑結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)是什么（2011.10）建筑結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)就是在結(jié)構(gòu)物或試驗對象（實物或模型）上，以儀器設(shè)備為工具，利用各種實驗技術(shù)為手段，在荷載（重力、機(jī)械擾動力、地震力、風(fēng)力等）或其他因素（溫度、變形沉降等）作用下，通過測試與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)（變形、撓度、位移、應(yīng)變、振幅、頻率等），從強(qiáng)度（穩(wěn)定）、剛度、抗裂性以及結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)等各個方面來判

2、斷結(jié)構(gòu)的實際工作性能，估計結(jié)構(gòu)的承載能力，確定結(jié)構(gòu)對使用要求的符合程度，并用以檢驗和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計算理論。第二節(jié)第二節(jié)結(jié)構(gòu)試驗的目的結(jié)構(gòu)試驗的目的★、生產(chǎn)性試驗1.綜合鑒定重要工程和建筑物的設(shè)計與施工質(zhì)量。2.鑒定預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量。3.已建結(jié)構(gòu)的可靠性檢驗，推斷和估計結(jié)構(gòu)的剩余壽命。4.工程改建或加固，通過試驗判斷具體結(jié)構(gòu)的實際承載能力。5.處理受災(zāi)結(jié)構(gòu)和工程事故，通過試驗鑒定提供技術(shù)依據(jù)?！锒?、科學(xué)性試驗1.驗證結(jié)構(gòu)計算理論的假定。2

3、.為制定設(shè)計規(guī)范提供依據(jù)。3.為發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝提供實踐經(jīng)驗。第三節(jié)第三節(jié)結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類一、按試驗對象尺寸分類★1.原型試驗（一般用于生產(chǎn)性試驗）2.模型試驗?zāi)Ｐ停悍抡赵停ㄕ鎸嵔Y(jié)構(gòu)）并按照一定比例關(guān)系復(fù)制而成的試驗代表物，它具有實際結(jié)構(gòu)的全部或部分特征，但大部分結(jié)構(gòu)模型是尺寸比原型小得多的縮尺模型(1)相似模型試驗：幾何相似、力學(xué)相似、材料相似(2)縮尺模型試驗：不須遵循嚴(yán)格的相似條件(3)足尺模型試驗：

4、尺寸、材料、受力特性與原型結(jié)構(gòu)相同二、按試驗荷載性質(zhì)分類1.結(jié)構(gòu)靜力試驗（最大量最常見）加載過程：指荷載從零開始逐步遞增一直加到試驗?zāi)骋活A(yù)定目標(biāo)或結(jié)構(gòu)破壞為止，即在一個不長的時間段內(nèi)完成試驗加載的過程。、簡述靜力試驗的最大優(yōu)點（2012.10）：設(shè)備相對簡單，荷載可逐步施加，還可以停下來仔細(xì)觀測結(jié)構(gòu)變形的發(fā)展，給人以最明確和清晰的破壞概念。在實際工作中，即使是承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，在試驗過程中為了了解靜力荷載下的工作特性，在動力試驗前往往

5、也先進(jìn)行靜力試驗。2.結(jié)構(gòu)動力試驗★根據(jù)試驗荷載的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)動力試驗主要分為哪幾類？（2012.01）(1)結(jié)構(gòu)動力特性試驗：測量結(jié)構(gòu)自身所固有的動力性能(2)結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)試驗：量測結(jié)構(gòu)或其特定部位動力性能參數(shù)和動態(tài)反應(yīng)(3)結(jié)構(gòu)疲勞試驗：測試結(jié)構(gòu)疲勞性能3.結(jié)構(gòu)抗震試驗(1)低周反復(fù)加載靜力試驗(2)擬動力試驗(3)地震模擬振動臺試驗三、按試驗時間長短分類（2010.01）1.短期荷載試驗2.長期荷載試驗。四、按試驗所在場地分類1.實

