建筑结构试验串讲

1、建筑结构试验串讲讲义 第二、三、四、五、八章是重点章节第一章 结构试验概论一、复习建议 本章为概述性内容，主要介绍了结构试验的任务、目的、分类，历年考题不多，考试题型以填空题、选择题、简答题为主，没有计算题。内容相对较少，要求在复习时对基本概念的掌握一定要准确，尽可能用书中原话答题。二、本章重要知识点第一节 结构试验的任务 结构试验是一门试验学科 为了进行合理的设计，必须掌握结构在各种作用下的实际反应、应力分布和所处的工作状态，了解结构构件的刚度、抗裂性能以及实际所具有的承载力和安全储备。 在结构分析工作中可使用哪些方法和手段来解决问题？（2011.10） 在结构分析工作中，一方面可

2、以应用传统和现代的设计理论、现代的计算技术和计算方法；另一方面也可以应用实验和检测的手段，通过结构试验、实验应力分析的方法来解决。 电子计算机技术的发展对结构试验科学的影响 电子计算机技术的发展，不仅为用数学模型方法进行计算分析提供了条件，同时使以有限元方法为代表的数值方法得到了空前的发展。在传统的理论与试验之间提供了一条以通过计算（2010.01）建立联系的新途径 ，使结构工程学科由理论与试验（包括实践与观察）的两极构成变为理论、试验和计算的三足鼎立的新学科结构。 建筑结构试验的任务是什么（2011.10） 建筑结构试验的任务就是在结构物或试验对象（实物或模型）上，以仪器设备为工具，利用各种

3、实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震力、风力等）或其他因素（温度、变形沉降等）作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数（变形、挠度、位移、应变、振幅、频率等），从强度（稳定）、刚度、抗裂性以及结构的破坏形态等各个方面来判断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。第二节 结构试验的目的一、生产性试验1.综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量。2.鉴定预制构件的产品质量。3.已建结构的可靠性检验，推断和估计结构的剩余寿命。4.工程改建或加固，通过试验判断具体结构的实际承载能力。5.处理受灾结构和工程事故，通过试

4、验鉴定提供技术依据。二、科学性试验1.验证结构计算理论的假定。2.为制定设计规范提供依据。3.为发展和推广新结构、新材料和新工艺提供实践经验。第三节 结构试验的分类一、按试验对象尺寸分类 1.原型试验（一般用于生产性试验）2.模型试验模型 ：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，但大部分结构模型是尺寸比原型小得多的缩尺模型(1)相似模型试验：几何相似、力学相似、材料相似(2)缩尺模型试验：不须遵循严格的相似条件(3)足尺模型试验：尺寸、材料、受力特性与原型结构相同二、按试验荷载性质分类1.结构静力试验（最大量最常见）加载过程：指荷

5、载从零开始逐步递增一直加到试验某一预定目标或结构破坏为止，即在一个不长的时间段内完成试验加载的过程。简述静力试验的最大优点（2012.10）：设备相对简单，荷载可逐步施加，还可以停下来仔细观测结构变形的发展，给人以最明确和清晰的破坏概念。在实际工作中，即使是承受动力荷载的结构，在试验过程中为了了解静力荷载下的工作特性，在动力试验前往往也先进行静力试验 。2.结构动力试验 根据试验荷载的性质，结构动力试验主要分为哪几类？（2012.01）(1)结构动力特性试验：测量结构自身所固有的动力性能(2)结构动力反应试验：量测结构或其特定部位动力性能参数和动态反应(3)结构疲劳试验：测试结构疲劳性能3.结

6、构抗震试验(1)低周反复加载静力试验(2)拟动力试验(3)地震模拟振动台试验三、按试验时间长短分类（2010.01）1.短期荷载试验2.长期荷载试验。四、按试验所在场地分类1.实验室结构试验2.现场结构试验。五、按试验是否破坏分类1.结构破坏试验（科研性试验较多采用）2.结构非破坏试验（生产性试验较多采用）刚度检验法：以30%60%的设计荷载进行加载，测得结构变形和材料的应变，判断试验结构和材料的可靠性。第二章 结构试验的加载设备和试验装置一、复习建议 本章在历年考试中，处于比较重要的地位，分值比较大，建议学员全面掌握,重点复习。从题型来讲包括单项选择题、填空题、名词解释题、简答题，需要准确掌

7、握基本概念。二、本章重要知识点通过本章学习，要求学生掌握实验室和现场试验常用的加载方法和试验装置，正确选择和使用各种方法进行加载设计。重点掌握液压加载方法。对于电液伺服系统加载方法、模拟地震振动台和环境随机激振方法等有一般了解。第一节 概述结构的荷载试验是结构试验的基本方法。 试验用的荷载形式、大小、加载方式等都是根据试验的目的要求，以如何能更好的模拟原有荷载等因素来选择的。 在进行结构的动力试验时，对于荷载激振设备或加载方法的选择主要决定于试验的任务与试验对象的性质；正确的荷载设计和选择适合于试验目的需要的加载设备是保证整个试验工作顺利进行的关键之一；（一）结构试验荷载的类别静力加载：重力加

