建筑结构试验教案ksht

1、第一章 绪论第一节 土木工程结构试验与检测分类（classifications of structural testing and inspection）一、土木工程结构试验（structural testing）概念：在结构物或试验对象（杆件、构件、子结构或其模型）上，利用设备仪器为工具，以各种试验技术为手段，在施加各种作用（荷载、机械扰动力、模拟的地震作用、风力、温度、变形）的工况下，通过量测与试验对象工作性能有关的各种参数（应变、变形、振幅、频率）和试验对象的实际破坏形态，来评定试验对象的刚度、抗裂度、裂缝状态、强度、承载力、稳定和耗能能力等，并用以检验和发展结构的计算理论。分类：不同的

2、试验目的：研究性试验和检验性试验荷载性质：静力试验和动力试验试验对象：实体（原型）试验和模型试验试验场合：实验室试验和现场试验构件破坏与否：破坏性试验和非破坏性试验荷载作用时间：短期荷载试验和长期荷载试验1研究性试验和检验性试验（research testing and verification testing）（1）研究性试验（research testing）研究的问题：l）验证结构计算理论的假定。2）为制订设计规范提供依据。3）为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供试验依据。（2）检验性试验（verification testing）试验对象：真实的结构或构件目的：检验结构构件是否符合结

3、构设计规范及施工验收规范的要求。应用：1）检验结构性能；2）检验工程质量；3）事故评定；4) 灾害鉴定2静力试验和动力试验（static testing and dynamic testing）（1）静力试验（static testing）静力：指试验过程中，结构本身运动的加速度效应（惯性力效应）可以忽略不计。试验性质分类：单调静力荷载试验 拟静力试验 拟动力试验单调静力荷载试验：指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能的试验。拟静力试验：（低周反复荷载试验）、（伪静力试验）利用加载系统对结构施加逐渐增大的反复作用荷载或交替变化的位移，使结构或构件受力的历程与结构在地

4、震作用下的受力历程的基本相似，但其加载速度远低于实际结构在地震作用下所经历的变形速度。拟静力试验和拟动力试验均属于结构抗震试验方法，（2）动力试验（dynamic testing）1）动荷载的特性方法：直接测定法 间接测定法 比较测定法直接测定法是直接测定动荷载本身参数以确定其特性。间接测定法是把要测定动力的机器安装在有足够弹性变形的专用结构上，先进行结构的静力和动力特性的测定（可采用突加或突卸荷载法），确定出结构的刚度和惯性力矩、自振频率、阻尼比及已知简谐外力作用下的振幅。然后，开动机器用仪器测定并记录结构的振动情况，根据所测数据来确定动力机器的特性。比较测定法是通过比较振源的承载结构（楼板

5、、框架或基础）在已知动荷载作用下的振动情况和待测振源作用下的振动情况，进而得出动荷载的特性。2）结构动力特性试验(dynamic properties of structure)自振频率、阻尼比、振型参数与外载无关，与自身特性有关。3实体试验和模型试验（1）实体试验（prototype testing）试验对象：实际结构或构件。试验目标：对结构的整体性能及结构构造进行全面观测了解。试验结果：结论可靠。（2）模型试验（model testing）试验对象：按比例关系复制的试验代表物；试验目标：模型受力后重演原型结构的实际工况，可实现多参数、多试件，可重复，实施方便，费用低。试验结果：按照相似理论

6、由模型试验结果推算实际结构的性能，存在尺寸效应。4试验室试验和现场试验第二章 土木工程结构试验的设计第一节 研究性试验（research oriented testing）4个阶段：设计、准备、实施和总结总结阶段实施阶段设计阶段准备阶段数据处理试验分析试验报告试验加载观察记录试件制作试件安装仪器调试试件设计加载方案量测方案安全措施图 研究性试验的一般过程。第三章 加载设备与试验装置进行结构试验时，应在试验结构上再现要求的荷载，即试验荷载。试验荷载绝大多数是模拟荷载，而产生这些模拟荷载的方法很多，一般都通过加载设备和试验装置产生，可用于结构试验的加载设备有重物、气压、机械机具、液压、动力激振以及

7、与它们相匹配的各种试验装置等。下面将介绍一些最常用的加载设备和试验装置。4.1 重物加载（dead loading）重物加载是利用物体本身的重量施加在结构上作为模拟荷载。在试验室内可以采用的重物有专门制作的标准铸铁法码、混凝土试块、水箱等；在现场试验可以就地取材如砖、砂、石、袋装水泥等建筑材料，或废构件、钢锭等。重物可以直接加在试验对象上，也可以通过杠杆系统间接加在试验对象上。 重物直接加载重物直接加载应注意的几个问题：当采用铸铁法码、砖块、袋装水泥等作均布荷载时，应注意重物尺寸和堆放距离（图）；当采用砂、石等松散颗粒材料作为均布荷载时，切勿连续松散堆放，宜采用袋装堆放，以防止砂石材料磨擦角引

