建筑结构试验课件第二章结构试验设计

第二章结构试验设计主要内容2.1概述2.2试件设计2.3结构试验的模型设计2.4结构试验荷载设计2.5结构试验的观测设计2.6材料的力学性能与结构试验的关系2.7结构试验大纲和试验基本文件第二章结构试验设计第二章结构试验设计教学内容:1．试件和模型设计：包括相似理论，试件模型设计，模型材料，注意的问题；2．荷载设计：包括荷载图式，加载程序，等效荷载；3．测试方案：包括测试项目，测点的选择和布置，测量仪器的选择；4．测试报告；5．试验中的安全措施。第二章结构试验设计第二章结构试验设计重点：试件模型设计，荷载图式，加载程序，等效荷载，测点的选择和布置，测量仪器的选择。教学要求1．熟练掌握试件模型设计；2．熟练掌握荷载图式，加载程序，等效荷载；3．熟练掌握测点的选择和布置，测量仪器的选择；4．熟练掌握试验中的安全措施；5．掌握模型材料，测试报告；6．了解相似理论，注意的问题。第二章结构试验设计2.1结构试验设计概述结构试验全过程包括：试验设计、试验准备、试验实施和试验分析等几部分。结构试验设计定义(P9)：♦对结构试验进行全面的设计与规划；♦设计的计划和试验大纲对试验起着统管全局和具体指导的作用。第二章结构试验设计2.1结构试验设计概述试验设计的主要内容（以简支梁试件设计为对象）(1)

确定试验参数，结合试验经费与时间，进行试件设计。如适筋梁试验：强剪弱弯原则、板的抗剪问题、梁截面尺寸的确定、经济配筋率问题。(2)

加载设计。支承条件、加载方式（等弯矩段）、加载设备、加载制度（荷载与位移混合控制）。(3)观测设计。P-Δ、挠度、裂缝、应变、曲率等。尽可能多地测量内容，充分利用试验。第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计♦缩尺模型与足尺模型缩尺模型必须满足严格的相似条件。♦试件设计的内容及要求内容：试件形状的选择、试件尺寸与数量的确定、构造措施等；要求：结构与受力的边界条件、试验的破坏特征、试验的加载条件。第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计试件形状基本原则：受力条件和边界条件的模拟。如框架节点的试验方案，板柱结构的受力特征（板带宽度的选取）。试件尺寸尺寸效应（构件与结构）；混凝土抗压强度试验100×100×1000.95150×150×1501.0200×200×2001.05第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计试件数量生产性试验：按试验任务的要求来确定试件数量。科研性试验：(1)单因素根据因素的水平数来确定试件数量；(2)多因素采用正交试验设计法来进行试验设计并对试验结果进行科学分析。多因素试验存在的问题：(1)全面试验的次数（试件数量）与实际可行的试验次数之间的矛盾。n个因素，m个水平，则全面试验次数mn。(2)实际所做的少数试验与全面掌握内在规律的要求之间的矛盾。第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计正交试验设计：指利用事先制好的正交表来安排多因素试验，并进行试验结果分析的一种试验设计方法。♦正交表是正交试验设计法中合理安排试验并对试验结果进行统计分析的一种特殊表格。♦常用正交表有L4(23)、L9(34)、L12(31×24)等。试验次数因素的水平数因素数第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计正交表的特点（凡符合下列两个特点的表均称为正交表）：(1)每一列中，不同的数字出现的次数相等；(2)任意两列中，将同一横行的数字看成有序数对（左列的数放在前，右列的数放在后）则每种数对出现的次数相等。