8、载方法；液压加载方法；机械加载法；气压加载法等。动力加载：利用惯性力或电磁系统激振；电液伺服加载系统和地震模拟振动台加载；人工爆炸和利用环境随机激振(脉动法)加载。（二）结构试验对加载设备的要求？（2008.01） 1.选用的试验的加载设备和试验装置应满足结构设计计算荷载图示的要求。 2.荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值要稳定，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。 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。4.加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还应满足刚度要求。5.加载设备要操作方便，便于加载和卸载，并能控制加载速度，又能

9、适应同步加载或先后加载和恒载等不同要求。 6试验加载方法要力求采用现代化先进技术，减轻体力劳动，提高试验质量。第二节 重力加载法 （一）重力加载的概念重力加载就是利用物体本身的重量加于结构上作为荷载。加载方式： 直接加载将重物直接施加于试验结构或构件上； 间接加载通过杠杆原理将荷载放大作用在结构上； 注意事项：使用砂石等松散材料颗粒材料加载时，如果将材料直接堆放于结构表面，将会造成荷载材料本身的起拱，而对结构产生卸荷（2011.01）作用，为此，最好将颗粒材料置于一定容量的无底箱框中，然后叠加于结构之上，在试验构件跨度方向施加的箱框数量不应少于两个；若采用型体较为规则的块状材料加载，

10、如砖石、铸铁块、钢锭等，则要求叠放整齐，每堆重物的宽度 £ L/6 (L为试验结构的跨度)，堆与堆之间应有一定的间隔（约50100mm）。利用水作为重力荷载进行加载的特点：利用水作为重力加载用的荷载，是一个简易方便且甚为经济的方案。水可以盛在水桶内用吊杆作用于结构上，作为集中荷载；也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。在加载时可以利用进水管，卸载时则利用虹吸原理，可以减少大量运输、加载的劳动力。当利用吊杆荷载盘施加集中荷载时，每个荷载盘应分开或通过静定的分配梁体系作用于试验的对象上，使结构所受荷载明确。（二）重力直接加载和杠杆加载的特点和使用注意事项重力加载法的优点是

11、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。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适合。第三节 液压加载法（一）液压加载器加载液压加载（2010.01选择题）是目前结构试验中应用比较普遍和理想的一种加载方法。简述液压加载的优点（2011.10）液压加载的最大优点是利用油压（2011.01）使液压加载器产生较大的荷载，试验操作安全方便。特别是对于大型结构构件试验，它不受加载点数的多少、加载点的距离和高度的限制，并能适应均布和非均布、对称和非对称加载的需要。尤其是电液伺服系统在试验加载设备重得到了广泛应用，此法为结

12、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。液压加载的原理：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。液压加载器的类型：手动液压加载器、单向作用及双向作用的液压加载器。 液压加载的试验装置：普通手动液压加载器、加荷承力架和静力试验台座。液压加载荷载值的确定：应按事先做好的标定曲线来确定荷载量。注意事项：量测荷载值优先采用荷载传感器；荷载传感器的精度不应低于C级；指示仪表的最小分度值不宜大于被测力值总量的1.0%；示值误差应为±1.0%（全刻度量程）；油压表精度不应低于1.5级（20

13、10.01）； 在选择量程时，应使其使用状态试验荷载值所对应的油压表读数大致为油压表量程的1/3； 由于液压加载器内部摩阻力的影响，会出现荷载量和油压间不呈严格的线性关系的状况，应采用事先制作的标定曲线确定荷载量；液压加载器的标定：将加载器安置在荷载支承装置内，用力值量测仪表测定加载器的作用力。力值量测仪表（优先采用）采用试验机标定液压加载器时，按照加载器使用时的实际工况，必须采用加载器的活塞顶升试验机的主动加载方式。在制作标定曲线时，至少加载器在不同行程位置上重复循环三次去平均值来绘制标定曲线，任一次测量值和曲线上对应点的力值偏差不应大于±5%（二）液压加载系统加载系统由储油箱、高

14、压油泵、测力装置和各类阀门组成的操纵台，通过高压油管同时并联连接若干个液压加载器组成。特点：液压加载试验系统可完成各类建筑结构的静载试验，尤其对大吨位、大跨度、大挠度的结构更为适用，它不受加载点数的多少、加载点的距离和高度的限制，并能适应均布和非均布、对称和非对称加载的需要。承力架试件液压加载器操作台管路系统试验台座（三）结构试验机加载大型结构试验机由液压操纵台、大吨位的液压加载器和试验机架三部分组成。大型结构试验机的精度不应低于2级结构疲劳试验机由液压脉动器、控制系统和液压加载脉动器组成。液压脉动器：疲劳试验机的核心部分，是产生脉动负荷的主要机构；脉动加载器：施加负荷的执行机构；液压控制系统

