建筑结构试验二

1建筑结构试验建

筑

结

构

试

验任课教师：薛伟辰2建筑结构试验《建筑结构试验》课程介绍

建筑结构试验是以实验技术为手段，测量能反映结构或构件实际工作性能的有关参数，为判断结构的承载能力和安全储备提供重要根据。

建筑结构试验是工业与民用建筑专业的一门专业技术课程。本课程的任务是使学生获得建筑结构试验方面的基础知识和基本技能，能够进行一般建筑结构试验的设计与实施。3

建筑结构试验结构试验设计试件设计加载方案

荷载设备

测试方案数据采集和测

量仪器4

建筑结构试验课

时

安

排第一章

结构试验概论第三章

结构试验的荷载设备（2课时）（2课时）第四章

结构试验的数据采集和测量仪器

（2课时）第二章

结构试验设计第五章

结构单调加载静力试验第六章

结构低周反复静力加载试验第九章

结构试验现场检测技术第十章

结构试验的数据处理（4课时）（2课时）（2课时）（2课时）（2课时）5建筑结构试验第一章结构试验概论6建筑结构试验结构试验与理论分析的关系：作为一门试验科学，目的是对结构物的受力性能作出评价，并为验证和发展计算理论提供依据；当计算理论比较完善，足以分析结构物的受力特性时，则无须进行结构试验；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，则需要进行结构试验。如结构的弹性内力计算与塑性承载力设计方法、长期性能、耐久性等7建筑结构试验简支受弯梁试验：（著名的路标试验）研究简支受弯梁截面应力分布。8建筑结构试验简支受弯梁试验：（路标试验）17世纪初，伽利略提出截面应力均匀分布；17世纪中，有人将其修正为三角形分布；1713年，巴朗（法国）提出正确的应力分布型式，但未能进行试验验证；1767年，容格密理（法国）提出路标试验；1821年，拿维叶（法国科学院院士）推导了受弯构件应力分布的计算公式；1850年，阿莫历思（法国科学院院士）完成了试验验证。9建筑结构试验结构试验在我国的发展历史：解放前，结构试验在我国几乎是空白；1953年，长春市25.3m输电塔原型检验性试验；1957年，武汉长江大桥静载和动载试验；1959年，北京火车站35m×35m双曲薄壳静力试验；70年代后，上海体育馆、南京五台山体育馆网架模型试验；1977年，“建筑结构测试技术的研究”八年规划；上世纪80年代以来，随着大型高精度试验装置和数采系统的应用，标志着我国结构试验达到一个新水平。10建筑结构试验结构试验的发展趋势：大型化、体系化；精密性，包括试件设计、加载、测试；计算机联机试验。我校的结构试验建设情况：共有六个试验室；静力、拟动力、振动台、抗火、风洞、耐久性。建筑结构构试验结构试验验的任务务：定义：课课本P1－2PΔP应变片P－Δ曲曲线（构构件）M－φ关关系（截截面）承载力、、挠度、、裂缝平截面假假定验证证1112建筑结构构试验结构试验验的目的的：生产性试试验（又又称鉴定定性试验验或检验验性试验验）科研性试试验13建筑结构构试验生产性试试验：特点：非探索性性、有比比较成熟熟的计算算理论、、针对实实际结构或构件件应用场合合：♦♦♦♦♦检验结构构设计和和施工质质量；检验已有有建筑物物的可靠靠性，推推断剩余余寿命；；鉴定加固固，改造造工程的的实际受受力性能能；为工程事事故鉴定定处理提提供技术术依据；；检验结构构构件或或部位的的受力性性能。14建筑结构构试验科研性试试验：特点：具有研究究、探索索、开发发的性质质，针对对试件而而不一定是具体体结构。。应用场合合：♦♦♦验证结构构计算理理论及有有关假定定、推断断等；为编制有有关设计计规范提提供依据据；推广应用用新结构构、新材材料、新新工艺。。15建筑结构构试验建筑结构构试验的的分类：：按试验对对象：真真型试验验、模型型试验；；按荷载性性质：静静力试验验、动力力试验；；按试验时时间：短短期荷载载试验、、长期荷荷载试验验；按试验场场合：试试验室试试验、现现场试验验；按破坏程程度：破破坏性试试验与非非破坏性性试验。。16建筑结构构试验真型试验验与模型型试验：：真型试验验♦♦♦试验对象象：实际际结构或或按比例例复制的的结构、、构件优点：完完全反映映真实结结构受力力特性，，试验结结论可靠靠缺点：费费用高，，加载难难度大，，试验周周期长模型试验验♦♦♦试验对象象：缩尺尺试件优点：实实施方便便，费用用低，多多参数、、多试件件缺点：严严格相似似条件难难实现，，尺寸效效应17建筑结构构试验静力试验验与动力力试验：：静力试验验♦♦♦单调静力力试验、、低周反反复静力力试验等等优点：加加载设备备简单，，试验观观测方便便缺点：不不能反映映结构动动力性能能动力试验验♦♦♦振动台试试验、疲疲劳试验验、风载载试验等等优点：能能真实反反映结构构的动力力特性和和动力响响应缺点：加加载设备备和测试试手段复复杂18建筑结构构试验短期荷载载试验与与长期荷荷载试验验：短期荷载载试验♦一般试验验全过程程持续几几分钟到到几天长期荷载载试验♦♦试验全过过程持续续几个月月、几年年到数十十年主要研究究与时间间有关的的结构特特性（如如：混凝凝土的收收缩、徐变变，预应应力筋的的松弛，，结构的的耐久性性能等）19建筑结构构试验试验室试试验与现现场试验验：试验室试试验♦♦适用于科科研性试试验是今后结结构试验验的主要要发展方方向现场试验验♦试件或结结构的工工作条件件、结构构型式等等完全反反映工程程实际情况况20建筑结构构试验破坏性试试验与非非破坏性性试验：：现场试验验和长期期荷载试试验多为为非破坏坏性试验验试验室试试验与短短期荷载载试验多多为破坏坏性试验验21建筑结构构试验思考题：：1、简述结结构试验验的任务务。