建筑结构试验张

GaoSuGongLu第一章建筑结构试验概述SACE青岛农业大学建筑工程学院1《建筑结构试验》是一门什么性质的课程？

《建筑结构试验》是一门必修的专业基础课程（32学时，理论22学时，试验10学时），是电学、光学、光电子学、力学、钢筋混凝土结构和钢结构等学科相互交叉的、实用性很强的一门学科，是用试验的方法研究和测量建筑结构的强度、结构受荷载作用后的反应及评估建筑结构产品质量的一门学科。2《建筑结构试验》课程的学习应达到的基本要求是什么？

通过本课程的学习应达到的基本要求是:1．掌握经常使用的各种测试方法的基本原理和测量技术，结合土木工程专业的特点，培养建筑结构试验的试验技能，使之具有从事一般建筑结构的检测能力，为进行现场结构检测和科学研究的试验打下良好的基础。2．掌握建筑结构试验的前期准备工作程序，为结构试验的顺利进行准备测试方案。3．掌握典型建筑结构试验的测试内容、测试方法、数据处理及书写测试报告的全过程。4．熟练掌握建筑结构无损检测的原理和检测方法。3《建筑结构试验》课程内容体系《建筑结构试验》课程主要是讲述建筑结构试验中的试验准备工作，加载方法的选择，测点和测试方法的选择，试验过程、数据处理及测试报告的书写等内容。教学内容按教材的章节的模块化进行设计:建筑结构试验准备工作、试验装置和加载设备、测试技术、无损检测技术、试验模型设计，试验数据的处理。4学习参考书：5第一章建筑结构试验概述1.1建筑结构试验的任务1.2建筑结构试验的作用1.3建筑结构试验的分类6第一节建筑结构试验的任务建筑结构试验研究对象：建设工程的结构物建筑结构试验的任务：在试验研究对象上应用科学的试验组织程序，使用仪器设备为工具，利用各种实验为手段，在荷载或其它因素作用下，通过量测与结构工作性能有关的各种参数，从强度、刚度和抗裂度以及结构实际破坏形态来判明结构的实际工作性能，估计结构的承载能力确定结构对使用要求的符合程度，并用以检验和发展结构的计算理论。7

所谓建筑结构试验，就是对建筑结构或者是它的构件施加一定的荷载，这个荷载我们指的就是比较广义的，包括力，也包括温度或者是变形，然后用现代的测试手段对它引起来的各种反应，比如说：变形、位移、应变等等进行测量，通过这些测量来观测结构对荷载的反应能力，考查它是否符合使用和设计要求，同时，也可以通过这种观测，来得到荷载与它产生的变形之间的关系，为计算提供实践根据。8例如：钢筋混凝土简支梁在静力集中荷载作用下，可以通过测得梁在不同受力阶段的挠度、角变位、截面应变和裂缝宽度等参数，来分析梁的整个受力过程以及结构的强度、挠度和抗裂性能。适筋受弯构件截面受力的几个阶段:第一阶段——截面开裂前阶段（抗裂验算）第二阶段——从截面开裂到受拉区纵向钢筋开始屈服阶段（变形和裂缝宽度验算）第三阶段——破坏阶段（承载力计算）

