第2章 土木工程结构试验设计
第2章 土木工程结构试验设计 ppt课件
2.1 土木工程结构试验的一般过程 2.2 土木工程结构试验的试件设计 2.3 试验荷载方案设计 2.4 结构试验观测方案设计 2.5 结构试验与材料力学性能的关系 2.6 试验大纲及其他文件
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• 讨论： • 1、结构试验包括哪些主要环节？ • 2、结构试验设计的定义为？ • 3、生产性试验的试件数目的确定原则是什么？ • 4、采用什么方法确定多因素科研试验的试件参数？ • 5、简述模型设计中主要的相似要求。 • 6、确定相似条件的方法有哪两种，试对比分析。 • 7、试列出不考虑自重荷载的静力试验模型的相似条件。 • 8、阐述结构试验荷载的分类。 • 9、何谓结构试验的加载制度。 • 10、简述试验测点选择与布置的原则。
不少工厂在配比配方、工艺操作条件等方面，用0.618 法解决了优选问题，从而提高了质量，增加了产量，降低了 消耗，取得了很好的经济效益。例如，粮食加工通过优选加 工工艺，一般可以提高出米率1～3。
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2.因子设计法
因子是对试验研究内容有影响的发生着变化的因素， 因子数则为可变化因素的个数，水平即为因子可改变的 试验档次，水平数则为档次数。
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1.优选设计法
③第三次试验点：比较两次试验结果，如果第二点比第一点 好，则去掉1618克以上的部分；如果第一点较好，则去掉 1382克以下部分。假定试验结果第二点较好，那么去掉1618 克以上的部分，在留下部分找出第二点的对称点做第三次试 验． 第三点=1618-1382+1000=1236（克）。图下图
因子设计法 均匀设计法
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1.优选设计法
针对不同的试验内容，利用数学原理合理地安排试验 点，用步步逼近，层层选优的方式以求迅速找到最佳试验 点的试验方法叫优选法。
土木工程施工第2章 换填垫层法
换填法多用于公路构筑物的地基处理，在建筑工程中
也有一定范围的应用。换填法的加固原理是根据土中附加应 力分布规律，让垫层承受上部较大的应力，软弱层承担较小 的应力，以满足设计对地基的要求。
2、垫层的作用
（1）提高持力层的承载力 通过扩散作用使传到垫层下软弱土层的应力减小。
（2）减小沉陷量
一般地基浅层部分的沉降量在总沉降量中所占的比 例是比较大的。以条形基础为例，在相当于基础宽度的
（7）土工合成材料 由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。垫 层填料宜用碎石、角砾、砾砂、粗砂、中砂或粉质粘土等材 料。当工程要求垫层具有排水功能时，垫层材料应具有良好 的透水性。在软土地基上使用加筋垫层时，应保证建筑稳定
并满足允许变形的要求。
（8）聚苯乙烯板块垫层EPS
EPS是发泡聚苯乙烯俗名泡沫塑料。这种材料具有超轻 的特点（密度约0.2～0.3kN/m3），仅为普通路堤填料质量
（应力扩散角θ=30°，z/B>0.5） （基础及其上填土平均重度γG=20kN/m3。）
答： （1）假定砂垫层的厚度z＝1.6m，并要求分层碾压夯实，干密 度达到大于1.6g/cm3；则应力扩散角θ=30°。 （2）砂垫层厚度验算 基础底面平均压力设计值
F G 150 1.2 1 20 p 145kPa B 1.2
3、垫层承载力的确定
经换填处理后的地基，由于理论计算方法尚不够完善，
垫层的承裁力宜通过现场载荷试验确定。当无试验资料时， 可按下表选用，并应验算下卧层的承载力。
例题：某五层砖石混合结构的住宅建筑，墙下为条形基础， 宽B＝1.2m，埋深பைடு நூலகம்=1m，上部建筑物作用于基础上的荷载
F=150kN/m。地基土表层为粉质粘土，厚h1=1m，重度γ1＝
建筑结构试验_2