2、按试验验目的的的不同，，结构试试验可分分为哪两两类？3、简述生生产性试试验的目目的。4、简述科科研性试试验的目目的。5、试对比比真型试试验与模模型试验验。6、简述静静力试验验与动力力试验的的不同。。7、阐述短短期试验验与长期期试验的的区分。。8、说明试试验室试试验与现现场试验验的不同同。22建筑结构构试验第三章结构试验验的荷载载设备23建筑结构构试验结构试验验中的加加载方法法：重力加载载法；液压加载载法；惯性力加加载法；；机械力加加载法；；气压加载载法；电磁加载载法；人激振动动加载法法；环境随机机振动激激振法。。24建筑结构构试验重力加载载法：包括重力力直接加载载法和杠杆加载载法。直接加载载法应注意避避免因荷荷重块产生拱作用而改变荷载分分布。杠杆加载载法结构变形形后荷载载不改变，但但无法自行行卸载。25建筑结构构试验重力加载载法：预应力钢钢－混凝凝土组合合梁长期期荷载试试验建筑结构构试验液压加载载法：目前结构构试验中中最常用用的加载载方法；；可适用于于静、动载载试验，吨吨位可大大、可小小；液压加载载方法♦液压加载载系统和和试验台台座；♦结构试验验机系统统。液压加载装置置♦液压加载器；；♦结构试验机；；♦地震模拟振动动台。26♦液压加载系统统；♦电液伺服液压压系统；27建筑结构试验验液压加载器：：液压千斤顶电动泵28建筑结构试验验液压加载系统统：组成部分♦液压加载器♦液压控制台♦反力架♦台座适用于各类结结构的静载试试验（包括拟拟静力试验））29建筑结构试验验液压加载系统统：5M钢桁架结结构静力分析试验验液压千斤顶手动油泵竖向反力架支墩10000kN垂向加载油缸建筑结构试验验结构试验机：：水平伺服跟动装置球铰及微动横梁缩紧机构探测装置垂向伺服跟动装置3000kN水平加载装置横梁升降机构1500kN水平加载装置10000kN大型多功功能试验机系系统（同济大大学建筑结构构试验室）3031建筑结构试验验地震模拟振动动台：同济大学土木木工程防灾国家重点试试验室美国MTS公公司三向六自自由度维模拟地震震振动台，台面尺寸4m×4m，最最大试件质量25t。32建筑结构试验验惯性力加载法法：利用运动物体体质量的惯性性施加动力荷载；冲击力加载法法♦初位移加载法法；♦初速度加载法法；♦反冲激振法。。离心力加载法法♦优点：结构简简单，容易产产生较大振幅幅和激振力；；♦缺点：频率低低，振幅调节节难，只能产产生简谐荷载。直线位移惯性性力加载法♦激振力大，但但频率较小（（<1HZ），且且设备笨重。。33建筑结构试验验惯性力加载法法：初位移加载法法初速度加载法法34建筑结构试验验机械力加载法法：常用机具包括括：吊链（葫葫芦）、卷扬扬机、花篮螺螺丝、螺旋千斤斤顶、弹簧等等；适用于施加水平荷载；优点：设备简单，集集中力的方向向便于控制；；缺点：荷载较小，加加卸载速度慢慢，荷载作用用点的变形会引起荷荷载值的较大大改变。35建筑结构试验验气压加载法：：利用压缩空气气加载，利用用抽真空产生生负压加载；适用于平板、、壳体等平面结构施加均布荷载；优点：加、卸载方便便，荷载稳定定、安全，结结构破坏时能够自动动卸载；缺点：加载面无法观观测。36建筑结构试验验电磁加载法：：可进行静、动载试验；电磁式激振器器♦优点：频率范围宽、、重量轻、控控制方便、可可按给定信号产生多个个波形的激振振力；♦缺点：激振力不大、、适用于小型型结构试验。。电磁振动台♦优点：频率范围宽、、振动稳定、、波形失真小小、振幅和频率的调节节较为方便、、容易实现自自动控制；♦缺点：激振力小、适适用于小型结结构试验。37建筑结构试验验人激振动加载载法：人身体有规律的运动，在共振情况下可产生生较大的激振力（有有阻尼自由振振动）。环境随机振动动激振法：又称脉动法；由地面脉动产产生建筑物脉脉动，再对其其进行模态参参数识别。38建筑结构试验验荷载支承设备备和试验台座座：支座；荷载支承机构构；结构试验台座座；现场试验荷载载装置。39建筑结构试验验支座：支墩：简易支支座，钢或钢钢筋砼制作，，现场试验多多为砖砌体；支座作用形式式：滚动铰支座、固定铰支座、球铰支座；对铰支座的基基本要求（课课本P58－－59）♦必须保证结构构在支座处能能自由转动；；♦必须保证结构构在支座处力力的传递；♦构件支座处铰铰的上下垫板板要有一定刚刚度；♦滚轴长度，一一般取为试件件支承处截面面宽度；♦滚轴直径，可可按表选用，，并进行强度度验算。40建筑结构试验验支座：41建筑结构试验验荷载支承机构构：又称反力架或荷载架；试验室试验♦反力架（由横横梁立柱组成成）；♦抗弯大梁或空空间桁架式台台座（适用于于中小型构件件）、试验台座。。现场试验♦反力支架（包包括平衡重、、锚固桩头、、现浇地梁和和箍架等）。建筑结构试验验荷载支承机构构：试验台座（槽槽式）竖向反力架42立柱横梁43建筑结构试验验荷载支承机构构：水平反力架44建筑结构试验验结构试验台座座：抗弯大梁式台台座和空间桁桁架式台座♦适用于中小型型构件试验，，跨度短、荷荷载小；♦特点：自平衡衡式，对支座座和支承条件件无要求。空间桁架式台台座抗弯大梁式台台座45建筑结构试验验结构试验台座座：（试验台台座）板式试验台座座♦RC板或PC板（厚板）），由结构自自重和刚度来来平衡所施加的荷载。。♦槽式试验台座座：加载点可可沿台座纵向向移动，但由由于地脚螺丝较松松，不适用于动力荷载试试验。♦地脚螺丝式试试验台座：可可适用于静力试验和动力试验，但试件就位位灵活性差，螺丝受损后后修复困难。箱式试验台座座♦特点：承载力高、刚度大、台座空间利用率高高，但安装和移动设设备困难。