9结论建筑结构试验是以实验方式测定有关数据，由此反映结构或构件的工作性能、承载能力和相应的安全度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要根据的学科。10第二节建建筑筑结构试试验的作作用一、建筑筑结构试试验是发发展结构构理论的的重要途途径二、建筑筑结构试试验是发发现结构构设计问问题的主主要手段段三、建筑筑结构试试验是验验证结构构理论的的唯一方方法四、建筑筑结构试试验是建建筑结构构质量鉴鉴定的直直接方式式五、建筑筑结构试试验是制制定各类类技术规规范和技技术标准准的基础础11（1）结构试试验是发发展结构构理论的的重要途途径17世纪初伽伽利略（（1564-1642）在1638年错误地地提出：：受弯梁梁的断面面应力为为均匀受受拉。46年后法国国物理学学家马里里奥脱和和德国数数学家莱莱布尼兹兹对这个个假设提提出了修修正,认为：断断面应力力不是均均匀分布布，是三三角形分分布。后后来胡克克和伯努努里又建建立了平平面假设设。121713年法国巴巴郎提出出了中和和层理论论：认为为一边受受拉，一一边受压压，但该该理论无无法用试试验验证证，而未未被人们们接受。。1767年法国科科学家容容格密里里用简单单的试验验验证了了巴郎理理论中一一边受拉拉，一边边受压的的结论。。后人把把该试验验誉为““路标试试验”。。1821年法国科科学院院院士拿维维叶从理理论上导导出了受受弯构件件断面应应力计算算公式，，20年后该公公式被法法国另一一位院士士莫列恩恩一用试试验方法法验证了了。13（2）结构试试验是发发现结构构设计问问题的主主要手段段①斜撑几几乎不起起作用；；②斜撑撑交点首首先出现现塑性角角而破坏坏。14通过多次次改进：：有如一些些特殊结结构的研研究，需需要做大大量的结结构试验验，如混混凝土-复合结构构：钢管管混凝土土结构，，钢筋混混凝土-钢，笼式式结构等等。15（3）结构试试验是验验证结构构理论的的唯一方方法如爱因斯斯坦的相相对论如歌德巴巴赫猜想想负物质理理论等各各种科学学猜想和和预言16（4）结构试试验是建建筑结构构质量鉴鉴定的直直接方式式；（5）结构试试验是制制定各类类技术规规范和技技术标准准的基础础；17第三节建建筑筑结构试试验的分分类建筑结构构试验按按试验目目的、荷荷载性质质、试验验对象、、试验周期、试试验场合合等因素素进行分分类。（一）按按照试验验目的分分类试验可以以按照各各种方法法来分类类，但最最基本的的就是按按照试验目的来来分类。。按试验验目的可可以将结结构试验验分成下下面两类类：一生产检检验性试试验，二二科学研研究性试试验.。由于试验验目的不不同，整整个试验验安排和和某些试试验方法法、试验要求都都有很大大的不同同，所以以这是建建筑结构构试验分分类里面面最基本的一一种分类类方法。。181.3建筑结构构试验的的分类1.3.1生产性性试验验和科科研性性试验验1．生产产性试试验目的：：以具具体实实际的的结构构为鉴鉴定的的对象象，通通过试试验对对具体体结构构作出出正确确的技技术结结论。。常常解决决的问问题：：（（1）设计计论证证、施施工质质量控控制和和鉴定定（（2）预制制构件件质量量鉴定定（（3）已建建结构构的可可靠性性鉴定定、剩剩余寿寿命评评估（（4）改建建、扩扩建或或加固固工程程，通通过试试验判判明结结构的的实际际承载载能力力（潜潜力））（（5）为工工程事事故处处理提提供技技术依依据1920工程事事故处处理的的一般般程序序:1、基本本情况况调查查2、结构及及材料料检测测3、复核核分析析4、专家家会商商5、调查查报告告21结构及及材料料检测测内容容1、地基基基础础2、建筑筑物所所用材材料的的实际际性能能检测测3、建筑筑物表表面缺缺陷的的观测测4、对结结构内内部缺缺陷的的检查查5、必要要时可可作模模型试试验或或现场场加载载试验验，通通过试试验检检查结结构或或构件件的实实际承承载力力。222．科研研性试试验目的：：验证证、改改进和和发展展结构构设计计计算算的理理论和和方法法主主要要表现现：（（1）验证证结构构设计计计算算的各各种假假定；；（2）制定定各种种设计计规范范；（3）发发展新新的设设计理理论；；（4）为发发展和和推广广新结结构、、新材材料及及新工工艺提供理理论与与实践践的经经验。。232425（1.3.2静力试试验和和动力力试验验（二））按照照荷载载性质质、试试验对对象、、试验验持续续时间间、试试验场场所等等不同同因素素进行行分类类。1、按荷荷载性性质来来分类类（1）静力力试验验（2）动力力试验验261.3.2静力试试验和和动力力试验验按试验验荷载载性质质分：：静力力试验验、动动力试试验。。1.静力试试验：：应有最最多、、最常常见的的基本本试验验。分分两种种：(1).结构静静力单单调加加载试试验：：结构加加载过过程从从零开开始逐逐步递递增一一直到到结构构破坏坏。即即在一一个不不长的的时间间内试试验加加载全全过程程。⑵．结结构低低周反反复静静力加加载试试验：：也称伪伪静力力试验验，是以以静力力的方方式模模拟地地震作作用的的试验验，它它是一一种控控制荷荷载或或控制制变形形的周周期性性反复复静力力试验验。2728土木工工程材材料2930静力试试验的的优点点：加加载设设备相相对来来讲比比较简简单，，荷载载可以以逐步步施加，，还可可以停停下来来仔细细观察察结构构变形形的发发展，给给人们们以最最明确确、最最清晰晰的破破坏概概念。。312、动力力试验验对于在在实际际工作作中主主要承承受动动力作作用的的结构构或构构件，，为了了研究结结构在在施加加动力力荷载载作用用下的的工作作性能能，一一般要要进行行动力力试验。。例如：：研究究厂房房承受受吊车车及动动力设设备作作用下下的动动力特特性；；吊车梁梁的疲疲劳强强度与与疲劳劳寿命命问题题；多层厂厂房由由于机机器设设备上上楼后后产生生的振振动影影响；；高层建建筑和和高耸耸构筑筑物在在风荷荷载作作用下下的动动力问问题；；结构抗抗爆炸炸、抗抗冲击击问题题;抗震动动力试试验采采用电电液伺伺服加加载设设备或或地震震模拟拟振动动台动力试试验的的特点点：由由于荷荷载特特性不不同，，动力力试验验的加加载设设备和测试试手段段与静静力试试验有有很大大的差差别，，而且要比比静力力试验验复杂杂得多多。32在结构构的抗抗震性性能研研究中中，除除了采采用结结构低低周反反复静静力加加载试试验外外，更更为理理想的的是直直接施施加动动力荷荷载进进行试试验。。抗震动动力试试验采采用电电液伺伺服加加载设设备或或地震震模拟拟振动动台等等设备备来进进行。。如广州州大学学抗震震研究究中心心、同同济大大学抗抗震中中心332.动力试试验：：荷载大大小随随时间间变化化的，，可能能是有有规律律变化化，也也可能能是无无规律律变化化的。。一些些研究究动力力问题题的，，需要要做动动力试试验，，如……34如下图图为东东方明明珠电电视塔塔的振振动台台模型型试验验。