结构试验整理

1、1. 对加载系统的要求加载系统的承力部件必须有足够的强度和刚度，荷载分配系统必须是静定结构系统，以保证荷载传递的准确性。试验用的支座、支墩及支撑应有足够的强度、刚度和稳定性，能够承受荷载可能产生的冲击作用。2.荷载及加载设备：结构试验对仪器设备的要求：1）选用的试验荷载图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力值相一致或极为接近，即使截面或部位产生的内力与设计计算等效。2）荷载传递方式和作用点要明确，产生的荷载值要稳定，满足试验的准确度，特别是静力荷载应不随加载时间、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。4）加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还必须

2、按变形条件来控制加载装置的设计，即应满足刚度要求有足够的强度储备，防止对试件产生卸荷作用而减轻结构实际承担的荷载。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，还能适应同步加载或先后加载的不同要求。6）加载设备不应参与结构工作，导致改变结构的受力状态或使结构产生次应力。7）尽量采用先进技术，减轻劳动强度，提高试验效率和质量。动力荷载有三种：1.撞击荷载：作用时间极为短暂，没有规律性。2.振动荷载：具有周期性。3.复杂荷载。静载作用指对结构或构件不引起加速或加速度可以忽略不计的作用，动载作用指使结构或构件产生不可忽略的加速度反映的直接作用。静力试验加载方式：重物直接加载，杠杆作用间接

3、加载的重力加载，液压加载器（千斤顶）和液压试验机，铰车，差动滑轮组，弹簧和螺旋千斤顶，压缩空气或真空作用。动力试验可用惯性力或电磁系统激振，自动控制、液压和计算机系统结合的电液伺服加载系统，震动台，人工爆破，环境随机激振（脉动法）。3.电伺服回路，（1）组成:由电液伺服加载器或称伺服千斤顶、控制系统和液压源等三大部分组成。（2）作用 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，实行自动控制，并在试验过程中进行控制参量的转换。1.电液伺服系统的工作原理 :利用自动控制和液压技术相结合的电液伺服闭环控制试验加载（见下页图）。 由电液伺服加载器或称伺服液压加载器、控制系统和液压源等三大部

4、分组成。加载系统中的关键部件是电液伺服阀 .（1） 应变片的工作原理，电阻应变片的原理及构造（1）电阻应变片的原理.电阻应变效应：金属丝的电阻值随其机械变形而变化。当金属丝受力而变形（拉伸或压缩）时，其长度、截面积及电阻率将发生变化金属丝的电阻值表示如下温度效应的含义环境温度变化也会引起其阻值变化，从而使应变仪示值变化（称为视应变用t表示），这种现象称为温度效应。温度效应的来源 一是电阻丝由于热胀冷缩而产生阻值变化，二是试件材料与电阻丝栅的线膨胀系数不同电阻丝受到附加的拉压作用而产生阻值变化。温度补偿的含义排除温度影响的措施温度补偿有自补偿应变片和桥路补偿法，后者用得相当普遍，桥路补偿技术的原

5、理是电桥的加减特性，当金属丝受力而变形（拉伸或压缩）时，其长度、截面积及电阻率将发生变化。在一定范围内，应变片的电阻变化率与应变成正比，这就是应变片测量应变的理论基础 。5惠更斯电桥6结构试验解决的问题 生产试验，鉴定质量，工程问题。科研试验：新材料，新工艺生产性试验，具有直接目的，以实际建筑物或结构为试验鉴定的对象，经过具体结构做出正确的技术结论。对结构设计进行鉴定，工程改建或加固，判断实际承载能力，处理工程事故，技术依据，结构可靠性鉴定，剩余寿命，鉴定构件质量。科学研究试验，目的是验证结构设计计算的各种假定，发展新的设计理论，改进设计计算方法，发展推广新结构，新材料，新工艺提供理论与实际依

6、据。验证计算理论的假定，为制定设计规范提供依据，为发展推广新结构，新工艺，新材料提供实践经验。.试验分类，（1）试验目的：生产性试验，科学研究性试验7试验的分类（2）以试验对象，荷载性质，时间等分类：真型试验和模型试验。静力试验和动力试验。短期荷载试验和长期荷载试验。实验室试验和现场试验。8试验的几个.阶段：.试验规划阶段/实验准备阶段.加载试验阶段.试验资料整理阶段9.加载方案取决哪些因素，方案包括：加载方案，试验量测方案以及试验安全防护措施。加载取决于试验对象的结构形式，试验目的和要求，结构承受的荷载性质和受荷形式等。10怎么确定观测方案? 结构的变形特征；控制截面上的变形参数因为结构任何