46建筑结构试验验结构试验台座座：（试验台台座）抗侧力试验台台座♦作用：通过拉拉压千斤顶或或电液伺服加加载系统对试试件施加模拟地震震作用的低周周反复荷载，，进行拟动力和拟静力试验。♦试验台座采用用RC或PC的实体墙或或箱形墙，有有L型、U型等。47建筑结构试验验槽式试验台座座：槽式试验台座座，高出地面面500mm（同济大学学建筑结构试试验室）48建筑结构试验验现场试验荷载载装置：关键问题：如如何提供支座反力。解决方法♦平衡重式♦压桩作为地锚锚♦成对试验加载载49建筑结构试验验思考题：1、简述重力力加载法的特特点。2、如何避免免重力加载法法中的拱效应应？3、液压加载载器有哪几种种？4、电液伺服服加载系统的的主要功能有有哪些？5、阐述机械械力加载法的的常用机具及及其特点。6、简述气压压加载法的优优点和缺点。。7、支座有哪哪几种基本形形式？8、结构试验验台座的分类类及其特点。。50建筑结构试验验第四章结构试验的数数据采集和测测量仪器51建筑结构试验验主要内容4.1概述4.2传感器4.3记录器4.4数据采集系统统52建筑结构试验验4.1概述数据采集：用用多种仪器和和装置测量结结构试验中的的输入（作用）和输输出（效应、、响应）数据据。结构试验数据据采集的发展展过程：♦人工测量、人人工记录：直直尺、秤等♦仪器测量、人人工记录：YJ-5应变变仪等♦仪器测量、仪仪器记录：传传感器+X-Y记录仪仪等♦数据采集系统统：输力强数数据采集系统统等建筑结构试验验传感器感受部分显示、记录部部分放大器放大部分分析仪器显示器记录器数据采集系统统5354建筑结构试验验结构静力试验验：主要测量量局部纤维应应变和整体变变形，多使用复合式仪表。结构动力试验验：量测结构构动力特征和和动态反应，，使用动态模拟仪器器。数据采集的仪仪器设备（按按功能与使用情情况分）：传感器、放大器、、显示器、记记录器、分析析仪器等。4.1概述（续）55建筑结构试验验测量仪器设备备的主要技术术性能指标：：♦刻度值（最小分度值值）：指示或或显示装置所所能指示的最最小量测值。♦量程：仪器可以测测量的最大范范围。♦灵敏度：仪器对被测测物理量变化化的反应能力力。♦分辨率：测量被测物物理量最小变变化值的能力力。♦线性度：仪器校准曲曲线对理想拟拟合直线的接接近程度。♦稳定性：规定时间内内保持示值与与特性参数不不变的能力。。♦重复性：重复测试同同一数值时保保持示值一致致的能力。♦频率响应：动测仪器输输出信号随输输入信号变化化的特性。4.1概述（续）56建筑结构试验验结构试验对仪仪器设备的使使用要求♦自重轻、尺寸寸小，不影响响结构工作与与受力；♦合适的灵敏度度和量程；♦安装使用方便便，稳定性和和重复性好；；♦价廉耐用，可可重复使用，，安全可靠，，维修容易；；♦多功能，多用用途，适应多多方面需要。。数据采集应遵遵循同时性和客观性原则。为确定仪器设设备的灵敏度度和精确度、、确定试验数数据的误差，应在试验前后对仪器设备进进行标定。4.1概述（续）57建筑结构试验验4.2传感器（一）基本原原理：（教材P70-71））机械式传感器器：利用机械原原理进行工作作，包括感受受机构、转换机械械、显示装置置和附属装置置四部分。电测传感器：利用某种特特殊材料的电电学性能、或或某种装置的电学原原理，把所需需测量的非电电物理量变化化转换成电量变化，，主要包括感感受部分、转转换部分、传传输部分和附属装置置四部分。其他传感器：包括红外线线传感器、激激光传感器、、光纤传感器和超声声波传感器等等。建筑结构试验验（二）电阻应应变计工作原理：利用某种金金属丝导体的的“应变电阻效应应”。构造组成：♦引出线♦覆盖层层♦电阻栅栅♦基底材材料58dRR=KεK：灵敏敏系数数ε：应应变单位应应变引引起的的相对电电阻变变化59建筑结结构试试验（二））电阻阻应变变计（（续））电阻应应变计计的特点：灵敏敏度高高，应应变片片尺寸寸小（（应力力集中区区密集集贴片片），，质量量轻，，粘贴贴牢固固，适适用于于高、、低温环环境（（-50℃～～100℃℃）。主要技技术指指标♦电阻值值R：120ΩΩ。♦标距l：即电电阻栅栅的有有效长长度。。钢筋筋片2×1、3×2等，砼片片80×4、100×5等（（大于于4倍倍最大大粗骨骨料粒粒径，，还与应应变梯梯度有有关））。♦灵敏度度系数数K：即单单位应应变引引起应应变计计的电电阻变变化。。应与应应变仪仪的灵灵敏度度系数数设置置相协协调。。建筑结结构试试验（二））电阻阻应变变计（（续））电阻应应变仪仪的分分类♦按电阻阻栅的的种类类分：：丝绕绕式、、短接式式、箔箔式、、半导导体式式、焊焊接式；；♦按电阻阻栅的的形状状分：：单向向应变变片、应应变花花（双双向、、三向向）；；♦按基底底材料料分：：纸基基、胶胶基；；♦按使用用极限限温度度分：：低温温、常常温、高高温。。60三向应应变花花61建筑结结构试试验电阻应应变计计的粘粘贴方方法：：顺序工作内内容方法要求外观检检借助放放大镜镜肉眼眼检查查应变片片应无无气泡泡、霉霉变、、锈点点、1应变片片检查查分选择择查阻值检检查测点检检查用万用用表检检查用单臂臂电桥桥测量量电阻阻值并并分组检查测测点处处表面面状况况栅级应应平直直、整整齐均均匀应无短短路或或断路路同一测测区应应用阻阻值基基本一一致的的应变计，，相差差不大大于0.5%测点应应平整整、无无缺陷陷、无无裂缝缝打磨用砂布布或磨磨光机机平整、、无浮浮浆、、并不不使断断面减减少用丙酮酮或酒酒精清清洗清洗打底棉花干干擦是是无污污染胶层厚厚度0.05-0.1mm左右，，硬后后用砂布布打磨磨2测点处处理测线定定位上胶用镊子子夹应应变计计引出出线，，在纵线与与应变变方向向一致致测点上上十字字中心心与应应变计计上的的标挤压背面上上一层层薄胶胶，测测点也也涂上薄胶胶，将将片对对准放放上在应变变计上上盖一一小片片玻璃璃挤出多多余胶胶水志对准准胶层应应尽量量薄，，并注注意应应变计计位纸，用用手指指沿一一个方方向滚滚压，，置不不滑动动。