35361.3.3、按试试验对对象分分类（1）真型型试验验（（2）模型型试验验（（3）小构构件试试验371.3.3真型试试验、、模型型试验验和小小构件件试验验按试验验对象象的尺尺寸分分：真（原原）型型试验验、模模型试试验及及小构构件试试验。。1．真型型试验验试验对对象是是实际际结构构或按按实际际结构构足尺尺复制制的结结构或或构件件。对于实实物试试验一一般均均为生生产性性试验验，很很多为为非破破坏性性的现现场试试验居居多。。足尺及及小构构件试试验一一般多多在试试验室室进行行，也也可在在现场场进行行，如如梁、、板及及屋架架。对结构构整体体性研研究，，一直直是国国内外外研究究的热热门课课题，，多为为大型型试验验，可可在试试验室室进行行，也也可在在现场场进行行。38（1）真型型试验验试验对对象：：（1）实际际结构构（2）实物物结构构足尺尺复制制的结结构或或构件件。（1）实际际结构构试验验一般均均用于于生产产性试试验。。例如如：秦秦山核核电站站安全全壳加加压压整体体性的的试验验就是是一种种非破破坏性性的现现场试试验。。又如如对工工业厂厂房结结构的的刚度度试验验、楼楼盖承承载能能力试试验等等均在在实际际结构构上加加载量量测。。（2）足尺尺结构构或构构件试试验试验对对象是是一根根梁、、一块块扳或或一榀榀屋架架之类类的实实物构构件，，它可可以在在试验验室内内试验验，也也可以以在现现场进进行。。394041（2）模型型试验验模型试试验：：采用用比真真型结结构缩缩小的的模型型进行行试验验。模模型的的设计计制作作与试试验是是根据据相似似理论论，要要求做做到几几何相相似、、力学学相似似和材材料相相似等等等。。42（2）．模模型试试验投资大大、周周期长长、测测量精精度受受环境境因素素影响响大，，在财财力和和技术术上有有困难难时，，可以以考虑虑采用用缩尺尺模型型试验验。模型试试验：：仿照照真型型并按按一定定比例例关系系复制制而成成的试试验构构件或或试验验结构构物，，它具具有实实际结结构的的全部部或部部分特特征，，尺寸寸比真真型小小得多多。4344454647（3）小构构件试试验小构件件试验验是结结构试试验常常用的的研究究形式式之一一。试验不不要求求满足足严格格的相相似条条件，，只是是用试试验结结果与理论论计算算进行行对比比校核核的方方式来来研究究结构构的性性能，，验证设设计假假定与与计算算方法法的正正确性性。483．小构构件试试验比较常常用，，可能能是足足尺试试验，，也可可能是是缩尺尺试验验。它它有别别于模模型试试验：：不依依靠相相似理理论，，不考考虑相相似比比例对对结果果的影影响，，即不不要求求严格格的相相似条条件。。认为为这些些结果果所证证实的的一般般规律律与计计算理理论可可以推推广到到实际际结构构中去去。4950土木工工程材材料511.3.4、按试验持持续时间分分类（1）短期荷载载试验（2）长期荷载载试验52（1）短期荷载载试验荷载从零开开始施加到到最后结构构破坏或到到某阶段进进行卸荷的的时间总和和只有几十十分钟、几几小时或者者几天。1．短期荷载载试验绝大数承受受静力荷载载的结构或或构件实际际上一般都都是承受的的长期荷载载作用。由于试验条条件、时间间和试验步步骤限制，，我们不得得不采取短短期荷载试试验。试验时荷载载从零开始始加，到结结构破坏可可能几十分分钟、几小小时或几天天。这与实实际情况是是有差别的的。5354（2）长期荷载载试验对于研究结结构在长期期荷载作用用下的性能能就必须要进进行静力荷荷载的长期期试验，它它将连续进行几个个月或几年年时间。如：混凝土土的徐变、、结构受温温度变化的的影响、预应应力结构中中的钢筋的的松弛、三三峡大坝长期变形形监控试验验。555657581.3.5、按试验场场所分类（1）试验室试试验（2）现场试验验1、试验室试试验适宜于研究究性试验。。2、现场试验验多用于解决决生产性的的问题。591.3.5试验室试验验和现场试试验按试验所在在场地分：：试验室试试验、现场场试验1.试验室试验验试验室试验验条件较好好，仪器设设备精度高高，可以排排除一些不不利因素对对试验结果果的干扰。。适合做研研究性试验验。2．现场试验验现场试验与与室内试验验相比，环环境因素影影响较大，，不宜使用用精度较大大的仪器设设备。多是是解决生产产中的实际际问题，可可以获得实实际结构物物的工作状状态的数据据参数。此外还可以以按试验是是否破坏分分：破坏性性试验、非非破坏性试试验。606162《建筑结构试试验》课程的学习习内容为了获得解解决一般建建筑结构设设计及施工工中所遇到到的结构检测测问题的基基本知识和和基本技能能，并在科科研方面得到初步的的训练，必必须在掌握握结构工程程专业理论论和其它有关专业技技术知识的的基础上，，学习下列列内容：（1）规划、组组织和进行行结构检测测的一般原原则、方法法和技术；（2）结构检测中中常用的量测仪器器和加载设设备的原理理、性能和使用方方法；（3）收集、整整理、计算算和评定检检测资料的的原理和方方法。63GaoSuGongLu第二章建建筑结构试试验组织计计划SACE青岛农业大大学建筑工工程学院64第二章建建筑结构试试验组织计计划2.1概述2.2试验前期期工作方方案设计计2.3试验构件件方案设设计2.4试验荷载载方案设设计2.5试验观测测方案设设计2.6结构试验验和材料料力学性性能关系系2.7试验大纲纲及其他他文件65第一节建建筑筑结构试试验组织织计划理理论概述述一、建筑筑结构试试验组织织计划的的意义1、建筑结结构试验验组织计计划是组组织工作作的需要要2、建筑结结构试验验组织计计划是结结构试验验特点的的要求建筑结构构试验特特点：（1）结构试试验没有有固定的的模式；；（2）结构试试验耗资资大；（3）结构试试验周期期长。3、建筑结构构试验组组织计划划关系到到试验的的成败4、建筑结结构试验验组织计计划是体体现技术术水平和和管理水水平的窗口66建筑结构构试验组组织计划划关系到到试验的的成败：：一个不完完整的或或错误的的组织计计划只能能导致失失败，好好的组织织计划是是成功的的基础。。如：某钢钢管砼受受弯构件件试验两两个方案案对比：：A错误方案案B正确方案案67A方案的错错误：①．1处没有位位移传感感器，由由于悬臂臂端位移移增量△△1而失真。。②．2处上表面面没有倾倾角传感感器，因因悬臂端端位移增增量△2而失真。。③．2处右上方方位移传传感器没没有布置置在试件件下表面面，因悬悬臂端位位移增量量△3而失真。。4．建筑结结构试验验组织计计划体现现了技术术水平和和管理水水平68二、PDCA循环的基基本内容容美国质量量管理专专家戴明明（W.E.Deming)50年代初提提出一项项质量管理理循环体体系，称称为PDCA循环，是是一项提提高工程程质量、、改善企业业经营管管理十分分有效的的科学方方法，被被工程界界广泛应应用。