结构试验设计原理

结构试验设计原理第1页，共25页，2023年，2月20日，星期四上一章的目的与学习重点上一章的目的：把建筑结构试验的大致轮廓交代给学生，通过结构试验的任务、作用、分类和发展过程的学习，使学生了解什么是建筑结构试验。学习重点：掌握建筑结构试验的分类及其相关概念的区别。第2页，共25页，2023年，2月20日，星期四1、结构试验在结构工程学科中的位置2、结构试验的任务3、结构试验的目的4、结构试验的分类5、结构试验技术的发展6、结构试验课程的内容、特点7、学习资料第3页，共25页，2023年，2月20日，星期四结构试验的任务结构试验的任务是基于结构基本原理，在结构物或试验对象（实物或模型）上，使用各种仪器仪表和试验设备为工具，利用各种实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震力、风力…）或其他因素（温度、变形）作用下，通过量测与结构工作性能有关的各种参数（变形、挠度、应变、温度、振幅、频率、裂缝宽度等），从强度（稳定）刚度和抗裂性以及结构实际破坏形态来判明结构的实际工作性能，了解并掌握结构的力学性能，评估结构或构件的承载能力和使用性能，为验证和发展结构理论提供试验依据。第4页，共25页，2023年，2月20日，星期四结构试验的分类1.根据不同的试验目的，结构试验一般分为：科学研究性试验与生产性试验（鉴定性试验）2.按照试验对象分为：原型（真型）试验与模型试验3.按照荷载性质分为：静载试验与动载试验4.按照试验场合分为：试验室试验与现场试验5.按照试验时间分为：短期荷载试验和长期荷载试验还有一类相对独立的试验：结构非破损检测（无损检测）第5页，共25页，2023年，2月20日，星期四第二章结构试验设计原理第6页，共25页，2023年，2月20日，星期四一、结构试验设计概述二、结构试验设计的基本原则三、测试技术基本原理第7页，共25页，2023年，2月20日，星期四一、结构试验设计概述结构试验一般可分如下几个阶段：（一）试验规划与设计（计划阶段P）（二）试验技术准备(准备阶段P)（三）试验实施过程（实施阶段I）（四）试验数据分析与总结（总结阶段S）第8页，共25页，2023年，2月20日，星期四(一)、试验规划与设计

结构试验规划与设计是整个结构试验中极为重要的并且带有全局性的一项工作。它的主要内容是对所要进行的结构试验工作进行全面的设计与规划，从而使设计的计划与试验大纲能对整个试验起着统管全局和具体指导的作用。进行结构试验的总体设计时，首先应该反复研究试验的目的，充分了解本项试验研究或生产鉴定的任务要求。第9页，共25页，2023年，2月20日，星期四(一)结构试验规划与设计:

试验大纲的内容：试验任务分析,试件设计,试验装置与加载方案设计,观测方案设计,试验中止条件和安全措施1.建筑结构试验组织计划是组织工作的需要2.建筑结构试验组织计划是结构试验特点的要求（1）建筑结构试验没有固定的模式。（2）建筑结构试验耗资较大。（3）建筑结构试验周期长。3.建筑结构试验组织计划关系到试验的成败4.建筑结构试验组织计划是体现技术水平和管理水平的窗口第10页，共25页，2023年，2月20日，星期四(二)试验技术装备:

试件制作,预埋传感器元件,安装试验装置及试件,安装测量元件,调试标定仪器设备,相关材料性能测试等(三)试验实施过程:

记录试件初始状态,采集并纪录试验数据,观测并纪录试件特征反应(裂缝,破坏形态,声音,热特征,环境特征和其他信息)(四)试验数据分析与总结:

整理试验结果,判断异常数据,绘制试验曲线图表,分析试验误差,分析并总结试验现象.第11页，共25页，2023年，2月20日，星期四

结构试验PPIS循环四阶段的内容及关系示意图第12页，共25页，2023年，2月20日，星期四PPIS循环就是：计划（Plan）、准备（Prepare）、实施（Implement）、和总结（Summarize）四个阶段，周而复始，循环一回，发善一次，提高一步，螺旋上升的工作方法。PPIS循环的特点是：（1）连续性。（2）有序性。（3）层次性。（4）嵌套性。（5）广泛性。（6）关键性。（7）重复性。（8）进步性。第13页，共25页，2023年，2月20日，星期四PPIS循环内容及其关系PPIS循环特点示意图

（1）连续性。（2）有序性。（3）层次性。（4）嵌套性。

（5）广泛性。（6）关键性。（7）重复性。（8）进步性。第14页，共25页，2023年，2月20日，星期四二、结构试验设计的基本原则

1、真实模拟结构所处的环境和结构所受到的荷载

2、消除次要因素影响

3、将结构反应视为随机变量

4、合理选择试验参数

5、统一测试方法和评价标准

6、降低试验成本和提高试验效率

忠实而灵活；抓主要矛盾；未知世界；量力而行、符合实际；注重交流；少花钱多办事第15页，共25页，2023年，2月20日，星期四1、真实模拟结构所处的环境和结构所受到的荷载