15、：试验机的操纵控制中心，脉动频率可根据试验的不同要求在100150次/分（2011.01、2010.01）范围内任意调节选用；结构疲劳试验机应满足2级试验机的精度要求，测力示值相对误差应为±2.0%（2010.10）；（四）电液伺服加载系统加载电液伺服加载系统由电液伺服加载器、控制系统和液压源等三部分组成。电液伺服系统的工作原理是利用自动控制和液压技术相结合的电液伺服闭环系统控制试验加载。电液伺服阀是电液伺服液压加载系统中的心脏部分，它安装于液压加载器上，根据指令发生器发出的信号经放大（2010.10）后输入伺服阀，转换成大功率的液压信号，将来自液压源的液压油输入加裁器，使加载器按输

16、入信号的规律产生振动对结构施加荷载。（五）地震模拟振动台加载地震模拟振动台由振动台台体结构、液压驱动和动力系统、控制系统、测试和分析系统组成。振动台必须安装在质量很大的基础上（2010.10），这样可以改善系统的高频特性，并减小对周围建筑和其他设备的影响。使用频率范围由所做试验模型的第一频率而定，整个系统的频率范围应该大于10 Hz。第四节 机械力加载法（一）机械力加载使用的机具种类吊链、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋干斤顶及弹簧等。（二）利用机具对结构施加拉力的试验装置与特点 吊链，卷扬机，绞车和花篮螺丝等主要是配合钢丝或绳索对结构施加拉力，还可与滑轮组联合使用，改变作用力的方向和拉

17、力大小。拉力的大小通常用拉力测力计测定，按测力计的量程有两种装置方式。螺旋千斤顶是利用齿轮及螺杆式蜗轮蜗杆机构传动的原理，当摇动手柄时，就带动螺旋杆顶升，对结构施加顶推压力，用测力计测定加载值。（三）弹簧加载的特点与注意事项弹簧加载法常用于构件的持久荷载试验。用弹簧作持久荷裁时，应布先估计到由于结构徐变使弹簧压力变小时，其变化值是否在弹簧变形的允许范围内。（四）机械力加载的优缺点是什么？机械力加载的优点是设备简单，容易实现，当通过索具加载时，很容易改变荷载作用的方向，故在建筑物、柔性构筑物(桅杆、塔架等)的实测或大尺寸模型试验中，常用此法施加水平集中荷载。其缺点是荷载值不大，当结构在荷载作用点

18、产生变形时，会引起荷载值的改变。第五节 气压加载法（一）气压加载法（正压或负压加载）的工作原理气压加载法主要是利用空气压力对试件施加荷载。气压加载产生的是均布荷载。（二）气压加载的试验装置与特点优点是加载、卸载方便，荷载稳定。缺点是试件受力载面无法观测，利用真空加载时试件周边密封要求较高。第六节 惯性力加载法（一）惯性力加载法的含义、分类（2010.10） 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的方法称之为惯性力加载法；根据荷载作用方法不同，分为冲击力加载和离心力加载两种。（二）冲击力加载方法的特点与注意事项冲击力加载：荷载作用时间极为短促，通

19、过突加荷载或张拉卸载，使被加荷载结构产生自由振动，适用于进行结构动力特性的试验；冲击力加载包括初位移加载法（张拉突卸法）、初速度加载法（突加荷载法）。初位移加载法（张拉突卸法） 加载原理：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。加载时为防止结构产生较大的变形，加载的数量必须正确控制，经常是按所需的最大振幅计算求得。初速度加载法（突加荷载法）加载原理：利用摆锤或落重的方法使结构在瞬时内受到水平或垂直的冲击，产生初速度，同时使结构获得所需的冲击荷载。利用垂直落重冲击时，为防止重物回弹再次撞击和结构局部受损，拟在落点处铺设100

20、200mm的砂垫层。（三）离心力加载方法的特点与注意事项离心力加载的含义及特点（2011.01）：根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载；其特点是运动具有周期性，作用力的大小和频率按一定规律变化，使结构产生强迫振动。第七节 电磁加载法（一）电磁激振器的构造与工作原理电磁式激振器是由磁系统(包括励磁线圈、铁芯、磁极板)、动圈(工作线圈)、弹簧、顶杆等部件组成。当激振器工作时，在励磁线圈中通入稳定的直流电，使在铁芯与磁极板的空隙中形成一个强大的磁场。与此同时，由低频信号发生器输出一交变电流，并经功率放大器放大后输入工作线圈，这时工作线圈即按交变电流谐振规律在磁场中运动并产生一电磁

21、感应力F，使顶杆推动试件振动。（二）电磁振动台的工作原理和组成电磁振动台通常是由信号发生器，振动自动控制仪，功率放大器，振动台激振器和台面组成。电磁振动台原理基本上与电磁激振器一样，在构造上实际是利用电磁激振器来推动一个活动的台面而构成。第八节 其他加载方法（了解）反冲激振器加载法的含义；人工爆炸加载法的含义；人激振动加载法的含义；环境随机激振加载法的含义；第九节 结构试验荷载装置和试验台座（一）结构试验荷载装置结构试验荷载装置的作用和主要组成是什么？（2011.01）结构试验荷载装置是满足试验荷载设计、实现试验荷载图示、模拟边界条件要求、保证试验加载正常进行的关键之一。它由试件支承