3应变计计粘贴贴加压快干胶胶粘贴贴，用用手指指轻压压1-2分钟，，其它它胶则则适当当方法法加压1-2小时胶层应应尽量量薄，，并注注意应应变计计位置不滑滑动。。顺序工作内容方法要求4固化处理自然干燥在室温15度以上，湿度60%以下1-2天胶强度达到要求人工固化气温低，湿度大，在自然干燥后，用人工加温度。加热温度不超过50度，且受热均匀5粘贴质量检查外观检查、阻值检查、绝缘度检查6导线连接引出线绝缘应变计引出线底下贴胶布保证引出线不与试件形成短路。固定点设置用胶固定电线保证电线轻微拉动时，引出线不断导线焊接把引出线与导线焊接无虚焊7防潮防护62建筑结结构试试验电阻应应变计计的粘粘贴方方法（（续））：63建筑结结构试试验（三））应变变测量量电阻应应变计计测量量应变变♦采用惠惠斯登登电桥桥（1/4电桥桥接法法、半半桥接接法、、全桥桥接法），，将电电阻变变化转转换为为电压压或电电流的的变化化，使使信号号放大，，从而而进行行测量量；♦读数：：零位读读数法法（电电阻））、偏位读读数法法（电电压））惠斯登登电桥桥64建筑结结构试试验（三））应变变测量量（续续）电阻应应变计计测量量应变变♦温度补补偿技技术：粘贴贴在试试件测测点上上的应应变计计所反反映的的应变值值，除除了试试件受受力的的变形形外，，还包包含试试件与与应变变计受温度影影响而产生生的变变形和和由于于试件件材料料与应应变计计的温度度线膨膨胀系系数不不同而而产生生的变变形等等。这这种变变形不不是荷载载效应应，一一般采采用温温度补补偿方方法加加以消消除。。♦消除温温度影影响的的方法法：温度补补偿法。65建筑结结构试试验温度补补偿应应变计计法66建筑结结构试试验（三）应变测量（（续）其他方法测量应变变♦位移法：♦用两点之间的相对对位移近似表示两两点之间的平均应应变♦小标距（50mm～250mm））：手持应变仪（（引申仪）、杠杆引申仪、百分分表、位移传感器器；♦大标距：收敛仪、、水准仪、经纬仪仪。♦光测法：多用于结构局部部应力分析（云纹纹法、激光衍射法、光弹法）。。ε=Δl/l67建筑结构试验（四）力传感器和和压力传感器主要有机械式传感器和电测式传感器两类；机械式：拉力测力力计、压力测力计计、拉压力测力计计；电测式（应变式））：压力传感器、、拉压传感器（较较为常见，采用应变计计量测方法，可自自制）。电测式荷载传感器器建筑结构试验（五）线位移传感感器简称位移传感器；机械式百分表、电电子百分表、千分分表、位移计、量程1～3mm量程10～30mm水准仪、经纬仪等。机械式百分表量程50、100、200、300mm电子百分表6869千分表经纬仪建筑结构试验（五）线位移传感感器（续）位移计建筑结构试验（六）角位移传感感器倾角仪、倾角传感感器等。（七）裂缝测量仪仪器裂缝测量的两项内容：开裂时刻与与位置、裂缝宽度度与长度；判断裂缝是否出现现的方法♦目测♦应变♦曲线试件表面刷白，裂裂缝一般与主拉应应力垂直；通过钢筋应变和砼砼应变综合判定；；通过P－Δ、P－－γ曲线拐点判定定。常用裂缝宽度测量仪器：读数显微镜、裂裂缝标尺。70♦建筑结构试验（八）测振传感器器基本原理：测量结构振动参参数（位移、速度度、加速度等）的仪器♦利用相对运动原理理手持式测振仪；惯性式测振传感器器。♦利用惯性原理传感器的频率特性应尽可能大应尽可能大♦位移传感器：w♦wn♦加速度传感器：wnww为振动体的频率wn为传感器固有频率率7172建筑结构试验（八）测振传感器器（续）磁电式速度传感器器（教材P84-85）♦灵敏度高、性能稳稳定压电式加速度传感感器（教材P86）♦优点：动态范围大（可可达105g），频率范围宽宽，稳定性好，机械强度高高，温度范围宽；；♦缺点：灵敏度较低。压电传感器73建筑结构试验4.3记录器（一）概况（教材P70-71）数据的记录方式：：模拟式、数字式。常用记录器：光线线示波器、磁带记记录仪、磁盘驱动动器、X－Y记录仪。。（二）X－Y记录录仪模拟式记录器；可记录一个X轴（荷载）、二～三个Y轴（位移、应变等）；多用于静力测试。74建筑结构试验（三）光线示波器器模拟式记录器；可同时记录多条曲曲线；主要用于振动测试。（四）磁带记录仪仪有模拟式和数字式两种；多用于测量振动参数；特点：工作频带宽、同同时多通道记录、、录放速度可调、可将磁信号还原原为电信号。75建筑结构试验4.4数据采集系统（一）数据采集系系统的组成（教材P90图4-23）传感器部分：包含电测传感器器数据采集部分：扫描传感器，对对数据进行采集计算机部分：控制数据采集仪仪，并进行数据处处理按系统组成模式分分：♦大型专用系统♦分散式系统♦小型专用系统♦组合系统76建筑结构试验数据采集系统的组组成77（二）数据采集过过程（教材P90-92）结构试验的原始数数据；力、线位移移、角位移、应变和温度等物理理量A/D转换扫描采集把物理量转变为电电信号传感器感受各种物理量实时屏幕图象显示示存入文件计算处理从数据采集仪读入入数据打印输出、存入磁磁盘放入内存系数换算计算机数据采集仪建筑结构试验数据后处理打印输出数据流通过程图建筑结构试验（二）数据采集过过程（续）（教材P90-92）数据采集程序框图图启动处理测试参数文件件仪器状态的诊断测测试建立存放数据的文文件设置屏幕曲线显示示的坐标系采集初读数采集待命，可选择择下一步操作如：①一次采集；；②连续采集；③③终止运行一次采集a)扫描采集；b)存入文件；c)屏幕曲线显示示；d)打印输出终止连续采集a)扫描采集；b)存入文件；c)屏幕曲线显示示；准备阶段集阶段78正式采79建筑结构试验思考题：1、数据采集应遵遵循的两个原则是是什么？