建筑建构试验

第一章序论
一、建筑结构试验的分类
（一）按照试验目的分类
1．生产检验性试验
所谓生产检验性试验，它的特点主要是它的试验对象是真实的结构或者真实的结构的构架，另外一个特点就是它总是要通过某几个结构或者某几个构架的试验来推断全体的质量，它不但是要做试验的这个构件的质量好坏，而且要通过它，以它为代表，要去评判整个建筑的质量的好坏，这是生产检验性试验的特点。

2．科学研究性试验
科学研究性试验的特点，它就是通过试验，找到结构受力和它的各种变形之间的关系，为理论计算提供依据。

下面就详细介绍一下生产检验性试验和科学研究性试验各做哪几方面的工作。

3．生产检验性试验的五方面工作
第一就是结构的设计和施工，通过试验进行鉴定。

第二是预制构件的性能检验。

第三项是工程改建或者加固，通过试验判断具体结构的承载能力。

第四项，就是处理工程事故，通过试验提供技术依据。

第五项，叫服役结构的可靠性鉴定，通过试验判断和评估结构的剩余寿命。

4．科学研究性试验的三方面工作
第一方面就是验证结构计算理论的假定。

第二点，就是为制定设计规范提供依据。

第三项就是为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验。

（二）按照试验对象、荷载性质、试验场所、试验持续时间等不同因素进行分类。

1．按照试验对象来分类
按照试验对象来分，就是有真型试验与模型试验。

所谓真型试验，就是对建筑物或者是构件本身进行试验，这种试验当然因为它用真实的建筑物或者真实的构件，当然它得到的结论能反映它的真实的完整的情况，这里生产检验性试验多半的采用这种真实型的试验，这个真型试验还有一类，就是说它不是建筑物本身，而是按照建筑物真实的尺寸另外建造的一个试验对象，这种也叫真型试验。

那么按照试验对象不同，另一类试验就是模型试验，所谓模型试验就是按照真实的结构或者真实的构件，按照比例、材料，比例相似、尺寸相似、材料相似、荷载也相似这么个要求来做成个比较小的构件，而在试验室，一般的是在试验室来做，这样试验条件比较好，而且成本相对比较低而且可以反复观察，所以这种试验是结构试验当中用的最多的，尤其是科学研究性试验多半都是采用这种试验来做的。

2．按照荷载性质来分类
按照荷载性质来分类，就是静力试验与动力试验。

3．按照荷载试验持续时间来分类
按照荷载试验持续时间来分类，就是短期荷载试验和长期荷载试验。

二、结构性能检验简介
1．抽样检验
2．具体的检验指标
第二章加载装置与试验设备
1．静载加载装置，在静载加载装置中包括重物加载、机械式加载、气压加载和液压加载。

2．动载加载装置，动载加载装置也称为激震装置。

它包括惯性力加载、激震器加载，其中包括震动台。

3．试验设备，包括荷载支撑装置、荷载传递装置、试件支撑装置。

一、静载加载装置
（一）重物加载
1．重物加载的优点和缺点：重物加载是最古老的一种加载方式，但是它也可以做到很精确，比如最精密的天秤，实际上就采用了重物加载，就是用法码。

同样，在我们结构试验当中，用重物加载也可以做到很精确，而且它的重物有时候取得很方便。

但是它有一个最大的缺点，就是当你荷载很大的时候，加载的劳动强度很大。

2．重物加载的作用：通过重物加载这种方式可以实现均布荷载的加载，也可以实现集中荷载的加载。

假如说要加集中合载，就需要用料盘来加载，一般把料盘也称为加荷篮。

假如说荷载再大，就可以通过杠杆来加载。

3．重物加载实现均布荷载
4．重物加载实现集中荷载
（二）机械式加载
（三）液压加载
在用液压加载的装置当中，它必须要有一个承力的装置，把它叫做承载架，或者叫做加荷架。

它要承受加载器的反力，这个加载器一方面给这个试件加上力，同时它这个反力由加载架来承受，最后来传递到试验台上去。

1．液压加载的分类
液压加载可以通过这么几种方式来进行，一共有四种：一种叫液压千斤顶，一种叫单向作用液压加载器，一种叫双向作用液压加载器，还有一种是比较现代化的叫电液伺服加载器。

