结构试验课件

第一章緒論2024-1-1312024-1-132土木工程包含了幾乎所有建築工程，我們俗稱“大土木”土木工程結構指最廣泛層面上的建築結構工程，包括：橋樑水壩土方基礎石油平臺管道運輸發電站鐵路擋土牆道路隧道水路疏浚給排水系統結構的功能是承受荷載作用並產生作用效應，產生的作用效應須滿足各級規範要求土木工程結構(Civilengineeringstructures)2024-1-133確保實現結構的功能，常採用以下三種途徑：理論分析利用現有成熟的理論，計算分析結構在各種作用下的作用效應使其滿足規範、規程、標準要求試驗對結構施加作用，通過測試得到結構在作用下的作用效應判斷結構是否滿足要求電腦程式模擬分析利用電腦程式模擬分析結構在各種作用下的作用效應分析參數，尋找其中規律，解決結構功能問題2024-1-134此三種途徑互為指導和驗證關係新的結構理論不夠成熟，結構試驗必不可少試驗不能完全模擬真實狀態，受條件限制借助電腦模擬，分析尋找規律，發展新的理論本課程講重點講述土木工程結構試驗2024-1-135土木工程試驗是解決土木工程結構領域科研和設計問題的必不可少的手段結構試驗是人們認識自然的重要手段結構試驗是驗證結構理論的有效方法結構試驗是土木工程結構品質鑒定的直接方式結構試驗是制定各類技術規範和技術標準的基礎結構試驗是建築工程自身發展的需要土木工程結構試驗主要內容包括工程結構靜力試驗和動力試驗的加載模擬技術工程結構變形參數的測量技術試驗數據的採集信號分析及助理技術以及對試驗對象作出評價或理論分析2024-1-136本課程目的通過理論和試驗環節教學掌握結構試驗方面基本知識和基本技能根據設計、施工和科學研究任務，完成一般土木工程結構的實驗設計與規劃為今後從事土木工程結構科研、設計或施工等工作積累解決問題的手段和方法2024-1-137土木工程結構試驗的任務是以土木工程結構為研究對象，通過加載技術對研究對象施加各種作用，借助測試技術對結構物受作用後的性能進行觀測。通過對測量數據的分析，如變形、應變、溫度、振幅、頻率、裂縫寬度等，從強度（穩定）、剛度、抗裂性以及結構實際破壞形態來判明結構的實際工作性能，評估結構的承載能力，確定結構對使用要求的符合程度。動過結構實驗檢驗併發展結構計算理論。1.1結構試驗的任務2024-1-138結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類*按試驗目的分類1.2結構試驗的分類(1)生產鑒定性試驗具有直接的生產目的。以實際建築物或結構構件為試驗鑒定對象，經過試驗對具體結構構件作出正確的技術結論這類試驗常用來解決一下有關問題：a.綜合鑒定重要工程和建築的設計與施工品質。b.對已建結構進行可靠性檢驗，以推斷和估計結構剩餘壽命。c.工程改建和加固，通過試驗來判斷具體結構的實際承載能力。d.處理受災結構和工程品質事故，通過試驗鑒定提供技術依據。e.鑒定預製構件的產品品質。*按試驗目的分類2024-1-1391.2結構試驗的分類結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類(2)科學研究性試驗科學研究性試驗具有研究、探索和開發的性質。其目的在於驗證結構設計的某一理論，或驗證各種科學的判斷、推理、假設及概念的正確性，或者是為了創造某種新型結構體系及其計算理論，而有系統地進行的試驗研究。這類試驗通常解決以下幾個方面的問題:a.驗證結構計算理論或通過結構試驗創立新的結構理論。b.制訂結構設計規範和標準。2024-1-1310結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類*按試驗對象分類1.2結構試驗的分類(1)原型試驗原型試驗的試驗對象是實際結構或是按實物結構足尺複製的結構或構件。對於實際結構試驗一般均用於生產鑒定性試驗。例如核電站安全殼加壓整體性的試驗，工業廠房結構的剛度試驗、樓蓋承載能力試驗以及橋樑在移動荷載下的動力特性試驗等均在實際結構上加載量測2024-1-1311結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類*按試驗對象分類(2)模型試驗由於進行原型結構試驗投資大、週期長、測量精度受環境因素等影響，在經濟上或技術上存在一定困難。因此，人們在結構設計的方案階段進行初步探索比較或對設計理論和計算方法進行科學研究時，可以採用按原型結構縮小的模型進行試驗。模型是仿照原型（真實結構）並按照一定比例關係複製而成的試驗代表物，它具有實際結構的全部或部分特徵。設計製作及試驗是根據相似理論，用適當的比例和相似材料製成與原型幾何相似的試驗對象，在模型上施加相似力系（或稱比例荷載），使模型受力後重演原型結構的實際工作，最後按照相似理論由模型試驗結果推算實際結構的工作。目前在試驗室內進行的大量結構試驗均屬於這一類。1.2結構試驗的分類2024-1-1312結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類*按荷載性質分類(1)靜力試驗靜力試驗是結構試驗中最大量最常見的基本試驗，因為大部分建築結構在工作時所承受的是靜力荷載，一般可以通過重力或各種類型的加載設備來實現和滿足加載要求。靜力試驗的加載過程是從零開始逐步遞增一直到結構破壞為止，也就是在一個不長的時間段內完成試驗加載的全過程，我們稱它為結構靜力單調加載試驗。靜力試驗的最大優點是加載設備相對來說比較簡單，荷載可以逐步施加，還可以停下來仔細觀測結構變形的發展，給人們以最明確和清晰的破壞概念。1.2結構試驗的分類2024-1-1313結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類*按荷載性質分類(2)動力試驗對於那些在實際工作中主要承受動力作用的結構或構件，為了瞭解結構在動力荷載作用下的工作性能，一般要進行結構動力試驗，通過動力加載設備直接對結構構件施加動力荷載。特別是結構抗震性能的研究中除了用上述靜力加載模擬以外，更為理想的是直接施加動力荷載進行試驗，目前抗震動力試驗一般用電液伺服加載設備或地震模擬振動臺等設備來進行。由於荷載特性的不同，動力試驗的加載設備和測試手段也與靜力有很大的差別，並且要比靜力試驗複雜得多。1.2結構試驗的分類2024-1-1314結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類*按荷載性質分類(1)短期荷載試驗限於試驗條件、時間和基於解決問題的步驟，我們不得不大量採用短期荷載試驗，即荷載從零開始施加到最後結構破壞或到某階段進行卸荷的時間總和只有幾十分鐘，幾小時或者幾天。結構的疲勞試驗，則整個加載過程也僅在幾天內完成，與實際工作有一定差別。爆炸，地震等特殊荷載作用時，整個試驗加載過程只有幾秒甚至是微秒或毫秒，這種試驗實際上是一種瞬態的衝擊試驗。這種由於具體客觀因素或技術的限制所產生的影響，我們在分析試驗結果時必須加以考慮。