2、传感器的功能能是什么？3、简述电阻应变变计的工作原理。。4、简述电阻应变变计的主要粘贴步步骤。5、何谓1/4电电桥、半桥接法以以及全桥接法。6、简述电阻应变变计的构造组成。。7、常用的位移传传感器有哪些？8、裂缝测量主要要有哪两项内容，，常用方法是什么么？9、常用的数据记记录器有包括哪些些？10、简述数据采采集系统的硬件组组成。80建筑结构试验第二章结构试验验设计81建筑结构构试验主要内容容2.1概述2.2试件设计计2.3结构试验验的模型型设计2.4结构试验验荷载设设计2.5结构试验验的观测测设计2.6材料的力力学性能能与结构构试验的的关系2.7结构试验验大纲和和试验基基本文件件82建筑结构构试验2.1概述结构试验验全过程程包括：：试验设设计、试试验准备备、试验验实施和试验验分析等等几部分分。结构试验验设计定定义(P9)：：♦对结构试试验进行行全面的的设计与规划；♦设计的计计划和试试验大纲纲对试验验起着统管全局局和具体指导的作用。。83建筑结构构试验2.1概述（续续）试验设计计的主要要内容（（以简支支梁试件件设计为为对象））(1)确定试验验参数，结合试试验经费费与时间间，进行行试件设设计♦如适筋梁梁试验：：强剪弱弱弯原则则、板的的抗剪问问题、梁梁截面尺寸的确确定、经经济配筋筋率问题题。(2)加载设计计♦支承条件件、加载载方式（（等弯矩矩段）、、加载设设备、加加载制度（荷载载与位移移混合控控制）。。(3)观测设计计♦P-Δ、、挠度、、裂缝、、应变、、曲率等等。尽可可能多地地测量内内容，充分分利用试试验。84建筑结构构试验2.2试件设计计缩尺模型型与足尺尺模型♦缩尺模型型必须满满足严格格的相似似条件。。试件设计计的内容容及要求求♦内容：试试件形状状的选择择、试件件尺寸与与数量的的确定、、构造措施施等；♦要求：结结构与受受力的边边界条件件、试验验的破坏坏特征、、试验的加加载条件件。85建筑结构构试验2.2试件设计计（续））（一）试试件形状状基本原则则：受力条件件和边界条件件的模拟。。如框架节节点的试试验方案案，板柱柱结构的的受力特特征（板板带宽度的选选取）。。（二）试试件尺寸寸尺寸效应应（构件件与结构构）；混凝土抗抗压强度度试验100××100×100150××150×150200××200×2000.951.01.0586建筑结构构试验（三）试试件数量量生产性试试验：按按试验任任务的要要求来确确定试件件数量。。科研性试试验：(1)单因素根据因素素的水平平数来确确定试件件数量；；(2)多因素采用正交试验验设计法来来进行试试验设计计并对试验验结果进进行科学学分析。。多因素试试验存在在的问题题：(1)全面试验验的次数数（试件件数量））与实际际可行的的试验次次数之间的矛矛盾。n个因素素，m个个水平，，则全面面试验次次数mn。(2)实际所做做的少数数试验与与全面掌掌握内在在规律的的要求之之间的矛盾。。87建筑结构构试验（三）试试件数量量（续））正交试验验设计：：指利用用事先制制好的正正交表来来安排多多因素试验验，并进进行试验验结果分分析的一一种试验验设计方方法。♦正交表是正交试试验设计计法中合合理安排排试验并并对试验结果进进行统计计分析的的一种特特殊表格格。♦常用正交交表有L4(23)、L9(34)、L12(31×24)等。试验次数数因素的水水平数因素数88建筑结构构试验（三）试试件数量量（续））正交表的的特点（（凡符合合下列两两个特点点的表均均称为正正交表）：：(1)每一列中中，不同同的数字字出现的的次数相相等；(2)任意两列列中，将将同一横横行的数数字看成成有序数数对（左列的的数放在在前，右右列的数数放在后后）则每每种数对出现现的次数数相等。。如（1、2））（1、、1）（2、1）（2、2））各出现现一次。。89312212121211122因素水平试件1234建筑结结构试试验（三））试件件数量量（续续）L4(23)正交交表90建筑结结构试试验（三））试件件数量量（续续）完全试试验的的试件件数量量23455322431024312541681256625382764125249162512345因素水平911234567894123312231312323131221231231231111222333因素水平试件建筑结结构试试验（三））试件件数量量（续续）L9(34)正交交表92建筑结结构试试验22223122121211212112212211112112211221121212121212122221111333123456789101154321因素水平试件（三））试件件数量量（续续）L12(31×24)正交交表建筑结结构试试验（三））试件件数量量（续续）正交试试验结结果分分析——直观分分析法法♦目的：：(1)确定各各因素素的主主次关关系；；(2)确定各各影响响因素素的最最佳水水平。。♦具体步步骤：：(1)填写评价指指标，将每每个试件的的试验结果果填入正交交表的右栏内；；(2)计算各因素素的水平效效应值Kmf、Kmf和极差Rm值。(3)比较各因素素的极差R值，根据据其大小，，列出各因因素的主次关系。。R值较大大者，即对对试验结果果的影响较较大、即主主要因素。(4)比较同一因因素下各水水平的效应应值Kmf，能使指标标达到满意值的为为较理想的的水平值。。93