7、部位的异常变形或局部破坏都能在整体变形中得到反映，不仅能反映结构的刚度变化，而且还可以反映结构弹性或非弹性工作性质11结构上作用，结构上的作用分为直接作用和间接作用,直接作用：主要是指荷载的作用，包括结构自重和作用在结构上的外力，分为静荷载作用和动荷载作用两类。间接作用主要有温度变化，地基不均匀沉降和结构内部的物理或化学作用等12.重力加载特点和要注意的问题，重物加载是利用物体本身的重量施加在结构上作为荷载。优点：试验用的重物容易取得，不影响结构的自由变形，特别适用于长期荷载和均布荷载试验。缺点：加载过程中需要花费较大的劳动力，此外，利用砂石、砖块等材料作为荷载，它们的容重常随大气温度、湿度改

8、变而发生变化即由于其含水率的变化，以致荷载不易恒定，使荷载值产生误差。 重力加载注意的问题：（1）当使用砂石等松散颗粒材料加载时，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，而对结构产生卸荷作用，为此最好将颗粒材料置于一定容量的无底箱框之中，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。（2）当采用型体较为规则的块状材料加载，如砖块、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间隔（约50100mm）。（3）如果利用钢锭作用载重，为了加载的方便与安全，要求每块质量不大于20kg。（4）当利用吊杆荷载盘施加集中荷

9、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对象上，使结构所受的荷载明确.长期试验加载方法，弹簧加载，重物13离心试验加载，动荷载，强迫震动，35离心力加载的原理：根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载。特点：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。 14.脉动产生的原因环境随机振动激振法也称脉动法。它不需要任何激振设备，又不受结构形式和大小的限制。这种微小而不规则的振动来源于微小的地震活动以及机器运转，车辆来往等人为扰动的原因，使地面存在着连续不断的运动，其运动幅值极为微小，而它所包含的频谱是相当丰富的，故称地面脉动。15.支座.支墩要满足荷载设计

10、、实现试验荷载图式、模拟边界条件要求、保证试验加载正常。分配载荷的位置,配置不宜超过两层.15.测量仪表，技术指标：量程，精度，量测仪表的技术指标1刻度值A，分度表上每一最小刻度所代表的被测量的数值。2量程S，测量上限值和下限值的代数差。3灵敏度K，实际物理量的单位输出量与输入量的比值。4分辨率，使仪表表示值发生变化的最小输入变化值。5滞后，某一输入量从起始量程增至最大量程，再由最大量程减至最小量程，在这正反两个行程输出值之间的偏差称为滞后，常用全量程中的最大滞后值与满量程输出值之比表示。6精确度，精确度简称精度，它是精密度和准确度的综合反映。用测量误差的相对值来表示。7.可靠性，在规定条件下

11、，满足给定的误差极限范围内连续工作的可能性。16.应变片的选用原则，均质材料用小，测点应变应变电测法的优点：1）灵敏度及准确度高，测量范围大。2）应变片体积小、质量轻，可安装在形状复杂而空间甚小的区段，且不影响欲测结构的静态及动态特性。3）对环境的适应性强 。4）适用性好。可以进行远距离测量，有助于实现测量的自动化。缺点：连续长时间测量会出现漂移；粘贴工作技术性强、工艺复杂、工作量大；不能重复使用。选用应变片的原则：因为应变片代表的是标距范围内的平均应变，对匀质材料和应力梯度大的构件应选用“小”标距应变片，以满足测“点”的应变的要求，对非匀质材料应选用较大标距应变片，以测出较长范围内的平均应变

12、，通常要求标距不小于最大骨料直径的3倍（L3dmax） 17.桥路连接，各测点受理特点，62（1）全桥接法:四个桥臂上全部外接应变片。输出信号放大了倍。（2）半桥接法;只在AB、BC桥臂外接应变片其余两个桥臂利用仪器内部的固定电阻。电桥输出灵敏度提高了2倍。（3）1/4电桥，常用于测量应力场的单个应变。18加荷图式，要求，试验荷载在试件上的布置形式称加荷图式。等效加荷图式应满足的条件：1.等效荷载产生的控制截面上的主要内力应与计算内力值相等。2.等效荷载产生主要内力图形与计算内力图形相似。3.由于等效荷载引起的变形差别，应给于适当修正。4.控制截面上的内力等效时，其次要截面上的内力应与设计值接