1.2結構試驗的分類2024-1-1315結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類*按荷載性質分類(2)長期荷載試驗對於研究結構在長期荷載作用下的性能，如混凝土結構的徐變，預應力結構中鋼筋的鬆弛，鋼筋混凝土受彎構件裂縫的開展與剛度退化等就必須要進行靜力荷載的長期試驗。這種長期荷載試驗也可稱為持久試驗，它將連續進行幾個月或甚至於數年，通過試驗以獲得結構的變形隨時間變化的規律在現場對實際工作中的結構物進行系統長期的觀測，則這樣積累和獲得的數據資料對於研究結構的實際工作，進一步完善和發展工程結構的理論都具有極為重要的意義。1.2結構試驗的分類2024-1-1316結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類*按荷載性質分類(1)試驗室試驗由於可以獲得良好的工作條件，可以應用精密和靈敏的儀器設備進行試驗，具有較高的準確度。甚至可以人為的創造一個適宜的工作環境，以減少或消除各種不利因素對試驗的影響，所以適宜於進行研究性試驗。這樣有可能突出研究的主要方面，而消除一些對試驗結構實際工作有影響的次要因素。這種試驗可以在原型結構上進行，也可以採用模型試驗，並可以將結構一直試驗到破壞。尤其近年來發展足尺結構的整體試驗，大型試驗室為之提供了比較理想的條件。1.2結構試驗的分類2024-1-1317結構試驗分類按試驗目的分類按試驗對象分類按荷載性質分類按試驗時間分類按試驗場合分類*按荷載性質分類(2)現場試驗與室內試驗相比由於客觀環境條件的影響，使用高精度的儀器設備來進行觀測受到了一定的限制，相對來看，進行試驗的方法也比較簡單，所以試驗精度和準確度較差。現場試驗多數用以解決生產鑒定性的問題，所以試驗是在生產和施工現場進行的，有時研究或檢驗的對象就是已經使用或將要使用的結構物，它可以獲得近乎完全實際工作狀態下的數據資料。1.2結構試驗的分類2024-1-1318結構試驗發展先進的大型和超大型設備基於網路的遠程協同結構試驗現代測試技術電腦與結構試驗1.3結構試驗的發展大型疲勞試驗機加載能力：靜力試驗1000kN動力試驗500kN電液伺服壓力試驗機最大加載能力50,000kN大型風動結構試驗系統大型離心機大型火災模擬結構試驗系統2024-1-1319結構試驗發展先進的大型和超大型設備基於網路的遠程協同結構試驗現代測試技術電腦與結構試驗電液伺服壓力試驗機最大加載能力50,000kN大型風動結構試驗系統大型離心機大型火災模擬結構試驗系統1.3結構試驗的發展萬用試驗機加載能力：靜力試驗200kN2024-1-1320結構試驗發展先進的大型和超大型設備基於網路的遠程協同結構試驗現代測試技術電腦與結構試驗大型有限元分析軟體試驗前:通過電腦分析預測結構性能制訂試驗方案試驗後:結合實驗數據對結構性能做出完整描述1.3結構試驗的發展2024-1-1321具體應用事例a).實橋，檢測到疲勞裂縫產生b).補修方法的提案碳素纖維板和止裂孔並用2024-1-1322具體應用事例c).用有限元分析軟體，將全橋模型化，進行分析，確定研究方案電腦模擬——理論計算的結合全橋鋼構件部分的FEM模型圖全橋的FEM模型圖具體應用事例d).結合實橋裂縫產生部位的實際情況，製作試驗體，進行試驗原型試驗難以實現

模型試驗2024-1-1323疲勞實驗2024-1-1324具體應用事例FEM解析模型具體應用事例e).基於實驗體的有限元解析電腦模擬——試驗的結合2024-1-1325具體應用事例e).基於實驗體的有限元解析電腦模擬——試驗的結合2024-1-1326具體應用事例f).模擬實橋補修時的有限元解析理論——電腦——試驗的結合從試驗、電腦模擬到實際應用疲勞裂縫產生部位P1側P2側疲勞裂縫產生部位的放大圖P1側P2側疲勞裂縫疲勞裂縫附近的放大圖2024-1-13272024-1-13282.1結構試驗的一般程式2024-1-13292.1結構試驗的一般程式2.1.1結構試驗設計結構試驗設計時整個結構試驗與測試技術中極為重要且具有全局性的一項工作。它的主要內容是對所要進行餓結構試驗工作進行全面的設計與規劃，從而使設計的計畫於試驗大綱對整個試驗起到通觀全局和具體指導的作用反復研究實驗目的充分瞭解任務要求收集相關資料，包括已有的理論假定、試驗極其方法根據以上工作的基礎，確定試驗的性質與規模。試驗件的製作、加載測量方法等不可孤立考慮，必須相互聯繫綜合考慮。2024-1-13302.1結構試驗的一般程式科研性試驗收集資料，確定目的和任務確定規模和性質試件設計與製作確定加載方法選定測量專案於方法進行設備和儀錶的率定試件性能試驗制訂試驗安全防範措施制訂計畫正式試驗結果分析2024-1-13312.1結構試驗的一般程式檢驗性試驗檢驗性試驗的設計，因為試件往往是某一具體結構，一般不存在試件設計和製作問題，但需要收集和研究該試件設計的原始資料、設計計算書和施工檔等，並應對構件進行實地考察，檢查結構的設計和施工品質狀況，最後根據檢驗的目的要求制訂試驗計畫。2024-1-13322.1結構試驗的一般程式2.1.2結構試驗準備將試件按要求製作、安裝於就位將加載設備安裝就位完成輔助試驗工作算出各加載階段結構的內力及變形理論值工作繁瑣，涉及面廣，工作量大工作品質直接影響到試驗結果的準確度和試驗能否順利進行此環節極為重要2024-1-13332.1結構試驗的一般程式2.1.3結構試驗實施按計畫確定的家在制度進行加載。對試驗對象施加外荷載是整個試驗工作的中心環節，應按規定的加載順序和測量順序進行。試驗過程中及時分析整理重要數據，與理論值進行比較，發現反常情況應及時弄清。試驗過程中認真讀數記錄，觀察結構變形。進行拍照和錄影，作為原始資料保存。2024-1-13342.1結構試驗的一般程式2.1.4結構試驗分析試驗後及時將數據進行科學的整理、分析和計算。根據試驗數據和資料編寫總結報告，並提出發現的新問題及進一步的研究計畫。2024-1-13352.2結構試驗設計的基本原則2.2.1真實模擬結構所處的環境和結構所受到的荷載工程結構在其使用壽命的全過程中，收到各種作用，一荷載作用為主。鑒定性結構試驗：按照有關技術標準或試驗目的確定試驗荷載的基本特徵研究性結構試驗：荷載由研究目的決定注意：實驗室內進行試驗時，實驗裝置的設計應注意模擬邊界條件。2024-1-13362.2結構試驗設計的基本原則2.2.2消除次要因素影響影響結構受力性能的因素有很多，一次試驗很難同時確定所有因素的影響程度。各影響因素中，有的是主要因素，有的是次要因素。需要研究或驗證的因素是主要因素。試驗設計時應盡可能消除次要因素影響。例：鋼筋混凝土受彎構件長期荷載試驗梁的剪切和彎曲試驗大型結構試驗中，“大系統測不准”定理，因此試驗方案力求簡單。2024-1-13372.2結構試驗設計的基本原則2.2.3將結構反應視為隨機變數結構的力學模型是不確定的結構抗力和作用效應都是隨機變數結構試驗的結果具有隨機性和模糊性2024-1-13382.2結構試驗設計的基本原則2.2.3將結構反應視為隨機變數結構的力學模型是不確定的結構抗力和作用效應都是隨機變數結構試驗的結果具有隨機性和模糊性結構試驗設計時，必須運用統計學的方法設計時間的數量，排列影響因素，而在考慮加載設備、測試儀器時，必須留有充分的餘地。