6、驗室結(jié)構(gòu)試驗2.現(xiàn)場結(jié)構(gòu)試驗。五、按試驗是否破壞分類1.結(jié)構(gòu)破壞試驗（科研性試驗較多采用）2.結(jié)構(gòu)非破壞試驗（生產(chǎn)性試驗較多采用）剛度檢驗法：以30%~60%的設(shè)計荷載進(jìn)行加載，測得結(jié)構(gòu)變形和材料的應(yīng)變，判斷試驗結(jié)構(gòu)和材料的可靠性。第二章第二章結(jié)構(gòu)試驗的加載設(shè)備和試驗裝置結(jié)構(gòu)試驗的加載設(shè)備和試驗裝置結(jié)構(gòu)的荷載試驗是結(jié)構(gòu)試驗的基本方法?！镌囼炗玫暮奢d形式、大小、加載方式等都是根據(jù)試驗的目的要求，以如何能更好的模擬原有荷載等因素來選擇的。在

7、進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動力試驗時，對于荷載激振設(shè)備或加載方法的選擇主要決定于試驗的任務(wù)與試驗對象的性質(zhì)；正確的荷載設(shè)計和選擇適合于試驗?zāi)康男枰募虞d設(shè)備是保證整個試驗工作順利進(jìn)行的關(guān)鍵之一；（一）結(jié)構(gòu)試驗荷載的類別靜力加載：重力加載方法；液壓加載方法；機(jī)械加載法；氣壓加載法等。動力加載：利用慣性力或電磁系統(tǒng)激振；電液伺服加載系統(tǒng)和地震模擬振動臺加載；人工爆炸和利用環(huán)境隨機(jī)激振(脈動法)加載。（二）結(jié)構(gòu)試驗對加載設(shè)備的要求？（2008.01）1.選用

8、的試驗的加載設(shè)備和試驗裝置應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計計算荷載圖示的要求。2.荷載傳力方式和作用點明確，產(chǎn)生的荷載數(shù)值要穩(wěn)定，特別是靜力荷載要不隨加載時間、外界環(huán)境和結(jié)構(gòu)的變形而變化。3.荷載分級的分度值要滿足試驗量測的精度要求，加載設(shè)備要有足夠的強(qiáng)度儲備。4.加載裝置本身要安全可靠，不僅要滿足強(qiáng)度要求，還應(yīng)滿足剛度要求。5.加載設(shè)備要操作方便，便于加載和卸載，并能控制加載速度，又能適應(yīng)同步加載或先后加載和恒載等不同要求。6試驗加載方法要力求采用現(xiàn)代

9、化先進(jìn)技術(shù)，減輕體力勞動，提高試驗質(zhì)量。第二節(jié)第二節(jié)重力加載法重力加載法（一）重力加載的概念重力加載就是利用物體本身的重量加于結(jié)構(gòu)上作為荷載。加載方式：★直接加載將重物直接施加于試驗結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上；★間接加載通過杠桿原理將荷載放大作用在結(jié)構(gòu)上；★注意事項：注意事項：使用砂石等松散材料顆粒材料加載時，如果將材料直接堆放于結(jié)構(gòu)表面，將會造成荷載材料本身的起拱，而對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生卸荷（2011.01）作用，為此，最好將顆粒材料置于一定容量的無底箱框中

10、，然后疊加于結(jié)構(gòu)之上，在試驗構(gòu)件跨度方向施加的箱框數(shù)量不應(yīng)少于兩個；（二）重力直接加載和杠桿加載的特點和使用注意事項重力加載法的優(yōu)點是試驗用的重物容易取得，并可重復(fù)使用，但加載過程中需要花費較大的勞動力。杠桿制作方便，荷載值穩(wěn)定不變，當(dāng)結(jié)構(gòu)有變形時，荷載可以保持恒定，對于作持久荷載試驗尤為適合。第三節(jié)第三節(jié)液壓加載法液壓加載法（一）液壓加載器加載液壓加載（2010.01選擇題）是目前結(jié)構(gòu)試驗中應(yīng)用比較普遍和理想的一種加載方法。★簡述液壓

