土木工程结构试验：结构试验技术-绪论

1、结构试验技术Structural Testing Technology 上课了！结构试验技术课程介绍 结构试验技术是土木工程专业的一门专业技术课。与材料力学、结构力学、混凝土结构、砌体结构、钢结构、地基基础和桥梁结构等课程直接有关，并涉及物理学、机械与电子测量技术、数理统计分析等内容。1 课程的定位结构试验技术课程介绍 在结构物（原型或模型）上，使用仪器设备为工具，利用各种实验技术手段，在荷载或其他因素（温度等）作用下，通过量测与结构工作性能有关的各种参数（变形、应变、振幅、频率等）,从强度、刚度和抗裂性以及结构实际破坏形态来判明建筑结构的实际工作性能，了解并掌握结构的力学性能，对结构或构件的

2、承载能力和使用性能做出评估，为验证和发展结构理论提供试验依据。2 课程的主要环节结构试验技术构件设计加载方案测试方案加载设备数据采集、测量仪器结构试验技术课程介绍 通过这门课程的学习，掌握结构动载和静载的加载方法，测量方法以及数据处理方法，掌握常用仪器的工作原理和使用方法，在结构试验中，进一步认识结构性能并培养进行结构试验的能力。3 课程的需要掌握的内容掌握结构动载和静载的加载方法静载作用动载作用拟动力试验单调加载试验低周往复试验风洞试验振动台试验常规试验机气囊加载装置气压表气囊加载设备建研式四连杆拟静力试验加载系统内藏钢板剪力墙拟静力试验底部框支剪力墙拟动力子结构试验中国恐龙塔振动台试验电阻

3、应变仪线性差动电感式位移传感器（LVDT）压电式加速度计力传感传感器力传感传感器机械式百分表掌握常用仪器的工作原理和使用方法主要教学参考书 （Text Book and References）第一章绪 论1.1 结构试验与理论分析的关系1.2 结构试验分类1.3 结构试验发展趋势1.4 学习内容 第一章绪 论1.1 结构试验与理论分析的关系 当计算理论比较完善，足以分析结构物的受力特性时，则结构试验只是起到验证和演示的目的； 当计算理论有待完善或分析对象为新材料、新工艺或新型结构时，结构试验则起到决定性的作用。受弯构件截面应力分布研究进程1638年，伽利略提出了截面应力为均匀拉应力1684年，

4、德国数学家莱布尼兹提出三角形分布的拉应力1713年，法国巴郎提出中性层分布，认为截面上同时存在拉应力和压应力1767年，法国科学家荣格密里首次试验证明了梁断面上压应力的存在，人们誉称“路标试验”硬木垫块1821年，法国科学院院士拿维叶理论推导出了受弯构件应力分布的公式 目前，理论分析只能解决一些有限的简单的问题，对于复杂结构、复杂荷载、应力集中和非均质材料下的一些问题，靠理论分析解决往往是非常困难的，有时基本是不可能的，很多情况下需要借助试验来解决这些困难。1.2 结构试验的分类 试验目的：生产鉴定性和科学研究性试验对象：模型试验和真型试验荷载性质：静载试验和动载试验作用时间：短期荷载试验和长

5、期荷载试验试验场地：试验室试验和现场试验1.2 结构试验的分类 试验目的：生产鉴定性和科学研究性试验目的科学研究性试验生产性试验基于科研目的验证结构设计理论的假定；制定或修订各种技术规范；发展和推广新结构，新材料，新工艺提供试验基础；基于生产目的检验结构设计和施工质量；检验已有建筑物的可靠性，推断剩余寿命；为处理工程事故提供技术依据PPaabHBbBH0H1深梁的平截面假定科学研究性试验（1）：验证设计理论的假定平截面假定：深梁、剪力墙等等1.2 结构试验的分类 桁架结构节点模型计算模型科学研究性试验（1）：验证设计理论的假定1.2 结构试验的分类 钢材的拉伸弹塑性模型钢材的拉伸试验曲线本构关

6、系科学研究性试验（1）：验证设计理论的假定1.2 结构试验的分类 我国现行结构设计规范除了总结已有大量科学实验的成果和经验外，还进行了大量的结构、构件和节点试验，为我国编制各类结构设计规范提供了依据每次规范修订之前都进行了大量的试验，每一个微小进步都离不开试验科学研究性试验（2）：为编制设计规范提供依据1.2 结构试验的分类 住宅产业化结构科学研究性试验（3）： -为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供基础1.2 结构试验的分类 住宅产业化结构1.2 结构试验的分类 住宅产业化结构1.2 结构试验的分类 未来建筑 法国设计师文森特卡勒波特 设计“未来版诺亚方舟” -LILYPADS1.2 结构