13、近。19.预载，目的，要求，预载目的：（1）使结构进入正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定。（2）检查加荷设备工作是否正常，加荷装置是否安全可靠。（3）检查测试仪表是否进入正常工作状态（4）使试验工作人员熟悉自己担任的任务，掌握调表、读数等操作技术，保证采集的数据正确无误。要求：1.预载试验所用的荷载一般是分级荷载的12级，预载时的加载值不宜超过该试件开裂荷载值计算的70% 。2.应注意考虑结构自重的影响，应将其作为试验荷载的一部分。此外，作用在结构上的加载设备的重力，应在施加的荷载中扣除，且不宜大于使用状态短期试验荷载的20%。20.分级加载的原因，怎样分级，加载量，97，98分级的目的：控

14、制加载速度；便于观察结构变形随荷载变化的规律，了解结构在各个阶段的工作性能。 为读取各种数据提供所必需的时间。分级方法应考虑能得到比较准确的承载力试验荷载、开裂荷载值和正常使用状态的试验荷载值及其相应的变形。确定分级加载值的大小依据：混凝土结构试验方法标准（GB50152-92）。分级加载值的大小：1.在达到使用状态短期试验荷载值以前，每级加载不宜大于该荷载值的20%；超过该荷载后，每级加载不宜大于该荷载值的10%；2.加载达到开裂荷载计算值的90%以后，每级加载不宜大于使用状态短期试验荷载值的5%；试件开裂后恢复正常加载；3.对于研究性试验，加载达到承载力试验荷载计算值的90%以后，每级加载

15、不宜大于使用状态短期试验荷载值的5%；4.对于检验性试验，加载接近承载力检验荷载时，每级加载不宜大于承载力检验荷载设计值的5%。5.卸载时可取使用状态短期试验荷载值的20%50%。荷载作用时间：1.一般：t10min2.在使用状态短期试验荷载值作用下恒载30min。3.对科研性试验，要求在开裂试验荷载计算值作用下恒载30min；生产鉴定性试验应不少于10mim.4.对于新结构或跨度大于12m的屋架、桁架及薄腹梁在使用状态短期试验荷载值作用下恒载12h。恒载时间内应定时连续结构的变形与裂缝发展情况。21.观测的项目，100，测点布置，结构在静力荷载作用下的变形分成两类：整体变形和局部变形。确定观

16、测项目时首先应该考虑整体变形，因为结构任何部位的异常变形或局部破坏都能在整体变形中得到反映，不仅能反映结构的刚度变化，而且还可以反映结构弹性或非弹性工作性质。观测项目和测点数量要满足必须满足结构分析和推断结构工作状态的需要。测点布置：1.挠度测点（1）最大挠度在最大挠度处及支座处布置测点。（2）整体挠度曲线，沿结构跨度方向及支座处布置测点，通常跨度不大于6m时，跨度内不少于3个测点，跨度大于6m时适当增加测点。应变测量：（1）弯曲应力的测量，如果只要测量弯矩引起的最大应力。一般在截面上下边缘纤维处安装应变计(对称)（2）截面应变分布规律，为求得梁截面上应力分布的规律和确定中和轴的位置，一般沿截

17、面高度布置测点（至少需5个），（3）剪切应力的测量，在荷载作用下的梁截面2-2上既有弯矩作用，又有剪力作用，为平面应力状态。为求得梁截面上的最大主应力及剪应力的分布规律，需要布置应变花，求得最大主应力的大小及方向。（4）钢箍和弯筋应力的测量，为研究梁的抗剪承载力，通常在钢箍和弯筋上布置应变测点。（5）翼缘与孔边应力的测量对于翼缘较宽较薄的T型梁，其翼缘部分受力不一定均匀，以致不能全部参加工作，这时应该沿翼缘宽度布置测点，测定翼缘上应力分布的情况。梁腹板上开孔，孔边应力集中，应力梯度较大，应沿孔边布置测点。混凝土开裂应变的测定（连续布置应变计）。在截面受拉区最外层表面沿受力主筋方向拉应力最大区段

18、内连续搭接（标距与标距互相衔接）布置应变计法，总长不小于30倍最大主筋直径或23倍计算裂缝间距，见图5-10。当应变片的应变增量有突变时的荷载值为开裂荷载。（某应变片读数突增，则裂缝出现在该应变片标距内，而相邻应变片读数会因应力放松而突减）。22.确定开裂荷载的方法，109在截面受拉区最外层表面沿受力主筋方向拉应力最大区段内连续搭接（标距与标距互相衔接）布置应变计法，总长不小于30倍最大主筋直径或23倍计算裂缝间距，见图5-10。当应变片的应变增量有突变时的荷载值为开裂荷载。（某应变片读数突增，则裂缝出现在该应变片标距内，而相邻应变片读数会因应力放松而突减）。23.扰度修正，支点修正，自重（一