11、加載的優(yōu)點（2011.10）液壓加載的最大優(yōu)點是利用油壓（2011.01）使液壓加載器產(chǎn)生較大的荷載，試驗操作安全方便。特別是對于大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗，它不受加載點數(shù)的多少、加載點的距離和高度的限制，并能適應(yīng)均布和非均布、對稱和非對稱加載的需要。尤其是電液伺服系統(tǒng)在試驗加載設(shè)備重得到了廣泛應(yīng)用，此法為結(jié)構(gòu)動力試驗?zāi)M地震荷載、海浪波動等不同特性的動力荷載創(chuàng)造了有利條件，使動力加載技術(shù)發(fā)展到了一個新的高度。液壓加載的原理：用高壓油泵將具有一定

12、壓力的液壓油壓入液壓加載器的工作油缸使之推動活塞，對結(jié)構(gòu)施加荷載。液壓加載器的類型：手動液壓加載器、單向作用及雙向作用的液壓加載器。液壓加載的試驗裝置：普通手動液壓加載器、加荷承力架和靜力試驗臺座?！镆簤杭虞d荷載值的確定：應(yīng)按事先做好的標(biāo)定曲線來確定荷載量。注意事項：量測荷載值優(yōu)先采用荷載傳感器；荷載傳感器的精度不應(yīng)低于C級；指示儀表的最小分度值不宜大于被測力值總量的1.0%；示值誤差應(yīng)為?1.0%（全刻度量程）；油壓表精度不應(yīng)低于1.

13、5級（2010.01）；在選擇量程時，應(yīng)使其使用狀態(tài)試驗荷載值所對應(yīng)的油壓表讀數(shù)大致為油壓表量程的13；由于液壓加載器內(nèi)部摩阻力的影響，會出現(xiàn)荷載量和油壓間不呈嚴(yán)格的線性關(guān)系的狀況，應(yīng)采用事先制作的標(biāo)定曲線確定荷載量；★液壓加載器的標(biāo)定：將加載器安置在荷載支承裝置內(nèi)，用力值量測儀表測定加載器的作用力。力值量測儀表（優(yōu)先采用）采用試驗機(jī)標(biāo)定液壓加載器時，按照加載器使用時的實際工況，必須采用加載器的活塞頂升試驗機(jī)的主動加載方式。在制作標(biāo)定曲

14、線時，至少加載器在不同行程位置上重復(fù)循環(huán)三次去平均值來繪制標(biāo)定曲線，任一次測量值和曲線上對應(yīng)點的力值偏差不應(yīng)大于?5%（二）液壓加載系統(tǒng)加載系統(tǒng)由儲油箱、高壓油泵、測力裝置和各類閥門組成的操縱臺，通過高壓油管同時并聯(lián)連接若干個液壓加載器組成。特點：液壓加載試驗系統(tǒng)可完成各類建筑結(jié)構(gòu)的靜載試驗，尤其對大噸位、大跨度、大撓度的結(jié)構(gòu)更為適用，它不受加載點數(shù)的多少、加載點的距離和高度的限制，并能適應(yīng)均布和非均布、對稱和非對稱加載的需要。（三）結(jié)

15、構(gòu)試驗機(jī)加載大型結(jié)構(gòu)試驗機(jī)由液壓操縱臺、大噸位的液壓加載器和試驗機(jī)架三部分組成。大型結(jié)構(gòu)試驗機(jī)的精度不應(yīng)低于2級結(jié)構(gòu)疲勞試驗機(jī)由液壓脈動器、控制系統(tǒng)和液壓加載脈動器組成。液壓脈動器：疲勞試驗機(jī)的核心部分，是產(chǎn)生脈動負(fù)荷的主要機(jī)構(gòu)；脈動加載器：施加負(fù)荷的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；液壓控制系統(tǒng)：試驗機(jī)的操縱控制中心，脈動頻率可根據(jù)試驗的不同要求在100~150次分（2011.01、2010.01）范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)選用；結(jié)構(gòu)疲勞試驗機(jī)應(yīng)滿足2級試驗機(jī)的精度要求