22、装置（支座、支墩）、荷载传递装置、荷载支承装置、结构试验台座和试验辅助装置等部分组成。试件支承装置，荷载传递装置，荷载支承装置，结构试验台座，试验辅助装置。（二）试件支承装置支座和支墩。试件支承装置的主要作用是什么？ 支承结构构件、正确传递作用力、模拟实际荷载图示（2011.01）和边界条件。支座的形式铰支座（滚动铰支座、固定铰支座）、固定端支座、受压构件刀铰支座、梁式受扭构件转动支座铰支座的划分:按照自由度的不同划分 滚动铰支座和固定铰支座按照型式的不同划分滚轴式和刀铰式对铰支座的基本要求1、必须保证结构在支座处能自由水平移动和自由转动；2、必须保证结构在支座处力的传递；3、如果结构在支承处

23、没有预埋支承钢垫板，则在试验时必须另加垫板，垫板的尺寸满足强度及相关的构造要求；4、滚轴的长度，一般取等于试件支承处截面宽度b；5、滚轴的直径根据受力进行选择，并应进行强度验算；支墩 结构现场试验的支墩多用砖块砌筑或混凝土浇注而成，支墩上部应有足够平整的支承面积，制作时要铺以钢板。 支墩的构造要求： 在试验荷载作用下，支墩和地基的总压缩变形不宜超过试件挠度（2011.01）的1/10。 支墩的高度一般在400600mm，以满足仪表安装、测读、裂缝观测和加卸荷载的要求；各支座支墩的高差不宜大于试件跨度的1/200。（三）荷载传递装置杠杆，分配梁和卧梁。分配梁的构造要求和使用注意事项：分配梁一般均

24、为单跨简支形式，不能用多跨连续梁的形式；单跨简支分配梁均为等比例分配，即将一个集中荷载分为两个集中力；分配梁的层次不宜大于三层；如需不等比例分配，比例不宜大于1:4，且需将荷载分配比例大的一端设置在靠近固定铰支座的一侧；（四）荷载支承装置竖向荷载的支承装置，水平荷载的支承装置（水平反力梁和反力墙）。（五）结构试验台座（2010.10）抗弯大梁式台座，空间桁架式台座，槽式台座，地锚式台座，箱式台座（孔式台座）和抗侧力台座。（六）试验辅助装置竖向荷载的支承装置，水平荷载的支承装置（水平反力梁和反力墙）。（七）结构现场试荷载装置构件试验和整体结构试验。第三章 结构试验的数据采集和测量仪器一、复习建议

25、 本章在历年考试中，处于相当重要的地位，分值比较大，建议学员重点复习，多做习题，多加练习。从题型来讲包括单项选择题、填空题、名词解释题、简答题、计算题，需要准确掌握基本概念。二、本章重要知识点通过本章的学习，理解结构试验数据采集的意义和作用，了解结构试验数据采集的过程、测量仪器的工作原理和应用范围。重点是电测技术的工作原理和应用，特别是电阻应变测试技术。要求学生在进行结构试验观测设计时，能够根据试验要求和实际情况选择合适的测量仪器和正确的方法进行数据采集。第一节 概 述(一)数据采集的意义和作用数据采集的意义和作用 在结构试验中，数据采集就是利用各种仪器和装置，对试件所受到的荷载作用（如力、位

26、移、温度等）以及结构的反应（如位移、速度、加速度、应力、应变、裂缝等）等数据进行测量和记录(二)数据采集的方法数据分析、处理始采集的数据 试验结果数据采集得到的数据，是数据处理的原始资料。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。数据采集的方法1.用最简单的量测工具进行人工测量、人工记录（直尺测量）2.用一般的量测仪器进行测量、人工记录（百分表测量）3.用仪器进行测量、记录（传感器、X-Y函数记录仪）4.用数据采集系统进行测量和记录（传感器、数据采集仪、计算机） 数据采集方法的选用原则:用最经济合理的代价来获取最多的有用数据(三)数据流通的过程和数据采集的原则数据的采集原则

27、同时性：要求一次采集（或一次测量）得到的所有数据是同一时刻试件受到的作用和试件的反应 ,这些同一时刻的数据才能正确的反映和描述某一时刻试件的作用和试件的反应之间的关系。 客观性：要求按照客观事实进行数据采集，并把所有关于试验实际情况的数据都加以测量和记录，使采集得到的数据能够客观、完整的反映和描述整个试验过程。(四)数据采集的仪器分类按功能和使用情况分类 传感器（感受各种物理量，并将其转换成电信号或其他容易处理的信号 放大器（把传感器传来的信号进行放大，使之可以显示和记录） 显示器 (把信号用可见的形式显示出来) 记录仪（将采集得到的数据记录下来，作长期保存） 分析仪器（对采集得到的数据进行分