《建筑结构试验》考试大纲第一部分考试大纲说明一、课程性质和地位本课程是建筑工程专业综合性的, 有较强的实践性的专业技术课程, 通过理论学习和实验教学, 使学生获得专业必须的试验基本理论知识和基本技能, 完成一般建筑结构试验的设计。
“建筑结构试验”从材料的力学性能到验证各种材料构成不同类型结构和构件的基本计算方法, 以及近年来发展的大量大跨、超高、复杂结构的计算理论, 都离不开试验研究。
因此, 建筑结构试验在土木工程结构科学研究和技术革新方面起着重要的作用, 与结构设计、施工及推动土木工程学科的发展有着密切的关系, 已逐步形成一门相对独立的学科, 并日益引起科研人员和工程技术人员的关注和重视。
本课程主要针对“土木工程”等专业。
课程的学分为2学分。
推荐教材为王天稳主编的《土木工程结构试验》（武汉理工大学出版社）一书。
二、课程考试要求本课程的考试要求, 要从考核知识点、学习要求、考核目标和有关考试的具体问题等几个方面综合起来全面加以把握。
其中, 考核知识点是主体。
（一）考核知识点考核知识点是对课程知识体系在广度上的概括。
就本课程而言, 其知识广度主要包括基本理论、基本方法和基本技能, 具体内容见本考纲第二部分“考试内容和考核目标”中的第二项分列了八章, 它们都是考试的范围。
（二）学习要求学习要求是对自学考试知识点所掌握的深度和概括。
根据全国高等教育自学考试以高中文化水平为起点的情况, 对考核知识点的深度掌握, 本考纲在第二部分第一项“学习要求”中, 分别对各个章节的基本要求做了介绍。
深度要求, 选用了“熟悉”、“熟练”和“熟练掌握并能灵活应用”几个不同含义而又存在递进关系的词汇来描述。
（三）考核目标考核目标是按照认知过程将考核知识点的深度、广度和难易程度转化成认知能力的概括。
根据前述高等教育自考对象的实际, 在本考纲第二部分第二项中, 区别考核的认知能力目标即基本目标和考核的难易程度目标即考核目标的具体要求, 作了不同的描述。
土木工程施工——第2章 地基与基础工程
2. 换填材料和施工方法
换填材料要求使用砂和砂石换填应选用级配良好、质地 坚硬的中砂或粗砂、角（圆）砾、碎（卵）石、石屑等， 并应除去植物残体、垃圾等杂质。若用粉细砂或石粉， 应掺入30%的碎石或卵石，砂石最大粒径不宜大于50mm。 人工级配的砂砾石，应先将砂、卵石拌合均匀后再铺设。 使用粉质粘土时，土料中有机质含量不得超过5％，亦不 得含有冻土或膨胀土。使用灰土时，体积配合比宜为2： 8或3：7。由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋 垫层时，作为加筋的土工合成材料应采用抗拉强度较高、 受力时伸长率不大于4％～5％、耐久性好、抗腐蚀的土 工格栅、土工格室、土工垫或土工织物等土工合成材料。
根据加压系统的不同，可分为堆载预压法和真空 预压法两大类。排水系统，主要在于改变地基原 来的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩 短排水距离。排水系统由水平排水体和竖向排水 体构成。水平排水体一般采用砂垫层；竖向排水 体一般采用普通砂井、袋装砂井或塑料排水板等。
1. 袋装砂井堆载预压
袋装砂井堆载预压法是以袋装砂井为竖向排水体、砂垫 层作为水平排水体构成排水系统，在砂垫层上部堆载作 为加压系统的预压法。典型的袋装砂井堆载预压地基剖 面如图2-6所示。
开挖软弱土方法主要有挖掘机挖除法、推土机挖 除法、人工挖除法等。当土质过于软弱而挖掘机 和推土机无法作业时，可采用水力挖塘机组挖除， 即用高压水流对软粘土进行切割并冲成泥浆，然 后用泥浆泵输送到指定地点沉淀后再处理。开挖 的深度和宽度应根据换填垫层的设计要求确定。
换填垫层施工应分层铺设，分遍压（振）实，填 料的含水量应控制在最优施工含水量范围。换填 施工过程应注意防止基坑灌水或雨水下渗。坑槽 开挖时应避免坑底土层扰动，可保留200mm厚土 层暂不挖去，待铺设垫层前再挖至设计标高，如 有浮土必须清除。当坑底为饱和软土时，须在与 土面接触处铺一层细砂起反滤作用，其厚度不计 入地基垫层设计厚度内。
《土木工程结构试验》课程教学大纲
《土木工程结构试验》课程教学大纲二、课程目标土木工程结构试验课程是土木工程专业的专业课，在该专业中占有重要地位。