相应的指标值之和Kmf

＝Kmf，m列第f水平的

重复次数Rm

m列中Kmf的极大值与

极小值之差94建筑结构试试验（四）结构构试验加载载与测试对对试件设计计的要求试件支承条条件的要求求：支承点点的水平、、局压、支支承点的明确（跨跨度）。试件加载点点的要求：：分配梁（（简支梁型型式）、局局压。试件破坏型型式和破坏坏机制的要要求：如弯与剪的破破坏问题、节点点与梁柱构构件的强度度问题、防防止粘结滑滑移的措施。试验测量的的要求：预预埋件、预预留孔道、、预贴应变变片。辅助试件的结构构件的单体试件。95建筑结构试试验2.3结构试验的的模型设计计结构模型设设计要求按按相似理论论进行设计计，以保证证“试验过程与与试验结果果相似”♦几何相似♦材料相似♦

物理相似♦

荷载相似科研性试验验中常采用用小型试件件，即缩尺模型。96建筑结构试试验2.3结构试验的的模型设相似原理相似原理是研究自然然界相似现现象的性质质和鉴别相相似现象的基本原原理，由三三个相似定定理组成：：♦第一相似定定理：彼此相似似的现象，，单值条数也相同，，由牛顿在在1786年首先提提出，它确确定了相似似现象的性质。♦第二相似定定理：某一现象象各物理量量之间的关关系方程式式，都可表示为相似似准数之二相似定理也称π定理，为模型设计提供了理论基础。♦第三相似定定理：现象的单单值条件相相同，并且且由单值条条件导出的相似准数数相等，是是现象彼此此相似的充充要条件。。97建筑结构试试验2.3结构试验的的模型设计计（续）（一）模型型的相似要要求和相似似常数相似常数的的独立性几何相似要求模型和和真型之间间所有对应应部分尺寸寸成比例。。Sl（长度）、SA（面积）、、Sw（抗弯模量量），SI（惯性矩）），Sx（位移）、、Sε（应变）。。质量相似Sm（质量）、、Sρ（比重）。。荷载相似SP（集中力））、Sw（面力）、、Sq（体力）98建筑结构试试验（一）模型型的相似要要求和相似似常数（续续）物理相似Sσ（应力）、、Sτ（剪力）、、Sγ（剪切角））、SE（弹性模量）。时间相似St，时间相似似不是指时时刻相似，，而是指时时刻的间隔隔相似。边界条件相相似指模型的支支承与约束束条件相似似。初始条件针对动力问问题，包括括初始位置置、位移、99建筑结构试试验（二）模型型设计的相相似条件（（教材P19-25）按模型设计计的相似理理论确定相相似条件的的方法有：：方程式分析法、、量纲分析析法。方程式分析析法：已知各参参数与物理理量的函数数关系，并并有显式表达达式时。适适用于较简简单的物理理现象。量纲分析法：对较复杂的物物理现象，不能能用显式表达参数的合理选择对模型设计具有决定性的作用。取决于对该物理理现象的正确认认识程度⎧=1⎪⎪⋅2lSSσ⎪⋅⋅lEfSSS100建筑结构试验（二）模型设计计的相似条件（（续）1、静力试验模模型的相似条件件（P20）可见，相似常数数的数目多于相相似条件的数目目，模型设计时须预先假假设几个相似常常数，一般假设设几何相似常数Sl和材料相似常数SE。⎪=1⎨=1⎩Sp⎪Sp⎪Sp⋅SlSM⎧S⎪⎪Sγ⋅Sl⎪⎪Sσ⎪Sγ⋅Sl⎪⎩Sγ⋅Sl建筑结构试验1、静力试验模模型的相似条件件（续）考虑自重荷载的的模型相似条件件=1=1=1M4⎨⎪Sf⋅SE⎪2，此时模型材料料很难实现，1Sl①当σm=σp，Sσ=1，Sγ=只能采用附加质质量方法，但强强度与刚度须保保持不变。，须提高测量精精2度。101Sγ——为材料容重的相相似常数dtm⋅dx/dtmdx/dt102建筑结构试验2、动力试验模模型的相似条件件（教材P22-23）单自由度体系受受迫振动的振动动方程dxdtd2x2md2xgdt2+kx=−m+c22kx2d2xg/dt2d2x/dt2=−+c⋅dx/dt21+即：x为未知量∴动力模型的相似似条件为⎧Sc⋅St/Sm=1⎨⎩SkSmSmSkSw=此外，自频及周期的相似常数为：：ST=运动初始条件的的相似：SlStSlSt&S&x&=Sx&=Sx=Sl)之间，SE/Sρ∈[2,6模型试验中的相相似关系：=SlSESg⋅Sρ♦当选用Sg=1，而Sl一般(]121，611这在模型选用材材料时很难实现现，通常需对材料试级配。♦当选用材料相同同，SE＝Sρ＝1，则Sg＝1/Sl，采用附加质量法。103建筑结构试验2、动力试验模模型的相似条件件（续）关于重力加速度度的相似常数Sg104建筑结构试验4、模型材料模型材料的要求求♦相似要求：材料料的基本性质相相似。♦测量要求：为便便于测量仪表有有足够的读数，，弹性模量应适当低一一些。♦材料性能稳定，，受环境温度、、湿度的影响较较小。♦加工制作方便3、钢筋混凝土土结构和砌体结结构试验模型的的相似条件（教材P24-25）105建筑结构试验4、模型材料（（续）模型材料的种类类♦金属（一般钢材和铝铝合金）：弹性性好、变形量大大、泊松比与钢筋砼相似。♦塑料和有机玻璃璃：强度大、弹性性模量低、各向向同性、加工方方便、但徐变较大大、热稳定性较较差。♦石膏：加工容易、成成本低、泊松比比与砼十分接近近、弹性模量可人为调整、但但抗拉强度低、、较脆。石膏被被广泛用于制作作弹性模型，也可大大致模拟砼的塑塑性性能。♦水泥砂浆：相比上述三种种材料，最接近近混凝土，常用用于制作砼薄壁结构，此此时采用的钢筋筋为钢丝或铅丝丝。♦细石混凝土：非弹性性能较较难模拟，缩尺尺比例不宜太小小。主要缺点是粘结应应力模拟不好，，不适用于研究究Wmax、f等。106建筑结构试验2.4结构试验荷载设设计结构试验荷载的的分类♦按作用形式♦集中荷载、分布布荷载。♦按作用方向♦垂直荷载、水平平荷载、任意方方向荷载。♦单调荷载、重复复荷载、反复荷荷载。♦动力荷载、静力力荷载。