8、起的拱作用；当环境湿度不同时，可能引起砂石重量随含水率而变化，造成荷载值的不稳定。 杠杆加载方法（levered deadweights loading）重物作集中荷载试验时，常采用杠杆原理将荷载值放大，如图所示。杠杆应保证有足够的刚度，杠杆比一般不宜大于5。三个支点应在同一直线上，保持荷载稳定、准确。避免因结构变形、杠杆倾斜而导致杠杆放大，比例失真。现场试验时，杠杆反力支点可用重物、桩支承、墙洞或反弯梁等作支撑（图4.1.5）。4.2 气压加载（air loading）气压加载分为正压加载和负压加载两种。负压加载适用于壳体结构试验，缺点是安装量测仪表受到限制，观测裂缝不方便等。4.3 机械机

9、具加载（mechanical loading）4.4 液压加载（hydraulic loading）液压加载是目前最常用的试验加载方法。它的最大优点是利用油压使液压千斤顶产生较大的荷载，试验操作安全方便。液压加载系统通常是由油泵、油管系统、千斤顶、加载控制台、加载架和试验台座等组成，如图所示。 液压千斤顶（hydraulic jack） 大型结构试验机大型结构试验机本身就是一种比较完善的液压加载系统。它是在实验室内进行大型结构 电液伺服加载系统电液伺服加载系统主要是由电液伺服作动器（伺服千斤顶）、控制系统和液压源三大部分组成，见图。它可以将荷载、应变、位移等不同力学参量直接作为控制参数，实行自

10、动控制，并在试验过程中进行控制参量的转换。 地震模拟振动台（shaking table）地震模拟振动台是进行结构抗震试验的一种先进试验设备，是由振动台台体结构、液压驱动和动力系统、控制系统及测试和分析系统组成，见图。4.5 动力激振加载法（dynamic loading） 惯性力加载法（inertia force loading）按产生惯性力的方法通常将其分为冲击力加载法、离心力加载法和直线位移惯性力加载法。1冲击力加载（impact loading）冲击力加载的特点是荷载作用时间极为短促，在它的作用下使被加载结构产生自由振动，适用于进行结构动力特性的试验。冲击力加载方法有初位移法和初速度法两

11、种。2离心力加载（centrifugal force loading）3直线位移惯性力加载（liner displacement inertia force loading） 电磁加载（electromagnetic loading） 现场动力试验的激振方法1人体激振动加载法（vibration loading by human）2人工爆炸激振法（vibration loading by artificial explosion）3环境随机振动激振法（stochastic vibration）4.6 加载装置（loading devices）4.6.1 试验台座（test floor）1槽式试

12、验台座（channel type）2地锚式试验台座（ground anchor type）3箱式试验台座（box anchor type）4槽锚式试验台座（channel anchor type）5抗弯大梁式台座（beam type）6空间桁架式台座（space truss type） 水平反力墙或反力架（horizontal reaction setup）水平反力装置主要由反力墙（或反力架）及千斤顶水平连接件等组成。反力墙一般为固定式，而反力架则有固定式和移动式两种。 竖向荷载架（vertical reaction setup）竖向反力装置主要由荷载架、千斤顶连接杆件组成。1荷载架（reac

13、tion setup）2加载器（千斤顶）与荷载架连接件 分配梁（transformation beams） 支座与支墩（supports and buttress）对于不同的结构形式和不同的试验要求，可使用不同的支座和支墩。1支座（supports）按作用方式不同，支座有滚动铰支座、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）。铰支座一般都用钢材制作，常见的构造形式如图所示。对铰支座的基本要求如下：（1）保证试件在支座处能自由转动；（2）保证试件在支座处力的传递。如果试件在支承处没有预埋支承钢垫板，试验时必须另加垫板。其宽度一般不得小于试验支承处的宽度，支承垫板的长度可按式计算：

14、 （）式中 支座反力，N；试件支座宽度，mm；试件材料的抗压强度设计值，N/mm2；滚轴中心至垫板边缘的距离，mm。（3）构件支座处铰的上下垫板要有一定刚度，其厚度为： （）式中 试件材料的抗压强度设计值，N/mm2；垫板材料的强度设计值，N/mm2。（4）滚轴的长度，一般取等于试件支承处截面宽度。（5）滚轴的直径，可参照表选用，并按式4.6.3应进行强度验算。 （4.6.3）式中 滚轴材料的弹性模量，N/mm2； 滚轴半径，mm。表4.6.1 滚轴直径选用表滚轴受力（kN/mm）< 22446滚轴直径（mm）5060608080100对于不同的结构形式，要求有不同的支座形式第四章 量测