课程主要介绍现代的工程结构试验技术、手段与仪器设备，实验数据的采集与处理方法。
设置本课程的目的使学生了解土木工程结构试验理论、技术的发展和趋势，使学生掌握建筑结构的试验思路和试验方法。
从而在面对土木工程的复杂问题时可以采用工程试验方法进行研究，创新性地利用工程试验理论提出解决方案，并能够合理地开发、选择与使用恰当的试验设备与技术手段解决土木工程中的复杂工程问题，通过课内实验培养学生分工协作共同解决复杂问题的团队合作能力。
三、本课程与其它课程的关系本课程的先修课程是高等数学、线性代数、理论力学、材料力学、结构力学、混凝土结构基本原理、钢结构基本原理等。
其中高等数学、线性代数课为试验数据分析提供计算工具；理论力学、材料力学、结构力学为试验方案设计提供力学理论依据；混凝土结构基本原理、钢结构基本原理为本课程中学习不同结构形式试验对象的试验方法、数据分析与结构判定提供了专业基础知识。
四、本课程所支撑的毕业要求五、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（2学时）1、主要内容（1）工程结构理论与工程结构试验的关系（2）工程结构试验与电算的关系（3）工程结构结构试验的任务（4）工程结构结构试验分类（5）工程结构试验的一般过程（6）土木工程结构试验的最新进展（7）工程结构结构试验课程的特点2、重点（1）工程结构结构试验的任务（2）工程结构结构试验分类3、教学要求要求学生了解工程结构理论与工程结构试验的关系，工程结构试验与电算的关系，工程结构试验的一般过程，土木工程结构试验的最新进展，工程结构结构试验课程的特点；理解工程结构结构试验的任务，工程结构结构试验分类。
（二）工程结构试验设计（2学时）1、主要内容（1）结构试件设计（2）结构试验荷载设计（3）结构试验观测设计（4）试验大纲与试验报告2、重点（1）结构试验荷载设计（2）试验大纲与试验报告试件设计、试件的形状、尺寸，数量（2）正位、卧位、反位试验，荷载图式。
《土木工程结构》期末考试资料汇总
第1、2 章复习要点一、填空题1、按实验目的可将结构试验分为，生产鉴定性试验和科学研究性试验2、加载制度指的是试验进行期间荷载与时间的关系。
3、结构试验中，试件的就位形式主要有正位试验、卧位试验、反位试验。
4、重力加载就是将物体本身的重力施加于结构上作为荷载。
5、数据采集系统的硬件由三个部分组成：传感器部分、数据采集部和计算机部分。
二、名词解释丧失承载力、承载力极限标志。
答：构件承载力达到极限状态，称为丧失承载力；当构件丧失承载能力时，由于受力形式不同，呈现不同的破坏形态，称为承载力极限标志。
三、判断题1、结构静力试验时加载分级是为了控制加载速度. (V)2、研究结构在荷载作用下的弹性、弹塑性直至破坏各阶段全过程的工作性能，应取强度模型进行试验( V )。
3、移动荷载作用下结构所产生的动挠度往往比静挠度小。
(X )4、结构静力试验时，安装在结构上的仪表，要求刚度小，不影响被测结构的工作性能。
( V )5、测量结构振动时，安装在结构上的振动传感器的质量应尽可能小，才能不影响结构的振动特性。
( V )6 、混凝土构件开裂时，裂缝附近的应变计读数会突然增加。
(X )7、在结构试验中，不可以利用荷载和结构的对称性减少测点数量。
( X )8、用拔出法测定混凝土强度等级是一种非破损检测方法。
( X )9、一般的电阻应变片的灵敏系数比电阻丝的灵敏系数来得小(V )10、试验证明，超声回弹综合法的测量精度优于超声或回弹的单一方法。
( V )四、简答题1．简述生产检验性试验与科学研究性试验各自的试验目的？答：( 1 )生产检验性试验以直接生产为目的。
它以实际建筑物或结构构件为试验检验对象，经过试验对试验对象或以试验对象为代表的一批构件做出技术结论。
( 2)科学研究性试验的目的是验证结构计算的各种假定、发展新的设计理论、改进设计计算方法、修改和制定各种规范，为发展和推广新结构、新材料和新工艺提供理论和试验的依据。