（1）液压千斤顶
在这里就不做介绍了，因为液压千斤顶实际上就是一般的起重工具，就是手动的千斤顶来用作加载。

（2）单向液压加载器
（4）电液伺服加载器
2．液压加载系统
（1）液压试验机，在这讲的液压试验机是液压的结构试验机。

（2）普通的液压加载系统。

所谓普通液压加载系统，就是用前面介绍过的单作用的加载器和双向作用加载器，再配上油管，配上油泵一些控制阀等等构成液压系统。

（3）电液伺服加载系统。

二、动载加载方法
所谓动载加载方法，实际上就是使结构产生震动，产生震动有两种，一种是使结构或者是构架产生自由震动，另外一种是使构架或者结构产生持续的各种震动。

1．惯性力加载方法
就是使结构产生自由震动的加载方法，这里头有两种，一种初始位置加载法，二是初始速度加载法，这部分内容大家请看文字教材，在这就不做介绍。

2．激震器加载法
这是使结构或者是构件产生持续震动的方法，这里面一共有三种方法，第一是机械式激震器，第二电磁式激震器，第三是电液伺服激震器，在这节里我们只介绍电磁式激震器和电液伺服激震器。

（1）电磁式激震器
（2）电液伺服震动台
第三章测试仪表
一、应变测量
在混凝土当中进行应变测量，主要的是用应变片来进行。

其次，当然还有机械式的仪表，这个教材中都有介绍。

这里主要介绍电阻应变片测量方法。

1．应变片
2．应变片测量的原理
（1）丝栅材料的灵敏系数
所以还要求出来电阻应变片的灵敏系数，下面重点就介绍一下电阻应变片的灵敏系数。

这项含义，就是ΔR比R，这个电阻相对变化也称为电阻变化率，那么这个比，也近似是个常数，把这个常数叫做电阻应变片的灵敏系数，因为它是应变片整体的电阻变化率和试件的应变的比值，这个比值K这个数值，
（2）应变片的基本技术性能，主要有三项：一个是标距，一个是电阻值，一个就是它的灵敏系数。

（3）电阻片的特点
一个特点是它的质量很轻，刚度很小，这个是测量仪器最大的优点。

3．应变仪的原理
（1）慧斯登电桥
（2）慧斯登电桥的特点
第一项是第一个电阻的相对变化,就是ΔR1/R1,第二项中间是个负号，就是R2电阻的相对变化，第三项是R3的相对变化，第四项是R4的相对变化,这个符号是第一项是正的,第二项是负的,第三项是正的，第四项是负的。

（3）应变片的热效应及其补偿。

就是说电阻应变片我们贴到试件上了。

但是我们在试验过程当中可能因为温度有变化,比如说早晨和中午温度可能有变化，那么这个变化对最后产生的应变有什么影响呢这个影响究竟有多大和怎么样消除它就是这一部分所要介绍的内容。

4．测量桥路
用电阻应变片来测量应变最基本的桥路已经介绍过了。

下面第一就介绍在轴相拉压的情况下，在轴向拉压实际上它表面的应力状况就是单相应力状态。

在轴向拉压实际上它表面的应力状况就是单相应力状态，单相应力状态的情况下它的应变是在轴向是拉压应变,它的横相应变是和它的轴向应变成比例的,这个比值当然就是波长比,利用这一点就可以把桥路改变另外一种形式。

下面介绍第一种情况就是测量应变片互补的半桥测量方案。

教材图3-5，这个图上表示的是个试件受到轴向的拉力，在它的表面它的应力状态就是单相应力状态，它的应变，就是轴向是个拉伸应变，横向是和它成比例的一个横向应变，所以在这种情况下电阻片的贴法那么它就变成最后它的输出就变成R1桥臂的应变减去R2桥臂的应变，就变成ε1减ε2，ε1实际上是工作应变加上一个热应变，ε2就是一个横向应变加上一个热应变，这两个减的结果就是它的工作应变，也就是由于拉力产生的应变乘（1+ν）的系数，也就是使这个应变值大了（1+ν）倍。

