第2章 结构试验设计

2.2.2 试件尺寸
试件的尺寸分为真（原）型和模型两类。
屋架试验均采用构件实物或真型；
剪力墙尺寸取真型的1/10～1/3为宜；
砖石及砌块的砌体试件，一般取真型的1/4～1/2；
框架截面尺寸可取为真型的1/4～1/2，框架节点为1/2～1；
薄壳和网架空间结构多用1/20～1/5。
局部性的试件尺寸可取为真型的1/4～1，整体性结构试验的 试件可取1/10～1/2；
2.2结构试验的构件设计 2.2.4 试件设计的要求
1.混凝土试件的支撑点应预埋钢垫板， 在承受集中荷载的位置应设置钢垫板。 2.试件的加载面倾斜时，应做成凸缘。
2.2结构试验的构件设计 2.2.4 试件设计的要求
3.为保证框架柱脚部分与试验台的固结，一般需要设计较大截 面的基础梁。 4.对于砖石砌体试件，应在砌体上下预先浇筑混凝土垫块。
第2章 结构试验设计
本章简单描述了结构试验设计的基本原则、基本程序和 影响结构试验成果的几个因素；并在结构试验设计领域引入 了PPIS循环的概念，把课题研究路线的确定放在了一个比较 显眼的位置；试件设计、荷载方案、测试方案是本章的核心 内容；最后对结构试验的技术性文件进行了扼要的介绍。
2.1结构试验的一般程序
正弦波加载
地震波激振
2.4结构试验的量测方案设计
试验观测方案设计的主要内容： 1.按整个试验目的要求,确定试验测试的项目； 2.按确定的量测项目要求，选择测点位置； 3.综合整体因素选择测试仪器和测定方法。
2.4结构试验的量测方案设计
2.4.1 观测项目的确定
1.观测项目主要以变形为主： （1）反映整体工作状况，如挠度、转角、支座偏移等。 （2）反映局部工作状况，如应变、裂缝、钢筋滑移等。 2.首先应该考虑整体变形，能够概括结构工作的全貌，基本上反映出结构的 工作状况。
2.2结构试验的构件设计
试件或试验结构：进行结构试验的对象，可以是实际结构的整 体或者一部分，也可以是单一的构件。
结构试验设计的基本原则：
（1）拟真再现原则 （2）弃次存主原则 （3）随机概念原则 （4）参数合理原则 （5）统一评价原则 （6）低本高效原则
2.2结构试验的构件设计 2.2.1 试件形状
1.优选法
单因素优选法是较常用的方法。 例如：混凝土的强度对钢筋混凝土柱承载能力的影响。
2.2结构试验的构件设计 2.2.3 试件数目 2.因子法
试件数量等于以水平数为底以因子数为次方的幂函数，即：
试件数量 水平数因子数
因子：对试验研究内容有影响的发生变化的因素。 因子数：因子的个数。 水平：因子可改变的试验档次。 水平数：可改变档次的数目。
2.2结构试验的构件设计 2.2.3 试件数目 3.正交法
由于因子法确定的试件数目较多，尤其是当因子数和水 平数较大时更为明显，给试验的可行性带来一定的困难，而 正交法便可以大量减少试件数目。
试验数＝（水平数）2
正交法需要利用正交表对试验进行整体设计和综合比较。 以上例为例，试验设计如下表。
2.2结构试验的构件设计 2.2.3 试件数目
目的是要形成与设计目的相一致的应力状态。局部构件取出后 要注意边界条件模拟及受力情况。
例如： 钢筋混凝土框架 在水平力的作用 下，梁柱的应力 分布如右图所示。
2.2结构试验的构件设计 2.2.1 试件形状
如何设计一根柱，使其能够受到与上述一样的复合应力作用。 可能的方案如下表：
2.2结构试验的构件设计
1.试验荷载的图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力 值完全一致或极为接近；有时为了加载方便或者试验条件限制， 可以采用等效荷载加载。
2.3结构试验荷载设计
2.3.1 加载图示的选择与设计
2.荷载值要准确；荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数 值要稳定；
3.荷载分级的数值要参考相应试验结构试验方法的技术要求， 同时必须满足试验量测的精度要求；
钢垫板
钢垫板
基础梁
2.2结构试验的构件设计 2.2.4 试件设计的要求
5.对于墙体试件，应在墙体上下预制钢筋混凝土垫梁，上垫梁 模拟过梁传递荷载，下垫梁模拟基础梁。 6.对于钢筋混凝土偏心受压构件，应在试件两端设置牛腿，并 在上下两端加设钢筋网进行加强。
2.3结构试验荷载设计
2.3.1 加载图示的选择与设计
上表中有4个因子，分别用A、B、C、D表示，每个因子有3 个水平数，则需要一张4因子3水平的正交表，如下表。
注：不同的正交表可以到互联网或者其他参考书中查找。
2.2 结构试验的构件设计 2.2.3 试件数目
查表为：L9（34） 9次实验（因子法：3×3×3×3＝81）