15、仪器与采集系统第一节 概述（introduction）一、 量测仪器的组成（components of instrumentation）三个基本部分：感受放大显示记录机械式仪器与电测仪器的不同：一体、分体二、量测仪器的工作原理（theory of instrumentation）偏位测定法：根据量测仪器产生的偏转或位移定出被测值。例：百分表、双杠杆应变仪、动态电阻应变仪零位测定法：用已知的标准量去抵消未知物理量引起的偏转，使被测量和标准量对仪器指示装置的效应经常保持相等，指示装置指零时的标准量即为被测物理量。例：称重天平、静态电阻应变仪三、量测仪器的主要性能指标（instrumentation

16、 indices）1量程（range）：仪器能测量的最大输入量与最小输入量之间的范围。 2刻度值（scale interval）：仪器指示装置的最小刻度所指示的测量数值。3分辨率（resolution）：使仪器指示值发生变化的最小输入变化值。 4灵敏度（sensitivity）：单位输入量所引起的仪表指示值的变化。如百分表：mm/mm，测力传感器：。5精确度/精度（accuracy）：仪表指示值与被测真值的符合程度。6滞后（lag）：仪器的输入量从起始值增至最大值的测量过程称为正行程；输入量由最大值减至起始值的测量过程称为反行程。同一输入量正反两个行程输出值间的偏差称为滞后。常以满量程中的最大

17、滞后值与满量程输出值之比表示。7线性范围（linear range）：保持仪器的输入量和输出信号为线性关系时，输入量的允许变化范围。8频响特性（frequency response characteristics）：仪器在不同频率下灵敏度的变化特性。9相移特性（phase shift characteristics）：振动参量经传感器转换成电信号或经放大、记录后在时间上产生的延迟叫相移。四、量测仪器的选用原则（selection of instruments）（1）符合量测所需的量程及精度要求。最大被测值控制在仪器的2/3量程。仪器的最小刻度值不大于最大被测值的5。（2）动态试验量测仪器，其相

18、关性能（线性范围、频响特性以及相移特性等）都应满足试验要求。（3）对于安装在结构上的仪器或传感器，要求自重轻、体积小，不影响结构的工作。夹具安装设计（4）同一试验中选用的仪器种类应尽可能少，以便统一数据的精度，简化量测数据的整理工作和避免差错。（5）选用仪器时应考虑试验的环境条件。（6）应从试验实际需要出发，选择仪器的精度。测定结果的最大相对误差不大于5即满足要求。五、仪器的率定（equipment calibration）率定：为了确定仪器的精确度或换算系数，确定其误差，需将仪表指示值和标准量进行比较。第二节 应变量测（strain measurement）应变量测一般是用应变计测出试件在一

19、定长度范围（称为标距）内的长度变化，再计算出应变值。测出的应变值实际是标距范围内的平均应变。种类：电测与机测一、机测引伸仪（mechanical strain gauge）常用机测引伸仪有以下几种：1手持式应变仪（hand-held strain gauge）2千分表测应变装置（micro dial gauge）特点：装置构造简单，廉价；测量精度较高；可重复利用；脚座较长，不适合测量有弯曲变形的构件。二、电阻应变计（resistance strain gauge）又称电阻应变片，是电阻应变量测系统的感受元件。2、原理由物理学可知，金属电阻丝的电阻R与长度l和截面面积A有如下关系： （4.2.1

20、）式中 电阻率，；电阻丝长度，m；电阻丝截面积，mm2。当电阻丝受到拉伸或压缩后，如图4.2.5所示，相应的电阻变化可由式4.2.1两边进行微分后即得： （4.2.2）上式两端同除以，有： （4.2.3）如果设电阻丝的泊松比为，则有： （4.2.4）将式和代入式3.2.3，得： （4.2.5）令，则： （4.2.6）式中 电阻应变计的单丝灵敏系数，对确定的金属或合金而言为常数。式4.2.6说明电阻丝感受的应变和它的电阻相对变化成线性关系，当金属电阻丝用胶贴在构件上与构件共同变形时，可由式3.2.6测得试件的应变。式4.2.6也可以用电阻应变片的灵敏系数来表示： （4.2.7）金属单丝的灵敏系数