107建筑结构试验2.4结构试验荷载设设计（续）（一）试验加载载图式（教材P25）定义：试验荷载在试验验结构上的布置置形式（包括荷载类型与分布情况）试验加载图式要要与结构设计计计算时荷载图式式一致108建筑结构试验（二）试验加载载装置的设计试验加载装置包包括♦竖向加载装置：：荷载架♦水平加载装置：：反力架、反力力墙（砼制）♦其他加载装置：：(1)荷载传递装置(2)荷载支承装置♦♦♦♦分配梁、垫块或或垫梁、滑动轴承等；支座（固定式、、滑动式、铰接式、滚动式））、支墩。109建筑结构试验（二）试验加载载装置的设计（（续）试验加载装置的的基本要求♦♦♦♦♦满足最大试验荷载的要求，并有一一定的安全储备备50～100％％；满足自身身刚度的的要求；；符合试验验结构的的受力条条件，能能模拟试试验结构构的边界条件和和变形条条件；满足试件件的支承承条件：：如支承承点的摩摩擦力影影响使实际弯矩矩减小；；构造简单单，加工工、组装装方便。。110建筑结构构试验（三）试试验的加加载制度度定义：结结构试验验中控制制荷载与与加载时时间的关关系。结构试验验的加载载制度分分类：♦单调静力力加载：：预加载载、预定定荷载、、破坏荷荷载♦伪静力加加载：荷荷载与位位移混合合的低周周反复加加载（见见后图）♦伪动力加加载：由由计算控控制，按按地震位位移反应应时程曲曲线加载♦抗震动力力加载：：按模拟拟地震时时地面运运动加速速度地震震波加载《混凝土土结构试试验方法法标准》》(GB50152—92)《建筑抗抗震试验验方法规规程》(JGJ101-96)N111Δy=屈服位移移PPcr变形控制制1Δy2Δy3Δy4ΔyPcr荷载控制制P0.75Pγ0.75Pγ预加载建筑结构构试验低周反复复加载制制度112建筑结构构试验2.5结构试验验的观测测设计观测设计计的内容容确定测试试项目、、选择测测点位置置、选择择测试仪仪器和测测试方法。。（一）观观测项目目的确定定试件在荷荷载作用用下的变变形分为为以下两两类♦整体变形形：能够够反映试试件的整整体工作作性能，，如P-Δ、P-γγ曲线♦局部变形形：ε、、ωmax、f、ττ-s曲曲线等。。113建筑结构构试验（二）测测点的选选择与布布置测点的布布置原则则♦满足试验验要求为为目的，，宜少不不宜多；；♦测点的位位置要有有一定的的代表性；♦应布置一一定量的的校核性测测点（受力明明确的部部位）；；♦测点的布布置应便便于试验验时操作作和测读读。（三）仪仪器的选选择与测测读的原原则（教教材P30-31）114建筑结构构试验2.6材料的力力学性能能与结构构试验的的关系（一）概概述结构设计计中最基基本的公公式R≥S♦♦抗震试验验中尚需需要考虑虑周期性性反复荷荷载下的的材料本本构关系（见下下图）。。R需要试试件材料料的基本本力学性性能数据据：fcfcuEcfyfuEsα砼反复本本构预应力筋筋反复本本构115建筑结构构试验（一）概概述（续续）包兴格效效应：钢材在拉拉（压））超过弹弹性极限限后、反反面弹性性极限会会明显降低低。1887年年，德国国包兴格格提出。。测定试件件材料力力学性能能的方法法：♦直接试验验法，同同条件试试件；♦间接测定定法（非破损损试验法法或半破破损试验验法），，回弹仪、、超声波波法等。建筑结构构试验（二）材材料试验验结果对对结构试试验的影影响真正的试试件材性性很难准准确测得得。（三）试试验方法法对材料料强度指指标的影影响试件尺寸寸与形状状的影响响：尺寸寸效应（（加载面面的约束束及内部缺缺陷）fc=0.76fcu23cuft=0.76ffc'=0.83fcu试验加载载速度的的影响（（教材P32－－34））2.7结构试验验大纲和和试验基基本文件件（教材P35-36）116117建筑结构构试验1、结构构试验包包括哪些些主要环环节？2、结构构试验设设计的定定义为？？3、生产产性试验验的试件件数目的的确定原原则是什什么？4、采用用什么方方法确定定多因素素科研试试验的试试件参数数？5、简述述模型设设计中主主要的相相似要求求。6、确定定相似条条件的方方法有哪哪两种，，试对比比分析。。7、试列列出不考考虑自重重荷载的的静力试试验模型型的相似似条件。。8、阐述述结构试试验荷载载的分类类。9、何谓谓结构试试验的加加载制度度。10、简简述试验验测点选选择与布布置的原原则。思考题：：118建筑结构构试验第五章结构单调调加载静静力试验验119建筑结构构试验主要内容容5.1概述5.2结构单调调加载静静力试验验的加载载制度5.3基本构件件的单调调加载静静力试验验5.4扩大构件件的单调调加载静静力试验验5.5建筑物或或其部件件的单调调加载静静力试验验120建筑结构构试验5.1概述定义：单单调加载载静力试试验是指指在短时时期内对对试验对对象进行平稳稳的一次连续续施加荷荷载，荷载从从“零”开始一直直加到结构构构件破破坏，或或是在短短时期内内平稳地地施加若若干次预定的的重复荷荷载后，，再连续续增加荷荷载直到到结构构构件破坏。单调加载载静力试试验是最普遍的试验类类型。单调加载载静力试试验主要要用于模模拟结构构承受静荷荷载作用用下观测和和研究结结构构件件的强度度、刚度度、抗裂裂性等基基本性能和破破坏机制制。121建筑结构构试验5.2结构单调调加载静静力试验验的加载载制度定义：试试验进行行期间荷荷载与时时间的关关系。试验加载载应与结结构的实实际受力力情况吻吻合，如如三种荷荷载组合（（短期、、长期、、基本））情况。。典型的单单调加载载静力试试验的加加载程序序(见后后图，教教材P94)。预加载试试验♦预加载荷荷载值为为开裂荷荷载的70％左左右，一一般为开开裂荷载的的30-70％％。