建筑结构试验

1、何文辉土木与交通学院应应 用用 1建设工程质量监督站、试验室建设工程质量监督站、试验室2建筑工程管理处、房屋鉴定单位建筑工程管理处、房屋鉴定单位3建筑公司、市政公司、建筑桩基公司建筑公司、市政公司、建筑桩基公司4各级工程检测、鉴定机构，材料试验室各级工程检测、鉴定机构，材料试验室5各级建委（建设局）、旧城改造管理单位各级建委（建设局）、旧城改造管理单位6各建设监理公司、各工程建设单位、施工企业各建设监理公司、各工程建设单位、施工企业7各建筑构（配）件生产企业、商品混凝土公司各建筑构（配）件生产企业、商品混凝土公司、建材试验室、建材试验室8各建筑科研、设计院（所）各建筑科研、设计院（所）内容构成

2、内容构成1.绪论 2.结构试验设计原理 3.结构静载试验 4.结构动载试验 5.结构非破损检测与鉴定 6.结构模型试验 7.试验数据的处理与分析 3第一章第一章 绪绪 论论4课程的特点课程的特点 结构试验是研究试验规律、试验方法、结构试验是研究试验规律、试验方法、测量数据和数据分析处理的学科，课程的特点测量数据和数据分析处理的学科，课程的特点是：涉及的知识面广，实践性强是：涉及的知识面广，实践性强.因而在学习方法上需注意：因而在学习方法上需注意： 一方面重视相关理论知识和技术的学习；一方面重视相关理论知识和技术的学习； 另一方面也必须重视实验环节、试验技术另一方面也必须重视实验环节、试验技术与

3、技能方面的训练。与技能方面的训练。 课程介绍课程介绍建筑结构试验以实验技术为手段，测量能建筑结构试验以实验技术为手段，测量能反映结构或构件实际工作性能的有关参数，为反映结构或构件实际工作性能的有关参数，为判断结构的承载能力和安全储备提供重要根据。判断结构的承载能力和安全储备提供重要根据。本课程是土木工程专业的一门专业课，主本课程是土木工程专业的一门专业课，主要介绍结构试验的理论和方法。本课程的任务要介绍结构试验的理论和方法。本课程的任务是使学生掌握结构试验的基本原理和基本技能，是使学生掌握结构试验的基本原理和基本技能，能够进行一般建筑结构试验的设计与实施。能够进行一般建筑结构试验的设计与实施。

4、67作用作用 （荷载（荷载或其他因素或其他因素）试验对象试验对象仪器设备和测试技术仪器设备和测试技术变形、挠度、位移、应变形、挠度、位移、应变、振幅、频率变、振幅、频率评价结构的实际工作性能，检评价结构的实际工作性能，检验和发展结构的计算理论。验和发展结构的计算理论。8走出理论分析的困境试验方法 理论分析只能解决一些有限的简单问题。对于理论分析只能解决一些有限的简单问题。对于复杂结构、复杂荷载、应力集中和非匀质材料结构复杂结构、复杂荷载、应力集中和非匀质材料结构，仅靠理论解析方法求解十分困难，有时得不出结，仅靠理论解析方法求解十分困难，有时得不出结果，只有借助于试验方法得出计算的公式。果，只有

5、借助于试验方法得出计算的公式。9结构试验与电算的关系走出计算机数字分析的困境走出计算机数字分析的困境试验方法试验方法 有限元数值方法几乎可以分析所有的计算问有限元数值方法几乎可以分析所有的计算问题，但必须保证建立正确数学模型和输入正确的题，但必须保证建立正确数学模型和输入正确的材料特性参数。对于非匀质材料模型和某些特种材料特性参数。对于非匀质材料模型和某些特种结构者必须要试验验证或提供必要的参数。结构者必须要试验验证或提供必要的参数。10受弯梁截面应力分布研究过程1638年，伽里略提出截面年，伽里略提出截面应力均匀分布应力均匀分布1684年，德国数学家莱布尼年，德国数学家莱布尼兹提出三角形分布

6、。兹提出三角形分布。1713年，年，法国巴朗提出中性法国巴朗提出中性层分布，认为截面上同时存在层分布，认为截面上同时存在拉应力和压应力。拉应力和压应力。11 1767年，法国容格密里首次试验证明梁断面上压应力的存在，人们誉称为“路标试验”。 硬木垫块硬木垫块容格密里木梁试验容格密里木梁试验1821年，法国科学院院士拿维叶理论推导年，法国科学院院士拿维叶理论推导出材料力学上的受弯公式，出材料力学上的受弯公式，=My/I=My/I。1841，法国阿莫列恩试验验证上述公式。，法国阿莫列恩试验验证上述公式。1.1 结构试验的目的结构试验的目的科研性试验鉴定性试验（又称生产性试验或检验性试验）12科研性

7、试验科研性试验特点：具有研究、探索、开发的性质。所解决的问题： 1、验证或创立结构理论及有关假定、推论 2、制定工程技术标准13鉴定性试验鉴定性试验特点：非探索性、有比较成熟的计算理论所解决的问题： 1、检验结构、构件和部件的施工质量 2、确定已建结构承载力 3、验证结构设计的安全度 4、鉴定受损或接近使用寿命的结构健康度，为改造、加固提供技术依据1415162022-7-5172022-7-518192021222324251.2 结构试验的分类结构试验的分类按试验对象：原型试验和模型试验按加载方式：静载试验和动载试验按试验时间：短期荷载试验和长期荷载试验按试验场合：实验室试验和现场试验按破