教材图3-10，在拉压的情况下，第二种情况就是，测量应变片也是互补全桥测试方案。

这四个应变组合起来它的代数和实际上就是两倍的(1+ν)的工作应变，所以它的灵敏度就更高了，这两种接法多半都用在传感器上。

教材图3-11。

半桥的形式，最后它应该等于弯曲应变的两倍。

教材图3-12。

那么是这整个的弯曲引起应变的四倍。

第四章无损检测技术
无损检测技术主要用于生产检验性实验，而且是个辅助手段。

在生产检验性实验当中，主要还是靠预留试块来检测混凝土的强度，由监理员直接检测钢筋的配置等等。

但是在有些情况下，也需要做一些检测，那么就是这一章主要介绍的内容。

本章包括以下几方面的内容：
1．混凝土强度的无损及局部破损检测技术；
2．混凝土内部缺陷检测技术；
3．砌体强度的无损及局部破损检测技术。

这一讲我们介绍其中的部分内容。

一、超声波检测技术
1．检测原理
超声波在混凝土当中的传播速度与混凝土的弹性模量是相关的，而弹性模量又与强度相关，所以混凝土强度与超声波在混凝土当中的传播速度相关。

我们可以测量超声波在混凝土当中的传播速度，来推算混凝土的强度。

当然为了推算这个强度，就必须建立混凝土强度与超声波在混凝土当中传播速度的关系曲线，称为测强曲线，是提高检测混凝土强度可靠性的关键。

二、回弹法检测混凝土强度
1．统一的测强曲线
所谓统一的测强曲线，就是在全国范围内对某些混凝土做些统计，来测得测强曲线。

这个测强曲线，当然它实用范围比较广，但是由于它实用范围广，统计的混凝土的品种多，所以它的离散性也比较大。

2．地区测强曲线
地区测强曲线，就是由各个省、市、自治区来组织人来根据你的地区哪一类混凝土用的多，你可以做一些这样的测强曲线。

那么这样做出来测强曲线，它的检测精度肯定要高于统一测强曲线。

3．专用测强曲线
专用测强曲线就是由工程单位、构建厂、或者商品混凝土厂为某一种混凝土特制的测强曲线。

这种测强曲线，由于应用范围更小，混凝土品种及施工条件变化更小，所以它测出来的强度离散性要比地区测强曲线小。

三、超声回弹综合法检测混凝土强度
它是以回弹值以及超声波速度共同来评价混凝土强度，所以它具有上面两种方法的优点，也就是说具有回弹法与超声法的双重优点，即反应了表面强度，也反应了内部强度。

第五章建筑结构试验设计
建筑结构试验设计这章的内容是介绍试验的前期准备工作，它包括试件设计、荷载设计、观测设计、人员的组织，以及安全设施等内容。

（三）结构模型的相似理论
在试件的尺寸设计里主要是设计模型，要决定尺寸比例，那么对于弹性模型来讲，决定比例主要是用相似理论。

所谓结构相似，就是这两个结构的某些特性，可以用同一个表达式来表达，当然这个表达式可以是已知的，也可以是未知的。

反正你只要认为这两个物理现象可以用同一个表达式能够表达出来，那么，实际上就称为这两个相似。

相似理论一共有三个定理。

1．结构模型相似的必要与充分条件
（1）相似的第一定理就是结构模型的必要条件
（2）相似的第三定理就是结构模型的必要条件
（3）相似判矩存在定理，也称为π定理
（四）结构模型设计
在做结构模型设计时，主要是确定相似常数，因为确定了相似常数，我们就可以根据相似常数去做设计，这个设计就和普通的结构设计是一样的，所以我们这门课就介绍到确定相似常数为止。

1．方程式分析法
确定相似常数的第一个方法，就是方程式分析方法。

2．量纲分析法
首先介绍一下量纲。

量纲实际上是物理量的种类，比如说时间、质量、速度、加速度等等每一个物理量，那么这每一个物理量的种类就把它叫做量纲。

另外一个系统就是力的系统。

力的系统是和我们常用的力的单位制是对应的，那么它的基本的量纲是力、长度和时间。

那么，其余的物理量都是用这三个量来表示的。

二、下面就讲这一讲的第二个问题，要介绍一下结构试验的加载程序。

1．荷载的加载图式
教材图5—12，大家看这个图。

这个图是表示整个结构试验过程当中加载这么一个过程的示意图。

第一，从这个图可以看出加载的三个阶段。

它的第一阶段我们把它叫做预加载，第二阶段是加到标准和荷载然后再卸回来，第三阶段继续加载直到使结构破坏，这是一般做研究性试验有这么三步。

假如说，要是生产检验性试验就不再分了，而是在标准荷载的情况下加到一定时间以后，就继续往上加，一直加到破坏。

加载的一般程序就要分成这么几个阶段，就是预加载，标准荷载试验和破坏荷载试验。

第二，从这图上可以看出分级加载。

同时在这个图上，我们也可以看出来，加载的时候并不是一气就加到某一个值，而是中间要有分级，荷载要分成好些级加上去，那么加一段，停一段，再加一段，再停一段，这个叫荷载的分级。