2．按照试验的目的、对象、荷载性质和荷载持续时间分类，可将建筑结构试验分别分为哪几类？答：按照试验的目的、对象、荷载性质和荷载持续时间分类，可将建筑结构试验分别分为生产检验性试验与科学研究性试验；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。
《土木工程概论》第2章 土木工程材料1
二、土木工程材料的性质
2、材料的基本力学性质 （4）材料的耐久性与环境协调性
土木工程材料的发展方向要求除具有良好的使用性能外，还须具有良好的环境 协调性能，即具有好的耐久性、低的环境负荷值和高的可循环再生率，强调环保绿 色建材。
四、砂、石子
石子
粒径大于5mm的岩石颗粒，分碎石和卵石。在混凝土组成材料中，石子 为粗骨料，常用作路桥工程、铁路工程的路基道碴等。
四、砂、石子
砂
砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料。 根据粗细程度不停又有粗砂、中砂、细砂之分。土木工程常用的是中、粗砂。
四、砂、石子
砂
天然砂：由自然条件作用形成（主要为岩石风化），
四、砂、石子
砂
课后思考题 沙漠里的砂能否用于土木工程？
第二章 土木工程材料
《土木工程概论》
课前复习
1、土木工程有哪些性质，分别是什么意思？
课前复习
2、古代土木工程的时间范围，以及分为哪几个时期？
（新石器时代）—17世纪中叶 萌芽时期——形成时期——发达时期：
课前复习
3、以下哪项工程是近代土木工程典型代表？
A.埃及金字塔 B.圆明园 C.京杭大运河 D.三峡大坝
课前复习
4、现代土木工程有哪些特征？
工程功能化 城市立体化 交通高速化 工程设施大型化
学习 目标
1、掌握土木工程材料的分类和不同时期材料的应用情况。 2、能分辨和理解材料随时代变化发展的应用情况不断变化，对土 木工程常用材料有更多的认识，对以后详细学习材料计量计价打 基础。
土木工程结构实验方案
土木工程结构实验方案一、实验目的1. 了解钢筋混凝土梁的受力性能；2. 掌握钢筋混凝土梁的受弯破坏模式；3. 学习并掌握钢筋混凝土梁的受力分析。
二、实验原理在工程结构中，梁是一种常用的承重构件。
本实验是通过对钢筋混凝土梁进行受弯实验来了解其受力性能。
当梁受到外部荷载作用时，梁内部会发生弯曲变形，此时会对梁进行受拉和受压。
当超过了梁的承载能力时，梁会发生破坏，这种破坏通常是由于混凝土受压破坏或者钢筋受拉破坏所导致。
三、实验仪器与设备1. 铰接梁实验机：用于加载试件并测量试件受力和变形；2. 单向传感器：用于测量试件的应变变化；3. 梁模具；4. 铁水混凝土；5. 钢筋；6. 称量设备；7. 砂浆称量设备；8. 其他辅助工具。
四、实验步骤1. 配制混凝土：按照规定的水泥、砂、石料的配比，进行混凝土的配制；2. 做模具：根据设计要求，制作钢筋混凝土梁的模具；3. 配筋：按照设计要求，在模具中放置钢筋；4. 浇筑混凝土：在钢筋的周围浇筑混凝土；5. 养护：等混凝土养护完毕后，将试件取出模具；6. 实验前准备：将试件安装在铰接梁实验机上，并连接单向传感器；7. 施加荷载：通过铰接梁实验机，施加逐渐增大的荷载，记录试件的受力和变形数据；8. 观察试件破坏模式：当试件达到承载能力时，记录试件的破坏模式。
五、实验数据处理与分析1. 利用单向传感器测得的试件应变数据，可通过应变应力关系式计算试件内部的应力分布；2. 利用实验测得的试件受力数据，进行受力分析；3. 比对试件的破坏模式和理论分析结果，进行分析并得出结论。
六、实验注意事项1. 混凝土配制要按照设计要求进行；2. 钢筋的配筋要准确，位置要正确；3. 实验过程中要注意安全；4. 实验数据的记录和处理要准确。
七、实验结果与结论通过钢筋混凝土梁的受弯实验，我们可以了解混凝土梁的受力性能及破坏模式。
通过实验数据分析，可以得出钢筋混凝土梁在受弯荷载下的受力和变形情况，从而评价其受力性能。
《土木结构试验与检测》教学大纲
《土木结构试验与检测》课程教学大纲课程编码：课程性质：专业基础课教学对象：土木工程专业学时学分：36学时 2学分编写单位：编写人：审定人：编写时间：2016年07月一、课程说明1、课程简介《土木几个试验与检测》是我校土木工程专业的一门必修的专业基础课程；是电学、光学、光电子学、力学、钢筋混凝土结构和钢结构等学科相互交叉的、实用性很强的一门学科，是用试验的方法研究和测量建筑结构的强度、结构受荷载作用后的反应及评估建筑结构产品质量的一门学科。