對新型結構體系或新材料結構的實驗時，進行預備性試驗，初步瞭解結構的性能，再制訂詳盡的方案。2024-1-13392.2結構試驗設計的基本原則2.2.4合理選擇試驗參數加載系統的參數試驗結構的具體性能有關的參數2.2.5統一測試方法和評價標準鑒定性結構試驗中，試驗對象和試驗方法大多已事先規定了。研究性結果試驗中，不能用技術標準的形式來規定科學創新的方法。但為了方便資訊交換、簡歷共同的評價標準，我們需要對試驗方法有所規定，統一試驗方法。2.2.6降低試驗成本和提高試驗效率2024-1-13402.3測試技術基本原理2.3.1感測器技術感測器是一種轉換器件，它能把物理量或化學量轉換為可以觀測、記錄並加以利用的信號。國際電工技術技術委員會對感測器的定義：感測器是測量系統的一種前置部件，它將輸入變數轉換為可供測量的信號。2.3.2試驗結果的測量為確定試驗結構的反應量值而進行的過程稱為測量，分為直接測量和間接測量。2.3.3標定和校準國際單位m,kg,s,A,K,cd,mol,m/s,m/s2,kg·m/s22.3.4現代測量技術特點電測法；電腦2024-1-13413.1概述工程結構的作用直接作用：荷載作用，包括結構自重與施加在結構上的荷載間接作用：主要有溫度變化、地基不均勻沉降和結構內部物理或化學作用直接作用分類結構試驗除極少數是在實際荷載下實測外，絕大多數是在模擬荷載條件下進行的。直接作用作用范围分布荷载作用集中荷载作用作用时间长短长期荷载作用短期荷载作用对结构的动力效应静力荷载作用动力荷载作用2024-1-1342加載要求在選擇試驗荷載和加載方法時，應滿足下列幾點要求：選用試驗荷載的圖式應與結構設計計算的荷載圖式所產生的內力值相一致或基本接近；荷載傳力方式和作用點明確，產生的荷載數值穩定，特別是靜力荷載要不隨加載時間、外界環境和結構的變形而變化；荷載分級的分度值要滿足試驗量測的精度要求，加載設備要有足夠的強度儲備；加載裝置本身要安全可靠，不僅要滿足強度要求，還必須按變形條件來控制加載裝置的設計，即尚必須滿足剛度要求。防止對試件產生卸荷作用而減輕了結構實際承擔的荷載；加載設備必須操作方便，便於加載和卸載，並能控制加載速度，又能適應同步加載或先後加載的不同要求。加載設備要力求採用現代化先進技術，減輕勞動強度，提高檢測品質。3.1概述2024-1-1343重物荷載可直接堆放於結構表面（如板的試驗）形成均布荷載，或置於荷載盤上通過吊杆掛於結構上形成集中荷載。3.2靜力加載方法重力直接加載法2024-1-1344這類加載裝置的優點是試驗用的重物容易取得，並可重複使用，但加載過程中需要花費較大的勞動力。2024-1-1345利用水作為重力加載用的荷載裝置，是一個簡易方便而且甚為經濟的方案。對於大面積的平板試驗，如樓面、平屋面等鋼筋混凝土結構可以採用特殊的盛水裝置作為均布荷載直接加於結構表面。在現場試驗水塔、水池、油庫等特種結構時，水是最為理想的試驗荷載，它不僅附合結構物的實際使用條件，而且還能檢驗結構的抗裂抗滲情況。2024-1-1346利用重物作集中荷載，會受到荷載量的限制，這時可以利用杠杆將荷重放大後作用在結構上，不僅能擴大重力荷載的使用範圍，而且還可減輕加載的勞動強度。3.2靜力加載方法杠杆加載法2024-1-13472024-1-1348優點：設備簡單，取材方便，荷載恒定，加載形式靈活。，對持久荷載試驗及進行剛度與裂縫的研究尤為合適。缺點：荷載量不能很大，操作笨重而費工。此外，當採用重力加載方式試驗時，一旦結構達到極限承載能力，因荷重不能隨結構變形而自動卸載，容易使結構產生過大變形而倒塌。因此，安全保護措施應當足夠重視。3.2靜力加載方法杠杆加載法特點2024-1-1349液壓加載器又稱千斤頂，是液壓加載設備中的一個主要部件。主要工作原理是用高壓油泵將具有一定壓力的液壓油壓入液壓加載器的工作油缸，使之推動活塞，對結構施加荷載。液壓加載器3.2靜力加載方法2024-1-1350液壓加載系統3.2靜力加載方法液壓加載系統主要是由儲油箱、高壓油泵、液壓加載器、測力裝置和各類閥門組成的操縱臺通過高壓油管連接組成。當使用液壓加載系統在試驗台座上或現場進行試驗時尚必須配置各種支承系統，來承受液壓加載器對結構加載時產生的平衡力。2024-1-1351液壓加載法中利用普通手動液壓加載器配合加荷承力架和靜力試驗台座使用，是最簡單的一種加載方法。液壓加載系統3.2靜力加載方法設備簡單，作用力大，加載卸載安全可靠，與重力加載法相比，可大大減輕笨重的體力勞動。但如要求多點加載時則需要多人同時操縱多臺液壓加載器，這時難以做到同步加載卸載，尤其當需要恒載時更難以保持穩壓狀態。所以，比較理想的加載方法是採用能夠變荷的同步液壓加載設備來進行試驗2024-1-1352液壓加載是目前結構試驗中應用比較普遍和理想的一種加載方法。最大優點是利用油壓使液壓加載器（千斤頂）產生較大的荷載，試驗操作安全方便，特別是對於大型結構構件試驗要求荷載點數多，噸位大時更為合適。電液伺服系統在試驗加載設備中得到廣泛應用後，為結構動力試驗模擬地震荷載、海浪波動等不同特性的動力荷載創造了有利條件，使動力加載技術發展到了一個新的高度。3.2靜力加載方法液壓加載特點2024-1-1353大型結構試驗機是結構試驗室內進行大型結構試驗的專門設備，比較典型的是結構長柱試驗機，用以進行柱、牆板、砌體、節點與梁的受壓與受彎試驗。試驗機由液壓操縱臺、大噸位的液壓加載器和機架三部分組成。大型結構試驗機3.2靜力加載方法2024-1-1354大型結構試驗機是結構試驗室內進行大型結構試驗的專門設備，比較典型的是結構長柱試驗機，用以進行柱、牆板、砌體、節點與梁的受壓與受彎試驗。試驗機由液壓操縱臺、大噸位的液壓加載器和機架三部分組成。大型結構試驗機3.2靜力加載方法2024-1-1355吊鏈、捲揚機、絞車、花籃螺絲、螺旋千斤頂及彈簧等是機械力加載常用機具。機械力與氣壓加載設備3.2靜力加載方法2024-1-1356利用氣體壓力對結構加載有兩種方式：一種是利用壓縮空氣加載；另一種是利用抽真空產生負壓對結構構件施加荷載。由於氣壓加載所產生的為均布荷載，所以，對於平板或殼體試驗尤為適合。對於某些封閉結構，可以利用真空泵抽真空的方法，造成內外壓力差，即利用負壓作用使結構受力。2024-1-1357也稱為張拉突卸法。在結構上拉一鋼絲纜繩，使結構變形而產生一個人為的初始強迫位移，然後突然釋放，使結構在靜力平衡位置附近作自由振動。對於小模型則可採用懸掛的重物通過鋼絲對模型施加水準拉力，剪斷鋼絲造成突然卸荷。初位移加載法3.3動力加載方法2024-1-1358也稱突加荷載法。如利用擺錘或落重的方法使結構在暫態內受到水準或垂直的衝擊，產生一個初速度，同時使結構獲得所需的衝擊荷載。初速度加載法3.3動力加載方法2024-1-1359衝擊試驗初速度加載法3.3動力加載方法2024-1-1360試驗荷載支承裝置是滿足試驗荷載設計、實現荷載圖式、結構受力和邊界條件要求以及保證試驗加載正常進行的關鍵之一。支座結構試驗中的支座是支承結構、正確傳遞作用力和模擬實際荷載圖式的設備，通常由支座和支墩組成。