第三，从这图上可以看出，每次加载升级都是要把它恒载一定时间，叫荷载的持续时间。

同时，当加到标准荷载，这个持续时间还
要比较长，然后有卸载，同样卸载卸到某一块也要持续一段时间，然后再继续卸载，那么在预加载和标准荷载试验之间，以及标准荷载试验和破坏荷载试验之间，都要有一段比较长时间的停留，这个叫空载的停留时间。

2．荷载分级的目的
说每阶荷载要分级，那么分级的目的是什么呢？分级目的一般说来有三项。

第一，分级便于控制加载速度。

第二，是便于观察荷载与变形的关系及协调加载步骤。

第三，分级的第三个目的就是为观察与读数提供必要的时间。

3．预加荷载的值
预加荷载试验的值都要保持在弹性范围内。

对钢筋混凝土，尤其要强调不能出现裂缝，一般控制在开裂荷载的70%以内，最好是在开裂荷载的60%。

第六章结构的静载试验
1．梁的弯曲破坏
怎么能判断钢筋屈服呢？梁弯曲破坏时的承载力检验标志，它有具体的指标来衡量。

第一，受拉主筋处的最大裂缝宽度达到1.5毫米，或者挠度达到跨度的五十分之一。

这是一条最基本的标准之一。

就是说受拉主筋处的裂缝宽度是1.5毫米，或者是虽然裂缝宽度没达到那么多，但是它的挠度已经达到跨度的五十分之一了。

这个时候，就认为达到这个标准，认为承载能力丧失了。

实际上，这是钢筋曲服的标准。

那么，在这种状态下就认为钢筋屈服了。

这种破坏标志，实际上设计混凝土梁正截面的时候，计算的极限状态。

第二，受压区混凝土破坏，这个是指受拉区的裂缝宽度没有达到1.5毫米。

它的挠度也没达到五十分之一的条件下，但是受压区破坏了。

第三，受拉主筋被拉断。

后两个，实际上是我们设计钢筋混凝土梁的时候，是要避免的两种情况，因为这两种破坏情况，丧失承载力的情况都是脆性的。

这是受弯构件的三种标志。

2．梁的抗剪破坏
抗剪破坏第一项，就是腹部斜裂缝达到1.5毫米，或者斜裂缝末端受压区混凝土剪压破坏，这种检验标志也是最基本的了。

这是因为做钢筋混凝土斜截面设计的时候，实际上就是按照这种破坏状态来做的。

它的斜裂缝已经开展的很大，比如说达到1.5毫米，或者是裂缝很长了以后，它受压区被压坏了，
抗剪破第二项，就是沿斜截面斜压破坏，或者是受拉钢筋端部滑脱，或者是锚固破坏。

梁的承载力检验标志，一般说来就这么五条。

1．什么是低周期反复加载试验?（6分）
答：它是用周期性的反复的静力荷载施加于结构上，研究结构抗震强度的一种静力试验，称为低周期反复加载试验，也称为伪静力试验。

2．重物加载的作用如何？（6分）
答：重物加载的作用：通过重物加载这种方式可以实现均布荷载的加载，也可以实现集中荷载的加载。

假如说要加集中荷载，就需要用料盘来加载，一般把料盘也称为加载篮。

假如说荷载再大，就可以通过杠杆来加载。

3．电阻应变测量方法的主要特点如何？（6分）
答：电阻应变测量方法的主要特点：测量灵敏度高；标距小；滞后小；在复杂的环境中也可以完成应变测量。

4．超声波检测混凝土强度裂缝深度的基本原理是什么？（6分）
答：超声波在混凝土传播过程中遇到裂缝，将产生反射、折射、绕射等物理现象，使超声波声时延长，根据声时的变化推测裂缝的深度。

这就是超声波检测混凝土裂缝深度的基本原理。

5．在进行结构模型设计时，确定相似条件的方法有哪两种？（6分）
答：确定相似条件的方法有方程式分析法和量纲分析法两种。

6．预载的目的是什么？（5分）
答：预载的目的有以下几点：
（1）使试验各部位接触良好，进入正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定；
（2）检验全部试验装置的可靠性。