8、坏程度：破坏性试验和非破坏性试验26原型试验和模型试验原型试验模型试验试验对象：实际结构或足尺试件优点：完全反应结构真实特性，结论可靠缺点：投资大、周期长、加载设备复杂试验对象：缩尺试件优点：实施方便、投资小、多参数、多试件缺点：相似条件难以严格实现，有尺寸效应27静载试验和动载试验静载试验动载试验单调加载、低周往复加载优点：加载设备简单、试验观测方便缺点：不能反映结构动力性能疲劳试验、振动台试验、风洞试验、动力特性试验优点：真实反映结构动力特性和动力响应缺点：加载设备和测试手段复杂28短期荷载试验和长期荷载试验短期荷载试验长期荷载试验一般试验过程从几秒钟到几天一般试验过程持续几个月、几年到数

9、十年主要研究结构与时间相关的特性，如：混凝土的收缩、徐变和碳化、钢筋锈蚀、预应力筋松弛、结构健康监控等29破坏性试验和非破坏性试验破坏性试验非破坏性试验多为实验室试验和短期荷载试验多为现场试验和长期荷载试验3031梁的两点加载梁的两点加载32加载后破坏加载后破坏1.3 结构试验技术的发展大型和超大型试验装备基于网络的远程协同试验作动器阵列、振动台阵列、大型风洞和离心机等美国NEES（Network for Earthquake Engineering Simulation）日本E-Defense英国UK-NEES和新西兰NZNEES中国台湾ISEE（Internet-based Simulat

10、ion for Earthquake Engineering）中国大陆NetSLab（Networked Structural Laboratories)331.3 结构试验技术的发展现代测试技术计算机与结构试验新型高性能传感器数据采集技术试验控制数字信号与分析计算机仿真341.4 结构试验课程的特点土木工程专业的一门专业课专门技术标准以建筑结构专业知识为基础，融合了多门专业课程要求掌握加载设备和仪器仪表的原理和使用，多学科交叉电子计算机的使用实践性35第二章第二章 结构试验设计原理结构试验设计原理362.1 概述概述试验规划与设计试验技术准备试验实施过程试验数据分析与提出结论结构试验的一般过

11、程：372.2 结构试验设计基本原理结构试验设计基本原理真实模拟结构所处环境和所受荷载消除次要因素的影响将结构反应视为随机变量合理选择试验参数统一测试方法与评价标准降低试验成本与提高试验效率382.3 测试技术基本原理测试技术基本原理传感器技术直接测量间接测量测量系统的标定测量标准电测法392.4 试验设计与规划试验设计与规划试验目的试件设计与制作要求试件装置与加载方案设计量测要求安全措施人员分组与进度计划经费预算、耗材用量和设备仪表清单辅助性试验内容最为重要的阶段，关系到整个试验的成败402.4 试验准备阶段试验准备阶段试件制作试件安装加载设备安装量测仪表的安装、调试辅助性试验记录表格的设计

12、与准备对重要试验数据进行预先估算确定加载制度最为耗时的阶段，工作量最大412.5 试验实施阶段试验实施阶段记录试件初始状态按预先制定的制度加载采集与记录试验数据监控、观察与记录试件反应特征试件破坏后的工作整个试验过程的中心环节422.6 试验数据分析与总结试验数据分析与总结原始资料收集整理与完善归档数据处理和分析，得出试验结论包括两部分工作：43思考题思考题1.科研性试验与鉴定性试验有何异同？2.结构试验如何分类？3.试验方法有何重要性？举例说明，若试验方法不当将产生什么后果？4.结构试验一般过程有哪些阶段？为何说试验规划阶段最重要？具体规划哪些内容？5.对安装加载设备有哪些基本要求？44第三

13、章第三章 结构静载试验结构静载试验45测试系统的组成测试系统的组成46荷载系统荷载系统 测量系统测量系统 显示记录显示记录荷载系统：液压、重力、气压、杠杆、弹簧荷载系统：液压、重力、气压、杠杆、弹簧测量系统：传感器、中间变换、测量电路测量系统：传感器、中间变换、测量电路信号处理系统：对输出信号的处理信号处理系统：对输出信号的处理显示和记录系统显示和记录系统显示记录器和分析处理仪多被计算机取代。显示记录器和分析处理仪多被计算机取代。3.1 静载试验加载设备静载试验加载设备 符合试件受力方式和边界条件要求。 加载值稳定，不受试验环境或结构变形的影响。 加载设备应有足够的强度和刚度，并有足够的安全储

14、备。 应能方便调节和分级加（卸）载，以便控制加（卸）载速率。 尽量采用先进技术，提高试验效率及质量。须满足以下要求：473.1.1 重力加载重力加载n重力加载：将物体本身的重力施加于结构上作为荷载。n实验室试验：常用标准铸铁砝码、混凝土块、水箱n现场试验：就地取材，常用砂、石、砖块等建筑材料，或是钢锭、铸铁、废构件等。n重物可以直接施加或者通过杠杆间接施加于试验结构或构件上。n特点：荷载容易取得，但加载费工费时；利用砂石、砖块加载时，荷载不易恒定。3.1.1 重力加载重力加载直接重力加载避免形成拱作用而改变荷载分布历史最久、也是最方便的加载方法，在很多场合广为应用。杠杆重力加载变形后荷载不变，