支座按作用方式不同有滾動鉸支座、固定鉸支座、球鉸支座和刀口支座（固定鉸支座的一種特定形式）幾種。3.4載荷支承裝置和試驗台座2024-1-1361試驗荷載支承裝置是滿足試驗荷載設計、實現荷載圖式、結構受力和邊界條件要求以及保證試驗加載正常進行的關鍵之一。支座鉸支座要求：1、保證試件在支座處能自由轉動。2、保證試件在支座處可將力良好傳遞。3、試件支座處鉸的上線墊板要有一定得剛度。3.4載荷支承裝置和試驗台座2024-1-13622024-1-1363目前常用的反力裝置主要有反力牆、反力臺座、門式剛架、反力架和相應的各種組合類型，圖為《建築抗震試驗方法規程》中建議的幾種實驗加載裝置。反力加載裝置3.4載荷支承裝置和試驗台座2024-1-1364加載反力裝置本身應當具有足夠的剛度、承載力和整體穩定性，應當能夠滿足試件的受力狀態和睦擬試件的實際邊界條件。加載反力裝置應當盡可能地作到結構簡單、安裝方便，以便縮短整個實驗過程的週期。2024-1-1365在預製品構件廠和小型的結構試驗室中，由於缺少大型的試驗台座，可以採用抗彎大樑式或空間桁架式臺座來滿足中小型構件試驗或混凝土製品檢驗的要求。抗彎大樑式臺座和空間桁架式臺座3.4載荷支承裝置和試驗台座2024-1-1366由於受到施工運輸條件的限制，對於一些跨度較大的屋架，噸位較重的吊車梁等構件，經常要求在施工現場解決試驗問題，為此試驗工作人員就必須要考慮適於現場試驗的加載裝置。從實踐證明，現場試驗裝置的主要矛盾是液壓加載器加載所產生的反力如何平衡的問題，也就是要設計一個能夠代替靜力試驗台座的荷載平衡裝置。在工地現場廣泛採用的是平衡重式的加載裝置，其工作原理與前述固定試驗設備中利用抗彎大樑或試驗台座一樣，即利用平衡重來承受與平衡由液壓加載器加載所產生的反力。現場試驗荷載的裝置3.4載荷支承裝置和試驗台座2024-1-1367本章重點土木工程試驗中的測量系統的基本測試單元組成。電阻應變片的原理，構造，技術指標。電橋原理，橋接方式，實用橋路。應變片的粘貼技術。應對常見的位移、力、轉角、曲率、裂縫等測量方法、測量裝置有所瞭解。2024-1-13684.1概述結構試驗測量技術（MeasuringTechniqueofStructuralTesting）指通過一定得測量儀器或手段，直接或間接地取得結構性能變化的定量數據測量系統測試單元結構（構件）敏感元件（感受裝置）變換器（感測器）控制裝置指示記錄系統從被測物體接受能量，輸出一定測量數值將被測參數變換為電量並傳送到控制裝置進行處理對變換器的輸出信號進行測量計算，並在顯示器上顯示出來顯示記錄所測數據2024-1-13694.1概述結構試驗的主要測量參數外力（支座反力、外荷載）內力（鋼筋的應力、混凝土的拉、壓力）變形（撓度、轉角、曲率）裂縫等測量方法直接測量法

用一個事先按標準量分度的測量儀錶對某一被測量進行直接測定，從而得出該量的數值。是工程結構試驗中應用最廣泛的一種方法間接測量法

不直接測量待測量，而是對於待求量有確切函數關係的其他物理量進行測量，然後通過函數關係求得待求量偏位測定法（接觸式位移計）零位測定法（天平秤）2024-1-13704.2應變測量應變測量（MeasurementofStrain）結構試驗中的基本測量內容，在結構試驗量檢測內容中具有極其重要的地位，往往是其他物理量測量的基礎應變測量的方法機測法：簡單易行，適用於現場作業或精度要求不高的場合電測法：手續較多，適用範圍廣，精度較高2024-1-13714.2應變測量4.2.1電阻應變片（ResistanceStrainGauge）工作原理電阻絲長度變化會引起阻值變化電阻公式R：電阻，Wr：電阻率，W·mL：電阻絲長度，mA：電阻絲截面積，m2相應的電阻變化由上式兩邊進行微分後得到2024-1-13724.2應變測量其中，設電阻絲泊松比為m，則有其中dL/L為電阻絲長度方向上的應變值e，則設則K0，稱作點做應變計的單絲靈敏度係數2024-1-13734.2應變測量K0的物理意義表示單位應變所引起電阻絲阻值的改變量，它能反映出電阻絲阻值對應變的敏感程度，故稱作單絲靈敏度係數。可知，K0由兩部分組成，(1+2m)e反映了電阻絲材料的幾何特性對靈敏度的影響，對於常見金屬絲而言，該值約為1.6；(dr/r)/e則表示了電阻率隨應變的改變量，對於絕大多數材料而言該值約為0.4。故電阻絲的單絲靈敏度係數K0為常數.注意：金屬單絲靈敏係數K0與應變片靈敏係數K略有不同，K由實驗求得，K<K0。可以用電阻應變片的靈敏度係數表示2024-1-13744.2應變測量電阻應變片的基本構造敏感柵：將應變變換成電阻變化量的敏感部分。用高電阻率的電阻絲製成的柵狀體。敏感柵的形狀與尺寸（柵長L，柵寬B）直接影響應變片的性能。基底和覆蓋層：起定位和保護電阻絲作用，並使電阻絲和被測試件之間絕緣。基底的尺寸代表應變片的外形尺寸。粘結劑：將敏感柵固定在基底上。引出線：將電阻應變片通過它焊接於應變測量電橋。2024-1-13754.2應變測量電阻應變片的技術指標標距：敏感柵在縱軸方向的有效長度L。規格：以實用面積L×B表示。電阻值：與電阻應變片配套使用的電阻應變儀中的測量線路，其電阻均以120W作為標準設計，因此應變片的阻值大部分為120W左右，否則應加以調整或對結果進行修正。靈敏係數：電阻應變片的靈敏係數出廠前經抽樣試驗確定，使用時應把應變儀上的靈敏係數調節器調整至應變片的靈敏係數值。溫度適用範圍：主要取決於膠合劑的性質，可溶性膠合劑的工作溫度約為-20~+60℃；經化學作用而固化的膠合劑，其工作溫度約為-60~+200℃。2024-1-13764.2應變測量4.2.2電阻應變儀（ResistanceStrainApparatus）

電阻應變片可以把試件的應變信號轉換成電阻的變化，但由於土木工程中的試件應變往往較小，因此，電阻的變化值也將非常微小。

例如HRB335鋼筋的屈服強度fy=310N/mm2，彈性模量E=2.0×105N/mm2，因此鋼筋屈服時候應變為1550me，如果使用的應變計電阻值為120W，對應電阻值變化量是DR=0.372W。必須要專門儀器才能對信號進行測量和鑒別，這種專門儀器成為電阻應變儀。2024-1-13774.2應變測量電橋基本原理應變儀的測量電路一般採用惠斯登電橋。四個臂上分別接入電阻R1，R2，R3，R4，在A、C端接入電源，B、D端為輸出端。惠斯登電橋輸出電壓與輸入電壓的關係1/4電橋：AB橋路作為工作片接在被測試件上半橋：R1，R2為工作片，輸出電壓全橋：接4個應變片，輸出電壓若各應變片阻值R和變化值DR相同，那麼上式統一寫成A稱作橋臂放大係數，表示電橋對輸入電壓U的提高倍數。A越大說明橋路靈敏度越大2024-1-13784.2應變測量溫度補償在電橋BC臂上接一個與工作片R1阻值相同的應變片R2=R1=R（溫度補償片），並將R2貼在一個與試件材料相同、置於試件附近的位置。因為R1、R2具有同樣的溫度變化條件，但R2不受外力作用，因此DR2=DRet（溫度產生的阻值變化），對於DR1有DR1=DRs+DRet。則2024-1-13794.2應變測量【例】以矩形截面簡支梁的跨中受拉邊緣的應變測量為例，說明1/4橋、半橋和全橋的橋路特點。