28、析处理） 数据采集仪（用于自动扫描和采集数据） 完整的数据采集系统（集成式仪器，包括传感器、数据采集仪和计算机或其他记录器、显示器等，可用于进行自动扫描、采集及数据处理） 按功能分类 单件式 （单件式仪器是指一个仪器只有一种单一的功能） 集成式 （集成式仪器是指那些把多种功能集中在一起的仪器）按工作原理分类 机械式仪器 电测仪器 光学测量仪器 复合式仪器 伺服式仪器按测量用途分类 测力仪器 位移仪器 应变计 倾角仪器 频率计 测振仪器按与结构试件的关系分类（2010.10）附着式和非附着式、接触式和非接触式按显示和记录方式分类直读式和自动记录式、模拟式和数字式(五)测量仪器的技术指标最小分度值

29、（刻度值）（2011.01）仪器的指示部分或显示部分所能指示的最小测量值，即每一最小刻度所表示的被测量的数值。量程（2011.01）仪器可以测量的最大范围。灵敏度被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示装置示值的大小，即仪器对被测物理量变化的反应能力。分辨率仪器测量被测物理量最小变化值的能力。线性度仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度。稳定性当被测物理量不变，仪器在规定的时间内保持示值与特性参数不变的能力。重复性（2010.10）在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值的被测量时，保持示值一致的能力。频率响应动测仪器输出信号的幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性。精确度（精度）仪器指示值与被

30、测值的符合程度。目前常以最大量程时的相对误差来代表精度，并以此相对误差值来判定仪表的精度等级。如精度为0.2级的仪表,其测定值的误差不超过最大量程的±0.2%。 (六)结构试验对测量仪器的要求和仪器标定结构试验对测量仪器的要求1.测量仪器不应该影响结构的工作，要求仪器自重轻，尺寸小，尤其是对模型结构试验，还要考虑仪器的附加质量和仪器对结构的作用力。2.测量仪器具有合适的灵敏度和量程。3.安装使用方便，稳定性和重复性好，有较好的抗干扰能力。4.价廉耐用，可重复使用，安全可靠。维修容易。5.在达到上述要求的条件下尽量要求多功能、多用途，适应多方面的需要。 仪器的标定 含义：为了确定仪器设

31、备的精确度和灵敏度，确定试验数据的误差，而将仪表指示值和标准量进行比较的过程。 单件标定 确定某一件仪器的灵敏度和精确度； 系统标定 确定某些仪器组成的系统的灵敏度和精确度；第二节 仪器的工作原理(一)传感器和放大器的工作原理机械式传感器的组成部分有哪些（2010.01） 感受机构 直接感受被测量的变化 转换机械 将被测量的变化转换成长度或角度等的变化，并加以放大或转换等； 显示装置 用来显示被测量的大小，通常由指针或度盘等组成； 附属装置 如外壳、装夹具等，使仪器成为整体，并便于安装使用 机械式传感器是带有显示器的传感器电测式传感器的组成部分有哪些（2011.10） 感受部分 直接感受被测量

32、的变化 转换部分 把感受到的物理量变化转换成电量变化 传输部分 把电量变化的信号传输到放大器或记录器和显示器的导线和相应的接插件等 附属装置 如传感器的外壳、支架等(二)记录器的工作原理记录器的功能：把放大部分传来的量测结果按照一定的方式记录在某种介质上，需要时可以把这些数据读出或输送到其他分析仪器进行处理。模拟式记录器 将模拟量直接记录在介质上，数据一般是连续的；数字式记录器 将模拟量转换成数字量后再记录在介质上，数据一般是间断的；第三节 应变测量仪器基本概念：应变（2011.10）：单位长度内的变形（拉伸、压缩和剪切变形） 线应变：单位长度内的直线变形 剪应变：单位长度内的剪切变形测量应变

33、的仪器和方法（2010.01、2011.10） 1.电阻应变仪（结构试验中用来测量试件应变的最常用仪器） 2.手持应变仪 3位移计方法 4.光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）有些仪器和方法可以直接测量应变，另一些仪器和方法只能测量相对位移（2010.01），需要通过换算得到应变。(一)电阻应变仪(应变测量电桥)和电阻应变计的工作原理、构造和使用技术电阻应变仪利用电阻应变计作为应变传感器，和应变仪中的电阻元件（2011.01）组成测量电桥，进行应变测量，还可以用电阻应变仪配合各种电阻应变式传感器，测量其他物理量的变化。电阻应变计的工作原理利用某种金属丝导体的“应变电阻效应”，即此金属丝的电阻值

34、随着其机械变形而变化的物理特性。电阻应变计的构造在拷贝纸或薄胶膜等基底与覆盖层之间粘贴合金敏感器（电阻栅），敏感栅的两端焊上引出线。主要技术指标 电阻值R：选用时应考虑与应变仪配合，一般电阻值为120; 标距 L：敏感栅的有效长度，根据试件测点处应变梯度的大小来进行选择; 灵敏系数K （2011.01）：表示单位应变引起应变计的相对电阻变化;电阻应变计的粘贴要求（2011.01）测点基底平整，清洁、干燥；粘结剂的电绝缘性、化学稳定性和工艺性能良好，以及蠕变小、粘贴强度高，温湿度影响小；同一组应变计规格型号应相同；粘贴牢固、方位准确、不含气泡；在应变计粘贴完成后，有时还需对应变计作防潮绝缘处理；