21、与相同材料做成的应变片的灵敏系数稍有不同。由于应变片的丝栅形状对灵敏度的影响，电阻应变片的灵敏系数值一般比单根电阻丝的灵敏系数小，由试验求得。式的意义：揭示了电阻变化率与机械应变之间确定的线性关系；建立了机械量与电量之间的相互转换关系。3、性能指标：（1）标距：电阻丝栅在纵轴方向的有效长度。（2）电阻值R：电阻应变片的电阻值为120。（3）灵敏系数K：电阻应变片的灵敏系数取值范围在1.92.3之间，通常，2.0。应变极限、机械滞后、疲劳寿命、零飘、蠕变、绝缘电阻、横向灵敏系数、温度特性、频响特性等性能。电阻应变片的粘贴技术详见附录B。三、电阻应变仪（electrical resistance

22、strain instrument）1、组成:振荡器、量测电路、放大器、相敏检波器、电源2、原理:电阻应变仪的测量原理是通过惠斯登电桥,将微小电阻变化转变为电压或电流变化4多点测量线路（multipoint measurement circuit）进行实际测量时，一个测点显然是不可取的，因而要求应变仪具有多个测量桥，这样就可以进行多测点的测量工作。多点测量线路主要有工作肢转换法和中线转换法。工作肢转换法每次只切换工作片，温度补偿片为公用片；中线转换法每次同时切换工作片和补偿片，通过转换开关自动切换测点而形成测量桥。5温度补偿（temperature compensation）由于环境温度变化的

23、影响，通过应变片的感受，可引起电阻应变仪指示部分的示值变动，这种变动称为温度效应。而电阻丝通常为镍铬合金丝，温度变动1，将产生相当于钢材应力为14.7N/mm2的示值变动，这一量不能忽视，必须设法加以消除。消除温度效应的方法称为温度补偿。温度补偿可采用温度补偿片法、工作片互补法和温度自补偿片法三种。（1）温度补偿片法（2）工作片互补法以上两种方法都是通过桥路连接方法实现温度补偿的，又统称为桥路补偿法。（3）温度自补偿应变片法第三节 位移量测（displacement measurement）一、线位移传感器：百分表、千分表、电子百分表、电阻式位移传感器线性差动电感式位移传感器1、机械式百分表和

24、千分表（mechanical dial gauges）测试方法：当滑动的测杆跟随被测物体运动时，带动百分表内部的精密齿轮转动，精密齿轮机构将微小的直线运动放大为齿轮的转动，从百分表的表盘就可读出线位移量。2张拉式位移传感器（stretching displacement sensor）测试方法：通过钢丝与被测物体相连，钢丝缠绕在张拉式位移传感器的转轴上，钢丝的另一端悬挂一重锤。当被测物体发生位移时，重锤牵引缠绕钢丝推动传感器指针旋转，然后从传感器的表盘读数。最大的优点：是量程几乎不受限制，可以用于大变形条件下的位移测量。读数精度0.1mm。在室外条件下应注意温度影响钢丝长度的变化。3电阻应变式

25、位移传感器（electrical resistance displacement sensor）测试方法：测杆通过弹簧与一固定在传感器内的悬臂梁相连，在悬臂梁的根部粘贴电阻应变片。测杆移动时，带动弹簧使悬臂梁受力产生变形，通过电阻应变仪测量电阻应变片的应变变化，再转换为位移量。4滑动电阻式位移传感器（sliding electrical resistance displacement sensor）基本原理：是将线位移的变化转换为传感器输出电阻的变化。与被测物体相连的弹簧片在滑动电阻上移动，使电阻输出电压值发生变化，通过与的参考电压值比较，即可得到输出电压的改变量。5线性差动电感式位移传感器（

26、linear variable differential transformer, LVDT）工作原理：是通过高频振荡器产生一参考电磁场，当与被测物体相连的铁芯在两组感应线圈之间移动时，由于铁芯切割磁力线，改变了电磁场强度，感应线圈的输出电压随即发生变化。通过标定，可确定感应电压的变化与位移量变化的关系。二、角位移传感器（angular displacement sensor）水准式倾角仪电子倾角仪1水准式倾角仪（inclinometer）测试方法：水准管1安置在弹簧片4上，一端铰接于基座6上，另一端被微调螺丝3顶住。当仪器用夹具5安装在测点上后，用微调螺丝使水准管的气泡居中，结构变形后气泡漂

27、移，再扭动微调落实使气泡重新居中，度盘前后两次读数的差即为测点的转角。仪器的最小读数可达12，量程为3°。尺寸小、精度高。受湿度及振动影响大，在阳光下曝晒会引起水准管爆裂。2电子倾角仪（electric inclinometer）原理：通过电阻变化测定结构某部位的转动角度。主要构造：导电液体的容器三根固定电极。测试方法：（1）电极等距离设置且垂直于器皿底面，当传感器处于水平位置时，导电液体的液面保持水平，三根电极浸入液内的长度相等，故A、B极之间的电阻值等于B、C极之间的电阻值，即。（2）使用时将倾角仪固定在试件测点上，试件发生微小转动时倾角仪随之转动。因导电液面始终保持水平，因而插