16、，測力示值相對誤差應(yīng)為?2.0%（2010.10）；（四）電液伺服加載系統(tǒng)加載（五）地震模擬振動臺加載地震模擬振動臺由振動臺臺體結(jié)構(gòu)、液壓驅(qū)動和動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測試和分析系統(tǒng)組成。振動臺必須安裝在質(zhì)量很大的基礎(chǔ)上（2010.10），這樣可以改善系統(tǒng)的高頻特性，并減小對周圍建筑和其他設(shè)備的影響。使用頻率范圍由所做試驗?zāi)Ｐ偷牡谝活l率而定，整個系統(tǒng)的頻率范圍應(yīng)該大于10Hz。第四節(jié)第四節(jié)機(jī)械力加載法機(jī)械力加載法（一）機(jī)械力加載使用的機(jī)具種

17、類吊鏈、卷揚(yáng)機(jī)、絞車、花籃螺絲、螺旋干斤頂及彈簧等。0.2級的儀表其測定值的誤差不超過最大量程的0.2%。六)結(jié)構(gòu)試驗對測量儀器的要求和儀器標(biāo)定結(jié)構(gòu)試驗對測量儀器的要求和儀器標(biāo)定結(jié)構(gòu)試驗對測量儀器的要求結(jié)構(gòu)試驗對測量儀器的要求1.測量儀器不應(yīng)該影響結(jié)構(gòu)的工作，要求儀器自重輕，尺寸小，尤其是對模型結(jié)構(gòu)試驗，還要考慮儀器的附加質(zhì)量和儀器對結(jié)構(gòu)的作用力。2.測量儀器具有合適的靈敏度和量程。3.安裝使用方便，穩(wěn)定性和重復(fù)性好，有較好的抗干擾能力

18、。4.價廉耐用，可重復(fù)使用，安全可靠。維修容易。5.在達(dá)到上述要求的條件下盡量要求多功能、多用途，適應(yīng)多方面的需要?！飪x器的標(biāo)定儀器的標(biāo)定含義：為了確定儀器設(shè)備的精確度和靈敏度，確定試驗數(shù)據(jù)的誤差，而將儀表指示值和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過程。單件標(biāo)定確定某一件儀器的靈敏度和精確度；系統(tǒng)標(biāo)定確定某些儀器組成的系統(tǒng)的靈敏度和精確度；第二節(jié)第二節(jié)儀器的工作原理儀器的工作原理(一)傳感器和放大器的工作原理傳感器和放大器的工作原理機(jī)械式傳感器的組成部分

19、有哪些機(jī)械式傳感器的組成部分有哪些（2010.012010.01）感受機(jī)構(gòu)直接感受被測量的變化轉(zhuǎn)換機(jī)械將被測量的變化轉(zhuǎn)換成長度或角度等的變化，并加以放大或轉(zhuǎn)換等；顯示裝置用來顯示被測量的大小，通常由指針或度盤等組成；附屬裝置如外殼、裝夾具等，使儀器成為整體，并便于安裝使用機(jī)械式傳感器是帶有顯示器的傳感器電測式傳感器的組成部分有哪些電測式傳感器的組成部分有哪些（2011.102011.10）感受部分直接感受被測量的變化轉(zhuǎn)換部分把感受到的物