PDCA质量循环环体系的的基本思思想是把把质量管管理的工工作过程程分为四个个阶段：：（1）计划阶阶段（（Plan）（2）实施阶段段（（Do）（3）检查阶段段（Check）（4）处理阶段段（Action）691．计划阶阶段P：打算干什什么、在在那儿干干、何时干、由由谁干、、怎么干干等问题题。2．实施阶阶段D：按计划方方案去执执行的过过程。3．检查阶阶段C:把执行的的结果与与计划目目标进行比较，，找出问问题。4．处理阶阶段A：总结经验验，制定定标准、、措施；同时时为解决决的问题题进入下下一个循环。。70三、PDCA循环的存存在的范范围和特特点1．PDCA循环的应应用范围围：存在于各各行各业业，哪里里有矛盾盾，哪里里就存在在PDCA循环。2．PDCA循环的特特点：⑴．有序序性：4个阶段缺缺一不可可，次序序不能颠颠倒。⑵．嵌套套性：71⑶.关键性：：关键在在P阶段，即即计划阶阶段。⑷.重复性：：循环滚滚动前进进，每循循环一次次质量上一个个台阶。。⑸.普遍性：4个阶段，周而复复始，循环一次次，改善一下，，逐步提高。PDCA循环的关键是在在P阶段，即计划阶阶段。它是标准准化的基础，是是指导同级其它它环节的关键。。7273四、结构试验组组织计划的内容容：1．试验计划阶段段:明确试验目的，，进行技术调研研，试验设计，，确定试验大纲纲。2．试验准备阶段段：包括技术准准备、物质准备备和场地准备。。3．试验实施阶段段：试验加载，，试验记录，数数据处理。4．试验完成阶段段：实验数据处处理，试验分析析，试验研究总总结。74四、结构试验组组织计划的内容容1、试验设计（计计划）阶段（1）反复研究试验验目的，充分了了解体会试验的的具体任务，进行调查研究，，搜集有关资料料；（2）确定试验的性性质与规模。对对于研究性试验验，应提出本试试验拟研究的主要参参量以及这些参参量在数值上的的变动范围，并并根据试验室的设设备能力确定试试件的尺寸和量量测项目及量测测要求；（3）提出试验大纲纲2、试验准备阶段段试验准备阶段要要占全部试验工工作的大部分时时间，工作量也也最重。试验准备备工作的好坏直直接影响到试验验能否顺利进行行和能获得试验结果的的多少。75试验准备阶段的的主要工作有：：（1）试件的制作在制作试件时应应注意材性试样样的留取、编号号，还要作施工日志，注明明试件日期、原原材料情况，这这些原始资料都都是最后分析试验验结果不可缺少少的参考资料。。（2）试件质量检查查包括试件尺寸和和缺陷的检查，，应作详细记录录，纳入原始资料。（3）试件安装就位位试件的支承条件件应力求与计算算简图一致。一一切支承零件均应进行强度度验算，并使其其安全储备大于于试验结构可能能有的最大安全储储备。（4）安装加载设备备加载设备的安装装应满足“一稳稳二准三方便，，四强五刚六安全“的要求，，即就位要稳定定准确方便，固固定设备的支撑撑系统要有一定的强强度、刚度和安安全度。76（5）仪器仪表的率率定对测力计及一切切量测仪表均应应按技术规定要要求进行率定，，各仪器仪表的率率定记录应纳入入试验原始记录录中，误差超过过规定标准的仪表不得得使用。（6）作辅助试验辅助试验多半在在加载试验阶段段之前进行，以以取得试件材料料的实际强度，便便于对加载设备备和仪器仪表的的量程等作进一一步的验算。（7）仪表的安装、、连线试调仪表的安装位置置、测点号，在在应变仪或记录录仪上的通道号号等等都应严格按按照试验大纲中中的仪表布置图图实施，如有变变动，应立即做好记录录，以免时间长长久后记忆不清清而将测点混淆淆。77（8）记录表格的设设计准备在试验前应根据据试验要求设计计记录表格，其其内容及规格应应周到详细地反映映试件和试验条条件的详细情况况，以及需要记记录和量测的内容。记录表格的设计计反映试验组织织者的技术水平平，切勿养成试验前无准备地地在现场临时用用白纸记录的习习惯。记录表格格上应有试验人员的的签名并附有试试验日期、时间间、地点和气候候条件。（9）算出各加载阶阶段试验结构各各特征部位的内内力及变形值以备在试验时判判断及控制。（10）在准备工作阶阶段和试验阶段段应每天记工作作日志。783、试验实施阶段段（1）加载试验加载试验是整个个试验过程的中中心环节，应按按规定的加载顺序和量测顺序序进行。重要的的量测数据应在在试验过程中随随时整理分析并与事事先估算的数值值比较，发现有有反常情况时应应查明原因或故障，，把问题弄清楚楚后才能继续加加载。在试验过程中，，结构所反映的的外观变化是分析结构性能能的极为宝贵的资资料，对节点的的松动与异常变变化，钢筋混凝凝土结构裂缝的出现现和发展，特别别是结构的破坏坏情况都应作详详尽的记录及描述。。这些容易被初初做试验者忽视视，而把主要注注意力集中在仪仪表读数或记录录曲线上，因此此应分配专人负负责观察结构的的外观变化。79试件破坏后要拍拍照和测绘破坏坏部位及裂缝简简图，必要时，可从试件上切取取部分材料测定定力学性能，破破坏试件在试验验结果分析整理之前不不要过早毁弃，，以备进一步核核查。（2）试验资料整理理试验资料整理是是将所有的原始始资料整理完善善，其中特别要要注意的是试验量量测数据记录和和记录曲线，都都作为原始数据据经负责记录人员签名名后，不得随便便涂改。经过处处理后得到的数数据不能和原始数据列列在同一表格内内。一个严格认真的的科学试验，应有一份详尽的的原始数据记录录，连同试验过程中的观观察记录，试验大纲及试验过程中各阶阶段的工作日志，作为原始资料料，在有关的试试验室内存档。。804、试验完成阶段段（1）试验数据处理理因为从各个仪表表获得的测量数数据和记录曲线线一般不能直接接解答试验任务所所提出的问题，，它们只是试验验的原始数据，，需对原始数据进行科科学的运算处理理才能得出试验验结果。（2）试验结果分析析试验结果分析内内容是分析通过过试验得出了哪哪些规律性的东西，揭示了哪哪些物理现象。。最后，应对试试验得出的规律律和一些重要现象作出出解释，分析它它们的影响因素素，将试验结果果和理论值进行比较，，分析产生差异异的原因，并作作出结论，写出出试验总结报告。总结结报告中应提出出试验中发现的的新问题及进一一步的研究计划。81第二节试验前前期工作方案设设计一、调研方案设设计一项科科研工工作开开始，，首先先要做做的就就是调调研工工作，，只有有如此此才能能保证证科研研工作作具有有前沿沿性和和先进进性。。调研方方法：：①实实地调调查；；②信函函调查查；③电话话调查查；④网上上调查查；⑤学刊刊查询询；⑥通过过国家家权威威部门门技术术查新新。82二、研研究路路线方方案设设计1．研究究路线线的含含义也叫技技术路路线，，是指指完成成一项项试验验研究究任务务的起起始点点、中中点和和结束束点等等若干干技术术环节节上所所有内内容顺顺序的的方式式。一项研研究任任务的的技术术路线线可能能有多多个，，我们们要选选择一一个最最优的的技术术路线线。832.研究路路线的的内容容：（1）、项项目研研究能能够顺顺利进进行的的条件件；如已经经建立立的基基础，，包括括理论论基础础和试试验基基础。