28、入导电液体内的电极深度必然发生变化，使减小，增大。（3）若将AB、BC视作惠斯登电桥的两个臂，则建立电阻改变量与转动角度间的关系就可以用电桥原理测量和换算倾角，。三、光纤位移传感器（fiber optic displacement sensor）优点：有不受电磁干扰防爆性能好不会漏电打火可根据需要做成各种形状，可弯曲可以用于高温、高压、绝缘性能好，耐腐蚀3光纤传感器类型（types of fiber optic sensor）（1）功能型（function type fiber optic sensor）FF又称传感型 （2）非功能型（non- function fiber-optic sen

29、sor）NFF又称传光型 4反射式光纤位移传感器（reflection fiber-optic displacement sensor） 半分式、共轴式、混合式第五节 裂缝量测（crack detection）一、量测裂缝的方法(crack detection methods)1肉眼观察（visual inspection）最常用的方法是在试件表面涂白石灰水并待其干燥，试件受荷后，便会在石灰涂层表面留下裂缝，借助放大镜用肉眼观察裂缝的出现；2贴应变片（surface bond strain gauge）利用粘贴在混凝土受拉区的电阻应变片，当混凝土开裂时，如果裂缝贯穿电阻应变片，该应变片的读数突

30、变，从而可以判断开裂部位；3涂导电漆膜（conductive coating）在混凝土试件受拉区表面涂上一种专用导电漆膜，干燥后两端接入电路。当混凝土裂缝宽度达到0.0010.005时，导电漆膜会出现火花直至烧断，以此判断裂缝出现。4超声波检测（ultrasonic inspection）基于发声原理，采用声传感器捕捉材料开裂时发射声能所形成的声波，经信号转换后，识别裂缝出现的部位。二、裂缝宽度量测仪器（instrumentation for measuring crack width）1读数显微镜（microscope）2裂缝读数卡（crack reading chart）第5章 静力试验第

31、一节 单调静力荷载试验（monotonic static load testing）一、单调静力荷载试验加载制度（monotonic static loading testing procedure） 试验加载制度：指试验实施过程中荷载的施加程序或步骤。试验加载程序：指试验进行期间荷载与时间的关系。一般分为预载、正常使用荷载、极限荷载1预载（preloading）目的： 使试件各部分接触良好，进入正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定； 检验全部试验装置的可靠性； 检验全部量测仪表工作正常与否； 检查现场组织工作和人员的工作情况，起演习作用。预载：三级，每级20，分级卸载，23级卸完。注意：每加

32、(卸)一级荷载，停歇10min。对于开裂较早的混凝土结构，预加荷载不宜超过计算开裂荷载的70(含自重)，以保证在正式试验时能得到开裂荷载。2正式加载（loading）3卸载（unloading）4一般要求（general requirements）分级加(卸)载的目的：便于控制加(卸)载速度；方便观察和分析结构变形情况，利于各点加载统一步调。根据试验目的和试件类型来确定：每一级荷载增量的大小和分级的数量。对于混凝土结构的规定：GB50152-1992混凝土结构试验方法标准（1）根据试件的受力特点和要求，计算试件的使用状态短期试验荷载值（以下简称为短期荷载值）。在达到短期荷载值以前，每级加载值不

33、宜大于短期荷载值的20，超过短期荷载值后，每级荷载值不宜大于短期荷载值的10。（2）为了较准确的捕捉开裂荷载，对于研究性试验，加载到达开裂荷载计算值的90以后，每级加载值不宜大于短期荷载值的5；对于检验性试验，荷载接近抗裂检验荷载时，每级荷载不宜大于该荷载值的5；裂缝出现后，仍按第（1）条的要求加载。（3）每级卸载值可取为短期荷载值的2030；每级卸载后在构件上的剩余值宜与加载时的某一荷载值对应，以便在同一荷载值下进行测试数据的比较。在混凝土结构的分级加载制度中，应按同一标准来选取每级加载或卸载的荷载持续时间，因为在荷载持续时间内，结构或构件的变形和裂缝可能一直变化。因此，应在测量数据相对稳定