15、但无法自行卸载493.1.1 重力加载重力加载预应力钢-混凝土组合梁长期荷载试验50用重物作均匀加载实验用重物作均匀加载实验1.重物重物 2.试件试件 3.支座支座 4.支墩支墩用水作均匀加载的试验装置1.水 2.防水布 3.斜撑 4.试件不同荷载的特点不同荷载的特点n（1）散状材料:防止拱效应n（2）块体材料:堆放要求n（3）吸湿材料：注意容重变化n（4）液体材料：可以进行抗渗漏观测，但仪表难布置,构件变形会改变作用方式用吊篮施加集中荷载的加载装置1.试件试件 2. 支座支座 3.重物重物 4.吊篮吊篮 5. 分配梁分配梁 n特别适合于现场做屋架试验堆载实验堆载实验3.1.2 液压加载液压加

16、载移动式同步液压加载装置液压千斤顶液压试验机电液伺服液压试验系统是最常见的加载方法，可适用于静载和动载试验，吨位可大可小。54单、双向作用液压加载器图1.端盖 2.进油出油口 3.油封装置 4.活塞杆5.活塞 6.工作油缸 7.固定环n 液压千斤顶 1、杠杆式油压千斤顶（多点加载时难以同步） 2、常用的油压千斤顶：液压加载系统 组成：油箱，油泵、加载器，测力装置，各类阀门、操纵台。 特点:多点加载、同步。液压千斤顶电动泵5657大型结构试验机大型结构试验机 适用于更大吨位，与计算机、数据采集系适用于更大吨位，与计算机、数据采集系统组成智能化压力试验机。统组成智能化压力试验机。3.1.2 液压加

17、载液压加载广州西塔巨型斜交网格空间相贯节点试验58n 电液伺服液压系统 实验技术的重要进展，适用于地震模拟n1. 电液伺服加载系统的工作原理n2. 电液伺服阀的工作原理 伺服阀：控制流量和流向电液伺服液压系统的基本闭环回路电液伺服液压系统的基本闭环回路1.指令信号指令信号 2.调整放大系统调整放大系统 3.油源油源 4.伺服阀伺服阀5.加载器加载器 6.传感器传感器 7.反馈系统反馈系统10000kN竖向加载油缸竖向加载油缸10000kN大型多功能试验机系统横梁紧缩机构横梁紧缩机构竖向伺服跟动装置竖向伺服跟动装置水平伺服跟动装置水平伺服跟动装置横梁升降机构横梁升降机构球铰及微动球铰及微动探测装

18、置探测装置3000kN水水平加载装置平加载装置1500kN水水平加载装置平加载装置60地震模拟振动台（结构动载试验）地震模拟振动台（结构动载试验） 特点：计算机特点：计算机+伺服系统伺服系统+数据采集系统数据采集系统n振动台台体结构：钢结构，模型质量振动台台体结构：钢结构，模型质量/台身质量之比台身质量之比500mm的裂缝检测；检测方法：钻孔探测。还可用于钻孔灌注桩的质量检验2.混凝土内部空洞缺陷的检测具体检测方法有：声速法、波形法、振幅法、频率法等。有缺陷处：变慢；波形畸变、首波变慢；减小；高频分量减小、低频分量增加。1695.2 混凝土结构的非破损检测混凝土结构的非破损检测（六）超声法检测

19、混凝土缺陷检测内容：3.混凝土表层损伤的检测混凝土结构由火灾、冻害、化学侵蚀等引起的混凝土表层损伤，其损伤厚度可用表面平测法检测。此外，超声法还可测定施工缝的质量、加固修补结构面质量、混凝土匀质性的检测。170（六）超声法检测混凝土缺陷 在工程施工验收、事故处理和已建建筑可靠性鉴在工程施工验收、事故处理和已建建筑可靠性鉴定工作中，为对结构进行补强和维修，必须进行混凝土定工作中，为对结构进行补强和维修，必须进行混凝土缺陷和损伤的检测。缺陷和损伤的检测。 超声波检测混凝土缺陷在目前应用最为广泛，主要超声波检测混凝土缺陷在目前应用最为广泛，主要是采用低频超声仪，测量超声脉冲中纵波在混凝土中的是采用低

20、频超声仪，测量超声脉冲中纵波在混凝土中的传播速度、首波幅度和接收信号频率等声学参数。传播速度、首波幅度和接收信号频率等声学参数。5.2 混凝土结构的非破损检测混凝土结构的非破损检测 （六）超声法检测混凝土缺陷 基本原理基本原理 （1）当混凝土中存在缺陷或损伤时，超声脉冲通过缺陷）当混凝土中存在缺陷或损伤时，超声脉冲通过缺陷时产生绕射、传播的声速小，声时偏长。时产生绕射、传播的声速小，声时偏长。（2）由于在缺陷界面上产生反射，能量显著衰减，波幅）由于在缺陷界面上产生反射，能量显著衰减，波幅和频率明显降低，接收信号的波形平缓甚至发生畸变。和频率明显降低，接收信号的波形平缓甚至发生畸变。（3）综合声

