第一节结构试验设计

1、第一章第一章 结构试验设计结构试验设计1.1 概 述1、结构试验过程：试验设计、试验准备、试验实施和试验分析四个阶段。其中试验设计是结构试验成功与否的关键环节。2、试验设计内容试件设计：试件形状、尺寸、数量荷载设计：荷载图式、加载设备、加载制度观测设计：观测项目、测点布置、测试仪器误差控制：试件制作安装、材料性能、加载及测量误差安全措施：试验人员、试验对象、仪器设备的安全试验进度：经费预算：3、试验准备试件制作与安装加载设备安装调试测试设备标定、调试材料性能试验试验人员组织分工。4、试验实施加载试验数据采集裂缝分布图破坏形态记录5、试验分析数据的处理结构性能参数结构破坏机理结构性能评价试件可以

2、是原型的全部或部分。设计时，突出研究问题的主要因素，忽略只要因素，确保试验中研究部位受力一致。科研试验：试件形状、尺寸、数量和构造，同时满足结构和受力的边界条件要求。鉴定试验：确定具体试验或检验的部件和部位。?重要工程综合鉴定：选结构受力最不利部位。?施工质量和受灾结构：以受损程度和加固补强的需要，确定测试部位和构件。?预制构件检验：按相关标准规定，在同批产品中随机抽取检验样品数量。（GB50204-2002 砼施规范）1.2 试件设计试件设计一、试件形状一、试件形状试验时形成和实际工作相一致的应力状态和边界条件。框架梁、柱和节点试件设计：试验柱A-A、B-B部位框架梁C-C、D-D试件框架节

3、点试件梁柱取1/2梁跨和1/2柱高柱挠曲破坏 柱剪切破坏砌体墙体试件砌体墙体试件横墙纵墙二、试件尺寸二、试件尺寸试件尺寸受到尺寸效应、构造要求、试验设备和经费条件等因素的制约。一般情况，研究性试验采用缩尺模型。研究局部： 141，研究整体结构：11012。鉴定性：选用原型构件，如屋架、吊车梁和屋面板。?框架：1/41/2；框架节点：1/21。?单层剪力墙0.8x1.01.78x2.74M，多层1/101/3?砌体墙体：1/41/2。?薄壳和网架等大跨结构：1/51/20。?振动台试验模型：1/501/4。三、试件数量三、试件数量鉴定试验： 预制构件按“GB50204-2002 砼施工验收规范”

4、规定，每批（不超过三个月的1000件同类型产品为一批）中随机抽取一件进行检验。 抽样时，取设计荷载最大、受力最不利或生产数量最多的构件中抽取。（“同类型产品”是指采用同一钢种、同一混凝土强度等级、同一工艺、同一结构形式的构件）。科研试验：由研究问题的影响因素个数A(分析因子）和每个因素的变化数B（水平数）确定。?砖砌体的抗剪强度与截面积、砂浆强度、垂直应力AB试件号 截面积A 砂浆强度垂直压应力抗剪强度10.20.50.0640.0920.20.50.3020.2430.22.50.0640.16940.22.50.3020.40750.70.50.0640.06460.70.50.3020.

5、16070.72.50.0640.11180.72.50.3020.275?fv随A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。n利用正交试验设计，可以减少试件数量（等于利用正交试验设计，可以减少试件数量（等于水平水平数的平方数的平方）。如砖抗剪强度研究的试件为）。如砖抗剪强度研究的试件为4。但不能。但不能提供某一因子的单值变化。提供某一因子的单值变化。试件号 截面积 砂浆强度 垂直压应力 抗剪强度10.20.50.0640.0940.22.50.3020.40750.70.50.3020.16070.72.50.0640.111(1+4)/20.21.50.1830.248(

6、5+7)/20.71.50.1830.136(1+5)/20.450.50.1830.125(4+7)/20.452.50.1830.257(1+7)/20.451.50.0640.105(4+5)/20.451.50.3020.283四、构造措施四、构造措施防止局部受压破坏和按预定的破坏方式破坏。1.3 荷载设计荷载设计试件就位形式、荷载图式、荷载装置及加载制度的设计等。一、试件就位形式?1）正位试验：试验时，结构构件安装位置与实际工作状态相一致。?2）异位试验：试验时，结构构件安装位置与实际工作状态不相一致。便于加载和观测，试验较安全。反位试验：与正位试验在空间位置上相差180度。卧位试验

7、：与正位试验在空间位置上相差90度。 1.试件 2.加固后作荷载平衡用的屋架 3.支承反力架 1.液压加载器 5.荷载传感器 图49 屋架成对卧位试验?3）原位试验二、二、 荷载图式荷载图式 荷载图式：与结构设计计算的荷载图式，或者实际荷载情况一致。有时受试验条件的限制和加载方便，也常用等效荷载图式（控制截面内力相等，内力图形相近）。等等 效效 荷荷 载载框架梁图式框架梁图式 柱荷载图式柱荷载图式框架节点荷载图式框架节点荷载图式框架节点梁端和柱端边界模拟框架节点梁端和柱端边界模拟三、荷载装置三、荷载装置1、应有足够的强度储备：加载值的1.7倍。2、应有足够的刚度：减小试件临近破坏时，试验装置积