34、后才能施加下一级荷载。二、受弯构件的试验（bending specimen testing）1加载方案（loading scheme）2量测方案：承载力、挠度、抗裂度、裂缝量测应变：分析构件中该部位的应力大小和分布规律。（1）挠度测量：支座沉陷的影响（2）应变测量（3）裂缝量测包括测定开裂荷载、裂缝位置，裂缝的宽度和深度以及描述裂缝的发展和分布。三、受压构件的试验（compression element testing） 受压构件（包括轴心受压和偏心受压构件）是建筑结构中的基本承重构件，主要承受竖向压力，柱子是最常见的受压构件。1加载方案（loading scheme）受压试验可以采用正位或卧

35、位试验加载方案。对于轴压、小偏压、大偏压、压弯构件的试验，试件形式、加载图示、测试方法均有不同。中心受压柱安装时一般先将构件进行几何对中，即将构件轴线对准作用力的中心线。构件在几何对中后再进行物理对中，即加载到2040的试验荷载时，测量构件中央截面两侧或四个面的应变，并调整作用力的轴线，使其达到各点应变均匀为止。在构件物理对中后即可进行加载试验。对于偏压试件，也应在物理对中后，沿加力中线量出偏心距离，再把加载点移至偏心距的位置上，进行试验。2量测方案（measuring scheme）受压构件的试验，一般需要量测其破坏荷载、各级荷载下的侧向挠度值及变形曲线、控制截面或区域的应力变化规律以及裂缝

36、开展情况。图1为偏心受压短柱试验时的测点布置图。第二节 拟静力试验（pseudo-static structural testing）拟静力试验，伪静力试验，低周反复荷载试验，属于工程结构抗震试验。基本原理：用低周往复循环加载的方法对结构构件进行静力试验，试验中控制结构的变形值或荷载量，使结构构件在正反两个方向反复加载和卸载，用以模拟结构在地震作用下的受力过程。目的：用静力方法研究地震作用下构件的受力和变形性能。通过试验获得结构构件超过弹性极限后的荷载变形工作性能和破坏特征，用以比较和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的可靠性，进而为建立数学模型进行结构抗震非线性计算机分析提

37、供依据。一、加载装置（loading setup）拟静力试验加载装置：反力墙、专用抗侧力构架加载设备：推拉千斤顶或电液伺服作动器。加载装置类型：1以剪切变形为主的构件（specimens with shear deformation）以剪切变形为主的构件的试验装置见图5.2.1。试件上下对称，推拉千斤顶或作动器安装在试件的1/2高度上，平行联杆机构的杠杆和L型杠杆均应有足够的刚度，连接铰应作精密加工，尽可能减小间隙和摩阻力。2以弯剪变形为主的构件（specimens with bending-shear deformation）以弯剪变形为主的构件的试验装置见图5.2.2，垂直荷载的施加宜采用

38、仿重力荷载架，尽可能减小滚动摩擦力对推力抵消作用。3梁柱节点（beam-column joint）二、加载制度及加载方法（pseudo-static testing loading procedure）试验过程中应遵循一定的加载制度。目前，对于拟静力试验主要有单向反复加载制度和双向反复加载制度。1单向反复加载制度（one-way reverse loading procedure）单向反复加载制度有变形控制加载、荷载控制加载以及荷载变形双控制加载3种方法。（1）变形控制加载法变形控制加载法，根据控制位移值规律的不同，又可分为变幅加载、等幅加载和变幅等幅混合加载3种。1）变幅加载2）等幅加载3）

39、变幅等幅混合加载（2）荷载控制加载法控制作用力的加载方法是通过控制施加于结构或构件的作用力数值的变化来实现低周反复加载的要求。它与变形控制加载方法不同，变形控制加载法可以直观的根据试验对象屈服位移的倍数来研究结构的恢复特性。（3）荷载变形双控制加载法三、量测方案（measuring scheme）拟静力试验量测内容可根据试验研究的目的而定。不同试验结构构件有不同的量测内容，以梁柱节点为例（图），通常有以下量测项目。1荷载及支座反力（load and reaction）2荷载变形曲线（loaddeformation curve）3塑性铰区段曲率或转角（curvature or angle of

40、plastic hinge）4节点核心区剪切角（shear angle of joint core）5梁柱纵筋应力（stress of longitudinal rebar in beam or column）6核心区箍筋应力（stress of core stirrups）7钢筋滑移（steel bar slipping）8裂缝（crack developing）四、试验数据整理分析（interpretation and analysis of data）1抗力与变形（resisting force and deformation）2延性系数（ductility factor）3退化率（de