【提示】1/4橋：工作片R1的應變包括由彎矩M和溫度T引起的應變兩部分，即e1=eM+et。為消除溫度影響，應在簡支梁附近放置一個與梁同材料的試塊，並粘貼溫度補償片R2（應與R1規格相同）。由於R2不受力，只是溫度T而產生應變，故e2=et。1/4橋半橋全橋2024-1-13804.2應變測量【例】以矩形截面簡支梁的跨中受拉邊緣的應變測量為例，說明1/4橋、半橋和全橋的橋路特點。【解】(1)1/4橋：工作片R1的應變包括由彎矩M和溫度T引起的應變兩部分，即e1=eM+et。為消除溫度影響，應在簡支梁附近放置一個與梁同材料的試塊，並粘貼溫度補償片R2（應與R1規格相同）。由於R2不受力，只是溫度T而產生應變，故e2=et。電橋輸出電壓為2024-1-13814.2應變測量(2)半橋：將工作片R1佈置在受拉區邊緣，將工作片R2佈置在受壓區邊緣，接橋方法同1/4橋路，則R1，R2可互為溫度補償；並由於矩形截面有水瓶對稱軸，兩個應變大小相等、符號相反，故輸出電壓為橋臂放大係數為2，即將受拉區邊緣的拉應變放大了2倍。2024-1-13824.2應變測量(2)全橋：將工作片R2，R4佈置在受拉區邊緣，將工作片R1、R3佈置在受壓區邊緣，則有e1=e4=-e2=-e3，則有橋臂放大係數為4，從應變儀得到的應變讀數為單貼一片時的4倍，說明靈敏度提高了4倍。2024-1-13834.2應變測量實用橋路1/4電橋：只有一個工作片，對輸出電壓沒有放大作用半橋：電壓輸出比1/4橋提高一倍切2個工作片可互作溫度補償全橋：輸出電壓可比半橋進一步提高接橋方法的原則：在滿足特殊要求的條件下，選擇測量電橋輸出電壓較高、橋壁係數大，能實現溫度互補且便於分析的接橋方法。2024-1-13844.2應變測量2024-1-13854.2應變測量2024-1-13864.2應變測量電阻應變片粘貼技術應變片是應變電測技術中的感受元件，粘貼品質的好壞對測量結果影響甚大，結束要求十分嚴格。砂布:0#對應P120；1#對應P100表面粗糙度：▽5=應Ra(mm)2.5~52024-1-13874.2應變測量電阻應變片粘貼技術應變片是應變電測技術中的感受元件，粘貼品質的好壞對測量結果影響甚大，結束要求十分嚴格。2024-1-13884.3位移與變形測量4.3.1位移的測量位移是工程結構承受荷載作用後的最直觀反應，是反映結構整體工作情況的最主要參數結構的位移主要指試件的撓度、側移、轉角、支座偏移等參數主要分為機械式、電子式、光電式2024-1-13891).接觸式位移計（機械式）原理：測杆上下運動時，側杆上的齒條就帶動齒輪，使指針按一定比例關係轉動，從而表示出側杆相對於表殼的唯一值。千分錶百分表撓度計4.3位移與變形測量2024-1-13902).滑線電阻式位移計（電子式）原理：利用應變片的電橋進行測量。其輸出電壓與應變成正比，即與位移也成正比。量程：10~200mm精度：高於百分表2~3倍滑線電阻式位移計4.3位移與變形測量2024-1-13913).鐳射位移感測器（光電式）原理：利用鐳射三角反射法進行測量。鐳射三角反射法：鐳射發射器通過鏡頭將可見紅色鐳射射向被測物體表面，經物體反射的鐳射通過接收器鏡頭，被內部的CCD線性相機接收，根據不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度及已知的鐳射和相機之間的距離，數字信號處理器就能計算出感測器和被測物體之間的距離。精度：微米級（mm，1mm=10-6m）鐳射位移感測器4.3位移與變形測量2024-1-13924.3位移與變形測量4.3.2轉角的測量利用兩個百分表即可測出構件的轉角原理：結構變形後測得A、B亮點位移Da、Db。則該截面轉角位2024-1-13934.3位移與變形測量4.3.3曲率的測定受彎構件的彎矩-曲率（M-f）關係是反映構件變形性能的主要指標。當構件表面變形符合二次拋物線時，可以根據曲率的數學定義，利用構件表面兩點的撓度差，近似計算測試區內構件的曲率A為固定刀口、B為可移動刀口、D為百分表安裝點，選定標距AB並使其距離不因構件變形而改變，則2024-1-13944.3位移與變形測量4.3.4裂縫的檢測對於鋼筋混凝土結構試驗來說，裂縫的出現與分佈特徵具有重要意義裂縫檢測：縫檢測的目的是查明裂縫的分佈特徵、寬度、深度及發展情況，為裂縫的分析和後續處理提供依據。1).裂縫分佈特徵裂縫檢測應測定結構裂縫的分佈位置和裂縫走向。如裂縫仍在發展，則每次裂縫分佈特徵描述應標明檢測時間，便於分析裂縫變化趨勢。2).裂縫的寬度測量裂縫寬度常用工具是裂縫比對卡和讀數顯微鏡。3).裂縫的深度裂縫深度無損檢測技術，大致分為基於超聲波的檢測方法基於衝擊彈性波的檢測方法2024-1-13954.3位移與變形測量裂縫深度的測試方法和原理(1).相位反轉法原理：當激發的彈性波信號在混凝土內傳播，穿過裂縫時，在裂縫端點處產生衍射，其衍射角與裂縫深度具有一定得幾何關係。相位反轉發是根據衍射角與裂縫深度的幾何關係，來對裂縫深度進行快速測試的。2024-1-13964.3位移與變形測量裂縫深度的測試方法和原理(2).傳播時間差法原理：彈性波遇到裂縫時，波被直接隔斷，並在裂縫端部衍射通過。此方法實質是通過傳播時間差來推測裂縫深度。2024-1-13974.4力的測量力的測量結構靜載試驗中的力，主要是指荷載和支座反力相應的量測方法也可以分機械式與電測式兩種4.4.1荷載和反力的測試厚壁筒的荷載感測器，通過應變片將機械變形轉換為電量。2024-1-13985.1概述靜載試驗（靜力荷載試驗）對結構施加靜力荷載並考察結構在靜力荷載下的力學性能試驗。所謂“靜力”指試驗過程中結構本身運動的加速度效應即慣性力效應可以忽略不計。靜載試驗是結構試驗中最基本和最大量的試驗。相對動載試驗而言，結構靜載試驗所需的技術與設備比較簡單，容易實現。2024-1-13995.2試驗前的準備5.2.1調查研究、收集資料調查研究、收集資料，充分瞭解本項試驗的任務和要求，明確試驗目的，以便確定試驗的性質和規模，試驗的形式、數量和種類，正確地進行試驗設計。鑒定性試驗：向設計、施工和使用單位或人員收集資料。設計方面——設計圖紙、計算書、設計所依據原始資料施工方面——施工日誌、材料性能報告、施工記錄、隱蔽工程驗收記錄使用方面——使用過程、超載情況、事故經過科學研究性試驗：收集與本試驗有關的歷史、現狀和將來發展的要求。歷史——國內外有無類似試驗，採用方法及結果現狀——已有理論、假設、設計和施工技術及材料、技術狀況等將來——生產、生活和科學技術發展的趨勢與要求2024-1-131005.2試驗前的準備5.2.2制訂試驗大綱在調查研究成果的基礎上，為使試驗有條不紊地進行，以取得預期效果而制訂的綱領性檔，內容包括概述——簡要介紹調查研究的情況，提出試驗的依據及試驗的目的意義與要求。必要時有理論分析和計算。試件的設計及製作要求試件的安裝與就位加載方法與設備量測方法和內容輔助試驗安全措施試驗進度計畫試驗組織管理附錄總之，試驗的準備必須充分，規劃必須細緻、全面。工作步驟必須十分明確。