2、教学目的要求通过学习《建筑结构试验》课程，使学生掌握经常使用的测试方法的基本原理和测量技术，结合土木工程专业的特点，培养学生结构检验的试验技能，使之具有从事一般建筑结构的检测能力，为学生进行现场结构检测和科学研究奠定基础；教学过程中要注意理论联系实际，突出基本理论的应用，重点使学生掌握建筑结构试验的试验设计、加载方法、数据采集和测量仪器。
通过试验，强化学生对规范条文的理解，提高设计技能，达到能熟练掌握典型结构静荷检测的测试内容、测试方法的全过程。
3、教学重点难点1.掌握桥梁、道路及其他人工构造物地基与基础的有关设计基本理论、实用计算方法和施工要点；2.能全面收集公路基础设计所需要的有关资料，能选取合理的地基型式和基础类型，应用公路桥涵地基与基础设计规范进行基础设计,以保证各类建筑物的使用正常和经济合理；3.具有解决实际工程问题的能力，对常见的基础工程事故能作出合理的评价。
4.掌握地基处理方法的基本原理与计算要点，了解特殊土的基本特性、对基础工程的危害及应采取的工程措施，具有处理地基基础问题的能力。
4、教学手段及教学方法建议采用课堂和实验操作相结合方式。
5、考核方式本课程是考试课。
6、选用教材刘明主编，土木工程结构试验与检测，高等教育出版社，2008年3月.7、教学参考书[1] 建筑地基基础设计规范（GBJ50007－2002），中华人民共和国建设部编，中国建筑工业出版社，2002。
土木工程结构试验2章1
第2章土木工程结构试验的设计Chapter 2 Design for Civil Structural Test 目录Contents2.1 研究性试验（research oriented testing） (12)2.1.1 设计阶段（planning phase） (12)1．试件设计（specimens design） (12)2．加载方案设计（design of loading scheme） (13)3．量测方案设计（design of measurement scheme） (14)4．安全措施（safety measures） (15)2.1.2 准备阶段（preparation phase） (16)1．试件的制作（specimens fabrication techniques） (16)2．试件质量检查（specimens quality inspection） (16)3．试件及加载设备安装（specimens and loading setup assembling） (16)4．仪器的率定（calibration of instrument） (17)5．仪表的安装（instrument assembling） (17)6．设计记录表格（design of record sheet） (17)2.1.3 实施阶段（loading phase） (17)1．加载（loading） (17)2．观测与记录（observation and record） (17)2.1.4 总结阶段（data analysis and report writing phase） (17)1．数据处理（data processing） (17)2．试验分析（test result analysis） (17)3．试验报告（test report） (18)2.2 检验性试验（verification testing） (18)2.2.1 试验对象（test structure） (18)2.2.2 试验荷载的取值（determination of testing load） (18)2.2.3 检验报告（inspection report） (19)本章小结（summary） (19)思考题（problems） (19)结构试验设计是一项细致而又复杂的工作，必须严格认真地对待，任何疏忽都会影响试验结果，甚至导致试验失败或危及人身安全。
课件-第2章-试验荷载与加载方法
1
3
2
4重
5
物 堆
1-试 件
放 2-重
1
集物
杠杆加载法
6 中 3-支 1-试件；2-重物；3-支座；