41、gradation rate）退化率反映试验结构构件抗力随反复加载次数增加而降低的指标。当研究强度退化时，用强度降低系数表示并按下式计算： （5.2.3）式中 强度降低系数；位移延性系数为时，第次加载循环的峰点荷载值；位移延性系数为时，第一次加载循环的峰点荷载值。当研究刚度退化时，即在位移不变条件下，随反复加载次数的增加而刚度降低的情况，用环线刚度表示并按下式计算： （5.2.4） 式中 环线刚度；位移延性系数为时，第次循环的峰点 荷载值；位移延性系数为时，第次循环的峰点 位移值；循环次数。4能量耗散（energy dissipation）第三节 拟动力试验（pseudo-dynamic te

42、sting）拟动力试验又称联机试验，是将地震实际反应所产生的惯性力作为荷载加在试验结构上，使结构所产生的非线性力学特征与结构在实际地震动作用下所经历的真实过程完全一致。但是，这种试验是用静力方式进行的而不是在振动过程中完成的，故称拟动力试验。一、拟动力试验的基本原理（principle of pseudo-dynamic testing）目的：真实对模拟地震对结构的作用基本原理：用计算机直接参与试验的执行和控制，包括利用计算机按地震实际反应计算得到的位移时程曲线驱动和控制电液伺服加载器（又称作动器）对结构施加荷载。同时进行结构反应的量测和数据采集，经检测装置处理后，联机系统将结构试验得到的反应

43、量立即输入计算机，从而得到结构的瞬时非线性变形和恢复力之间的关系，再由计算机算出下一次加载后的变形，并将计算所得到的各控制点的变形转变为控制信号，驱动加载器强迫结构按实际地震反应实现结构的变形和受力。二、拟动力试验的设备（equipment for pseudo-dynamic testing）拟动力试验的加载设备一般由计算机、加载装置与加载控制系统等组成。三、试验步骤（testing procedures）拟动力试验是由专用软件系统通过数据库和运行系统来执行操作指令并完成预定试验过程的， 第四节 试验数据的整理与分析（testing data interpretation）本章主要从试验量测

44、值的取舍、数据的统计分析、试验结果的表达几方面进行阐述。一、试验数据的取舍（testing data selection）1量测数据修约（round data）采集得到的数据有时杂乱无章，不同仪器得到的数据位数长短不一，应该根据试验要求和测量精度，按照数值修约规则进行修约，把试验数据修约成规定有效位数的数值。数据修约时应按下面的规则进行：（1）拟舍弃数字的最左一位数字小于5时，则舍去，即保留的各位数字不变。例如，将12.1498修约到一位小数，得12.1。（2）拟舍弃数字的最左一位数字大于5，或者是5，但其后跟有非全部为0的数字，则进1，即保留的末位数字加1。例如，将10.68和10.502修

45、约成两位有效位数，均得11。（3）拟舍弃数字的最左一位数为5，而右边无数字或皆为0 时，若所保留的末位数字为奇数（l，3，5，7，9）则进1，为偶数（2，4，6，8，0）则舍弃。例如，将33500和34500修约成两位有效位数，均得34×103。（4）负数修约，先将它的绝对值按上述规则修约，然后在修约值前面加上负号。例如，将0.03650和0.03552修约到0.001，均得0.036。（5）拟修约数值应在确定修约数字位数后，一次修约，不得多次按上述规则连续修约。例如，将15.4546 修约到l位数字，正确的做法为15.454615；不正确的做法为15.4546 15.45515.4

46、615.516。2异常数据的剔除（disorder data elimination）在测量中，有时会遇到个别测量值的误差较大，并且难以解释，这些个别数据就是所谓的异常数据，应该把它们从试验数据中剔除。剔除数据需要有充分的依据，通常依据下述原则：（1）准则鉴于误差（随机变量）服从正态分布，标准差为，由概率论可知：在范围内，误差出现的概率为99.7%，即误差的绝对值的概率为0.3%。因此，在大量的量测中，当某一个数据误差的绝对值（偏差）大于时，可以舍去。即满足式时，就可以剔除该数据。 （）式中 第个测量数据； 测量数据均值。实际工作中，使用准则的前提是取得足够多的测量数据，形成数据的统计参数，当

47、量测数据较少时，可采用数据分布的格拉布斯（Grubbs）方法。（2）格拉布斯（Grubbs）方法格拉布斯是以分布为基础，根据数理统计理论，按危险率（剔错的概率，在工程问题中，置信度一般取95%，=5%）和子样容量（即测量次数）求得临界值(n，)（表）。若某个测量数据的误差绝对值满足式5.4.2时，即应剔除该数据。 （）式中 样本的标准差；(n，)临界值，查表确定。（3）肖维纳（Chauvenet）准则在次量测中，认为误差（随机变量）服从正态分布，以概率设定一判别范围，即误差出现的概率小于时，就可以剔除该数据。若有一组个测量数据，当某个测量数据的误差绝对值满足式时，即剔除该数据。 （）式中 测量