7、试验的分类 未来建筑1.2 结构试验的分类 生产鉴定性试验施工现场检测，以工程质量检测报告形式工程质量验收时缺少必要的原始内业资料（设计图纸，施工隐蔽记录等）；1）检验结构设计和施工质量1.2 结构试验的分类 生产鉴定性试验2）检验已有建筑物的可靠性，推断剩余寿命；各种灾害（火、爆炸和地震等因素）后的结构质量评估；正常使用达到设计基准周期（50年），既有建筑评估；服役结构在设计基准周期内，遭受到复杂的环境（酸碱等介质）作用；1.2 结构试验的分类 生产鉴定性试验1.2 结构试验的分类 生产鉴定性试验1.2 结构试验的分类 试验对象：原型试验和模型试验 原型试验试验对象：实际结构或复制的结构、构

8、件优点：完全反映真实结构受力特性，试验结论可靠缺点：费用高，加载难度大，试验周期长模型试验试验对象：缩尺试件优点：实施方便，费用低，多参数、多试件缺点：严格动力相似条件难实现，尺寸效应1.2 结构试验的分类 荷载性质：静力试验和动力试验 静力试验单调静力试验、低周反复静力试验、拟动力试验等优点：加载设备简单，试验观测方便缺点：不能反映结构动力性能动力试验振动台试验、疲劳试验、风洞试验等优点：能真实反映结构的动力特性和动力响应缺点：加载设备和测试手段复杂1.2 结构试验的分类 作用时间：短期荷载试验和长期荷载试验 短期荷载试验一般试验全过程持续几分钟到几天：动力试验和大部分的静力试验长期荷载试验

9、试验全过程持续几个月、几年到数十年：混凝土的收缩、徐变，预应力筋的松弛，结构的耐久性能等1.2 结构试验的分类 试验场地：试验室试验和现场试验 试验室由于可以获得良好的工作条件，可以应用精密和灵敏的仪器设备进行试验，具有较高的准确度。甚至可以人为的创造一个适宜的工作环境，以减少或消除各种不利因素对试验的影响。所以适宜于进行研究性试验。现场试验与室内试验相比，由于客观环境条件的影响，不宜使用高精度的仪器设备来进行观测，相对来看，进行试验的方法也可能比较简单粗糙，所以试验精度和准确度较差。1.2 结构试验的分类 1.3 结构试验的发展趋势 大型化大型化 60年代开始建设：地震局工力所（1.2m3.

10、3m） 80年代大量建设：中科院（3m3m）、同济大学（4m4m ）、哈工大（3m4m） 90年代开始改造：水平单向或双向 三向21世纪向大台面、台振发展 大型化 振动台 日本：台面2015m、竖向承载力1200t 美国 ：台面：712.2 m，竖向承载力2000t 中国：台面66m、竖向承载力70t 大型化 http:/www.bosai.go.jp大型化 同济大学四子台振(4m6m)大型化 四个台合成大型矩形台组大型化 两个主台组成为一大型振动台网络化 2001年美国启动“NEES”计划，将把美国全国范围的地震工程研究团体和20个实验室链接到一起，通过Internet实现试验设备的远程操作

11、和远程监测，提供试验设备和数据的接口，以及实现模型模拟和数值模拟相结合的混合操作欧洲建立了“减轻地震风险的欧洲网络”台湾地区建立地震工程研究平台ISEE内地2004年启动了国家自然科学基金资助的重点项目“现代结构拟动力地震模拟协同试验方法与系统”，由湖南大学、哈工大和清华合作完成数字化 离开了计算机，现代结构试验技术不复存在。测量及采集设备由原始的人工记录到全部计算机数据采集并处理分析；特别值得一提的是大型试验设备的计算机控制技术和结构性能的计算机仿真技术。多功能高精度的大型试验设备（以电液伺服系统为代表）的控制系统于上世纪末告别了传统的模拟控制技术，普遍采用计算机控制技术，使试验设备能够完成复杂、快速的试验任务。1.4 学习内容 结构静载试验 结构动载试验 结构抗震试验 结构的非破损检测 模型设计的相似理论 试验设