（2）、完完成本本项目目研究究内容容必须须经过过的技技术途途径或或理论论依据据，以以及针针对难难点问问题的的对策策。84（3）．研研究路路线的的作用用①．是是科研研项目目申请请的重重要内内容。。②．是是完成成科研研任务务的重重要保保证。。（4）．研研究路路线的的制定定进行充充分的的调研研，查查清技技术发发展水水平，，提出出问题题，预预计困困难，，探索索攻克克对策策，规规划技技术路路线。。85三、其其他工工作方方案设设计主要有有：人人员分分工方方案、、技术术准备备方案案、时时间进进度方方案、、经费费预算算法案案和试试验安安全方方案。。86第三节节试试验构构件方方案设设计1、试件件形状状2、试件件尺寸寸3、试件件数目目872.3试验构构件方方案设设计包括：：试件件形状状、试试件尺尺寸和和数量量及构构造措措施。。同时时还必必须满满足结结构或或构件件的边边界条条件、、破坏坏特征征及加加载条条件的的要求求。88一、试试件形形状虽然与与构件件尺寸寸无关关，重重要的的是要要考虑虑构件件的受受力状状态和和边界界条件件与实实际一一致性性。对静定定结构构中的的单一一构件件，如如简支支梁、、柱、、屋架架等较较简单单；对对于超超静定定结构构问题题较复复杂，，则必必须考考虑构构件的的受力力状态态和边边界条条件。。图17页89二、试试件尺尺寸1．真型型试验验：是是足尺尺试验验，优优点：：能直直接反反映实实际结结构的的工作作状态态。缺缺点：：耗费费的财财力和和人力力较大大，有有时难难以完完成。。2．模型型或小小构件件试验验：缩缩尺试试验，，优点点：耗耗费的的财力力和人人力较较小。。缺点点：与与实际际情况况有一一定的的差别别。90①．压压弯构构件：：取截截面边边长16～35cm；②．偏压短短柱：取截截面边长15～50cm；③．剪力墙墙：取真型型尺寸1/4～1；④．整体性性结构试验验的试件：：可取1/10～1/2；⑤．双向向受力构件件：取截面面边长10～30cm；⑥．砖石及及砌体式件件：1/4～1/2；⑦．动力试试验：受振振动台面尺尺寸限制，，我国完成成了1/50～1/4模型试验；；尺寸太小则则应考虑尺尺寸效应。。91三、试件数数目1．优选设计计法：利用数学原原理合理安安排试验点点，采用步步步逼近，，层层优选选的方式快快速找到最最佳试验点点的方法。。2．因子设计计法：也叫全面试试验法或全全因子设计计法，试验验次数：试验次数=水平数因子数92因子：对试验内容容有影响的的发生变化化的因素，因子数数即可变化化因素的个个数。水平：为因子可改改变的试验验档次，水水平数即为档次数。。用因子法确确定试验数数量因子数水平数（不同参量个数）23451（砂）23452（石）4916253（水泥）827641254（水）16812566255（外加剂）322431024312593③．均匀设设计法由我国数学学家王元等等创建的，，也是一种种数学方法法试验次数数等于设计计因子的最最大水平数数。该方法虽然然试验次数数少，但并并没有被工工程界普遍遍接受，至至今没有推推广开。94④．正交试试验设计法法该方法在工工程界被普普遍采用，，优点：简简单、快捷捷、准确。。该方法根据据因子数和和水平数选选择正交试试验表，按按正交试验验表设计试试验方案。。正交试验表表：L9（34）表示有4个因子，每每个因子子有3个水平，试试验次数为为9次。试验次数=水平数295正交试验法法与全面试试验法比较较：下表中中括号内为为正交试验验次数。因子法和正正交试验试试验数量比比较因子数水平数（不同参量个数）23451（砂）23452（石）4（4）9（9）16（16）25（25）3（水泥）8（4）27（9）64（16）125（25）4（水）16（4）81（9）256（16）625（25）5（外加剂）32（4）243（9）1024（16）3125（25）96如.某商品混凝凝土公司为为减小混凝凝土拌合物物坍落度损损失,选用了两种种水泥,两种外加剂剂,两种掺合料料,若采用正交交试验法,其正交试验验表及试验验结果如下下表。L4(23)正交试验结结果列号试验号水泥外加剂掺合料坍落度损失(厘米)ABC1234A1A2A1A2B1B1B2B2C1C2C2C19.512.74.15.1K1K2R97求:(1)本试验中有有几个水平平、几个因因子?如采用全面面试验法需需要做几次次试验?(2)请完成下表表中的相应应的影响因因子K及极差R的计算;(3)确定水泥品品种、外加加剂品种和和掺合料品品种的最佳佳组合,并确定水泥泥、外加剂剂和掺合料料哪种对混混凝土拌合合物坍落度度损失影响响程度最大大、哪种损损失影响程程度最小?98(1)水平数:2个;因子数3个;采用全面试试验法需要要做8次试验。(2)L4(23)正交试验结结果列号试验号水泥外加剂掺合料坍落度损失(厘米)ABC1234A1A2A1A2B1B1B2B2C1C2C2C19.512.74.15.1K1K2R13.617.84.222.29.213.014.616.82.299(3)外加剂对混混凝土拌合合物坍落度度损失影响响程度最大大,掺合料对混混凝土拌合合物坍落度度损失影响响程度最小小。100四、结构试试验对试件件设计的构构造要求构件的设计计和制造要要满足试件件的安装、、加载和量量测的需要要：1.混凝土承受受集中荷载载处，支点点处预埋钢钢板，以防防混凝土局局部破坏。。2.试件加载面面为斜面时时，做成凸凸缘，保证证加载的稳稳定性。3.在反复荷载载试验时，，应作预埋埋件与加载载器或传感感器连接。。4.框架结构，，为保证柱柱与底座固固结，一般般设置大截截面基础梁梁。1015.砖石或砌体体结构，一一般在其上上下预先浇浇注混凝土土垫梁，模模拟基础梁梁和圈梁。。6.在钢筋混混凝土偏偏心受压压构件试试验时，，将试件件制成牛牛腿，并并布置钢钢筋网。。在构造设设计时，，要充分分考虑：：①附加构构造强度度必须大大于结构构本身安安全储备备强度。。②为测局局部试验验数据，，考虑对对局部加加固。③为安装装测试仪仪器仪表表，须在在构件上上安装预预埋件或或留预留留孔。以上做法法必须在在图纸中中具体做做法和精精度要求求，试验验人员还还需到现现场参加加试件的的制造。。1022.4静力试验验荷载方方案设计计一、荷载载设计的的一般要要求：1．选用的的荷载图图式与结结构设计计计算的的荷载图图式及产产生的内内力完全全一致或或相近。。2．荷载值值要准确确。3．荷载传传力方式式和作用用点明确确，荷载载值稳定定，不随随加载时时间、环环境、构构件变形形的改变变而变化化。1034．荷载的的分级数数值应参参考相应应的试验验，同时时满足测测量的精精度要求求。5．加载装装置必须须有足够够的强度度要求和和刚度要要求。6．加载设设备操作作方便，，又能满满足加载载技术要要求。7．加载方方法要先先进，减减轻体力力劳动，，提高试试验质量量。