35、应变测量电桥试件受力变形时，应变计将试件的应变转换成电阻变化。采用惠斯顿电桥（1/4电桥、半桥接法、全桥接法），将电阻变化转换为电压或电流的变化，使信号得以放大，并可以解决温度补偿等问题。 1 /4电桥 仅连接一个应变计（R1为应变计） 半桥接法 连接二个应变计（R1、R2为应变计） 全桥接法 连接四个应变计（R1、R2、R3 、R4 均为应变计）注意事项：1、输出电压和四个桥臂的应变的代数和呈线性关系2、相邻桥臂的应变符号相反，相对桥臂的应变符号相同应变测量的温度补偿 试验过程中，设法去除由于温度变化所引起的应变。温度补偿片的布置方法在试件旁边，与试件同样的温度环境中，放置一与试件同样材料的

36、物体，此物体仅受温度作用，它的应变即代表试件由于温度引起的应变。在试件的零应力部位布置应变测点，该测点的应变仅受温度影响，与荷载作用无关，该测点的应变可用于温度补偿。(二)其他方法测量应变手持应变仪，位移计方法，光测法。手持应变仪工作原理：在标距两端粘结两个脚标（每边各一个），通过测量结构变形前后两个脚标之间距离的改变，求得标距内的平均应变。位移计方法工作原理：利用位移计测量一条直线上两点之间的相对位移来表示两点之间的平均应变。光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）常用于测量平面应变，较多应用于节点或构件的局部应力分析第四节 位移测量仪器(一)线位移传感器的工作原理和构造(百分表、千分表、电阻应

37、变式位移传感器、滑阻式位移传感器和差动式位移传感器) 线位移传感器（位移传感器）测量内容：测点相对于位移传感器支架固定点的位移。工作原理：利用一可滑动的测杆去感受线位移，然后把这个位移量用各种方法转换成表盘读数或各种电量。 通常把传感器支架固定在试验台或地面的不动点（2011.10）上，这时的所测得的位移表示测点相对于试验台座或地面的位移。 常用的位移测量仪器及其构造 （机械式）百分表：由测杆、弹簧、外壳、指针、齿轮、刻度盘等构成； 电子百分表：由测杆、弹簧、外壳、刻度盘、电阻应变计、电缆等构成； 滑阻式位移传感器：由测杆、弹簧、外壳、电缆、电阻丝等构成； 差动式位移传感器：由测杆、线圈等构成

38、；(二)角位移传感器的工作原理和构造(水准管式倾角仪、电阻应变式倾角传感器及DC一1 0水准式角度传感器)角位移传感器 测量内容：测量一个截面相对于另一个截面的相对角位移；或一个截面相对于某一物体的角位移。 工作原理 ：将角位移传感器附着在结构上，以重力作用线为参考，以感受元件相对于重力线的某一状态为初值，当传感器随测量截面一起发生角位移后，其感受元件相对于重力线的状态也随之改变，将这个相应的变化量用各种方法转换成表盘读数或各种电量。 常用的角位移测量仪器及其对应的感受元件 水准管式倾角仪 利用水准管作为感受元件 电阻应变式倾角传感器 利用梁式摆作为感受元件 DC-10水准式角度传感器 利用液

39、体摆作为感受元件第五节 力值测量仪器 力传感器和液压传感器的工作原理、构造和使用(机械式测力传感器、电阻应变式测力传感器及液压传感器)力传感器和液压传感器的类型：机械式和电测式两种 工作原理 ：利用弹性元件感受力或液压，使弹性元件发生与外力或液压成对应关系的变形，测量此变形值并作适当转换后即可得到作用力的数值。 机械式传感器： 利用机械装置对变形进行放大和显示的装置 机械式传感器为直读仪器，可直接从传感器上读取力值； 应变式传感器： 利用电阻应变计将变形转变成电阻变化后进行测量的装置； 应变式传感器需后接应变仪或数据采集仪等设备，将应变值进行相应转换；第六节 裂缝测量 (一)裂缝测量的内容和方

40、法结构试验中，结构或构件的裂缝发生和发展，裂缝的位置和分布及长度和宽度是反应结构性能（2010.10）的重要指标。裂缝的测量内容（2010.01） 开裂 ，即裂缝发生的时刻和位置； 度量 ，即裂缝的宽度和长度； 裂缝测量仪器的类型：裂缝测量仪器有放大镜、读数显微镜等，放大镜用于观察发现开裂，读数显微镜用于测量裂缝宽度。 最常用的发现开裂的简便方法是借助放大镜用肉眼观察(二)裂缝测量的仪器(读数显微镜、裂缝标尺和塞尺) 第七节 振动测量仪器(一)测振传感器的基本原理测振传感器的基本原理：由惯性质量、阻尼和弹簧组成一个动力系统，此动力系统固定在振动体上（即传感器的外壳固定在振动体上），与振动体一起