20、理量變化轉(zhuǎn)換成電量變化傳輸部分把電量變化的信號傳輸?shù)椒糯笃骰蛴涗浧骱惋@示器的導(dǎo)線和相應(yīng)的接插件等附屬裝置如傳感器的外殼、支架等(二)記錄器的工作原理記錄器的工作原理記錄器的功能：把放大部分傳來的量測結(jié)果按照一定的方式記錄在某種介質(zhì)上，需要時可以把這些數(shù)據(jù)讀出或輸送到其他分析儀器進(jìn)行處理。模擬式記錄器將模擬量直接記錄在介質(zhì)上，數(shù)據(jù)一般是連續(xù)的；數(shù)字式記錄器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后再記錄在介質(zhì)上，數(shù)據(jù)一般是間斷的；★第三節(jié)第三節(jié)應(yīng)變測量儀器應(yīng)

21、變測量儀器應(yīng)變（2011.10）：單位長度內(nèi)的變形（拉伸、壓縮和剪切變形）線應(yīng)變：單位長度內(nèi)的直線變形剪應(yīng)變：單位長度內(nèi)的剪切變形測量應(yīng)變的儀器和方法（2010.01、2011.10）1.電阻應(yīng)變儀（結(jié)構(gòu)試驗中用來測量試件應(yīng)變的最常用儀器）2.手持應(yīng)變儀3位移計方法4.光測法（云紋法、激光衍射法、光彈法）有些儀器和方法可以直接測量應(yīng)變，另一些儀器和方法只能測量相對位移（2010.01），需要通過換算得到應(yīng)變。(一)電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變儀(

22、應(yīng)變測量電橋應(yīng)變測量電橋)和電阻應(yīng)變計的工作原理、構(gòu)造和使用技術(shù)和電阻應(yīng)變計的工作原理、構(gòu)造和使用技術(shù)電阻應(yīng)變儀利用電阻應(yīng)變計作為應(yīng)變傳感器，和應(yīng)變儀中的電阻元件（2011.01）組成測量電橋，進(jìn)行應(yīng)變測量，還可以用電阻應(yīng)變儀配合各種電阻應(yīng)變式傳感器，測量其他物理量的變化。★電阻應(yīng)變計的工作原理利用某種金屬絲導(dǎo)體的“應(yīng)變電阻效應(yīng)”，即此金屬絲的電阻值隨著其機(jī)械變形而變化的物理特性。電阻應(yīng)變計的構(gòu)造在拷貝紙或薄膠膜等基底與覆蓋層之間粘貼合

23、金敏感器（電阻柵），敏感柵的兩端焊上引出線?！镏饕夹g(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)電阻值R：選用時應(yīng)考慮與應(yīng)變儀配合，一般電阻值為120?標(biāo)距L：敏感柵的有效長度，根據(jù)試件測點處應(yīng)變梯度的大小來進(jìn)行選擇靈敏系數(shù)K（2011.01）：表示單位應(yīng)變引起應(yīng)變計的相對電阻變化電阻應(yīng)變計的粘貼要求（2011.01）測點基底平整，清潔、干燥；粘結(jié)劑的電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和工藝性能良好，以及蠕變小、粘貼強(qiáng)度高，溫濕度影響小；同一組應(yīng)變計規(guī)格型號應(yīng)相同；粘貼牢固、

24、方位準(zhǔn)確、不含氣泡；在應(yīng)變計粘貼完成后，有時還需對應(yīng)變計作防潮絕緣處理；★應(yīng)變測量電橋應(yīng)變測量電橋試件受力變形時，應(yīng)變計將試件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化。采用惠斯頓電橋（14電橋、半橋接法、全橋接法），將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，使信號得以放大，并可以解決溫度補(bǔ)償?shù)葐栴}。14電橋僅連接一個應(yīng)變計（R1為應(yīng)變計）半橋接法連接二個應(yīng)變計（R1、R2為應(yīng)變計）全橋接法連接四個應(yīng)變計（R1、R2、R3、R4均為應(yīng)變計）注意事項：1、輸出電壓和四