19、般不考虑），加载图式挠度的修正： 1支座沉降影响的修正，跨中，挠度是指由全部荷载（含自重）引起的变形值，但百分表的安装是在试件安装后进行的，此时自重挠度已产生，试验所得实测挠度仅由外加荷载所产生，故实际挠度值还应加上自重作用产生的挠度。修正后跨中挠度实测值： 加载图式影响的修正，当试验采用的加载图式是按“内力等效”的原则确定的等效荷载图式时，由于内力等效并不等于“变形等效”，故实测的挠度要考虑“等效荷载”与实际荷载作用的差异，要对测量值进行修正，方法是引入加载图式修正系数。跨中点C修正后挠度值 24.试验曲线反映的试验现象，开裂，屈服试验曲线是复杂的试验现象浓缩的表述方式，将各级试验荷载下的一

20、系列试验数据按一定的坐标绘制成形状简单的试验曲线：（1）能够形象而直观地反映结构的工作状态及其变化规律；（2）有助于进一步按数理统计和解析几何的方法去寻找数学表达式。 在荷载变形曲线中，一般有三种情况。如图4-4-4.2所示，曲线1及曲线2的OA段，说明结构处于弹性状态下工作。曲线2则表现出结构由弹性发展到弹塑性再到塑性的发展过程，曲线的两次转折A、B分别是由于拉区混凝土开裂和受拉主钢筋屈服引起的。荷载-变形曲线能够充分反映出结构实际工作的全过程及其基本性质，并且在整体挠曲曲线中会有相应的显示，可以互为验证。曲线3属于反常现象，它的挠度增长率一开始就大于荷载的增长率，说明试验存在问题，可能是仪

21、器观测上的错误，也可能是在加载过程中邻近构件、支架等参与工作代为分担荷载所致。25.承载力极限状态标志,钢筋屈服，扰度增加，开裂1.轴心受拉、偏心受拉、受 弯、大偏心受压，受拉主筋处的最大裂缝宽度达，1.5mm或挠度达到跨度的，腹部斜裂缝达到1.5mm，或斜裂缝末端受剪压破，沿斜截面斜压破坏，受拉主筋在端部滑脱或其它锚固破坏。混凝土受压破坏。26传感器的输出量与振动参数的关系27.标定，内容，方法，形式，用试验的方法确定传感器性能的过程称为标定。标定的内容;（1）灵敏度的标定，给仪器输入一个频率和振幅均为一定值的信号，测出仪器输出信号幅值（电压、电荷、电感或应变、位移等）与其输入信号（位移、速

22、度、加速度等）之比值。（2）频率响应的标定,频率响应标定包括幅频特性标定和相频特性标定，通常应用较多的是幅频特性。幅频特性标定：测定仪器在输入振动信号的幅度恒定，频率变化时，仪器的输出幅值随输入信号频率而变化的情况。用灵敏度作为纵坐标，频率作为横坐标，即可得到幅频响应曲线。通常将幅频响应曲线的平坦段的灵敏度平均值作为系统的灵敏度（工作频率范围）。相频特性表示测振仪器在不同频率时的输入信号与输出信号之间的相位差。（3）线性度的标定，给仪器输入一个频率恒定、振幅可变的信号，测出其输出信号幅值。2标定的形式，测振仪器的标定，根据仪器的组合状况可分为分部标定和系统标定。（1）分部标定，分部标定是分别对

23、测振仪器系统中的传感器、放大器和记录器等各部分的性能指标分别单独进行测定，然后把它们组合起来，求得整套仪器的最初输入量与最后输出量关系。（2）系统标定，系统标定是对测振传感器、放大器、记录器组成的测振仪器系统进行全系统的联机标定。得到的是整个系统的输入、输出量的定量关系。3标定的方法；（1）绝对标定,原理：把拾振器良好地固定在标准振动台上，开启振动台，使其产生一个频率和振幅都已知的简谐振动作为输入系统的信号，量取测振系统的输出信号幅值Y标，然后除以振动台的振幅X标。便得到该系统在这个频率下的灵敏度，改变输入信号的频率、振幅不变重复上述过程，则可得出系统在各个频率下的灵敏度。 将系统在各个频率下