41、振动，通过测量惯性质量相对于传感器外壳的运动，来获得振动体的振动规律。(二)测振传感器的频率特性当ww / wn 较大，即振动体振动频率较之传感器的固有频率大很多时，不管阻尼比D的大小如何，U 0 / X0趋近于1，j趋近于180。，表示质量块的位移振幅和振动体的位移振幅趋近于相等，而它们的相位趋于相反； 当 w / wn接近于1时，U 0 / X0值随阻尼比的变化而发生很大的变化，此时的j同样在发生变化，稳定性较差，表示仪器测出的波形有畸变。 当w / wn较小趋近于零时，U 0 / X0数值趋近于零,表示传感器难以反映所要量测的振动。注：w振动体振动的圆频率；wn 传感器弹簧质量弹簧系统的

42、固有频率。(三)磁电式速度传感器的工作原理、构造和特性主要技术指标：灵敏度、频率响应、阻尼(四)压电式加速度传感器的工作原理、构造和特性压电式加速度传感器的构造和特点 构造：压电式加速度传感器是由外壳、硬弹簧、质量块、压电晶体、输出端等构成。 特点：电式加速度传感器是利用晶体的压电效应而制成的，其特点是稳定性高，机械强度高及能在很宽的温度范围内使用，但灵敏度较低。主要技术指标：灵敏度、安装谐振频率、频率响应、横向灵敏度比、幅值范围第8节 数据采集系统(一)数据采集系统的组成数据采集系统的组成及各部分的作用1. 传感器部分 组成：各种电测传感器等 作用：感受各种物理变量，如线位移、角位移等，并把

43、这些物理量转变为电信号。 2. 数据采集仪 组成：包括与各种传感器相对应的接线模块和多路开关、A/D转换器、主机、储存器、其他辅助部件。 作用：对所有的传感器通道进行扫描，把扫描得到的电信号进行A/D转换，转换成数字量，再根据传感器特性对数据进行传感器系数换算（如把电压数换算成应变、温度、等等），然后将这些数据传送给计算机，或者将这些数据打印输出，存入磁盘。 3.计算机（控制器） 组成：主机、显示器、存储器、打印机、绘图仪和键盘等 作用：作为整个数据采集系统的控制器，控制整个数据采集过程；且在试验结束后，对数据进行分析处理。(二)数据采集的过程第四章 结构试验设计一、复习建议 本章在历年考试中

44、，也处于相当重要的地位，分值比较大，需要记忆、领会的知识点比较多。从题型来讲包括单项选择题、填空题、名词解释题、简答题、计算题，需要准确掌握基本概念。二、本章重要知识点通过本章学习，培养学生具有试验设计和组织结构试验的初步能力，要求理解和掌握试验设计中试件设计(包括试件选择)、荷载设计和观测设计三个主要部分的内容和它们之间的相互关系，以及如何控制结构试验可能产生的各种误差。对结构试验的模型设计应有一般的了解。第一节 概 述(一) 结构试验的程序和主要环节(二)结构试验的总体设计结构试验的总体设计主要是根据结构试验的目的对试验工作进行全面规划与设计，它起着统管全局和具体指导的作用，是结构试验中极

45、为重要的一项工作。第二节 结构试验的试件设计(一)结构试件设计的内容当不能用原型或足尺模型结构进行试验时，也可采用它的缩尺比例的模型结构或构件，这时试验的模型应考虑与原型之间的相似关系（2013.01）。结构试验对试件设计的要求科研性试验的试件设计应包括试件形状的设计、尺寸和数量的确定、构造措施、同时必须满足结构和受力的边界条件的要求。生产性试验按照试验任务的要求通常有明确的试验对象，一般不存在试件设计问题。试件设计要求考虑的具体内容有哪些？试件的形状、试件的尺寸、试件的数量、结构试验加载和测试对试件设计的要求。(二)试件的形状试件的形状设计，主要是要求满足在试验时形成和实际工作相一致的应力状

46、态。当从整体结构中取出部分构件单独进行试验时，特别是对在比较复杂的超静定体系中的构件，必须要注意其边界条件（2011.10）的模拟，使其能如实反映该部分结构构件的实际工作。试件形状和结构边界条件模拟的相互关系： 若对框架柱进行剪切性能的探讨时，需设计成适于反对称加载（2011.01）的试件。 在研究框架的梁柱连接的节点试验时，较多采用十字形试件，边柱节点可采用T字型试件。 如果要研究框架节点的空间工作，则可设计成双向十字形节点；为了研究楼板参与节点共同工作的性能，也可以设计成带板的双向节点。(三)试件的尺寸1、结构试验所用试件的尺寸和大小，总体上分为原型和模型两类。2、基本构件性能研究的试件大

47、部分是采用缩尺模型，对预制构件鉴定都是选用原型构件。3、对于局部性的试件尺寸，比例可为原型的1/41;而整体结构的模型试验的试件，比例可为原型的1/101/2。 屋架试验一般采用原型试件（构件实物）或足尺模型； 框架试件截面尺寸为原型的1/41/2； 框架节点一般为原型比例的1/21； 剪力墙单层墙体的外形尺寸为0.8×1.0m1.78×2.74m，多层剪力墙为原型的1/101/3； 砖石及砌块的墙体试件一般取为原型的1/41/2； 对于薄壳和网架等空间结构，较多采用比例为1/51/20（2011.10）的模型试验；控制试件尺寸的因素。结构试验对试件尺寸的制约因素有哪些？实

