《结构试验检测与加固》终板试题(1)

1.简述结构试验中常用的荷载模拟方法。

答：1）重力模拟加载：就是利用物体本身的重量加于结构上作为荷载。

在试验室可以利用专门浇铸的标准铸铁砝码、混凝土立方试块、水箱等；在现场可以就地取材，经常是采用普通的砂、石、砖块等建筑材料，或是钢锭、铸铁、废构件等。

重力直接加载方法是直接将重物荷载堆放于结构表面（如板的试验）上形成均布荷载或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载;也可借助钢索和滑轮导向对结构施加水平荷载。

间接重力加载方法（杠杆——重力荷载）是利用杠杆原理，将荷重放大作用于结构上，以扩大重力荷载的使用范围并减轻加载的劳动强度。

2）液压模拟加载有常见的有手动液压千斤顶加载（包括手动油泵和液压加载器)、同步液压加载（在油泵出口接上分油器，组成一个油源供多个加载器同步工作系统）、双向液压加载（由双作用千斤顶、高压油泵、载荷架等组成，用于低周反复载荷试验）、结构试验机加载(该系统有液压操纵台、大吨位液压加载器、机架等部分组成）和电液伺服液压加载（由液压源、控制系统、执行系统等部分组成）。

3）其他加载技术有机械机具加载（常用的有绞车、卷扬机、倒链、花篮螺丝、螺旋千斤顶、弹簧等加载机）和气压模拟加载（一种是用空气压缩机对气包充气给试件施压均匀荷载，另一种是用真空泵抽出试件与台座围成的封闭空间的空气，形成大气压力差对试件加均匀荷载）等。

2.简述结构试验中应变、位移的测试方法及其原理。

答： 1）应变测量的原理:通常是在预定的标准长度范围(称标距)l 内，测量长度变化增量的平均值Δl，由ε=Δl/l求得ε。

应变量测方法主要有电测和机测两类。

电测法以电阻应变仪量测为主，通过粘贴在试件测点的感受元件（电阻应变计或称为应变片）与试件同步变形，输出电信号进行量测和处理。

机测法使用手持应变仪进行现场测量，确定标距、粘贴脚标，通过结构变形前后的读数差得出平均应变。

另外，还有光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）等等。

2）量测位移的仪表有机械式、电子式及光电式等多种。

接触式位移计是机械式仪表，通过其中的测杆顶住测点来读出结构位移。

应变梁式位移传感器，内部有测量电路，外部的测杆受力时可读出应变，进而得到位移。

滑线电阻式位移传感器由测杆、滑线电阻和触头等组成，电阻被触点分成两部分，采用半桥接线可通过电阻的变化计算出位移。

差动变压强式位移传感器，由一个初级线圈和两个次级线圈分内外两层同绕在一个圆筒上，筒内是可上下移动的铁芯，通过铁芯移动时的感应电势的变化来计算位移。

另外，可通过水平仪或精度为1mm的方格纸来测量。

3.工程结构抗震试验有哪几种方法？简述其基本原理。

答：在试验室有：
1）伪静力试验方法是采用一定的载荷控制或变形控制对试件进行低周反复加载，使试件从弹性阶段直至破坏的一种试验，根本目的是对结构在荷载作用下的基本表现进行深入研究，进而建立可靠的理
论模型。

2）拟动力试验方法吸收了伪静力加载试验和模拟地震振动台试验两种方法的优点，同时又考虑了结构理论分析和计算的特色，可以模拟大型复杂结构的地震反应，在结构工程方面得到了广泛的应用。

同时，你用力试验方法本身的研究也取得了重大进展，特别是近年来，在概念、方法、技术和设备等方面都与最初阶段的拟动力试验有了很大的不同，应用领域也从最初的研究一般建筑结构扩展到了研究图——结构相互作用、桥梁结构、多维多点地震输入和设备抗震等方面。

拟动力试验方法是根据数值化的典型地震加速度记录时程曲线，取某一时刻的地震加速度值和试验中前一时刻加载后实测的结构恢复力，用逐步积分振动方程的动力反应分析方法，计算出该时刻结构试体的地震反应位移，并对结构试体施加此位移，实现该时刻结构试体的地震反应；实测此时的结构恢复力，按地震过程取下一时刻的地震加速度值，进行该时刻结构试体地震反应位移计算，再将位移施加到结构试体上。