21、速、波幅和频率等参数的相对变化，对同条）综合声速、波幅和频率等参数的相对变化，对同条件下的混凝土进行比较，判断和评定混凝土的缺陷和损伤件下的混凝土进行比较，判断和评定混凝土的缺陷和损伤情况。情况。5.2 混凝土结构的非破损检测混凝土结构的非破损检测173一、混凝土裂缝检测一、混凝土裂缝检测1、浅裂缝检测、浅裂缝检测 对于结构混凝土开裂深度小于或等于对于结构混凝土开裂深度小于或等于500mm的裂缝，可的裂缝，可平测法或斜测法进行检测。平测法或斜测法进行检测。平测法：用于裂缝部位只有一个可测表面。平测法：用于裂缝部位只有一个可测表面。测量步骤测量步骤：（）（）将仪器的发射换能器和接收换能器对称布置

22、在裂缝将仪器的发射换能器和接收换能器对称布置在裂缝两侧，若距离为两侧，若距离为L，超声波传播所需时间为，超声波传播所需时间为t0。（）再将换能器以相同距离（）再将换能器以相同距离L平置在完好的混凝土表面，平置在完好的混凝土表面，测得传播时间为测得传播时间为t。（）裂缝的深度（）裂缝的深度dc可按公式计算。可按公式计算。（）进行不同测距的多次测量，取得裂缝深度的平均值。（）进行不同测距的多次测量，取得裂缝深度的平均值。1220ttLdc174混凝土超声波仪的基本电路175一、混凝土裂缝检测一、混凝土裂缝检测1、浅裂缝检测、浅裂缝检测斜测法：用于结构的裂缝部位有两个互相平行的测试表面。斜测法：用于

23、结构的裂缝部位有两个互相平行的测试表面。测量方法：测量方法：（）将两个换能器分别置于对应测点位置，读取相应声（）将两个换能器分别置于对应测点位置，读取相应声时值、波幅值和频率值。时值、波幅值和频率值。（）当两换能器的连线通过裂缝时，则接收信号的波幅（）当两换能器的连线通过裂缝时，则接收信号的波幅和频率明显降低。对比各测点信号，根据波幅和频和频率明显降低。对比各测点信号，根据波幅和频率的突变，可以判断裂缝的深度以及是否在平面方率的突变，可以判断裂缝的深度以及是否在平面方向贯通。向贯通。176一、混凝土裂缝检测一、混凝土裂缝检测、深裂缝检测、深裂缝检测对于在大体积混凝土中预计裂缝深度在对于在大体积

24、混凝土中预计裂缝深度在mm以上的以上的深裂缝，当采用平测法和斜测法有困难时，可采用深裂缝，当采用平测法和斜测法有困难时，可采用钻孔探测钻孔探测。测试方法：测试方法：（）在裂缝两侧钻两孔，孔距为（）在裂缝两侧钻两孔，孔距为m；（）测试前向测孔中灌注清水，作为耦合介质；（）测试前向测孔中灌注清水，作为耦合介质；（）将发射和接收换能器分别置入裂缝两侧的对应孔中；（）将发射和接收换能器分别置入裂缝两侧的对应孔中；（）以相同高程等距自上而下同步移动，在不同深度上进（）以相同高程等距自上而下同步移动，在不同深度上进行对测，逐点读取声时和波幅数据；行对测，逐点读取声时和波幅数据；（）绘出换能器的深度和对应波

25、幅值的（）绘出换能器的深度和对应波幅值的dA坐标图。波幅值坐标图。波幅值随换能器下降的深度逐渐增大，当波幅达到最大并基本稳随换能器下降的深度逐渐增大，当波幅达到最大并基本稳定的对应深度，便是裂缝深度定的对应深度，便是裂缝深度dc。钻孔探测鉴别混凝土质。钻孔探测鉴别混凝土质量的方法还被用于混凝土钻孔灌注桩的质量检测。量的方法还被用于混凝土钻孔灌注桩的质量检测。177二、混凝土内部空洞缺陷的检测二、混凝土内部空洞缺陷的检测基本原理基本原理超声检测混凝土内部的不密实区域或空洞是根据各测点的声时超声检测混凝土内部的不密实区域或空洞是根据各测点的声时（或声速）、波幅或频率值的相对变化，确定异常测点的坐标

26、位（或声速）、波幅或频率值的相对变化，确定异常测点的坐标位置，从而判定缺陷的范围。置，从而判定缺陷的范围。 测试时，记录每个测点的声时、波幅、频率和测距。通测试时，记录每个测点的声时、波幅、频率和测距。通过对比同条件混凝土的声学参量，当某些测点出现声时延长，过对比同条件混凝土的声学参量，当某些测点出现声时延长，声能被吸收和散射，波幅降低，高频部分明显衰减等异常情声能被吸收和散射，波幅降低，高频部分明显衰减等异常情况时，说明混凝土内部存在不密实或存在空洞。况时，说明混凝土内部存在不密实或存在空洞。 混凝土内部空混凝土内部空洞大小可按公式估算。洞大小可按公式估算。178二、混凝土内部空洞缺陷的检测

27、二、混凝土内部空洞缺陷的检测测试方法测试方法（）对测法：当结构具有两对相互平行的测试面时采用。（）对测法：当结构具有两对相互平行的测试面时采用。做法：在测区的四个测试面上，分别画间距为做法：在测区的四个测试面上，分别画间距为2mm的网格，确定测点的位置。的网格，确定测点的位置。（）斜测法：只有一对相互平行的测试面时采用。（）斜测法：只有一对相互平行的测试面时采用。做法：在测区的两个互相平行的测试面上，分别画出交做法：在测区的两个互相平行的测试面上，分别画出交叉测试的两组测点位置，把缺陷网在两组平行线交叉组成的一组叉测试的两组测点位置，把缺陷网在两组平行线交叉组成的一组平行四边形的网格中。平行四