如（1、2）（1、1）（2、1）（2、2）各出现一次。第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计L4(23)正交表第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计完全试验的试件数量第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计L9(34)正交表第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计L12(31×24)正交表第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计正交试验结果分析——直观分析法♦目的：(1)确定各因素的主次关系；(2)确定各影响因素的最佳水平。♦具体步骤：(1)填写评价指标，将每个试件的试验结果填入正交表的右栏内；(2)计算各因素的水平效应值Kmf、Kmf和极差Rm值。(3)比较各因素的极差R值，根据其大小，列出各因素的主次关系。R值较大者，即对试验结果的影响较大、即主要因素。(4)比较同一因素下各水平的效应值Kmf，能使指标达到满意值的为较理想的水平值。Kmf正交表中m列第f水平相应的指标值之和Kmf＝Kmf，m列第f水平的重复次数Rmm列中Kmf的极大值与极小值之差第二章结构试验设计2.1结构试验的试件设计结构试验加载与测试对试件设计的要求:试件支承条件的要求：支承点的水平、局压、支承点的明确（跨度）。试件加载点的要求：分配梁（简支梁型式）、局压。试件破坏型式和破坏机制的要求：如弯与剪的破坏问题、节点与梁柱构件的强度问题、防止粘结滑移的措施。试验测量的要求：预埋件、预留孔道、预贴应变片。辅助试件的要求：试件材料的材性试件、节点或局部结构构件的单体试件。第二章结构试验设计2.3结构试验的模型设计结构模型设计要求按相似理论进行设计，以保证“试验过程与试验结果相似”。♦几何相似♦材料相似♦物理相似♦荷载相似科研性试验中常采用小型试件，即缩尺模型。第二章结构试验设计2.3结构试验的模型设计相似原理相似原理是研究自然界相似现象的性质和鉴别相似现象的基本原理，由三个相似定理组成：♦第一相似定理：彼此相似的现象，单值条件相同，其相似准数也相同，由牛顿在1786年首先提出，它确定了相似现象的性质。♦第二相似定理：某一现象各物理量之间的关系方程式，都可表示为相似准数之间的函数关系。相似准数常用π表示。第二相似定理也称π定理，为模型设计提供了理论基础。♦第三相似定理：现象的单值条件相同，并且由单值条件导出的相似准数相等，是现象彼此相似的充要条件。第二章结构试验设计

模型的相似要求和相似常数相似常数的独立性几何相似要求模型和真型之间所有对应部分尺寸成比例。Sl（长度）、SA（面积）、Sw（抗弯模量），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）、SM（弯矩）。第二章结构试验设计

模型的相似要求和相似常数物理相似Sσ（应力）、Sτ（剪力）、Sγ（剪切角）、SE（弹性模量）。时间相似St，时间相似不是指时刻相似，而是指时刻的间隔相似。边界条件相似指模型的支承与约束条件相似。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。第二章结构试验设计2.砖3.2模型的宇相似条哭件按模型精设计的监相似理剑论确定史相似条笋件的方俯法有：绍方程式集分析法代、量纲镰分析法闸。方程式固分析法：已户知各趋参数金与物搜理量鸟的函特数关刊系，泪并有盲显式恋表达阶式时面。适过用于蒸较简订单的暂物理弊现象俗。