研究生“高等结构试验”教案1

第一章结构试验概论

一、结构试验课程的性质：

1、边缘学科。涉及试验技术、工程知识（材料、力学、结构工程、桥梁工程、结构分析、设计理论（规范））、仪器仪表（原理、应用）、信号分析及数据处理、结构分析。

2、应用行业范围宽。桥梁结构、建筑结构、港航、航天、机械、汽车。各方面应用的举例。

3、针对性问题。土木建筑结构，桥梁构件为重点。

4、技术环节。研究问题的方法、试验方案的编写、仪器设备的原理、数据处理及性能的评价。

二、研究对象。

1、结构。工程材料组成的各种承载结构（梁、板、柱、拱）相互连接组成的组合体。

2、对结构的要求。在使用期内有效的承受外部及内部形成的各种作用。如桥梁设计年限为100年（《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004）），恒载，活载，各种组合的作用（永久荷载、可变荷载、偶然荷载）。考虑施工质量、设计计算的不足，结构使用耐久性的要求，结构必须有一定的安全储备，如规范规定的结构重要性数（1.1、1.0、0.9），分别对应各种跨径和重要性不同的桥梁（JTG D60-2004））。如何保证结构的使用性能：

(1)设计和施工；

(2)养管和使用控制；经常检查（次/3个月）、定期检查（次/3年）、特殊检查。

(3)试验技术，提供解决问题的方案：设计、计算的验证，使用性能评价等。

三、解决问题的方法

1、荷载对系统的作用

输入系统特性响应（约束条件）

永久荷载结构形式、连接方式位移

基本可变荷载材料特性、截面特性应力

偶然荷载刚度、质量分布抗裂性能

环境因素引起的附加荷载动力特性动力响应

动力荷载安全性能

约束条件的介绍

2、理论分析（设计）

输入已知，系统特性即为设计要求，通过缄默建模，进行结构有限元分析，求取结构的响应，如输出不满足约束条件（设计规范），则需重新进行设计，直至满足。

3、结构试验

输入已知（设计最不利荷载），系统特性（已知或未知，系统的综合特性肯定为未知）通

过测试得到系统响应，通过对特定输入条件下响应的分析（结合系统的已知特性），分析系统的综合特性（施工质量，设计偏差），判断系统实际综合特性是否满足要求。

评判标准：理想或正常系统在特定荷载作用下的响应值（理论）与实测响应的接近或符合程度。

4、理论分析与试验技术的关系

四、举例

重庆渝黔高速公路平滩子大桥试验。

1、对象介绍；

2、问题的提出；

3、分析；

4、问题的解决。

1.1 结构试验的任务

一、结构试验的任务（目的）

在结构物或试验对象上，使用仪器设备为工具，利用各种试验技术手段，通过对结构施加荷载，测试结构受载以后的力学行为（各种参数），根据结构的性能指标（强度、刚度、抗裂性能、破坏形态）来判定结构的实际工作性能（规范、理论计算、假定），确定结构对使用要求的符合程度（设计要求、承载力、使用性能），验证和发展结果的计算理论。

二、不同的试验对象和目的，则重点不同，其任务也不完全相同。

1.2 结构试验的目的

一、生产鉴定性

1、性质：直接为工程服务，解决工程问题，原型试验、短期、现场、有严格的试验程序和评价体系。如桥梁荷载试验，基桩检测。

2、主要为解决以下问题（目的）

(1) 确定新建结构的承载能力和使用条件；

(2) 结构的加固改造；

(3) 工程事故处理：

a 湖北沙市荆江大桥桥台擦撞事故；

b 万洲万安大桥车辆对斜拉索的冲撞事故。

(4) 对现有结构的鉴定,确定其现有承载力和使用限制；

(5) 预制构件的质量签定（质量控制）；

生产鉴定性试验的另一个目的是研究结构的力学行为，总结结构受力行为的一般规律，验

证结构设计理论和假定，探索具有普遍意义的规律，为发展设计计算理论、完善现有规范积累科学资料。

二、科学研究试验

1、性质：发展和验证设计计算理论、假定，新技术的推广应用，规范修订。模型试验、短/长期、室内、有试验程序和评价体系(但允许创新)。如各中结构的试验研究。

2、主要为解决以下问题（目的）

(1) 验证新的结构分析理论、设计计算方法、假定等。

a 横向分布计算理论的验证（杠杆法、G-M法、偏心压力法、修正偏心压力法、刚接板梁法、铰接板梁法）；

b 平铰拱（无铰）设计、计算理论的验证；

c 吊拉组合桥设计、计算理论的验证。

(2) 为发展新的结构形式、新材料、新工艺提供依据、积累经验

a 钢管混凝土拱桥；

b 桁式组合拱桥；

c 复合材料加固技术；

d 横张预应力结构。

(3) 为制订新的设计规范提供依据

a交通部原规范对冲击系数取值不合理，建设部城市桥梁荷载设计准则的修正(车道荷载：20/(80+L)，车辆荷载：0.4686-0.3032logL；交通部现行规范(JTG D60-2004）对冲击系数取值的修改：（f<1.5，0.05，1.5≤f≤14，0.1767lnf-0.0157，f>14，0.45）

b 抗风规范；

c 横张预应力梁的抗疲劳规范；

d 部分预应力梁设计规范。

三、混合型

1、桥梁健康监测

南京长江大桥；大佛寺大桥；马桑溪大桥。

2、桥梁施工控制

1.3 结构试验的分类

一、原型/模型结构试验

1、原型试验

(1)特点：实际结构物为对象，现场试验，多数为生产性试验，风险性，周期短，

正常使用状态（不能解决极限承载力），环境条件不可控制，项目组织牵涉面大。