104二、单调调加载经经静力试试验荷载作用用形式有有：集中荷载载和均布布荷载；；作用方向向有垂直直荷载、、水平荷荷载和任任意方向向荷载；；有单向作作用荷载载和双向向作用荷荷载。105二、单调调加载静静力试验验1、荷载图图式的选选择与设设计加载图式式：试验荷荷载在试试验结构构构件上上的布置置形式（（包括荷荷载类型型和分布布情况））。加载图式式设计要要求：（1）加载图图式应与与理论计计算简图图一致；；（2）可采用用与计算算简图等等效的荷荷载图式式，即等等效荷载载。例如：常常用几个个集中荷荷载代替替均布荷荷载，但但集中荷荷载的数数量和位位置应尽尽可能使使结构所所产生的的内力值值与均布布荷载所所产生的的内力值值符合。。1061、荷载图图式的选选择与设设计荷荷载图式式：试验荷载载在结构构构件上上的分布布形式，，是指试试验荷载载的空间间布置。。可按设设计规定定的荷载载图式、、或实际际荷载图图式、或或等效荷荷载图式式进行加加载。107等效荷载载：加在试件件上、使使试件产产生的内内力图形形与计算算简图相相近、控控制截面面的内力力值相等等的荷载载108试验加载载方法：：1092、试验荷荷载制度度试验荷载载制度是是试验进进行期间间荷载与时时间的关关系。正确制定试验验的加载载制度和和加载程程序，才才能正确确了解结结构的承承载能力和变变形性质质，才能能将试验验结果相相互进行行比较。。荷载制度度包括：加载卸卸载程序序、加载载卸载的的大小。。静力试验验的加载载程序：：预载、、标准荷载载（正常常使用荷荷载）、破坏荷载载三阶段段。1102．试验验荷载制制度静力试验验的加载载设计内内容包括括：①.加载制度度的制定定：试验验荷载与与时间关关系的制制度。②②.加载图式式的制定定：试验验荷载的的空间布布置。⑴．加载载程序：：预载、标标准荷载载、破坏坏荷载三三个阶段段。⑵．加载载大小试验进行行不同阶阶段施加加不同的的荷载值值。111①．预载载目的：使试件接接触良好好、进入入正常工工作状态态，变形形趋于稳稳定；检检验全部部试验装装置的可可靠性，，检测量量测的仪仪表工作作是否正正常检查现场场组织工工作和人人员情况况，起演演习作用用要求加加载分三三级进行行，每级级取标准准值的20%。级间停停歇10分钟，卸卸载分级级进行。。112②．标准准荷载试试验加载要求求：标准加载载之前，，每级加加载值不不大于标标准荷载载的20%，分5级；标准荷载载之后，，每级加加载值不不大于标标准荷载载的10%。③破坏荷载载到计算破破坏荷载载90%后，每级级加载值值不大于于标准荷荷载的5%。具体的试试验按有有关规程程处理。。113④．卸载载按加载级级距处理理，也可可以放大大1倍，或分分两次卸卸完。测测残余变变形当卸卸完载后后应空载载一段时时间，钢钢筋混凝凝土空载载时间为为标准荷荷载的恒恒载时间间的1.5倍，钢结结构大于于30分钟，木木结构大大于24小时。114加载制度度应考虑虑的因素素：（1）控制荷荷载的计计算确定定：如正正常使用用试验荷荷载、抗抗裂试验验荷载及及承载力力试验荷荷载的计计算。（（2）荷载分分级：根根据试验验荷载的的不同阶阶段，确确定荷载载的级距距。（（3）持荷时时间：根根据混凝凝土结构构与钢结结构等不不同的结结构类型型、荷载载阶段、、变形是是否稳定定等因素素确定。。115（4）持荷的的目的：：给予结结构在荷荷载作用用下充分分变形的的时间；；利用持持荷时间间，进行行试验的的观测、、分析等等。（（5）试验预预载：检检验试验验装置，，预紧安安装缝隙隙，使试试验进入入正常状状态。预预载值不不宜超过过开裂荷荷载的70％。注注意：：构件自自重及试试验设备备自重的的影响，，应该在在试验荷荷载中考考虑扣除除。116117三、结构低周周反复加加载静力力试验（（建筑结结构抗震震试验））试验目的的：（1）研究结结构在地地震荷载载作用下下的恢复复力特性性，确定定结构构件件恢复力力的计算算模型。。恢复力特特性:荷载和变变形之间间的关系系。（2）研究结结构在地地震作用用下的破破坏特征征。通过低周周反复加加载试验验，可以以获得结结构构件件荷载变变形的工工作性能能，即恢恢复力特特性和破破坏特征征，从而而比较或或者验证证抗震构构造措施施的有效效性和确确定结构构的抗震震极限承承载能力力。为建建立数学学模型，，通过计计算机进进行结构构抗震非非线性分分析，为为改进现现行抗震震设计方方法、修修订设计计规范提提供依据据。118三、结构构低周反反复加载载静力试试验低周反复复加载静静力试验验：①．研究究结构在在地震作作用下恢恢复力特特性，确确定恢复复力计算算模型。。②．通过过试验从从强度、、变形和和能量三三个方面面判别和和鉴定结结构的抗抗震性能能。③．通过过试验研研究结构构的破坏坏机理。。119结构低周周反复加加载制度度1、单向反反复加载载制度（1）控制位位移加载载法（2）控制作作用力加加载法（3）控制作作用力和和控制位位移的混混合加载载法2、双向反复加载制制度为了研究地震对结结构构件的空间组组合效应，克服结结构构件采用单方向加加载时不考虑另一一方向地震力同时时作用对结构影响的局限性性，可在X、Y两个主轴方向同时时施加低周反复荷载。反复复加载同样可以是是控制位移、控制制作用力和两者混合控制的的加载制度。120加载制度1．单向反复加载制制度单向反复加载也称称为一维反复加载载。按加载控制因因素分，有三种加加载制度：（1）控制位移加载，，变幅加载：位移控制值随加载载周期增加而变化化的加载制度。用用于对构件的性能能不太了解，作为为探索性研究，确确定恢复力模型，，研究强度、变形形和耗能等情况。。121等幅加载：位移控制值保持不不变。主要研究构构件的强度退化和和刚度退化。变幅等幅混合加载载：上述两种加载方法法的综合运用122123（2）控制作用力加载载这种加载制度很少少采用。不如按位位移控制直观，以以控制作用力大小小实现反复加载，，以此研究结构构的恢复特性。（3）控制作用力和位位移的混合加载一般在结构屈服前前，荷载变化大，，而位移变化小，，此时采用控制作作用力加载；结构构屈服后，荷载变变化小，位移变化化大，此时采用控控制位移加载。1241252．双向反复加载制制度也称二维反复加载载。即从X、Y两个主轴方向同时时施加低周反复荷荷载。这是为了研研究地震对结构构构件的空间组合影影响。双双向反复加载试试验的加载制度，，可采用双向同步步或非同步的加载载制度。双向非同同步加载制度按照照两个方向加载步步调的差异，又可可分为若干种。下下图为各种双向反反复加载试验的加加载制度。126127结构低周反复加载载静力试验优点：1、设备简单2、可以人为控制3、可以停下来观察察结构开裂和破坏坏状态缺点：加载完全是是人为的，变形完完全是对称的，因而与地震作作用完全不同。128结构低周反复加载载静力试验结果1、结构各个阶段强强度(1)开裂强度Mf(2)屈服强度My(3)极限强度Mmax(4)破坏强度MP1291．强度。反映结构构强度的指标有：：开裂强度屈屈服强度极极限荷载载