量纲分伯析法：对寨较复痕杂的暮物理质现象狠，不蓄能用预显式霞表达专来描井述各玻参数迁与物趴理量腐之间供的函购数关船系。溉此时糖，物理仓参数牙的合肺理选乱择对模驾型设负计具歼有决鞠定性引的作窜用。取决于但对该物圈理现象窑的正确角认识程无度第二章胳结构篇试验设斑计模型内的相新似条赛件1、静力促试验摸模型丙的相筑似条贩件2-撕262-黄272-2哲8可见匹，相叫似常耀数的乓数目悲多于通相似剃条件给的数智目，据模型突设计隙时须毙预先削假设削几个贷相似也常数弯，一诸般假渴设几总何相培似常漂数Sl和材料缴相似常扫数SE。第二章屿结构他试验设床计模型的秩相似条酒件考虑陕自重太荷载普的模师型相哥似条脸件:sr——为材料锻容重的驴相似常平数①当马，σm=σp，Sσ=1权，Sr=1/津Sl此时模鸭型材料缸很难实须现，只昼能采用管附加质尿量方法仿，但强纤度与刚荒度须保同持不变贤。②当材庭料相当猎，Sr=SE=1，σm=Sl.σp、fm念=Sl2.fp，须复提高活测量铁精度挡。第二激章待结构化试验油设计模型滥的相窃似条稍件2、动力蚊试验旷模型丹的相耐似条蜡件单自议由度柴体系和受迫宏振动腹的振堆动方炊程：第二迁章戒结构机试验邀设计模型固的相精似条蹄件2、动力试滨验模型粒的相似熔条件(姿续)关于白重力索加速脾度的两相似墓常数析Sg模型试青验中的逝相似关瓣系：当选严用Sg=1，饺而Sl一般纳（1叛/2现,1技/6唇）之芹间，SE/Sρ∈[1/戏2,1途/6],这在模型选代用材料惩时很难肚实现，幕通常需持对材料出试级伶配。当选炕用材手料相伍同，SE＝Sρ＝1，则Sg＝1请/Sl，采钉用附加惰质量名法。第二章颗结构斯试验设弹计模型候的相漫似条乐件3、钢筋混穗凝土结傻构和砌筹体结构陪试验模荒型的相挑似条件悔（教材灰P24羞~25棵）材料性温能：混化凝土应歼力、应稠变、弹虎性模量库、泊松猛比、质为量密度录、钢筋傍应力、繁应变、绪钢筋弹毛性模量脱、粘结胜应力。几何特偶性：长若度、线看位移、沾角位移教、钢筋杰面积。荷载：才集中荷抄载、线摘荷载、盲面荷载惹、力矩雕。第二章牢结构涂试验设坛计模型的委相似条燥件4、材料模案型模型材野料的要弦求：♦道相似姜要求仰：材园料的传基本征性质羡相似口。♦卫测量商要求础：为钟便于上测量者仪表岩有足烛够的仇读数泼，弹事性模妖量应府适当肿低一腐些。♦材费料性能缴稳定，姿受环境漠温度、移湿度的棉影响较初小。♦小加工张制作费方便绍。第二章茂结构巨试验设她计模型的后相似条贤件5、模型材羊料的种过类：♦金箩属（一途般钢材鞋和铝合录金）：摆弹性好油、变形兆量大、垦泊松比讨与钢筋屋砼相似捏。♦塑蛇料和有作机玻璃狗：强度肆大、弹息性模量可低、各艰向同性洽、加工扬方便、铜但徐变哑较大、旧热稳定恭性较差叫。♦石厨膏：加貌工容易咽、成本蜘低、泊第松比与土砼十分今接近、湖弹性模袄量可人销为调整塘、但抗熟拉强度凳低、较家脆。石笔膏被广编泛用于打制作弹鞠性模型是，也可尺大致模五拟砼的误塑性性采能。♦水呈泥砂浆诱：相比视上述三佣种材料床，最接武近混凝升土，常裹用于制搜作砼薄困壁结构高，此时愤采用的弯钢筋为轨钢丝或副铅丝。♦细裳石混凝刑土：非鸭弹性性繁能较难忙模拟，饼缩尺比黎例不宜衰太小。脊主要缺饱点是粘奖结应力瞧模拟不跨好，不乒适用于唤研究Wma棒x、f等第二喜章偏结构传试验络设计2.遍4结构杯试验地荷载党设计结构惠试验从荷载氏的分初类：♦秘按作朗用形苍式:集中把荷载勾、分冈布荷鲜载。♦按勤作用方舰向:垂直荷断载、水樱平荷载屡、任意闻方向荷传载。♦单给调荷载蝇、重复酱荷载、锤反复荷病载。♦浓动力音荷载装、静领力荷译载。第二章违结构诸试验设悼计2.4结构兼试验论荷载努设计2.园4.惠1试验加药载图式定义也：试验荷窗载在试飘验结构搂上的布冒置形式欣（包括荷载欧类型与分布情局况）试验身加载肺图式万要与拣结构掌设计姨计算回时荷叫载图慈式一女致。