2024-1-131015.2試驗前的準備5.2.3試件準備試件的設計、製作、品質驗收、表面處理及有關測點的佈置與處理。5.2.4材料物理力學性能測定測定專案：強度、變形性能、彈性模量、泊松比、應力-應變關係。測定方法：直接測定法和間接測定法直接測定法——製作結構和構件時留下材料並按規定做成標準試件，然後在試驗機上用規定的標準試驗方法加荷載試驗進行測定。間接測定法——非破損法或半破損試驗。2024-1-131025.2試驗前的準備5.2.5試驗設備與試驗場地的準備試驗計畫應用的加載設備和測量儀錶。場地的清理和安排。5.2.6試件安裝就位5.2.7加載設備和量測儀錶安裝5.2.8試驗控制特徵值的計算計算出各個荷載階段的荷載值和各特徵部位的內力、變形值等，作為試驗時控制與比較的依據。2024-1-131035.3加載與量測方案的設計5.3.1加載方案滿足試驗目的的前提下，盡可能做到試驗技術合理、財政開支經濟和安全試驗。結構靜載試驗的加載程式分為預載、正式加載、卸載三個階段。其目的一是便於控制加（卸）載速度，而是方便觀察和分析結構變形情況，三是利於各點加載統一步調.對於現場結構或構件的檢驗性試驗通常只加至標準荷載即正常使用荷載，試驗後試件還可以使用。而對於研究性試驗，當加載到標準荷載後，一般不卸載而須繼續加載直至試件進入破壞階段。加載加載2024-1-131045.3加載與量測方案的設計1.預載目的：①使試件各部接觸良好，進出正常工作狀態，荷載與變形關係趨於穩定；②檢驗全部試驗裝置的可靠性；③檢驗全部觀測儀錶工作正常與否；④檢查現場組織工作和人員的工作情況預載一般分三級進行，每級取標準荷載值的20%。然後分級卸載，分2~3級卸完。加載加載2024-1-131055.3加載與量測方案的設計2.正式加載(1)荷載分級在加載達到標準荷載前，每級加載值不應大於標準荷載的20%，一般分五級加至標準荷載；打到標準荷載之後每級不應大於標準荷載的10%；當荷載加至計算破壞荷載的90%後，為了求得精確的破壞荷載值，沒級應取不大於標準荷載的5%。同一試件上的各加載點，每一級荷載都應當按統一比例增加，保持同步。加載加載2024-1-131065.3加載與量測方案的設計2.正式加載(2)滿載時間對需要進行變形和裂縫寬度試驗的結構，在標準短期荷載作用下的持續時間，對鋼結構和鋼筋混凝土結構不應少於30min；木結構不應少於30min的2倍；拱或砌體為30min的6倍；對預應力混凝土構件，滿載30min後加至開裂，開裂荷載下再持續30min。對於新材料、新工藝、新結構要求加載時間不少於12h。如這段時間內變形繼續不斷增加而無穩定趨勢時，應延長持續時間直至穩定。加載加載2024-1-131075.3加載與量測方案的設計2.正式加載(3)空載時間受載結構卸載後到下一次重新開始受載之間的間歇時間稱為空載時間。空載對於研究性試驗是完全必要的。因為觀測結構經受荷載作用後的殘餘變形和變形的恢復情況均可說明結構的工作性能。對於一般鋼筋混凝土結構空載時間取45min；對於較重要或者跨度較大結構取18h；鋼結構不應少於30min。必須在空載期間定期觀察和記錄變形值。加載加載2024-1-131085.3加載與量測方案的設計3.卸載凡間斷性加載試驗，或僅作剛度、抗裂和裂縫寬度檢驗的結構域構件，以及測定參與變形的試驗及預載之後，均須卸載，讓結構、構件有恢復彈性變形的時間。卸載一般可按加載級距，也可放大1倍或分2次卸完。加載加載2024-1-131095.3加載與量測方案的設計5.3.2量測方案量測方案要考慮的主要問題：(1)根據試驗的目的和要求，確定觀測專案，選擇量測區段(2)按照確定的量測專案，選擇合適的儀錶(3)確定試驗觀測方法2024-1-131105.4常見結構構件靜載試驗5.4.1受彎構件的試驗一、試件安裝和加載方法安裝：正位試驗，一端採用鉸支座，另一端採用滾動支座，支座下麵用支墩安置在地面上，要求牢固和穩定。加載方法：梁：常用液壓加載器和分配梁，或用液壓同步加載加載器直接加載。板：一般重物加載。也可用集中荷載等效，採用梁加載方式加載。吊車梁：採用液壓，試驗時的加載圖式要按最布利荷載佈置決定集中荷載的作用位置。等效加載：使試驗杆件的內力圖形與設計或實際的內力圖形相等或相近，並使兩者最大受力截面的內力值相等。在受彎構件試驗中，經常利用幾個集中荷載來代替均布荷載，並取試驗梁的跨中彎矩等於設計彎矩時的荷載作為量的試驗荷載。這時支座截面的最大剪力也可以達到均布荷載梁的剪力設計數值。採用此方法能較好的滿足M與V值得等效，但試件的變形不一定滿足等效條件，應考慮修正。2024-1-131115.4常見結構構件靜載試驗5.4.1受彎構件的試驗試件的就位形式1、正位試驗一般的結構試驗均採用正位試驗，結構自重和它所承受的外荷載作用在同一垂直平面內，符合實際受力狀態2024-1-131125.4常見結構構件靜載試驗5.4.1受彎構件的試驗試件的就位形式2、臥位試驗對於自重較大的梁、柱，跨度大、矢高的屋架及桁架等重型構件，當不便於吊裝運輸和進行測量時，可在現場就地採用臥位試驗，這樣就大幅度降低試驗裝置的高度，便於佈置量測儀錶和數據測量。2024-1-131135.4常見結構構件靜載試驗5.4.1受彎構件的試驗試件的就位形式3、反位試驗對於混凝土構件進行抗裂或裂縫寬度試驗時，為了便於觀察裂縫和讀取裂縫寬度值，可將試件倒過來安裝，使其受拉區向上，這種形式稱為反位試驗。4、原位試驗對已建結構進行現場試驗時，均採用原位試驗。試驗的構件處於實際工作位置，它的支承情況、邊界條件與實際工作狀態完全一致。2024-1-131145.4常見結構構件靜載試驗5.4.1受彎構件的試驗等效加載2024-1-131155.4常見結構構件靜載試驗5.4.1受彎構件的試驗二、試驗專案和測點佈置鑒定性試驗：承載力、抗裂度和各級荷載作用下的撓度及裂縫開展情況。研究性試驗：除了承載力、抗裂度、撓度和裂縫觀測外，還測量構件某些部位的應力。撓度的測量梁的撓度值是量測數據中最能反映其綜合性能的一項指標，其中最主要的是測定梁跨中最大撓度值fmax及彈性撓度曲線2024-1-131165.4常見結構構件靜載試驗為了求得真正的撓度，必須注意支座沉陷的影響。支座的沉陷會導致剛性位移，因此必須至少安裝3個測點2024-1-131175.4常見結構構件靜載試驗對於跨度較大（大於6000mm）的梁，為了保證可靠性，並求得變形後的撓度曲線，測點應增加至5~7個，並沿梁的跨間對稱佈置對於寬度較大（大於600mm）的梁，必要時考慮在截面的兩側佈置測點。2024-1-131185.4常見結構構件靜載試驗應變測量梁是受彎構件，實驗時要量測由於彎曲產生的應變，一般在梁承受正負彎矩最大的截面或彎矩有突變的截面上佈置測點。對於變截面梁，有時也需在截面突變處設置測點。2024-1-131195.4常見結構構件靜載試驗應變測量對於鋼筋混凝土梁，由於材料的非彈性性質，截面上的應力分佈往往是不規則的。為了求得應力分佈的規律和確定中和軸的位置，就需要增加一定數量的應變測點。一般情況下需要佈置五個，若高度較大則需增加測點。佈置在中和軸處的儀錶，由於應變讀數值小，相對誤差可能較大。