8、蓄的变形能量对试件产生过大冲击。3、满足试件的边界条件和受力变形的真实状态，不产生卸荷和约束作用。4、注意支承点摩擦力对试件的影响。四、试验荷载值四、试验荷载值?裂缝宽度：正常使用极限状态试验荷载值Qs 。?抗裂性试验：抗裂检验系数(实测值/设计值) XQs ；?承载能力试验：承载力检验系数(实测值/设计值) XQd 。?科研试验：根据材性和截面的实际参数计算试验荷载值。?鉴定试验：对于已建结构的可靠性检验，由于材性和截面的实际参数已知，也可参照科研性试验的方法来确定试验荷载值。?结构动力试验：应考虑动力荷载的动力系数。五、五、 加载制度加载制度1）概念：指试验进行期间荷载的大小和方向与时间的

9、关系。2）加载制度：预载、标准荷载（正常使用荷载）和破坏荷载。预载预载 1）目的：）目的：使试件进入正常工作状态；检验加载装置的可靠性和测试系统是否工作正常。 2）荷载）荷载：一般分三级，每级20%标准荷载，然后分2-3级卸完。对混凝土构件不超过70%开裂荷载。标准荷载标准荷载QS ： 1)一般原则：一般原则：五级，每级20%QS 。 QS后每级 10% QS ；90%开裂或破坏荷载后，每级 5% QS 。 2)对于柱对于柱，按(1/101/15)Qu分级，接近开裂和破坏荷载时每级细分2-3级。 3)对于砌体对于砌体，按10%Qu分级，80%后不分级。卸载：卸载：按加载级别，也可放大级别，可取

10、2050 QS 。持荷时间持荷时间：钢结构10min；钢筋砼结构 15min，标准荷载时 30min。抗裂检验荷载：10-15imn；大跨：短期荷载下12h.1.4 观测设计观测设计试验目的=观测项目=测点布置=测量仪器一、观测项目1、静力试验整体变形：挠度、位移、转角和支座偏移等；局部变形：应变、裂缝、钢筋滑移等。在确定试验的观测项目时，首先应该考虑整体变形。2、动力试验动力特性：自振频率（周期）、振型和阻尼动力反应：振幅、频率（频谱）、速度、加速度、动应变、动力系数等。1.4 观测设计观测设计（续）（续）二、测点布置原则1、测点数量：满足试验要求的前提下，宜少不宜多。测某一部位的最值：1-

11、3点（最大挠度、应力）；测分布规律不少于五点（如挠曲线、截面应力分布）。2、测点位置：具有代表性。控制测点：最不利位置校核测点：结构边缘凸角，对称位置。方便安全，便于操作。1.4 观测设计观测设计（续）（续）三、测量仪器选择仪器精度：仪表的最小刻度不大于5%的最大被测值。仪器量程：被测最大值在1/5-2/3量程内。型号规格：尽可能一致，种类愈少愈好。仪器种类：被测物理量的类型和测点位置、数量。测点数量很多且测点又位于很高很远的部位，则采用电测仪表和自动记录仪器。动测仪器：线性范围、频响特性、相位特性和仪器的配套性。四、数据测读四、数据测读1）试验前，进行读初始读数。2）试验时，在每级加载、卸载

12、间歇时间内，同时读取数据。3）当荷载维持较长时间不变时（如12h)，应该按规定时间（如加载后的5分钟、10 分钟，30分钟，1小时），以后每隔36小时读数一次。同样，当结构卸载完毕（空载）时，也应按规定时间记录变形的恢复情况。 4）长时间试验，每次读数的同时记录周围环境的温度。5）动载试验和抗震试验，加载与观测同步进行。1.5 误差控制误差控制试件制作误差：严格制作，试验前后测量试件有关尺寸，采用试件的实测尺寸进行理论计算。材料性能误差：试件制作时预留材料试样，测量其力学性能，计算时采用实测材料强度。试验装置误差：不能模拟边界，加载对试件产生约束或卸载。杠杆比例太大使杠杆倾斜产生水平分力，分配

13、梁比例过大和滚动支座设置不当。1.5 误差控制误差控制（续）（续）试件安装误差：支座位置、荷载作用点、支座约束条件。严格与设计相符。仪器误差：仪器安装、使用不当误差和以其本身的量测误差。严格按仪器操作规程使用仪器，测量前后进行系统标定减少误差。试验方法非标准误差：砼试块的尺寸和加载速率，尺寸效应的影响。按有关标准的要求进行试验。1.6 安全措施（人员、仪器设备和试件）安全措施（人员、仪器设备和试件）试件安装要注意吊点的设置，防止开裂与倾覆。荷载装置应有足够安全储备，以防加载装置破坏。严格遵守设备的操作规程使用加载设备。增设保护措施，防止试件失稳和倒塌：对长细试件设置侧向支撑防止侧向失稳。设置安

14、全托架和支墩垫块，防止试件破坏时所加荷载或杠杆等随试件一起塌下。附着式机械仪表应设保护装置，防止试件破坏时损害仪表。试验进入破坏阶段时，应采取特别防护措施，防止碎块、钢筋飞出，危及人身和仪器设备的安全1.7 试验大纲和试验报告试验大纲和试验报告试验大纲（包含试验设计的全部内容）1试验目的。2试件设计及制作要求（试件设计的依据及理论分析，试件数量及施工图，对试件原材料、制作工艺、制作精度等的要求）。3辅助试验内容（辅助试验的目的，试件的种类、数量及尺寸，试件的制作要求，试验方法等）。4.试件的安装与就位（试件的支座装置，保证侧向稳定装置等）。5加载方法（荷载数量及种类，加载设备，加载装置，加载图式，加载程序）。1.7 试验大纲和试验报告试验大纲和试验报告（续）（续）6量测方法（测点布置，仪表型号选