第二婆章陵结构俭试验且设计2.4结构试域验荷载敢设计2.4奇.1试验痕加载施图式在试钞验时覆常采剪用不松同于昆设计虫计算峰的荷州载图狼式：对设语计计滔算时丹采用摇的荷笨载图域式的赔合理请性用肾所怀泛疑，咱因此榴在试理验时搁采用差某种汁更接浅近于窝结构勉实际北受力姥情况赶的荷驱载布选置方薄式。在不影吵响结构识的工作湿和试验匙成果分疤析的前裳提下，棍由于受蹈试验条匠件的限铲制和为盯了加载姿的方便吐，改变井加载图虑式。第二章床结构扭试验设谅计2.振4结构抛试验泄荷载留设计试验缠加载兰装置很的设狸计保证尝试验灯正常丈进行佛，对莲试验悟加载络的设泊备装遍置，甘必须除进行脖专门烦的设透计。涨使用策现有蜻设备抓时对销装置铜的强浓度刚篮度进敬行复汗核计投算。对于加罚载装置这的强度找，首先鹊要满足错试验最古大荷载冷的要求压，保证膏有足够禁的安全夕储备，垒同时要宪考虑到签结构受凯载后有堤可能使玩局部构果件的强派度有所匙提高。婚（见教驰材P2渠6~2帽7）第二泡章指结构喉试验改设计2.4结构试愧验荷载竟设计试验加愿载装置熔的设计试验喂加载前装置饶包括♦闸竖向喇加载迁装置趴：荷起载架♦主水平原加载塘装置累：反阶力架洽、反甘力墙灯（砼抹制）♦其窑他加载留装置：(1)追荷载浇传递装患置分配喂梁、垫炭块或垫蹈梁、滑喷动轴承应等；(2来)凉荷载双支承也装置厨支座循（固赶定式艺、滑毁动式余、铰忌接式巧、滚丹动式说）、诞支墩刊。第二致章炉结构歪试验毅设计2.4结构试艺验荷载归设计试验击加载忽装置满的设械计试验加堂载装置坝的基本佳要求：♦满足刮最大朵试验袖荷载鼠的要幻玉求，示并有哲一定单的安帮全储童备50府～1蹄00司％；♦社满足华自身狂刚度铸的要馒求；♦拍符合丑试验咏结构觉的受辞力条认件，泡能模贱拟试僚验结乖构的防边界勺条件狮和变花形条责件；♦满情足试件差的支承毯条件：枝如支承海点的摩寻擦力影比响使实嘴际弯矩饼减小；♦成构造焦简单矿，加声工、摆组装积方便拢。第二章智结构落试验设刺计2.乓4结构试抓验荷载天设计结构拴试验饼的加披载制背度定义：结构抽试验中共控制荷堆载与加顺载时间填的关系碌。结构硬试验错的加撑载制键度分策类：♦单面调静力起加载：雾预加载笼、预定危荷载、反破坏荷拥载♦伪挖静力加穷载：荷傅载与位黎移混合者的低周杂反复加泉载（见犹后图）♦壳伪动逆力加宝载：陵由计霜算控异制，甩按地啄震位芳移反弦应时承程曲味线加只载♦旁抗震四动力党加载来：按斑模拟春地震崇时地卫面运英动加仗速度魔地震躺波加纵载凳《混凝引土结构功试验方疯法标准搜》(G隶B5容01算52更—9屑2)质《歼建筑良抗震舌试验术方法灿规程烤》(JG苏J10疮1-9校6)第二章野结构摊试验设权计2.皆4结构拾试验勺荷载俱设计结构试蔑验的加蜓载制度低周扎反复旬加载消制度第二章菊结构茄试验设暮计2.5结构塑试验昼的观柱测设桑计观测设违计的内晃容：波确只定测溪试项导目、尿选择当测点愚位置来、选旧择测仙试仪闸器和狸测试档方法颠。观测要项目比的确孩定试件在振荷载作镰用下的们变形分穷为以下辈两类：♦整拆体变形娃：能够依反映试峡件的整厉体工作螺性能，敬如P-国Δ、砖P-浅γ曲线钻。♦耗局部烟变形恭：ε、ωmax、f、吹τ-插s曲线等。第二爪章绒结构糊试验辨设计2.5结构试敌验的观煎测设计测点的晃选择与裹布置测点的枣选择♦诊一表群一个厌试验填数据窄；♦测亦量的点披位愈多沃愈能了舰解结构棍的应力邀、应变矮情况；♦梯在满膏足试哄验目严的下教，测男点宜巴少不乒宜多暴，节扬约仪魔器设触备，剪避免久人力冶浪费妻，提照高效葬率，忧保证荐质量郊。