28、边形的网格中。179三、混凝土表层损伤的检测三、混凝土表层损伤的检测混凝土结构因受火灾、冻害和化学侵蚀等引起表面损伤混凝土结构因受火灾、冻害和化学侵蚀等引起表面损伤的厚度可用平测法进行检测。做法如下：的厚度可用平测法进行检测。做法如下：（）检测时，换能器测点布置如图。将发射换能器（）检测时，换能器测点布置如图。将发射换能器A耦合耦合后保持不动，接收换能器依次耦合安置在后保持不动，接收换能器依次耦合安置在B1,B2,B3 等测点，每次移动距离不宜大于等测点，每次移动距离不宜大于mm，并测读，并测读相应的声时值及两换能器之间的距离，每一测区内不相应的声时值及两换能器之间的距离，每一测区内不得少于个

29、测点。得少于个测点。（）按各点声时值及测距绘制损伤层检测（）按各点声时值及测距绘制损伤层检测“时时距距”坐标图。坐标图。（）由于混凝土损伤后使声速传播速度变化，因此在（）由于混凝土损伤后使声速传播速度变化，因此在 时时距坐标图上出现转折点，并由此可分别求得声波距坐标图上出现转折点，并由此可分别求得声波 在损伤混凝土与密实混凝土中的传播速度，从而确定在损伤混凝土与密实混凝土中的传播速度，从而确定 混凝土表面损伤层的厚度。混凝土表面损伤层的厚度。5.2 混凝土结构的非破损检测混凝土结构的非破损检测（七）混凝土结构钢筋位置和钢筋锈蚀的检测1、钢筋位置的检测钢筋位置测试仪：利用电磁感应原理，可以检测钢

30、筋混凝土结构中钢筋的位置、直径和保护层厚度。 电磁感应检测适用于：配筋稀疏、保护层不太大、钢筋在同一平面内。2、钢筋锈蚀的检测检测方法：半电池电位法、双极法、磁差频率法。1805.2 混凝土结构的非破损检测混凝土结构的非破损检测1815.3 钢结构的非破损检测钢结构的非破损检测钢结构的病害特征（P160-P161）超声法：能探测试件深处的缺陷，在钢材中可深达1.5m。频率较高（0.5-2MHz）钢材强度的检测：表面硬度法钢材和焊缝缺陷检测u脉冲反射法：又分为纵波探伤和横波探伤两种u透射法磁粉探伤：利用钢材或焊缝缺陷处磁力线发生偏转的原理。射线探伤：利用钢材或焊缝缺陷处射线衰减较少的原理。182

31、焊缝缺陷焊缝缺陷热裂纹热裂纹烧穿烧穿冷裂纹冷裂纹夹渣夹渣气孔气孔根部未焊透根部未焊透边缘未熔合边缘未熔合焊缝层间未熔合焊缝层间未熔合焊瘤焊瘤咬边咬边焊缝质量检验焊缝质量检验检检验验标标准准三级三级肉眼外观检查肉眼外观检查用于一般连接用于一般连接二级二级肉眼外观检查肉眼外观检查 超声波超声波一级一级用于有较大拉应力的较重要连接用于有较大拉应力的较重要连接肉眼外观检查肉眼外观检查 超声波超声波 X射线射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接用于抗动力、疲劳荷载的重要连接超声波超声波检测设备检测设备5.4 砌体结构的非破损检测砌体结构的非破损检测（一）砖砌体强度测定原位轴压法：可以测定结构不受扰动情况下的

32、抗压强度，结果较为可靠，而且试验对结构造成的局部损失易修复。扁顶法：由扁式液压加载器量测，可以测定砌体抗压强度、原位工作应力、应力应变曲线等。原位单剪法：测试结果为砌体沿通缝的抗剪强度；往往造成较大区域的墙体破损。原位单砖双剪法：破损较小。1855.4 砌体结构的非破损检测砌体结构的非破损检测（二）砌体砂浆强度的测定推出法：通过测定水平砂浆的抗剪强度推算其抗压强度。冲击法：适用于M5-M15的砂浆和MU5-35的砖块的抗压强度检测。回弹法：利用专门的砖块回弹仪和砂浆回弹仪检测抗压强度。贯入法：通过测定测钉的贯入深度及其与砂浆抗压强度之间的关系来换算砂浆抗压强度。186思考题思考题1、超声回弹综

33、合法中是否还要进行混凝土碳化深度的修正？为什么？2、超声法检测混凝土强度，混凝土强度和超声波波速度关系是什么？3、简述超声回弹综合法检测混凝土强度的工作原理以及测区的选择方法。4、混凝土强度的局部破损检测技术有哪几种？各自特点？5、简述混凝土内部缺陷的超声法检测技术。6、阐述混凝土强度与缺陷的几种检测方法。7、砌体结构强度的非破损检测技术有哪几种，原理是什么？8、钢材强度测定方法及原理？187第六章第六章 结构模型试验结构模型试验188主要内容主要内容概述相似理论结构模型设计模型的材料、制作与试验1896.1 概述概述模型一般是指按一定相似比制成的试件，其性能在一定程度上可以代表或反应原型的性