如此逐时刻反复实现计算位移－施加位移－实测结构恢复力－再计算位移的循环过程，即模拟了结构试体在地震中的实际动态反应过程。

3）模拟地震振动台试验方法是将试验模型安装在一个刚性台面上，通过台面按照预定的加载时程运动，给试件施加惯性力。

它是真正意义上的地震模拟试验，台面上可以真实地再现各种形式的地震波，结构在地震作用下的破坏机理也可以直观的被了解。

在现场有:“人工地震”试验采用地面或地下爆炸法引起地面运
动，可用核爆或化爆产生。

天然地震试验是在频繁出现地震的地区或在短期预报可能出现较大地震的地区，有意识地建造一些试验性房屋或在已建房屋上安装测震仪器，以便一旦发生地震时可以得到房屋的反应等。

4.简述结构模型试验的相似原理与量纲分析方法。

答：相似原理是研究自然界相似现象的性质，鉴别相似现象的基本原理，由3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，其相似准数的数值也相同；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；第三相似定理：现象的单值条件相似，并且由单值条件导出来的相似准数的数值相等，是现象彼此相似的充分和必要条件。

量纲分析法是根据描述物理过程物理量的量纲和谐原理，寻求物理过程中各物理量间的关系而建立相似准数的方法
5.混凝土结构的检测和加固方法都有哪些？阐述其加固机理。

答：混凝土结构的强度检测有回弹法、超声脉冲法、取芯法、拔出法、超生回弹综合法和射钉法。

对于结构混凝土开裂深度小于或等于500mm的裂缝可用平测法或斜测法;对于在大体积混凝土中预计深度在500mm以上的深裂缝，采用平测法和斜测法有困难时,可用钻孔探测；内部空洞缺陷的检测可根据情况采用对测法、斜测法或钻孔；表层损伤的检测可用表面平测法;钢筋位置的检测有电磁感应法；钢筋锈蚀的检测有半电池电位法；钢筋材质检测在无原始资料或资料不足时可在构件内截取试样试验。

混凝土结构加固方法有:增大截面法是增大原构件截面面积或增配钢筋，以提高其承载力和刚度，或改变其自振频率的一种直接加固法；干式外包钢法是通过外包焊的型钢骨架使原构件成为组合构件，从而能按各自的刚度分配所承担的外荷载，使被加固构件的整体承载力得到提高的一种间接加固法；湿式外包钢法是在外包钢材与原构件之间加入粘结剂，使两者共同工作；预应力加固法是通过施加体外预应力，使原结构、构件的受力得到改善或调整的一种间接加固法；粘钢法用特制的结构胶粘剂，将钢板粘贴在钢筋混凝土结构表面，能达到加固和增强原结构强度和刚度的目的；粘贴纤维片材法是采用高性能粘结剂将纤维布粘贴在构件表面，使两者共同工作，提高结构的抗弯、抗剪承载力，由此达到补强的作用；增设支点法是以增设支点达到减小结构构件跨度和内力的一种间接加固法。

6.结合自己的课题（或感兴趣的问题），进行一结构试验设计（包括试件、加载系统和数据采集系统等的设计）。

纤维混凝土板抗弯性能的试验。

试验试件：根据纤维掺量的不同试验共分4组，每组测定9个试件，每组的混凝土拌合物均按照《钢纤维混凝土试验方法》，采用强制式搅拌机搅拌，拌匀后进行含气量和坍落流动度的测试，然后浇筑试件，这栋成型。

立方体试件则要在振动台上振动成型，1天后拆模，置于标准养护室中养护28天后，测试28天抗压强度。

试件尺寸为600mm*600mm*100mm，跨度为500mm。

试验加载系统：采用三点弯矩加载方案，使用1000kN液压伺服试验
机，等速位移控制，位移恒定加速度为0.2mm/min。

板的前后两侧及支座两侧分别放置位移传感器（LVDT）测定板的跨中挠度及支座沉降，并取二者平均值只差作为最终的跨中挠度；开口两侧及中间部分分别放置crack-gauge测定跨中裂缝口扩展宽度（CMOD），并取其平均值；在板的一侧布置四层应变片，用于测量裂缝发展到每层应变片高度时的荷载大小。

试验数据采集系统：采用IMPDAS数据自动采集系统。

此系统使用于土木工程各个领域包括建筑、桥梁、水工、港口和地下结构等的室内试验、现场实测和长期监测。

组件这样的系统，选择适合于本领域应用的高水平硬件是基础。