荷座
2 5
载 4-支 试墩
验
4-支墩；5-荷载盘；6-分 配梁支座；
7-分配梁；8-加载支点；
2.5 液压加载法
目前结构试验中最常用的加载方法； 可适用于静、动载试验，吨位可大、可小； 优点：利用油压使液压千斤顶产生较大的荷载，试验 操作安全方便。
作用在结构物上的几种动荷载
对于研究结构在各种荷载下的动力反应，需通过专门的 激振设备再现各种实际动荷载。2-1b—2-1d。
作用在结构物上的几种动荷载
动力反应主要指振幅、频率、加速度、动应力。
第2章 试验荷载与加载方法
2.1 试验荷载概论
伪静力试验 对结构施加反复循环荷载的方法，近似模拟地震作用，获 得结构的非弹性荷载-变形特性。。
试验荷载的加载方法有很多，一般都通过加载设备产生，加 载设备有许多种类，有重物、液压、气压、机械和电液伺服 加载系统以及与它们相匹配的各种试验装置等。
思考：我们实验室有哪些加载设备？它们属于什么加载系统
第2章 试验荷载与加载方法
2.2 重物加载法
重物加载是利用物体本身的重量施加在结构上作为荷载。 试验室内可采用的重物有专门制作的标准铸铁砝码、混凝 土立方试块、水箱等； 现场试验可以就地取材如砖、砂、石、袋装水泥等建筑材 料，或废构件、钢锭等。
电液伺服阀是电液伺服加载 系统中的核心元件，它直接 安装于液压作动器上。
电信号指令
液压油输出量
第2章 试验荷载与加载方法
（3）控制系统
液压控制器 控制液压源的启动和关闭
混凝土结构试验1、2章
建筑结构试验第一章结构试验概论所谓建筑结构试验，就是对建筑结构或者是它的构件施加一定的荷载，这个荷载我们指的就是比较广义的，包括力，也包括温度或者是变形，然后用现代的测试手段对它引起来的各种反应，比如说：变形、位移、应变等等进行测量，通过这些测量来观测结构对荷载的反应能力，考查它是否符合使用和设计要求，同时，也可以通过这种观测，来得到荷载与它产生的变形之间的关系，为计算提供实践根据。
结构试验是土木工程专业的一门专业课，首先它以建筑结构的专业知识为基础，例如材料力学、结构力学、弹性力学、混凝土结构、砌体结构、钢结构等。
其次结构试验必须依靠试验加载设备和仪器仪表来进行，了解这些设备仪表的原理和使用方法是很重要环节，这就需要掌握机械、液压、电工、物理等方面相关内容。
再次，计算机是现代结构试验技术的核心，运用计算机进行试验控制、数据采集、信号分析及处理等等。
总之，结构试验是一门综合性很强的课程。
在对结构进行试验时，试验方法必须遵守《混凝土结构试验方法标准》（GB50152-92）《建筑抗震试验方法规程》（JGJ101-1996）等专门技术标准。
1.1 建筑结构试验任务1研究对象：建设工程的结构物2主要任务：在试验研究对象上应用科学的试验组织程序，使用仪器设备为工具，利用各种实验为手段，在荷载或其他因素作用下，通过对结构物受作用后的性能进行观测和对测量参数进行分析，从强度、刚度和抗裂性以及结构实际破坏形态来判明结构的实际工作性能，从而对结构物的工作性能作出评价，对结构物的承载能力作出正确估计，确定结构对使用要求的符合程度，为验证和发展结构的计算理论提供可靠的依据。
例如：钢筋混凝土简支梁在静力集中荷载作用下，可以通过测得梁在不同受力阶段的挠度、角变位、截面应变和裂缝宽度等参数，来分析梁的整个受力过程以及结构的强度、挠度和抗裂性能。
所以，建筑结构试验是以实验方式测定有关数据，由此反映结构或构件的工作性能、承载能力和相应的安全度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要根据的学科。
结构试验原理
建筑结构试验第一章一、结构试验的任务结构试验是一门试验科学土木工程结构试验是一项科学实践性很强的活动，是研究和发展结构新材料、新体系、新工艺以及探索结构设计新理论的重要手段。
同时，也可通过试验对具体结构作出正确的技术结论。
实践性: 结构设计过程中，工程技术人员必须掌握在各种作用下结构的实际工作状态，了解结构构件的承载力、刚度、受力性能以及实际所具有的安全储备。
1）传统的理论计算方法；2）结构试验应力分析方法。
电子计算机技术的应用1）数学模型方法计算分析技术；2）计算机控制的结构试验技术。