破坏坏荷载2．刚度。反映结构构刚度的指标有：：初次加载刚度卸卸载刚度度

反向向加载、卸载刚度度，重复加载刚度度

等效效刚度1303．退化率：分为强强度退化率和刚度度退化率。4．耗能：采用耗能能系数表示。1312.5结构动力特性试验验2.5.1概述结构动力特性，也也称为动力特性参参数，或振动模态态参数。它包括：：自振频率、阻尼系系数、振型等基本参数。这些些特性参数只与其其自身的刚度、质质量等相关，与外外界动力荷载无关关。结构的动力特性参参数可通过动力学学理论进行计算，，但计算简图与实实际结构的偏差会会导致很大的计算算误差。其中阻尼尼系数这一参数只只能通过试验测得得。132结构动力特性的试试验（测试）方法法：（1）人工激振法：包包括自由振动法、、强迫振动法；（（2）环境随机振动法法。1332.5.2人工激振法人工激振是指利用用人力或机械对结结构进行激振。1．自由振动法人工使结构产生初初位移或初速度，，使结构产生自由由衰减振动，通过过测试衰减振动曲曲线，如下图，求求得结构动力特性性参数。134135（1）自振频率测试在测试获得的衰减减振动曲线中，直直接测量相邻峰峰峰之间的时间间隔隔，即为自振周期期，自振周期的倒倒数即为自振频率率。（2）阻尼测试阻尼的作用是自由由振动衰减的原因因。阻尼大，衰减减快。根据衰减曲曲线中相邻波峰的的幅值比，运用动动力学计算公式，，可计算出阻尼比比ξ。136（3）振型测试振型指的是结构在在其固有频率时的的振动型式。当多多自由度结构有多多个固有频率时，，则有多种振型。。振型可用结构的的振动位移曲线表表示，如下图。1371.自由振动法测量振振型由于只能激发基本本频率振动，所以以只能获得基本振振型，也称为一阶阶振型。测试的方方法是在各层布置置测振传感器，测测量同一时刻各层层的振动幅值，则则各层在同一时刻刻的幅值关系即为为振型。2．强迫振动法测量量振型上述自由振动实际际也是先强迫振动动起来，然后让其其自由振动，测试试的是自由振动阶阶段。