建筑结构在其使用寿命的全过程中，受到各种作用，并以荷载（作用）为主。要根据不同的试验目的设计试验环境和试验荷载。如：地震模拟振动台试验再现地震时地面的强烈运动；风洞试验则再现结构所处的风环境；为考察结构遭遇火灾时的性能，试验则要在火灾模拟系统的高温装置中进行；地下结构试验则必须要模拟结构周围（岩体）土体对结构产生的各种作用（土压力、水压力等）和二者之间的相互作用。在鉴定性试验中，可按照有关技术标准或试验目的确定试验荷载的基本特征。而在研究性试验中，试验荷载完全由研究目的所决定。第16页，共25页，2023年，2月20日，星期四⑴注意区分结构试验荷载的类型⑵注意结构试验荷载的加载位置（作用位置）⑶在实验室进行结构或构件试验时，试验装置的设计要注意边界条件的模拟。如：简支梁的边界条件在静载和动载试验中的影响是不同的简支板的板角向上位移是否受到约束取决于试验目的。简支梁顶面直接加载与梁侧面加载的区别排架柱和框架柱的低周反复荷载试验边界条件:力边界条件和位移边界条件经常需要注意的几个问题第17页，共25页，2023年，2月20日，星期四2、消除次要因素的影响影响结构受力性能的因素有很多，一次试验很难同时确定各因素的影响程度。此外各种因素中，有的是主要因素，有的是次要因素。通常，试验目的中应明确包含的需要研究或需要验证的主要因素。试验设计时，应进行仔细分析，消除次要因素的影响。第18页，共25页，2023年，2月20日，星期四混凝土受弯构件的徐变试验。

（在恒温恒湿环境，消除收缩影响）控制钢筋混凝土梁的破坏类型，是剪切破坏还是弯曲破坏。（在试验中为了保证试件在预定的部位破坏，以期得到需要的测试数据，往往对试件的其他部位事先进行局部加固）在结构模型试验中，模型的材料，各部分尺寸以及细部构造，都可能和原型结构不尽相同，但主要因素要在模型中体现。在大型结构试验中，更要注意把握结构试验的重点。“大系统测不准”定理最简单的方案是最好的方案。第19页，共25页，2023年，2月20日，星期四3、将结构反应视为随机变量结构抗力和作用效应都是随机变量，导致结构试验具有很多不可预知的不确定因素。对于科研性试验，在试验完成前，就已知道了试验结果，那试验也就没有什么意义了。常规的试验研究方法是根据试验结果建立结构的力学模型（具有不确定性），再通过试验数据分析确定模型的参数。将结构反应视为随机变量的观点使我们在结构试验设计时，必须运用统计学的方法设计试件的数量，排列影响因素，如正交试验法。进行预备性试验。第20页，共25页，2023年，2月20日，星期四4、合理选择试验参数在结构试验中，试验方案涉及到的参数很多。这些参数决定了试验结构的性能。试验参数可分为两类，一类是与试验加载系统有关，另一类与试验结构的具体性能有关。试验结构的参数应在实际工程结构的可能取值范围内取值。即应有实际意义。在设计、制作试件时，对试验参数应进行必要的控制。钢筋混凝土结构：强度等级，配筋率、配筋方式、截面形式、荷载形式及位置参数砌体结构：块体与砂浆强度，试件尺寸钢结构：构件长细比、截面形式、节点构造方式等。第21页，共25页，2023年，2月20日，星期四5、统一测试方法和评价标准在鉴定性试验中，试验对象和试验方法大多数已事先规定。而在研究性试验中，情况有所不同。结构试验作为科学创新的源泉，我们不可能用技术标准的形式来规定科学创新的方法。但我们有需要对基本的试验方法进行规定。主要是为了便于信息交换，建立共同的评价标准。所有的科学研究都必须利用已有的成果，结构试验获得的新的信息必须经过交流、比较、评价，才能形成新的成果。第22页，共25页，2023年，2月20日，星期四6、降低试验成本和提高试验效率在结构试验中，试验成本由试件加工制作，预埋传感器，试验装置加工，试验用耗材，试验仪器折旧，试验人工费用和有关管理费等组成。量力而行，优化试验方案不要盲目追求高精度尽量重复利用材料第23页，共25页，2023年，2月20日，星期四安全因素试验人员安全试验设备安全应急预案建立安全制度安全第一、预防为主第24页，共25页，2023年，2月20日，星期四三、测试技术基本原理⑴.传感器:一种转换器件,把物理量或化学量转换为可以观测并记录并加以利用的信号.⑵.测量:确定试验结构的反应量值而进行的过