结构试验主要内容1）工程结构静力试验和动力试验的加载模拟技术；2）工程结构变形参数的量测技术；3）试验数据的采集、信号分析及处理技术；4）对试验对象作出科学的技术评价或理论分析。
结构试验的任务工程结构试验的任务就是在结构物或试验对象（实物或模型）上，利用设备仪器为工具，采用各种实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震作用、风力……）或其他因素（温度、变形）作用下，通过量测与结构工作性能有关的各种参数（变形、挠度、应变、振幅、频率……），从强度（稳定性）、刚度和抗裂性以及结构实际破坏形态来判断结构的实际工作性能，估计结构的承载能力，确定结构对使用要求的符合程度，并用以检验和发展结构的计算理论。
二、工程结构试验的目的科学研究性试验目的：验证结构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、推理、假设及概念的正确性，或者是为了创造某种新型结构体系及其计算理论。
对象：对象即试件，具体结构或抽象模型。
研究问题：1）验证结构计算理论的假定。
2）为制订设计规范提供依据。
3）为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验。
生产鉴定性试验目的：检验结构构件是否符合结构设计规范及施工验收规范的要求，并对检验结果作出技术结论。
对象：一般是真实的结构或构件。
应用：1）检验结构的质量，说明工程的可靠性。
2）检验构件或部件的结构性能，判定构件的设计及制作质量。
土木工程系毕业课程设计
土木工程系毕业课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握土木工程的基本理论、设计原则和施工方法；2. 了解土木工程项目的立项、招投标、设计、施工、监理和验收等全过程；3. 熟悉土木工程领域的技术标准、规范和政策法规；4. 了解土木工程领域的发展动态和新技术应用。
技能目标：1. 能够运用所学知识进行土木工程设计，具备独立分析和解决问题的能力；2. 能够熟练使用专业软件和工具，进行结构计算、绘图和方案编制；3. 能够撰写完整、规范的工程招投标文件、设计说明书和施工组织设计；4. 能够进行施工现场管理，处理突发事件，确保工程质量、进度和安全。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱土木工程专业，树立正确的职业观念；2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力；3. 培养学生严谨的工作态度，注重细节，追求卓越；4. 培养学生关注社会热点问题，具备社会责任感和环保意识。
课程性质：本课程为土木工程系毕业设计课程，旨在巩固和拓展学生所学专业知识，提高学生的实际操作能力和综合素质。
学生特点：学生具备一定的专业理论基础，但实践经验和综合应用能力有待提高。
教学要求：结合课程性质、学生特点和教学目标，采用案例教学、实践操作和小组讨论等方法，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生具备土木工程设计、施工和管理等方面的综合能力，为毕业后从事相关工作奠定基础。
二、教学内容1. 土木工程设计原理：包括结构设计、岩土工程、道路与桥梁工程等基本设计原理，结合教材相关章节，通过案例分析，使学生掌握设计的基本方法。
- 教材章节：第1章 土木工程设计原理、第2章 结构设计原理、第3章 岩土工程设计、第4章 道路与桥梁工程设计2. 土木工程施工技术：涵盖施工组织、施工工艺、施工监理等方面内容，结合教材章节，进行实践操作教学，提高学生的施工技能。
- 教材章节：第5章 土木工程施工技术、第6章 施工组织设计、第7章 施工监理3. 工程项目管理：介绍工程项目立项、招投标、合同管理、成本控制等内容，结合实际案例，使学生熟悉项目管理流程。
【工程结构试验】第2章-试验的加载设备(2课时)
用点的变形会引起荷载值的较大改变
2.6 气压加载法
利用压缩空气正压加载、利用抽真空产生负 压加载
适用于平板、壳体等平面结构施加均布荷载 优点：加、卸载方便，荷载稳定、安全，结