·列号 1（A） 2（B） 3（C） 4(D) 试验号
2.4.2 测点的选择与布置
一般来说，量测的点位愈多愈能了解结构物的应力和变形情况。但是， 在满足试验目的的前提下，测点还是宜少不宜多 。
测点的位置必须要有代表性，以便于分析和计算。 布置一定数量的校核性测点，判断其可靠性 ，如凸点、对称点、变形
已知点等。 有利于试验时操作和测读 ，宜分散、安全、易安装等。
2.3.2 加载装置的设计
1.对于装置的强度要求： （1）满足试验荷载最大量程 的要求； （2）保证有足够的安全储备。 2.对于装置的刚度要求： 刚度不足时难以获得试件极限 荷载后的性能； 3.构件受力条件的真实性要求： 能模拟真实结构的边界条件和 变形条件； 4.注意试件的支撑方式； 5.简便性要求。
4.加载装置本身要有足够的安全性和可靠性，不仅要满足强度 要求，还必须按变形条件来控制加载装置的设计，即必须满足 刚度要求。
5.加载设备的操作要方便，便于加载和卸载，并能控制加载速 度，又能适应同步加载或先后不同步加载的要求；
6.试验加载方法力求采用现代化先进技术，减轻体力劳动，提 高试验质量。
2.3结构试验荷载设计
4.均匀法
均匀法是我国数学工作者对试验设计技术的一大贡献。它 是根据数论在多维数值积分中的应用原理，构造一套均匀设计 表，用来进行均匀试验设计。
均匀法相对于因子法和正交法的最主要的优点是大幅度地 减少试验次数，缩短试验周期，从而大量节约人工和费用。对 于4因素5水平即54试验，如果用因子法需做625次试验，利用正 交表L25(54)按排试验至少要做25次试验，但用均匀设计表U5(54) 安排试验，只需做5次试验即可。
试验大纲：是进行整个试验工作的指导性文件，是结构试验
组织计划的表达形式。
试验方案：是大纲指导下具体实施结构试验的设计文件。 试验记录：是每一项结构试验从开始到最终完成都需要有一
系列的写实性的技术文件
2.5结构试验的技术文件
试验报告
1.试验目的 2.试验对象、环境的简介和考察 3.试验方法及依据的标准 4.试验过程及问题 5.试验结果处理与分析 6.技术结论 7.附录
注意：应避免小构件试验中试件太小引起的“尺寸效应”。什思么考：是
尺寸效应：结构试件和材料强度随试件尺寸的改变而
尺寸效 应
变化的性质。
2.2结构试验的构件设计 2.2.3 试件数目
试件数目太少可能达不到试验预期的要求，试件数目过多 又会受到试验研究、经费预算和试件期限的限制。怎样确定试 件数目？
生产性试验——按相关技术标准确定； 科研性试验——优选法、因子法、正交法和均匀法 。。
2.4结构试验的量测方案设计
2.4.3 仪器的选择与测读原则
2.测读原则： 同时性，全部仪器的读数必须同时进行；
观测时间一般应选在载荷过程中的加载间歇时间内的某一时 刻。测读间歇可根据荷载分级粗细和荷载维持时间长短而定。
百分表
直线式位移传感器
2.5结构试验的技术文件
结构试验的技术性文件包含的内容： 试验大纲、实验方案、试 验记录和试验报告：
2.4结构试验的量测方案设计
2.4.3 仪器的选择与测读原则
1.仪器的选择原则：
防止盲目选用高准确度和高灵敏度的精密仪器，一般的试验， 根据实际需要，要求测定结果的相对误差不超过5%，最小刻度 值不大于5%的最大被测值。
仪器的量程应该满足最大测量值的需要。仪器最大被测值宜 小于选用仪表最大量程的80%，一般以量程的1/5～2/3范围为宜。 附着于结构的仪表应自重轻、体积小，不影响结构的工作。 量测仪器的型号规格应尽可能选用一样的，种类愈少愈好。 动测试验使用的仪表，尤其应注意仪表的线性范围、频响特 性和相位特性等，要满足试验量测的要求。 选择仪表时必须考虑测读方便省时，必要时须采用自动记录 装置。
2.2结构试验的构件设计
2.2.3 试件数目
以钢筋混凝土梁的抗剪试验为例，试验中考虑配筋率、配 箍率、轴向应力、剪跨比和混凝土的强度等级对钢筋混凝土柱
抗剪承载力的影响，则因子数为5。假如每个因子有3个水平数， 则需要的试件数目为243。
而在上述试验中如果只用C20的混凝土，则减少一个因子， 故因字数为4，此时需要的因子数为81。试件数目与因子数和 水平数的关系如下表。
1
1
1
1
1
2
1
2
2
2
Hale Waihona Puke 3133
3
4
2
1
2
3
5
2
2
3
1
6
2
3
1
2
7
3
1
3
2
8
3
2
2
3
9
3
3
1
1
2.2 结构试验的构件设计 2.2.3 试件数目
按照正交法得到的因子组合如下表：
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(2)
(2)
(2)
(1)
(3)
(3)
(3)