48、数据样本的标准差；临界值，可按表确定。对试验数据进行分析，对可能的试验数据进行判断，运用合适的准则剔除误差数据，应根据具体情况进行分析，以免造成误判。 例5-1对某物理量进行了10次量测，数据见表，分别按准则和肖维纳准则，剔除过失误差。表 量测数据序号12345678910测量值45.347.246.349.146.945.946.747.145.745.1解：按照准则由已知得样本值，可计算出量测数据的均值和标准差 若误差（变量）的标准差近似用样本的标准差代替有：由已给出的测试数据均不属于式范围，根据准则，表中测试数据可以全部保留。 按照肖维纳准则由表查得=10时，各量测数据的离差计算值见表5

49、.4.4，其中离差，根据肖维纳准则，应该剔除。由表查得9时，对于剩余的9个数据46.24、0.84，所有离差计算值（见表5.4.5）均小于，根据肖维纳准则，应全部予以保留。表5.4.4 离差计算序号12345678910xi45.347.246.349.146.945.946.747.145.745.1di1.20.7-0.22.60.4-0.70.20.6-0.8-1.41.440.490.046.760.160.490.040.360.641.96表5.4.5 离差计算序号123456789xi45.347.246.346.945.946.747.145.745.1di-0.91.00.1

50、0.7-0.30.50.9-0.5-1.10.811.000.010.490.90.250.810.251.21二、试验误差及误差分析（errors in structure testing）物理量的真值通常又分为理论真值、规定真值和相对真值。1误差的类型（types of errors）误差按其性质可分为三类：（1）过失误差（blunders）（2）系统误差（systematic errors）（3）随机误差（random errors）随机误差具有下列特点：1）在一定的量测条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的限度。这说明量测条件决定了每一次量测所允许的误差范围； 2）随机误差数值是有规律

51、的，绝对值小的出现的机会多，绝对值大的出现的机会少； 3）绝对值相等的正负误差出现的机会相同； 4）随机误差在多次量测中具有抵偿性质，即对于同一物理量进行等精度量测时，随着量测次数的增加，随机误差的算术平均值将逐渐趋于零。因此，多次量测结果的算术平均值更接近于真实值。2误差分析（propagation of random errors）试验量测方法可分为直接量测和间接量测两类。所谓直接量测就是将被测试的物理量和所选定的度量单位进行比较；而间接量测则是根据各个物理量之间已知的函数关系，从直接测定的某些量的数值计算另一些量，例如，通过应变（或位移）、材料的弹性模量、构件的几何尺寸的量测来推算出结构

52、的承载能力。试验中经常遇到的情况是所要求的物理量并不便于或不宜直接量测，而是要在采集一些相关数据后，通过一系列的变换，将其换算为所需要的物理量。例如，将采集到的应变换算成相应的力、位移及曲率等。显然，材料应力的计算精确度依赖于其弹性模量及应变的量测精确度，也就是说，后两者的量测误差将会对前者产生影响。因此，尚需注意函数的误差和函数中诸量的误差之间存在的关系，请参见相关的书籍，这里不再详述。三、试验结果的表达（expression of testing result）常用的试验数据表达方式有表格法、图形法和函数公式， 第6章 动力试验动力试验特殊性：1、引起结构振动的动荷载是随时间而改变的；2、

53、结构在动载作用下的反应与结构本身动力特性有密切关系。第一节 动荷载的特性试验（dynamic testing）动力分析 隔振设计测主振源 动荷载自身参数动荷载的特性：包括作用力的大小、方向、频率及其作用规律地震荷载、风荷载：概括性、代表性、特殊性一、测主振源的方法（detection of principal vibration source）实测振动波形 主振源 特性二、动荷载的参数测定（measuring dynamic load properties）（1）直接测定法（2）间接测定法（3）比较测定法 第二节 结构的动力特性试验（dynamic testing of structure p

54、roperties）结构的动力特包括结构的自振频率、阻尼比、振型等参数。参数决定于结构的形式、刚度、质量分布、材料特性及构造连接等因素，而与外载无关。结构的动力特性是进行结构抗震计算、解决结构共振问题及诊断结构累积损伤的基本依据。最基本内容一、自由振动法（free vibration method）二、共振法（resonance method）整体结构动荷载试验多为水平方向激振，楼板和梁的动荷载试验多为垂直方向激振。第四节 模拟地震振动台试验（shaking table testing）地震对结构的作用是由于地面运动而引起的一种惯性力。通过振动台对结构输入正弦波或地震波，可以再现各种形式地震波输入后的结构反应和地震震害发生的过程，观测试验结构在相应各个阶段的力学性能