25、個橋臂的應(yīng)變的代數(shù)和呈線性關(guān)系2、相鄰橋臂的應(yīng)變符號相反，相對橋臂的應(yīng)變符號相同應(yīng)變測量的溫度補(bǔ)償應(yīng)變測量的溫度補(bǔ)償試驗過程中，設(shè)法去除由于溫度變化所引起的應(yīng)變。溫度補(bǔ)償片的布置方法溫度補(bǔ)償片的布置方法在試件旁邊，與試件同樣的溫度環(huán)境中，放置一與試件同樣材料的物體，此物體僅受溫度作用，它的應(yīng)變即代表試件由于溫度引起的應(yīng)變。在試件的零應(yīng)力部位布置應(yīng)變測點，該測點的應(yīng)變僅受溫度影響，與荷載作用無關(guān)，該測點的應(yīng)變可用于溫度補(bǔ)償。(二)其他方法

26、測量應(yīng)變手持應(yīng)變儀，位移計方法，光測法。手持應(yīng)變儀手持應(yīng)變儀工作原理：在標(biāo)距兩端粘結(jié)兩個腳標(biāo)（每邊各一個），通過測量結(jié)構(gòu)變形前后兩個腳標(biāo)之間距離的改變，求得標(biāo)距內(nèi)的平均應(yīng)變。位移計方法位移計方法工作原理：利用位移計測量一條直線上兩點之間的相對位移來表示兩點之間的平均應(yīng)變。光測法（云紋法、激光衍射法、光彈法）光測法（云紋法、激光衍射法、光彈法）常用于測量平面應(yīng)變，較多應(yīng)用于節(jié)點或構(gòu)件的局部應(yīng)力分析第四節(jié)第四節(jié)位移測量儀器位移測量儀器(一)

27、線位移傳感器的工作原理和構(gòu)造(百分表、千分表、電阻應(yīng)變式位移傳感器、滑阻式位移傳感器和差動式位移傳感器)線位移傳感器（位移傳感器）測量內(nèi)容：測點相對于位移傳感器支架固定點的位移。工作原理：利用一可滑動的測桿去感受線位移，然后把這個位移量用各種方法轉(zhuǎn)換成表盤讀數(shù)或各種電量。通常把傳感器支架固定在試驗臺或地面的不動點（2011.10）上，這時的所測得的位移表示測點相對于試驗臺座或地面的位移。常用的位移測量儀器及其構(gòu)造（機(jī)械式）百分表：由測桿

28、、彈簧、外殼、指針、齒輪、刻度盤等構(gòu)成；電子百分表：由測桿、彈簧、外殼、刻度盤、電阻應(yīng)變計、電纜等構(gòu)成；滑阻式位移傳感器：由測桿、彈簧、外殼、電纜、電阻絲等構(gòu)成；差動式位移傳感器：由測桿、線圈等構(gòu)成；(二)角位移傳感器的工作原理和構(gòu)造(水準(zhǔn)管式傾角儀、電阻應(yīng)變式傾角傳感器及DC一10水準(zhǔn)式角度傳感器)角位移傳感器測量內(nèi)容：測量一個截面相對于另一個截面的相對角位移；或一個截面相對于某一物體的角位移。工作原理：將角位移傳感器附著在結(jié)構(gòu)上，以

29、重力作用線為參考，以感受元件相對于重力線的某一狀態(tài)為初值，當(dāng)傳感器隨測量截面一起發(fā)生角位移后，其感受元件相對于重力線的狀態(tài)也隨之改變，將這個相應(yīng)的變化量用各種方法轉(zhuǎn)換成表盤讀數(shù)或各種電量。常用的角位移測量儀器及其對應(yīng)的感受元件水準(zhǔn)管式傾角儀利用水準(zhǔn)管作為感受元件電阻應(yīng)變式傾角傳感器利用梁式擺作為感受元件DC10水準(zhǔn)式角度傳感器利用液體擺作為感受元件第五節(jié)第五節(jié)力值測量儀器力值測量儀器力傳感器和液壓傳感器的工作原理、構(gòu)造和使用(機(jī)械式測力