122建筑结结构试试验续单调静静力试试验的的加载载程序序123建筑结结构试试验5.2结构单单调加加载静静力试试验的的加载载制度度（续续）荷载量量分级级要求求♦开裂前前，在在达到到开裂裂荷载载计算算值的的90％以以前，，按荷荷载短期期效应应组合合的20％％分级级；♦开裂前前，达达到开开裂荷荷载计计算值值的90％％后，，按荷荷载短短期效应应组合合的5％分分级；；♦开裂后后，直直至达达到荷荷载短短期效效应组组合值值，仍仍按20％％分级；；、4ΔΔy分分级。。荷载值值下降降♦对非线线性♦超过荷荷载短短期效效应组组合值值后，，直到到结构构屈服服前，，按分析重重要；；10％％分级级；♦按荷载载加难以控控制。。♦结构屈屈服后后，按按Δy的倍倍数施施加荷荷载，，按2Δy、3Δy124建筑结结构试试验5.2结构单单调加加载静静力试试验的的加载载制度度（续续）分级加加载级级间间间歇时时间t1（卸载载级间间间歇歇时间间t3）♦砼结构构≥10min，钢钢结构构略少少；♦基本原原则：：变形形、应应变等等基本本稳定定。恒载持持续时时间t2♦一般科科研性性试验验≥30min♦生产鉴鉴定性性试验验≥10min♦新结构构和大大跨结结构≥≥12h空载持持续时时间t4：1.5t2125建筑结结构试试验5.3基本构构件的的单调调加载载静力力试验验（一））受弯弯构件件的试试验试件的的安装装和加加载方方法♦简支座座与固固定支支座的的实现现♦(1)♦(2)应尽量量保证证加载载面与与支承承面平平整（（砂浆浆、垫垫沙层、、橡胶胶+钢钢板））♦加载方方法：：千斤斤顶+分配配梁最常见见♦一般采采用等等效荷荷载的的加载载图式式（按按照所所研究究的界界面位置置）梁下部部会伸伸长126建筑结结构试试验（一））受弯弯构件件的试试验（（续））试验项项目和和测点点布置置(1)挠度测测量♦梁的挠挠度f，P－f曲线线、框框架的的P－－Δ曲曲线、、节点点的P－－γ曲曲线♦梁的真真实挠挠度f♦a)剔除支支座位位移；；♦b)对宽度度较大大的梁梁，两两边对对称贴贴片，，以消消除扭扭转的影响响（支支座偏偏心、、加载载点偏偏心））；♦c)挠度的的预计计大小小（选选择仪仪器的的量程程）。。127建筑结结构试试验（一））受弯弯构件件的试试验（（续））(2)应变测测量♦一般在在以下下几个个截面面上：：M+max、M-max、σl、σy或弯矩突变变处；；♦贴片的的原则则：①①按应应变梯梯度；；②受受拉区区少、、压区区密（（如采用用引伸伸仪则则不用用）；；③一一般情情况下下多采采用不不均匀匀布置的的方法法。♦a)单单向应应力测测定：：单向向片♦b)平平面应应力测测定：：多个个单向向片、、应变变花♦c)箍箍筋和和弯筋筋应力力测量量：预预埋式式和表表面开开槽式式♦d)翼翼缘与与孔边边应力力测量量：连连续贴贴片（（力学学分析析结果果）可确定定有效效翼缘宽宽度孔边最最大应应力，孔孔边跨跨度♦e)校校核测测点：：不受受力位位置，，检验验系统统误差差128建筑结结构试试验（一））受弯弯构件件的试试验（（续））裂缝测测量♦裂缝包包括：：弯曲曲裂缝缝、剪剪切裂裂缝、、弯剪剪裂缝缝。♦基于力力学分分析，，在裂裂缝位位置的的垂直直方向向布置置测点点。♦裂缝永永远与与σl垂直（（事故故处理理常用用原则则）。。♦裂缝出出现的的判别别方法法：①①目测测；②②P－－Δ曲曲线；；③应变值值。♦最大裂裂缝宽宽度的的测量量方法法：等等弯矩矩段选选取3条，，在纵筋水水平位位置处处采用用读数数放大大镜或或裂缝缝标尺尺。♦裂缝的的标注注方法法：试试验完完毕后后绘制制裂缝缝开展展图。。129建筑结结构试试验裂缝的的标注注方法法1.5T续建筑结结构试试验（一））受弯弯构件件的试试验（（续））受弯塑塑性铰铰测量量♦测量内内容：：塑性性铰的的出现现、长长度，，钢筋筋及砼砼的应应变情况、、裂缝缝情况况。♦延性系系数♦钢筋在在塑性性铰区区的连连续贴贴片（（教材材P102-103）。。130PuPy0.85Puμ=Δu/ΔyΔyΔuPΔ131建筑结结构试试验（二））压杆杆和柱柱的试试验主要研研究轴轴压比比和长长细比比的影影响。。试件的的安装装和加加载方方法♦正位试试验（（试验验机上上或大大型荷荷载架架上进进行））、卧卧位试验（（大型型试件件）两两端采采用可可动铰铰支座座（反反弯点点截取试件件模型型），，可考考虑P－ΔΔ效应应。♦对受压压构件件的安安装就就位，，关键键在于于对中中：首首先进进行几何对对中，，再进进行物物理对对中（（通过过应变变测量量，施施加20-40％试试验荷荷载））。132建筑结结构试试验（二））压杆杆和柱柱的试试验（（续））试验项项目和和测点点布置置♦试验项项目：：P－－Δ曲曲线、、εs、εc、ωmax等，注注意需需要成对对测量量。♦为研究究混凝凝土受受压区区的实实际应应力图图形，，可采采用测测力板进行行测定定（教教材P105，，类似似自制制传感感器））♦(1)将测力力板浇筑在棱棱柱体试件中中进行标定；；♦(2)将测力力板浇筑在试试件中进行测测量。133建筑结构试验验5.4扩大构件的单单调加载静力力试验（教材P106－120）一、钢筋混凝凝土平面楼盖盖试验楼盖包括板、、次梁、主梁梁三个部分，，试验目的是是研究活荷载的的作用。5.5建筑物或其部部件的单调加加载静力试验验134建筑结构试验验（一）试验荷荷载布置对于连续梁，，活荷载最不不利布置的原原则♦跨中Mmax：该跨布置，，左右隔跨布布置♦支座Mmax：该支座左、、右跨布置，，左右隔跨布布置♦支座最大剪力力：同支座Mmax可从弯矩图、、挠曲线来理理解试验中为简化化，可忽略较较远跨的影响响或仅在荷载载数值上考虑其影影响板的试验♦确保为单向板板135建筑结构试验验（一）试验荷荷载布置（续续）次梁的试验♦当主梁支承次次梁时，可将将次梁视为连连续梁♦当柱