34、能。主要应用于科研性的实验室试验。模型试验的分类按试验目的：小结构试验和相似模型试验按研究范围：弹性模型、强度模型和间接模型按分析方法：定性分析、半分析法和定量分析按模拟程度：截面模型、节段模型、局部模型和整体模型按加载方法：静力模型、动力模型、伪静力模型和拟动力模型1906.1 概述概述模型试验的特点控制主要变量、把握主要特征经济与时间成本较低、可重复进行可对待建结构进行预测试验条件好、精确度高1911926.2.1 模型的相似要求和相似常数模型的相似要求和相似常数相似是指原型结构与模型结构的主要物理量相同或成比例，是两者联系的纽带。不同量纲物理量的相似比具有独立性。1、几何相似6.2 相似

35、理论相似理论要求模型和原型之间所有对应部分尺寸成比例。包括Sl（长度）、SA（面积）、Sw（抗弯模量），SI（惯性矩），Sx（变形）、S（应变）。1936.2.1 模型的相似要求和相似常数模型的相似要求和相似常数6.2 相似理论相似理论1942、质量相似：Sm（质量）、S（比重）对动力学问题，模型与原型结构对应部分的质量成比例，对动力学问题，模型与原型结构对应部分的质量成比例，质量相似常数：质量相似常数：3/mmmmmpppVlmVSSSmVSS对具有分布质量的，质量密度比表示更为合适：对具有分布质量的，质量密度比表示更为合适：6.2.1 模型的相似要求和相似常数模型的相似要求和相似常数6.2

36、 相似理论相似理论1953、荷载相似：方向一致，大小成比例SP（集中力）、Sw（面力）、Sq（体力）、SM（弯矩）3lmSS S1gS 按公式可知按公式可知而通常而通常所以所以6.2.1 模型的相似要求和相似常数模型的相似要求和相似常数6.2 相似理论相似理论1964、物理相似：要求模型与原型的各相应点的应力和应变、刚度和变形间的关系相似。S（应力）、S（剪应力）、S（剪切角）、SE（弹模）mvpvSv2PlklxlSS SSS SSSmmmEpppESS SEmmmGpppGSS SG6.2.1 模型的相似要求和相似常数模型的相似要求和相似常数6.2 相似理论相似理论时间相似常数：时间相似常

37、数：1975 5、运动相似：对于动力问题，模型和原型要求相对应的与、运动相似：对于动力问题，模型和原型要求相对应的与时间相关的物理量成比例。时间相关的物理量成比例。St（时间间隔、自振周期）、 Sv（速度）、Sa（加速度）mtptSt6.2.1 模型的相似要求和相似常数模型的相似要求和相似常数6、边界条件相似指模型的支承条件、约束情况和边界受力相似。7、初始条件相似针对动力问题，包括初始位置、位移、速度、加速度等8、其他相似：如温度、电流等1986.2.2 相似定理相似定理 按模型设计的相似理论确定相似条件的方法有：方程式分析法、量纲分析法方程式分析法：已知各参数与物理量的函数关系，并有显式表

38、达式时。适用于较简单的物理现象。量纲分析法：对较复杂的物理现象，不能用显式表达来描述各参数与物理量之间的函数关系。此时，物理参数的合理选择对模型设计具有决定性的作用。取决于对物理现象的认识程度1996.2.2 相似定理相似定理200第一相似定理（1786牛顿首先发现） 相似条件相同，相似准数也相同。 注意需满足单值条件相同 pppFm ammmFm amFpFS FmmpmS mmapaS a6.2.2 相似定理相似定理201FpppmaSFm aS S1FmaSS S相似指标相似指标pmppmmFFFm am ama 常量相似准数相似准数6.2.2 相似定理相似定理202第二相似定理 （定理

39、，J.白肯汉提出） 某一现象各物理量之间的关系方程式都可以表示为相似准数间的函数关系。 123123(,)(,)0fxxx 相似准数不管用什么方法得到，描述物理现象的方程均可转化为相似准数方程的形式。告诉如何处理模型试验的结果？6.2.2 相似定理相似定理2036.2.2 相似定理相似定理204第三相似定理 现象的单值条件相似，并且由单值条件导出来的相似准数的数值相等，是现象彼此相似的充分和必要条件。 第一、二定理是相似现象的必要条件。必要条件。6.2.3 量纲分析量纲分析根据描述物理过程的物理量的量纲和谐原理，寻求物理过程中各物理量间的关系而建立相似条件的方法。基本量纲：F、 L、 T、 、

40、 m、1等导出量纲力量系统或绝对系统： F、 L、 T质量系统： m、 L、 T 量纲分析法的特性均衡性：同名物理量单位相同，处于同一系统齐次性：数学上可表示为齐次方程量纲和谐：运用加减和等号联系的物理量必须量纲相同2052066.2.3 量纲分析量纲分析量纲的相互关系两个物理量相等，数值相等，量纲也相同；同量纲参数的比值是无量纲参数，其值不随所取单位的同量纲参数的比值是无量纲参数，其值不随所取单位的大小改变大小改变量纲和谐导出的量纲可和基本量纲组成无量纲组合，基本量纲之导出的量纲可和基本量纲组成无量纲组合，基本量纲之间不能组成无量纲组合间不能组成无量纲组合12(,)0nfxxx12()(,)