48、践证明，试件尺寸将受到尺寸效应、构造要求、试验设备和经费条件等因素的制约。对于结构动力试验，试件尺寸常常受试验加载条件（2011.10）等因素的限制。 尺寸效应 反映结构构件和材料的强度随试件尺寸的改变而变化的性质。试件尺寸过小，将表现出相对强度提高和强度离散性过大的特征。 构造要求 小尺寸试件难以满足构造上的要求，如钢筋砼构件的钢筋锚固长度等； 设备条件 指的是实验室的净空尺寸、吊车起重能力、试验加载设备的容量（最大试验荷载量）等，以此控制试件尺寸、重量和试件的抗力。 经费条件 原型或足尺模型试验耗费的经费和人力很高，但具有反应结构构造和实际工作的突出优点； 小比例尺寸试件，在同样的经费和人

49、力条件下，可大大增加试件的数量和类型，而且在实验室内可改善试验条件，提高测试数据的可信度。(四)试件的数量控制试件数量的因素和正交试验设计法。 生产性试验试件号截面面积砂浆强度垂直应力抗剪强度10.20.50.0640.0920.20.50.3020.2430.22.50.0640.16940.22.50.3020.40750.70.50.0640.06460.70.50.3020.16070.72.50.0640.11180.72.50.3020.275 按照预制混凝土构件质量检验评定标准的规定，确定试件数量；标准规定：成批生产的构件，应按同一工艺、正常生产的1000个构件，但不超过三个月的

50、同类型产品为一批（不足1000件者亦为一批），在每批中随机抽取一个构件作为试件进行检验。 科研性试验 试验按照研究目的而设计，试件的数量和参与的各种影响因素相关； 如研究砖砌体的抗剪强度 砌体截面 0.2 0.7 砂浆强度 0.5MPa 2.5MPa 垂直应力 0.064MPa 0.032MPa注：由右表可知，抗剪强度随砌体截面的增大而降低，随砂浆强度提高而增大；并随垂直应力的增加而提高。 试件的设计必须严格控制主要参数（分析因子）和各种试验状态（水平数）的数量。科研性试验试件数量：全面试验的次数（试件数量）与实际可行的试验次数之间的矛盾。n个因素，m个水平，则全面试验次数mnL4(23)正交

51、表 (五)结构试验加载和测试对试件设计的要求1、为满足试件安装、加载、量测的需要，试件设计同时应考虑必要的构造措施。2、科研性试验时，为了保证试件在某一预定的部位破坏，以期得到必要的测试数据，试件设计就需要对其他部位事先加强或进行局部加固。3、为了保证试验量测的可靠性和安装仪表的方便，在试件特定的部位必须预设埋件或预留孔洞。第三节 结构试验的模型设计(一)结构模型按相似理论设计的要求结构模型: 按照原型的整体、部件或构件复制的试验代表物，较多采用的是缩小比例的结构模型进行试验。结构模型按相似理论设计的要求 几何相似：模型和原型的几何尺寸相似并保持一定的比例； 材料相似：模型和原型的材料相似或具

52、有某种相似关系； 荷载相似：施加于模型的荷载和原型荷载方向一致，且按照某一比例缩小或放大； 物理相似：确定模型结构试验过程中各参与的物理量的相似常数，并由此求得反映相似模型整个物理过程的相似条件；(二)结构模型的相似要求和相似常数相似常数：模型和原型结构之间对应参数的比例关系； 几何相似：模型和原型结构之间所有对应部分尺寸成比例关系； 质量相似：模型和原型结构之间对应部分的质量成比例关系； 荷载相似：模型和原型在各对应点所受的荷载方向一致，荷载大小成比例关系； 物理相似(2010.10)：模型和原型的各相应点的应力和应变、刚度和变形间的关系相似； 时间相似(2011.01) ：模型和原型的各对

53、应的时间成比例关系； 边界条件相似(2010.01) ：模型和原型在与外界接触区域内的各种条件保持相似；也即要求支承条件相似、约束情况相似以及边界上的受力情况相似； 初始条件相似：模型和原型结构初始时刻的各运动参数相似；运动的初始条件包括初始状态下的初始几何位置、质点的位移、速度和加速度等。(三)结构模型设计的相似条件 相似条件：模型和原型结构之间相似常数所应满足的一定关系； 在a截面处的弯矩为： 截面上的正应力为： 截面处的挠度为 模型和原型间的相似条件为 、 、结构模型设计的程序 根据力学及设计理论推导原型和模型结构的相似条件； 确定几何比例，即几何相似系数，还可以设计确定几个物理量的相似常数； 确定模型材料，并由此确定材料相似系数； 根据模型和原型的相似条件推导出其他物理量的相似常数的数值。结构动力模型试验解决重力失真的处理方法 在模型上附加适当的分布质量，即 采用高密度材料来增加结构上有效的模型材料密度。第四节 结构试验的荷载设计(一)结构试验荷载设计的内容结构试验中，影响荷载设计的主要因素有哪些？结构试验的荷载设计主要取决于结构试