以致不起作用。受拉區混凝土開裂以後，經常可以通過該測點讀數值的變化來觀測中和軸位置的上升與變動2024-1-131205.4常見結構構件靜載試驗應力測量截面應力的測量主要通過對該截面應變測試來求得。根據試驗需要，受彎構件試驗中應力測量主要包括單向應力測量、平面應力測量、梁腹筋應力測量、翼緣與孔邊應力測量等。截面應力測量主要是通過應變片的讀數來換算。2024-1-131215.4常見結構構件靜載試驗（1）單向應力測量：梁的純彎曲區域（1-1截面）內，梁截面上僅有正應力，在該處截面上可僅佈置單向應變測點。鋼筋混凝土梁受拉區開裂後，該截面混凝土部分退出工作，佈置在混凝土受拉區的儀錶就喪失了其測量作用。因此常常在受拉去鋼筋上也佈置測點以便測量鋼筋應變。2024-1-131225.4常見結構構件靜載試驗（2）平面應力測量：荷載作用下，2-2截面既有彎矩又有剪力作用，為平面應力狀態，為了求得該截面上的最大主應力及剪力的分佈規律，需要佈置指教應變網路，通過三個方向上應變的測定，求得最大主應力的數值及作用方向。2024-1-131235.4常見結構構件靜載試驗（3）鋼筋和彎筋的應力測量：對於鋼筋混凝土梁來說，為研究梁斜截面的抗剪機理，除了混凝土表面需要佈置測點外，通常在梁的彎起鋼筋或箍筋上佈置應變測點。這裏較多的是用預埋或試件表面開槽的方法來解決設點問題。2024-1-131245.4常見結構構件靜載試驗（4）翼緣與孔邊應力測量：對於翼緣較寬較薄的T型梁，其翼緣部分受力不一定均勻，以致不能全部參加工作，這時應該沿翼緣寬度佈置測點，測定翼緣上應力分佈情況。為了減輕自重，有時候需要在梁腹板上開孔，孔邊應力集中現象比較嚴重，且往往梯度較大，嚴重影響結構的承載力，因此必須注意孔邊的應力測量。應力集中是指受力構件由於外界因素或自身因素幾何形狀、外形尺寸發生突變而引起局部範圍內應力顯著增大的現象。梁腹板圓孔周邊的應變測點佈置2024-1-131255.4常見結構構件靜載試驗（5）校核測點：為了校核試驗的正確性，便於整理試驗結果時進行誤差修正，經常在梁的端部凸角上的零應力處（3-3截面）設置少量測點，以檢驗整個測量過程是否正常。2024-1-131265.4常見結構構件靜載試驗裂縫測量在鋼筋混凝土梁試驗時，經常需要測定其抗裂性能。一般垂直裂縫產生在彎矩最大的受拉區段，因此在這一區段連續設置測點。2024-1-131275.4常見結構構件靜載試驗裂縫測量在裂縫行程過程中，儀器讀數可能變小，甚至會出現負值。如圖，使原來光環曲線產生突然轉折的現象。如果發現上述情況，即可判斷試件已開裂。（由荷載-應變曲線觀察混凝土開裂，為什麼）2024-1-131285.4常見結構構件靜載試驗裂縫測量斜截面上的主拉應力裂縫，經常出現在剪力較大的區段內。因此這些部分可以設置抗裂測點。由於混凝土的斜裂縫於水準軸成45°左右的角度，則儀器的標距方向應與裂縫方向垂直。每種構件測裂縫數目不得小於三條，包括第一條出現裂縫、開裂的最大裂縫以及斜截面上由主拉力作用產生的斜裂縫寬度。2024-1-131295.4常見結構構件靜載試驗5.4.2壓杆和柱的試驗一、試件安裝和加載方法安裝正位或臥位試驗，構件二端均應採用比較靈活的可動鉸支座型式，一般採用刀口支座。臥位試驗2024-1-131305.4常見結構構件靜載試驗5.4.2壓杆和柱的試驗一、試件安裝和加載方法安裝：正位或臥位試驗，構件二端均應採用比較靈活的可動鉸支座型式，一般採用刀口支座。正位試驗2024-1-131315.4常見結構構件靜載試驗5.4.2壓杆和柱的試驗一、試件安裝和加載方法加載方法：軸心受壓柱：安裝時一般先進行幾何對中，即將構件軸線對準作用力的中心線。構件在幾何對中後再進行物理對中，即加載達20％～40％的試驗荷載時，測量構件中央截面兩側或四個面的應變，並調整作用力的軸線，以達到各點應變均勻為止。在構件物理對中後即可進行加載試驗。偏壓試件：也應在物理對中後，沿加力中線量出偏心距離，再把加載點移至偏心距的位置上，進行試驗。加載：長柱試驗機或液壓加載系統;(1/10-1/15)Nu（受壓構件，達到正截面壓彎承載力極限時的壓力），接近開裂荷載和破壞荷載時細分2-4級。2024-1-131325.4常見結構構件靜載試驗5.4.2壓杆和柱的試驗二、試驗專案和測點佈置一般觀察破壞荷載、個級荷載下的側向撓度及變形曲線、控制介面或區域的應力變化規律以及裂縫開裂情況破壞荷載：力感測器撓度：百分表或位移感測器，側向五點佈置法。曲率：曲率計砼應變：應變片+應變儀，應變片後貼。鋼筋應變：應變片+應變儀，應變片預埋2024-1-131335.4常見結構構件靜載試驗5.4.3鋼筋混凝土平面樓蓋試驗一、試驗荷載佈置樓蓋可能是現澆整體結構，也可能是裝配整體結構。為此必須考慮結構的連續與整體性特點。板的試驗簡支單向受彎板：橫向無聯繫——取並排三塊；橫向有聯繫——至少取3l2024-1-131345.4常見結構構件靜載試驗板的試驗多跨連續板：相互間隔的三個板跨上同時施加活荷載，板寬3l2024-1-131355.4常見結構構件靜載試驗次梁的試驗簡支板下單跨梁連續板下多跨梁：梁剛度大，板剛度小；梁剛度小，板剛度大2024-1-131365.4常見結構構件靜載試驗次梁的試驗靠近端部連續板下單跨梁：梁剛度大，板剛度小；梁剛度小，板剛度大2024-1-131375.4常見結構構件靜載試驗次梁的試驗支承在主梁上的多跨連續次梁支承在柱子上多跨連續次梁2024-1-131385.4常見結構構件靜載試驗主梁的試驗單跨主梁：同次梁多跨連續主梁2024-1-131395.4常見結構構件靜載試驗柱的試驗同時承受軸向壓力和兩個方向彎矩最大彎矩荷載佈置最大壓力荷載佈置最大彎矩荷載佈置最大壓力荷載佈置2024-1-131405.4常見結構構件靜載試驗二、試驗觀測試驗通常是非破壞性的。觀測中主要以結構的剛度及抗裂性為主要鑒定依據，以測定結構梁板的撓曲變形作為衡量結構剛度的主要指標。測點佈置可按照一般梁板結構的佈置原則考慮。混凝土應力測定表面刻槽法混凝土梁板中鋼筋應力測定敲去保護層，選取1,2根鋼筋貼電阻應變計，調整電阻應變儀調整讀數為“零”後截斷鋼筋。鋼筋選擇要慎重2024-1-131415.4常見結構構件靜載試驗5.4.4屋架試驗屋架的特點是跨度大，單只能在自身平面內承受荷載，平面外剛度很小。主要依靠側向支承體系相互聯繫形成足夠的空間剛度。屋架主要承受節點的集中荷載，因此大部分杆件受軸力作用。一、試件安裝和加載方法安裝：就位方式：一般採用正位試驗。現場試驗時還可以採用成對試件的臥位試驗。安裝時應設置側向支撐，以保證屋架上弦的側向穩定。支承方式：與梁相同，支承墊板應留有充分餘地。加載方發：可以採用重力直接或杠杆加載。當施加多點集中荷載並且節點荷載較大時，採用同步液壓加載。2024-1-131425.4常見結構構件靜載試驗重物加載2024-1-131435.4常見結構構件靜載試驗液壓加載2024-1-131445.4常見結構構件靜載試驗屋架成對試驗2024-1-131455.4常見結構構件靜載試驗屋架試驗支撐設置2024-1-131465.4常見結構構件靜載試驗屋架試驗支撐設置2024-1-131475.4常見結構構件靜載試驗二、觀測專案和測點佈置觀察專案：桁架撓度及撓曲線。開裂荷載及破壞荷載。主要杆件的應變。節點的變形及節點剛度對杆件的次應力影響屋架端節點的應力分佈預應力鋼筋張拉應力和對有關部位混凝土的預壓應力。屋架下弦預應力鋼筋對屋架的反拱作用。預應力錨頭工作性能。2024-1-131485.4常見結構構件靜載試驗二、觀測專案和測點佈置測點佈置：可以利用結構和荷載的對稱性，在屋架一半佈置主要測點，而在另一半佈置校核測點。（1）節點位移：大量程的撓度計或者用米厘紙制成尺規通過水準儀進行觀測。2024-1-131495.4常見結構構件靜載試驗（2）杆件的內力測量：通過測應變來測量杆件內力。2024-1-131505.4常見結構構件靜載試驗（2）杆件的內力測量：不可將測點佈置在節點上1-1截面測點：測量上弦杆的內力2-2截面測點：測量節點次應力的影響3-3截面測點：錯誤2024-1-131515.4常見結構構件靜載試驗（2）杆件的內力測量：