41、0nk 工程中仍存在量纲不齐次的经验公式：工程中仍存在量纲不齐次的经验公式：如在流体力学里，曼宁公式如在流体力学里，曼宁公式 中，谢齐系中，谢齐系数数C的量纲为的量纲为 ，R的量纲为的量纲为L，n为无量纲量，为无量纲量，很明显量纲是不和谐的，所以可能有人认为量纲和很明显量纲是不和谐的，所以可能有人认为量纲和谐性原理是错误的，你是如何认识这个问题的，并谐性原理是错误的，你是如何认识这个问题的，并阐述你的理由。阐述你的理由。 1/61CRn1/21L T实例分析实例分析1 1质量弹簧系统动力学问题质量弹簧系统动力学问题(, , , , ,)0f m c k x t P220d xdxmckxPdt

42、dt123(,)0 物理量个数物理量个数n=6n=6，其中基本量纲，其中基本量纲k=3k=3，故独立，故独立数个数（数个数（n-n-k)=3k)=3。 函数表示函数表示356124aaaaaam ckxtP35612412111FL T FL T FL L T Faaaaaa212361234125FLTaaaaaaaaaaa123612341250020aaaaaaaaaaa2153415642aaaaaaaaa 1451451451,0,00,1,00,0,1aaaaaaaaa15145551441422()()()aaaaaaaaaaaamkkxtkm ckxtPcPc1223mkckx

43、Ptkc22ppmmmpppmmmpppmmmpm km kcck xk xPPt kt kcc数数对于相对于相似的物理现似的物理现象具有不变象具有不变形式，设计形式，设计模型时模型时实例分析实例分析2(2(量纲矩阵法量纲矩阵法) )(, ,)0fP M l W物理量个数物理量个数n=5n=5，其中基本量纲，其中基本量纲k=2k=2，故独立，故独立数个数个数（数（n-k)=3n-k)=3。 函数表示函数表示123(,)0 方程式法 静力试验模型相似条件n将上述三式用模型物理量和相似常数表示，有：仅当：仅当：相似相似条件条件才满足：才满足：n可以由模型试验获得的数据按相似条件推算得到原型结构的数

44、据。即： 如果考虑结构自重对梁如果考虑结构自重对梁的影响，则由自重产生的的影响，则由自重产生的弯矩、应力和挠度为：弯矩、应力和挠度为： 梁的梁的截面积梁的梁的截面积 梁的材料容重梁的材料容重n同样可得相似条件：同样可得相似条件：pAp42111MllfElSSSSSSSSSS111,4,44lllmpSSSSSSS若6.3 结构模型设计结构模型设计 结构模型设计的基本流程分析目的和要求，选择模型基本类型进行理论分析，确定相似判据确定几何相似常数，选择模型材料确定其它相似常数分析相似误差，做出相应调整分析单值条件形成技术文件2206.3.1 静力静力结构模型设计结构模型设计1、线弹性模型设计2、

45、非线性结构模型设计3、钢筋混凝土结构强度模型设计几何相似的材料本构基本相近的变形性能相同的破坏准则材料间相同的接触性能相同的泊松比2216.3.2 动力动力结构模型设计结构模型设计特点：需考虑惯性力的影响SE、S的调整：离心机、配重等St的调整：加载频率、自振周期Sa的调整：冲击荷载222动力试验模型的相似条件动力试验模型的相似条件单自由度质点受地震作用强迫振动的微分方程：单自由度质点受地震作用强迫振动的微分方程：211tctmkmS SSS SS2222gd xd xdxmckxmdtdtdt mTkSSS相似条件：相似条件：固有周期的相似常数：固有周期的相似常数：22xlxlxttxlxt

46、tSSSSSSSSSSSS运动方程和边界条件相似，初始条件相似：运动方程和边界条件相似，初始条件相似：初始条件包括质点位移、速度和加速度的相似，即初始条件包括质点位移、速度和加速度的相似，即在结构抗震试验中：在结构抗震试验中：模拟惯性力、恢复力和重力就产生困难模拟惯性力、恢复力和重力就产生困难,1mpgggSElgSSS S模型试验时：模型试验时：1,gElSSSS1,lmpmpSEE1,1,1EglmpgSSSSggS即ElSSS难满足难满足施加大施加大加速度加速度附加分布质量附加分布质量采用高密度材料采用高密度材料6.4.1 模型材料的选择模型材料的选择目的要求：满足试验目的相似要求：材料

47、的基本性质相似性能要求：性能稳定，受环境温度、湿度的影响较小；能正确反映结构的线性和/或非线性变形；易于加工精度要求：为便于测量仪表有足够的读数，弹性模量应适当低一些其它要求：徐变、温度、应变率等因素6.4 模型的材料、制作与试验模型的材料、制作与试验2266.4.2 常用模型材料常用模型材料金属（钢、铝、铜等）：弹性好、变形量大、泊松比与钢筋砼相似塑料和有机玻璃：强度大、弹性模量低、各向同性、加工方便、但徐变较大、热稳定性较差石膏：加工容易、成本低、泊松比与砼十分接近、弹性模量可人为调整、但抗拉强度低、较脆。被广泛用于制作弹性模型，也可大致模拟砼的塑性性能水泥砂浆：相比上述三种材料，最接近混