24、的灵敏度作曲线，则称之为系统的“频率响应曲线”。（2）相对标定，相对标定又叫比较标定法。取两套测振仪器系统，其中一套仪器系统的频响曲线已知，当两套系统的传感器同置于一振动台上拾振时，比较两个系统的输出波形，则可确定另一系统的频率响应曲线。 注意：经过标定后的测振仪器系统不能随意再组合，其标定时的状态应作记录，并使测试时状态和它标定时状态保持一致。28.重力特性测试，产生自由振动方法，共振法，脉动法，频谱分析理论基础（傅里叶）（一）激励方法，1.突加荷载法，2.突卸荷载法。共振法是利用专门的激振器，对结构施加简谐动荷载，使结构产生恒定的强迫简谐振动，借助共振现象来观察结构的自振性质的试验分析方法

25、称为共振法。一般采用惯性式机械离心激振器对结构施加周期性和简谐振动，使结构产生简谐强迫振动。 结构按某一固有频率作振动时形成的弹性曲线，将同一垂线上各测点在同一瞬时的振幅按比例和正负值绘在图上即振型曲线。脉动法通常用于测量整体建筑物的动力特性，通过测量建筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小振动，即“脉动”来确定建筑物的动力特性。原理脉动是不规则的，但当脉动的卓越频率接近（或等于）结构的固有频率时，结构会产生“拍振”或“共振”，此时，脉动记录光点振幅大，波形光滑，而且这样的情形总是多次重复的。频谱分析法假设脉动信号是一个复杂的周期信号。通过谐量分析，将脉动信号分解成若干个单一频率正弦规律的简谐分

26、量。谐量分析的理论基础是傅立叶级数的原理。29.动力反应，动力参数结构的动力反应，即测定结构在动荷载作用下的位移、速度、加速度、动应力、动力系数、振动变位图等。动力系数 dynamic coefficient ,承受动力荷载的结构或构件，当按静力设计时采用的系数，其值为结构或构件的最大动力效应与相应的静力效应的比值。动力特性基本参数(自振频率，阻尼系数，振型)，他们取决于结构的组成形式，刚度，质量分布，材料性质，构造连接。30.振型，动力系数。振动变位图，动力反应指标振型:结构按某一固有频率作振动时形成的弹性曲线，将同一垂线上各测点在同一瞬时的振幅按比例和正负值绘在图上即振型曲线。31.伪静力

27、，滞回曲线滞回曲线：在反复作用下结构的荷载变形曲线。它反映结构在反复受力过程中的变形特征、刚度退化及能量消耗，是确定恢复力模型和进行非线性地震反应分析的依据。又称恢复力曲线。结构或构件滞回曲线的典型形状一般有四种:梭形、弓形、反S形和Z形。32.伪静力试验，加载，方法伪静力试验：控制荷载或控制变形作用于结构的周期性的反复静力荷载。拟静力方法，也称为等效荷载法，即通过反应谱理论将地震对建筑物的作用以等效荷载的方法来表示，然后根据这一等效荷载用静力分析的方法对结构进行内力和位移计算，以验算结构的抗震承载力和变形。静力试验又称低周反复荷载试验，是指对结构或结构构件施加多次往复循环作用的静力试验，是使

28、结构或结构构件在正反两个方向重复加载和卸载的过程，用以模拟地震时结构在往复振动中的受力特点和变形特点。这种方法是用静力方法求得结构振动时的效果，因此称为拟静力试验，或伪静力试验。 33.无损检测，回弹法特点，191，位置，侧面，水平，无损检测：在不损伤被检测结构构件的条件下，检查构件内在或表面缺陷，检测有关物理量的材料试验方法。 非破损检测：表面压痕法、回弹法、超声脉冲法、回弹超声法、振动法、射线法等。回弹法测区要求：1.每一试样的测区数应不少于10个，对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个；2.相邻两测区的间距应控制在2m以内，测区离

29、端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m；测区的面积不宜大于0.04m2；3.测区应选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土浇筑侧面；4.测区宜选在构件的两个对称可测面上，也可选在一个可测面上，且应均匀分布。在构件的重要部位及薄弱部位必须布置测区，并应避开预埋件；5.检测面应清洁、平整，不应有疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面，必要时可用砂轮清除疏松层和杂物，且不应有残留的粉末或碎屑。回弹值测量：1.检测时，回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件的混凝土检测面，缓慢施压，准确读数，快速复位。2.测点宜在测区范围内均匀分布，相邻两测点的净距不宜小于20mm；测点距外露钢筋、预埋件的距离不宜小于30mm。测点不应在气孔或外露石子上，同一测点只应弹击一次。每一测区应记取16个回弹值，每一测点的回弹值读数估读至1。34.钻芯法；钻芯法是在结构混凝土上直接钻取芯样，将芯样加工后进行抗压