强迫迫振动持续的、变变频的强迫振动，，测试的是强迫振振动阶段。138（1）自振频率测试频率扫描：频率由由低到高，或由高高到低连续变化，，称之为频率扫描描。如下图的频率率扫描曲线。139利用激振器对结构构进行激振，并对对激振器的振动频频率进行频率扫描描，当激振器的频频率与结构的固有有频率一致时，结结构发生共振，即即振幅最大，此时时激振器的频率，，即为结构的某阶阶固有频率。由此此可获得结构的各各阶固有频率。140（2）阻尼测试试结构共振时时的峰值与与阻尼有关关，当阻尼尼为零时，，共振峰值值为无穷大大，阻尼愈愈大，共振振峰值愈小小，根据实实测共振峰峰值曲线及及动力学理理论，可计计算出阻尼尼比ξ。（3）振型测试试用激振器分分别激起结结构的各阶阶共振，测测试各楼层层在同一时时刻的振动动位移，则则各楼层的的振动位移移关系即为为该固有频频率的振型型。1412.5.3环境随机振振动测量结结构动力特特性环境随机振振动（地面面脉动）：：是地球内内部运动、、海潮运动动、气流运运动、机械械设备运动动等引起的的地面随机机振动，其其振幅很小小，频率构构成丰富。。建建筑筑物的脉动动：环境随随机振动激激起的建筑筑物振动反反应，称为为建筑物脉脉动。分分析析比较环境境随机振动动信号与建建筑物脉动动反应信号号之间的关关系，可以以确定建筑筑物的结构构动力特性性。1422.5.4结构动力反反应试验结构动力反反应测试的的内容：（（1）结构动态态参数测试试：振动反反应的频率率、位移、、速度、加加速度等参参数。（（2）结构振动动形态的测测试：结构构振动反应应的变形图图。（3）结构动力力系数的测测试：静荷荷载产生的的挠度称为为静挠度，具有与静静荷载相同同幅值的动动力荷载产产生的挠度度称为动挠度。动挠度与与静挠度之之比称为动力系数。为了测量振振源振动的的影响范围围和衰减规规律，测量量各点振动动位移幅值值与振源幅幅值之比，，称为该点点的传播系数。。1432.6结构疲劳试试验2.6.1概述1．结构疲劳劳试验的目目的：研究结构在在多次重复复或反复荷荷载作用下下的结构性性能及其变变化规律，，确定结构构疲劳破坏坏时的强度度值，及荷荷载重复作作用的次数数；结构疲疲劳破坏时时的强度值值称为疲劳极限，疲劳破坏坏时的荷载载重复次数数称为疲劳寿命。1442．结构疲劳劳试验的方方法：（1）等幅等频频疲劳（（2）变幅变频频疲劳（（3）随机疲劳劳3．疲劳试验验检验的内内容：（1）对生产性性疲劳试验验：疲劳抗抗裂性能、、裂缝宽度度及其发展展情况、最最大挠度及及变化幅度度、疲劳极极限强度等等。

（2）对研究性性疲劳试验验：开裂荷荷载、裂缝缝宽度、间间距、分布布形态及随随荷载重复复次数的关关系，挠度度及其变化化规律、破破坏荷载、、疲劳寿命命及破坏特特征。1452.6.2疲劳试验的的加载设计计1．试验荷载载取值2．试验荷载载频率选择择3．试验加载载程序疲劳试验加加载程序的的三个阶段段：

（1）静载试验验阶段：以以最大荷载载为上限进进行两次静静载试验的的循环。（（2）疲劳试验验阶段：（（3）破坏试验验阶段：在在疲劳重复复次数达到到预期要求求时，采用用静载或疲疲劳试验的的方法进行行破坏试验验。静载试试验方法确确定疲劳极极限；疲劳劳试验方法法确定疲劳劳寿命。1462.7拟动力试验验拟动力试验验也称伪动动力试验、、计算机－－加载器联联机试验。。非周期性性动力加载载试验—联机加载动动力试验或或计算机—加载器联机机试验。1472.7.1拟动力试验验的工作原原理将计算机解解结构动力力微分方程程与试验所所得的荷载载位移关系系相结合，，不事先假假定结构的的恢复力，，边试验，，边解方程程，方程的的解又反过过来作为试试验加载的的控制值。。所以这种种方法是把把计算机分分析与恢复复力实测结结合起来的的半理论半半试验的非非线性地震震反应分析析方法。拟拟动力试验验原理框图图如下。1481492.7.2拟动力试验验的加载设设计和工作作流程拟动力试验验中计算机机解运动微微分方程的的方法有多多种，如线线性加速度度法、Newmark-ββ法、Wilson-β法等。下面面以线性加加速度法为为例介绍试试验流程。。1．建立运动动微分方程程，输入地地震地面运运动加速度度2．解方程，，使下一步步地震反应应位移用前前两步的位位移表示式式中恢复复力从试试验中测量量获得。1503．将计算得得出的作作为加载指指令进行加加载4．测量位位移加载对对应的恢复复力5．将上述过过程反复循循环，直至至解出全部部地震反应应，同时结结束试验。。1512.7.3拟动力试验验的试验设设备拟动力试验验设备由四四部分组成成：电液伺伺服加载器器、计算机机、传感器器、试验台台架。1．电液伺服服加载器。。电液伺服加载器器由加载器、控控制系统、液压压源三部分组成成。它它的控制参数数可以是力、位位移、速度、加加速度等物理量量。2．计算机。进行加载控制、、数据采集、运运动方程求解。。3．传感器1524．试验台架如下图为建筑结结构单元的拟动动力试验。153拟动力试验的特特点：（1）试验中弹塑性性动力反应数值值分析过程，不不需要预先假设设结构的恢复力力特性。

（2）试验加载周期期较长；

（3）加载器的作用用力大，可进行行大比例模型试试验。154拟动力试验的不不足：（1）加载周期长，，不能反映地震震时的应变速率率；

（2）加载器数量一一般较少，不能能反映实际荷载载分布。1552.8地震模拟振动台台试验振动台能够模拟拟天然地震振动动，将结构模型型固定在振动台台上，输入地震震波，观测和测测试结构模型的的振动反应和破破坏过程。振振动台台试验的不足：：模型比例小，，尺寸效应明显显，模型与原型型的相似关系复复杂。156如下图为东方明明珠电视塔的振振动台模型试验验。157地震模拟振动台台试验的内容包包括：（1）模型结构动力力特性试验，包包括在不同破损损阶段的动力特特性。

（2）模型地震动力力反应试验。试验加载分为两两种方式：（1）一次性加载：结构从弹性到到弹塑性直至破破坏的全过程在在一次加载过程程中全部完成。。（2）多次性加载。。1582.9试验加载装置的的设计1、强度要求：加载装置能承受受试验的最大荷荷载，有一定定的安全储备。。试验时结构或或构件的局部强强度可能提高，，要给予充分的的考虑。一般设设计加载装置强强度要比承载力力高70%。2、刚度要求：是对加载装置受受力后的变形要要求。1593、真实性要求：：加载装置应符合合结构或构件的的受力条件，能能模拟出构件的的边界条件和变变形条件，严防防失真。4、简便要求加载装置力求简简单，实验费用用少