48、凝土，常用于制作砼薄壁结构，采用钢丝或铅丝模拟钢筋细石混凝土：非弹性性能较难模拟，缩尺比例不宜太小。主要缺点是粘结应力模拟不好，不适用于研究Wmax、f等2276.4.3 结构模型的制作与试验要点结构模型的制作与试验要点结构模型制作严格控制加工误差保证材料性能均匀分布安装及加载的连接部位满足试验要求结构模型试验模型材性指标满足环境要求测试、加载精度保证模型刚度、强度不受外部条件影响228思考题思考题1、简述模型设计中主要的相似要求。2、确定相似条件的方法有哪些，试对比分析。3、试列出不考虑自重荷载的静力试验模型的相似条件。229第七章第七章 试验数据的处理与分析试验数据的处理与分析2307.1

49、 概述概述数据的处理与转换数据的统计分析数据的误差分析处理后数据的表达2317.2 试验数据的处理与转换试验数据的处理与转换国家标准数值修约规则将数值修约成规定有效位数的数值拟舍弃数字的最左一位数字小于5，则舍去拟舍弃数字的最左一位数字大于等于5，但其后跟有并非全部为零的数字，则进1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则进1，为偶数则舍去负数修约时先将它的绝对值按上述规则修约后再加负号一次修约，不得连续修约数值运算时，先运算，再修约2327.2 试验数据的处理与转换试验数据的处理与转换数据的转换时域频域挠度曲率水平位移层间位移角应变应力应变曲率线位移剪切

50、变形任意方向的应变主应变baaDADCBA754T7T6T5T4bBC62472222612)(2tanbababaa2337.3.1 误差的分类误差的分类真值与测量值的差值称为测量误差，简称误差。实际试验中，真值是无法确定的，常用平均值代替。误差通常分为系统误差，随机误差、过失误差。系统误差（经常误差） 特点：误差值在整个测量过程中保持一定规律，而且是可以避免的产生原因：测量方法、测量工具、环境因素等表示方法：准确度准确度（表示系统误差的大小），它反映平均值的大小处理方法：查明系统误差的原因，在测量中采取改进措施或在数据处理时对测量结果进行修正7.3 测试数据的误差测试数据的误差234随机误

51、差（偶然误差）特点：误差的绝对值和符号变化无常，但当测量数据较多时，随机误差的数值分布符合一定的统计规律，一般是正正态分布态分布，随机误差是不可避免的产生原因：测量仪器、方法和环境条件的随机变化等表示方法：精密度精密度（它与准确度是独立的，反映标准差的大小）处理方法：进行统计分析，在数据处理时进行修正7.3.1 误差的分类误差的分类235操作误差（粗差）特点：数据异常，误差数值较大，应予以剔除产生原因：操作不当、主观性等处理方法：尽量避免，必要时剔除7.3.1 误差的分类误差的分类236正态分布产生原因：操作不当、主观性等处理方法：尽量避免，必要时剔除误差的平均值（式7-6）误差的标准差（式7

52、-8）误差的变异系数（式7-9）7.3.2 随机误差的分布规律随机误差的分布规律误差的传递微分原理237参数估计区分误差类型，尽可能减小误差或计算中考虑误差系统误差有积累变化、周期变化、按复杂规律变化三种，可通过数种不同的测量方法或同时用几种测量工具进行测量比较即可发现7.3.3 误差数据的处理误差数据的处理随机误差进行统计分析予以检验系统误差的发现和消除238经验判断概率统计理论方法7.3.3 误差数据的处理误差数据的处理异常数据的舍弃u3法：误差服从正态分布，误差绝对值大于3的概率仅为0.3，大于应剔除该数据u格拉布斯方法：以t分布为基础，某数据误差绝对值满足判别条件（式7-13）时，应剔

53、除u肖维纳方法：进行n次试验，误差服从正态分布，误差绝对值大于判别条件的概率小于1/2n，大于应剔除该数据2397.3.4 一元线性回归一元线性回归线性回归方法相关系数置信度例：已知某次试验数据如下表，求其线性回归式例：已知某次试验数据如下表，求其线性回归式y=ax+b240序号序号12345678X1.03.08.010.013.015.017.020.0Y3.04.06.07.08.09.010.011.0表格方式：有汇总表格和关系表格两类图形方式：曲线图、形态图、直方图、饼图函数方式：函数回归分析、系统参数识别7. 4 试验数据的表达方式试验数据的表达方式2417. 4 试验数据的表达方

54、式7.4.1 表格方式表格方式汇总表格、关系表格汇总表格、关系表格表格的基本要求表格的基本要求例如：例如：设计应力状态下各试件的承载力及挠度设计应力状态下各试件的承载力及挠度7.4.2 图像方式图像方式用于规律性的分析，表达变量之间的关系用于规律性的分析，表达变量之间的关系1. 曲线图的基本要求曲线图的基本要求对有异常的线段，采用三点滑动平均法进行光滑处理对有异常的线段，采用三点滑动平均法进行光滑处理2. 形态图的特点：表达非数值的形态形态图的特点：表达非数值的形态 包括照片和绘图包括照片和绘图3. 直方图和馅饼形图直方图和馅饼形图 统计分析用，数据直观，能显示分布规律统计分析用，数据直观，能显示分布规律某圆形截面预应力木梁荷载某圆形截面预应力木梁荷载-挠度曲线挠度曲线某矩形截面预应力木某矩形截面预应力木梁荷载梁荷载-挠度曲线挠度曲线7.4.3 函数方式函数方式 确定近似函数形式，求系数值确定近似函数形式，求系数值1. 确定函数形式确定函数形式直线或多项式：直线或多项式：其他形式其他形式