2024-1-131525.4常見結構構件靜載試驗（3）預應力錨具性能測量：在端節點砼表面沿自錨頭長度方向佈置若干應變測點：橫向測點和縱向測點2024-1-131535.4常見結構構件靜載試驗（4）預應力鋼筋張拉應力的測量：直接在預應力鋼筋上佈置應變測點測量，通常佈置屋架跨中和兩端頭。注意應變計的防護處理。（5）裂縫測量：杆件開裂荷載和裂縫寬度。（端節點、腹杆與下弦杆及節點交匯處較早開裂的位置）2024-1-131545.4常見結構構件靜載試驗5.4.5薄殼和網架結構薄殼和網架結構是工程結構中比較特殊的結構。用於大跨度建築，通過原型試驗和1/5-1/20模型試驗研究結構受力性能及計算可靠性。一、試件安裝和加載方法安裝：支承形式：1）薄殼結構：實際支承形式類似雙向板，有四角支承和四邊支承，試驗支承可以用固定鉸、活動鉸及滾軸。2）網架結構：實際支承在框架或柱頂，試驗時支承在剛性較大的型鋼圈梁上。邊支座一般受壓，角支座及其附近支座可能受拉。2024-1-131555.4常見結構構件靜載試驗加載方法：重物直接堆載、水池加載或通過吊籃加載。也可用氣壓加載，需要較大荷載時常使用液壓加載器和分配梁加載。（1）預留孔施加懸吊荷載：2024-1-131565.4常見結構構件靜載試驗（2）分配杠杆加載系統：2024-1-131575.4常見結構構件靜載試驗（3）薄殼結構液壓加載：2024-1-131585.4常見結構構件靜載試驗（4）網殼水加載：2024-1-131595.4常見結構構件靜載試驗二、觀測專案和測點佈置觀察專案：主要測量位移和應變測點佈置：常利用對稱性減少測點數量。同時佈置一些校核測點（1）圓柱形殼體：

位移測點

應變測點2024-1-131605.4常見結構構件靜載試驗（2）雙曲扁殼結構的測點佈置：2024-1-131615.4常見結構構件靜載試驗（3）網架測點佈置：（a）利用對稱性分區；（b）位移下弦節點，應力佈置在杆件上（杆件中間或節點附近）；（c）校核測點2024-1-131625.5量測數據處理5.5.1原始數據處理原始記錄數據：完整性、科學性、嚴肅性。清楚、不得任意塗改錯誤數據：儀器設置，人工讀錯，人工記錄，環境影響，儀器缺陷，通過復核儀器修正。數據修約：四捨五入。5.5.2原始數據處理表格形式曲線：連線、擬合曲線形態：裂縫分佈、變形形態、破壞形態、照片函數：回歸分析。常用方法為最小二乘法：回歸值與試驗值之差的平方和為最小。數據處理工具：Excel2024-1-131635.5量測數據處理5.5.3結構變形計算應考慮支座沉降、結構自重和等效加載圖示的修正。簡支梁的彎曲變形離支座x處的撓度和轉角為：2024-1-131645.5量測數據處理懸臂梁的撓度和轉角離支座x處的撓度和轉角為：2024-1-131655.5量測數據處理自重和設備重作用下，梁的撓度為：2024-1-131665.5量測數據處理荷載等效的修正係數ψ：採用等效荷載圖式加載試驗時，由於等效時僅考慮了控制內力相等的原則等效，故應對測量的撓度進行修正。梁的彎曲變形為：ψ（f(x)+f0(x)）2024-1-131675.5量測數據處理5.5.4截面內力軸向受力構件2024-1-131685.5量測數據處理壓彎或拉彎構件2024-1-131695.5量測數據處理雙向彎曲構件2024-1-131705.5量測數據處理5.5.5平面應力狀態下的主應力計算平面應力2024-1-131715.6結構性能的檢驗與評定5.6.1構件承載力檢驗2024-1-131725.6結構性能的檢驗與評定5.6.1構件承載力檢驗受力情況受拉（軸拉、偏拉、受彎、大偏壓）受壓受剪標誌編號B1B2B3B4B5B6承載力檢驗標志裂縫>1.5mm,撓度>1/50受壓砼壓壞受力主筋拉斷砼壓壞斜裂縫>1.5mm或斜裂縫末端砼剪壓破壞斜壓破壞或主筋端部滑脫1-3級鋼冷拉1-2級冷拉3-4級熱處理鋼筋、鋼絲、鋼絞線1-3級鋼、冷拉1-2級冷拉3-4級熱處理鋼筋、鋼絲、鋼絞線檢驗係數1.201.251.451.251.301.401.501.451.351.502024-1-131735.6結構性能的檢驗與評定5.6.2構件撓度檢驗2024-1-131746.1概述在工程結構所受的荷載中，除了靜荷載外，往往還會受到動荷載（動力作用）的作用。動荷載：大小、位置和方向隨時間變化的荷載。從動態角度來講，靜荷載只是動荷載的一種特殊形式。動力作用的主要特點：作用及作用效應隨時間發生變化。因此考慮動力荷載作用下結構的性能，不僅考慮荷載作用的大小和位置，還應考慮荷載作用的時間及結構回應隨時間變化的關係。例如：地震發生時由於地面的運動引起建築物的振動而造成建築物的破壞；汽車或列車高速駛過橋樑，所造成的振動引起的橋樑的破壞；往復運動造成結構的疲勞破壞；風作用而引起的橋樑破壞。因此，若需要瞭解結構在整個服役期內的工作狀態，有必要瞭解結構在動荷載動荷載作用下的工作性能2024-1-131756.1概述1940年，美國華盛頓州的塔科瑪峽谷上花費640萬美元，建造了一座主跨度853.4米的懸索橋。建成4個月後，於同年11月7日碰到了一場風速為19米/秒的風。雖風不算大，但橋卻發生了劇烈的扭曲振動，且振幅越來越大（接近9米），直到橋面傾斜到45度左右，使吊杆逐根拉斷導致橋面鋼樑折斷而塌毀，墜落到峽谷之中。2024-1-131766.1概述動力荷載作用下，結構的回應不僅與動力荷載的大小、位置、作用方式、變化規律有關，還與結構自身的動力特性有關。因此一般將結構動力試驗分為結構動力特性試驗和結構動力回應試驗。結構動力特性試驗：研究與外荷載無關的結構自身動力學特性。包括：結構的自振頻率、振型、阻尼特性等。結構動力回應試驗：研究結構在動力荷載作用下位移、速度、加速度及變形、內力變化情況。如疲勞試驗。2024-1-131776.2結構動力特性測試試驗結構動力特性是反映結構本身所固有的動力性能。結構在動力荷載作用下的回應不僅與荷載的大小和荷載的形式有關，而且與結構自身特性關係密切。例如，在收到衝擊荷載作用時，結構開始振動，荷載停止作用後，結構仍然會繼續振動很長時間，振動的形式與結構自身特性密切相關。