第二章跨结构丑试验设崖计2.5结构试朽验的观恭测设计测点谷的选龟择与冠布置测点的估布置原瓜则♦满梢足试验蜂要求为斑目的，阻宜少不梦宜多；♦占测点株的位阻置要处有一沾定的是代表画性；♦应沫布置一帝定量的寺校核性非测点（竹受力明慰确的部瓶位）；♦测柜点的布皆置应便收于试验债时操作料和测读余。第二章严结构针试验设李计2.5结构试植验的观陕测设计仪器腊的选礼择与抄测读躺的原益则（爱教材编P3疮0）仪器虾的选策择：1、符合耗测量址精度充与量迈程，起相对载误差尝±5赛%；2、亮满足脾最大捏应变豆和挠除度，伐最大真被测夫值小侧于8步0%暂；3、自江重轻、旧体积小宋、不影火响结构渐的工作满；4、测繁读方便顺，宜采严用自动别记录装草置；5、带测量谦一起劳型号腾规格随尽量逼少；6、说动测代时，抚仪表堪的线谜性范倾围频存响特筐性和皂相位棒特性往。第二昏章痒结构此试验溜设计2.恼5结构泽试验葵的观党测设做计仪器的战选择与补测读的德原则（谦教材P依30）测读肃原则泡：1、按桶程序进修行，测场定方法爪与试验宅方案、碗加载程水序有关闸。2、全糟部仪器扎的读数恳必须同我时进行欣，每人胸读测仪筑器数量脊不宜太绒多；3、观焦测时间挣选择加半载间歇征时间内姓，每次缸加载后哲某一时如刻开始谢测读，购到下一团级加载抖前再测两读；4、当讽荷载维相持较长廉时间不驱变时，董按规定绍时间测寻读；5、测置读时记滤录环境乌温度；6、畅重要俩数据赌边记狼录，举边整脖理，粮计算抛每级予荷载啄下的嫁读数怜差，警与预漂计理精论值墨比较帝。第二章月结构鸦试验设辉计2.6材料的胞力学性赛能与结惠构试验柳的关系2.裹6.夸1概述结构写设计捧中最板基本啊的公薄式R境≥S♦R曲需要试播件材料密的基本板力学性饥能数据否：♦抗膊震试验絮中尚需响要考虑颤周期性笼反复荷帐载下的波材料本张构关系乓（见下音图）。第二章琴结构倒试验设期计2.6材料的暑力学性以能与结完构试验愈的关系2.6园.1概述包兴格扎效应：盏钢己材在葬拉（赵压）筝超过努弹性钞极限有后、蜓反面如弹性熟极限遵会明晓显降拖低。18亡87年，谜德国捆包兴首格提接出。测定试竿件材料疫力学性乖能的方裳法：♦直接试凯验法，金同条件换试件；♦间接约测定法若（非破辽损试验捆法或半剪破损试分验法）逃，回弹铲仪、超触声波法尼等。第二章碧结构装试验设斩计2.6材料的局力学性抬能与结繁构试验讲的关系材料筐试验野结果扫对结炉构试邀验的样影响真正的哄试件材练性很难用准确测唯得：1、混抱凝土弹粒性模量宰平均值晶波动1谷0%；刻混凝土柏强度波吊动10俱%；钢街筋强度峡波动5倍~10侵%；2、富模版冲尺寸呢、形巡寿状、屯浇筑准、振泰捣、市砌筑暗、养什生的圆影响姜。第二章辉结构绑试验设含计2.6材料的迈力学性夏能与结臂构试验责的关系试验方冬法对材麻料强度晶指标的违影响试件尺器寸与形欢状的影捞响：尺醉寸效应嫌（加载童面的约鞭束及内命部缺陷待）试验加环荷速度酷（应变逃速度）傍的影响钢筋：互强度随菌加荷速度的提怕高而增望大第二章倾结构举试验设觉计2.6材料的岔力学性婶能与结孤构试验蜜的关系试验方争法对材筝料强度谢指标的姥影响混凝棕土：摊随加圣荷速虑度的拉增加区而提常高其植强度凭和弹书性模答量混凝土冲的抗压汗试件试尼验中，利加荷速腔度使截绩面应力忠变化从缓每秒0确.25尘MPa揭提高到返每秒7严MPa郑,抗压染强度指霉标增长汪9%；辟当从0菊.25晃MPa芝/s的新应力降滚低到0夏.00乓7MP肥a/s殿时，强赵度降低飘10%帜~15决%第二败章喷结构步试验原设计2.赢7结构试仔验大纲生和式样肃基本文马件试验叼大纲是进行郑整个试掉验的指梅导性文室件1、混试验条目的诵的要优求（机数据陕、破沙坏荷度载、斧内力裙分布颤、荷盒载—赞变形躬曲线锐）2、何试验沸设计云及制断作要最求（逃设计苗依据浙、试序件数伞量、砍施工竖图、浅原材阶料等首）3、辅事助试验垫内容（飘辅助试庄验目的竭、试件激种类、浩数量、层尺寸、杏制作等涝）4、试藏件的安弃装与就片位（