7．钢筋混凝土梁在裂缝观测时包括的内容有哪些？（5分）
答：钢筋混凝土梁在裂缝观测时的内容包括：及时地捕捉到第一条裂缝的出现，并尽可能准确地记录下此时的荷载值；按加载分级跟踪描绘裂缝的开展情况，并测出裂缝的宽度。

1．结构试验按试验的目的、对象、荷载性质、试验场所以及试验持续时间可将结构分为哪几类?（6分）
答：结构试验按试验的目的、对象、荷载性质、试验场所以及试验持续时间可将结构分为生产检验性试验和科学研究性试验；真型试
验与模型试验；静力试验与动力试验；短期荷载试验与长期荷载试验。

2．重物加载有什么优、缺点？（6分）
答：重物加载的优点是：（1）适于长时期的建筑结构试验，并能保持荷载值的稳定；（2）荷载重物容易获取，加载方法简单方便，经济可靠。

其缺点是：在加载过程中费时、费力；砂子、砖块等材料含水量容易变化。

3．应变测量主要有哪几种方法？（6分）
答：应变测量主要有：电阻应变测量方法；手持式应变仪测量方法与振弦式应变计测量方法。

4．超声波检测混凝土强度的基本原理是什么？（6分）
答：混凝土抗压强度f cu与超声波在其内部传播时的速度有一定的相关性，这就是超声波检测混凝土强度的基本原理。

混凝土强度越高，
超声波在混凝土中传播的波速也越大，反之波速就下。

5．建筑结构试验设计包括哪些内容？（6分）
答：建筑结构试验设计内容包括：试件设计，试验加载设计，试验观测设计，试验误差控制和试验安全措施等内容。

6．何谓加载图式？（5分）
答：试验荷载在试验结构构件上的布置形式（包括荷载类型和分布情况）称为加载图式。

7．钢筋混凝土梁校核测点的作用是什么？应布置在什么位置？（5分）
答：校核测点的作用是：校核试验的正确性，便于整理试验结果时进行修正。

校核测点经常布置在梁的端部凸角上的零应力处。

1.（8分）简支梁受力如题图所示，在外力作用下各位移表读数分别为：f1=0.98mm、f2=1.59mm、f3=1.12mm、f4=0.06mm、f5=0.16mm，计算各加力点处的实际挠度是多少?按比例绘出梁的挠度曲线
1.f1=0.895mm、f2=1.48mm、f3=0.985mm
2 （12分）某结构构件，荷载和电阻应变计布置如图所示，测量时采用全桥桥路，应变仪显示的测量应变值为280με，已知结构材料的泊松比v=0.3。

（1）画出测量应变桥路图；（2）简要说明该桥路特点；
（3）计算该测点的弯曲应变εm
解:（1）画出测量应变桥路图；
)倍
（2）将测量结果放大2(1－
（3）εm＝280/2(1-0.3)=200με
3. (12分)构件的截面尺寸如图，在1、2、3、4号测点测得Z方向上的应变为εZ1=200με,εZ2=300με,εZ3=200με,εZ4=100με,已知结构材料的弹性模量为E=200GPa，求该截面的内力N、M。

(图中a=10cm,b=200cm)
答案：εN=200με
N＝εnEA＝200×10－6×200×103×100×2000＝8×103kN
εM=100με
M＝εNEba2/6＝100×10－6×200×103×1002×2000/6＝100/3kNM
4.（10分）用回弹法检测混凝土构件的强度时，10个测区的混凝土强度值分别为：19.7Mpa、18.1Mpa、20.6Mpa、19.8Mpa、20.7Mpa、19.7Mpa、19.0Mpa、19.0Mpa、19.1Mpa、22.0Mpa，求此构件混凝土强度等级。

（精确至0.01MPa）。

1.1288.49
9.388049.39919112==-=--=∑=n nmf f Sf n
i c cu c cu
c cu 96.174.37.19645.1,=-=-c cu c cu sf f
强度等级C15
5. （8分）已知模型试验梁，某截面弯矩Mm=10kN·m ，应力σm=32MPa ，根据模型设计相似条件，求原型构件相应截面处的弯矩和应力
答案：p L m S S p
=⨯σσ MPa p 632432=⨯=
σ P L P
m S S M M = M P =120kN·m。