构破坏时能够自动卸载 缺点：加载面无法观测
课时安排
第1章 结构试验概论
（2课时）
第2章 结构试验的荷载设备
（2课时）
第3章 结构试验的数据采集和测量仪器 （2课时）
第4章 结构试验设计
（4课时）
第5章 结构单调加载静力试验
（2课时）
第6章 结构低周反复静力加载试验
（2课时）
第7章 结构试验现场检测技术
（2课时）
第8章 结构试验的数据处理
2.7 电磁加载法
可进行静、动载试验 电磁式激振器
优点：频率范围宽、重量轻、控制方便、可按 给定信号产生多个波形的激振力
缺点：激振力不大、适用于小型结构试验
电磁振动台
优点：频率范围宽、振动稳定、波形失真小、 振幅和频率的调节较方便、容易实现自动控制
缺点：激振力小、适用于小型结构试验
ห้องสมุดไป่ตู้
2.8 人激振动加载法
反力架（由横梁立柱组成） 抗弯大梁或空间桁架式台座（适用于中小型构
件）、试验台座
现场试验
反力支架（包括平衡重、锚固桩头、现浇地梁 和箍架等）
型钢反力架、丝杆反力架
※ 荷载支承机构的形式
试验台座（槽式）
竖向反力架
水平反力架
※ 试验台座
抗弯大梁式台座和空间桁架式台座
适用于中小型构件试验，跨度短、荷载小； 特点：自平衡式，对支座和支承条件无要求。
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2.2
土木工程结构试验的试件设计
试件形状选择 试件尺寸与数量 试件构造措施等
试件设计应包括:
2.2.1试件的形状
试件设计的基本要求，是构造一个与实际受力相一致的应 力状态，当从整体结构中取出部分构件单独进行试验时，特别 是对在比较复杂的超静定体系中的构件，必须要注意其边界条 件的模拟，使其能反映该部分结构构件的实际工作状态。
1.优选设计法
针对不同的试验内容，利用数学原理合理地安排试验 点，用步步逼近，层层选优的方式以求迅速找到最佳试验 点的试验方法叫优选法。 单因素问题设计方法中的0.618法是优选法的典型代表。
优选法对单因素问题试验数量设计的优势最为显著， 其多因素问题设计方法已被其他方法所代替。
1.优选设计法
做馒头，碱放少了馒头会酸，碱放多了馒头会变黄、 变绿且带有碱味，碱放多少才合适呢？这是一个优选问题； 为了加强钢的强度，要在钢中加入碳，加入太多太少都不 好，究竟加入多少碳，钢才能达到最高强度呢？这也是一 个优选问题．在日常生活中和生产中，我们常常会遇到优 选问题。 可见，碱的多少与馒头好坏之间的关系，碳的多少与 钢的强度之间的关系，如果不能简单地用数学式子表示出 来，那么，应该如何解决呢？我们不妨观察一下炊事员蒸 馒头的过程：这次碱放多了，下次放少一点，下次碱放少 了，再下次放多一点，以此类推，试验效果一次比一次好， 最终获得碱的合适加入量，做出好馒头太妙了！炊事员给 了我们一个启示：用试验的办法来解决！
结构试验设计
试件设计 试验荷载设计 试验观测设计 试验误差控制措施 试验安全措施 试件制作与安装 试验人员组织分工 仪器设备的检验与率定 材料力学性能试验
确定试验荷载图示 设计试验加载装置 选择试验方法及设备 设计试验加载制度
结构试验准备
确定试验观测项目 确定测点布置位置与数目 选择测试仪器与设备
结构试验实施
试验准备阶段的主要工作有：
1．试件的制作。 2．试件质量检查。 3．试件安装就位。 4．安装加载设备。 5．仪器仪表的率定。 6．作辅助试验。 7．仪表安装，连线试调。 8．记录表格的设计准备。 9．算出各加载阶段试验结构特征部位的内力及变形 值．以备在试验时判断及控制。 10．在淮备工作阶段和试验阶段应每天记工作日志。
(b) (a)
(c)(h)(i)(d)(e)(f)
(g)
框架结构中梁柱和节点试件形状
• 2.2.2 试件尺寸
• 工程结构试验所用试件的尺寸和大小，总体上分为原型和 模型两类。 • 生产鉴定性试验中的试件一般为实际工程中的构件，即原 型构件，如屋面板、吊车梁等。
• 基本构件性能研究的试件大部分采用缩小比例尺的小构件， 压弯构件的截面为(16cm×16cm)～(35cm×35cm)，矩形柱 (偏压剪)为(15cm×15cm)～(50cm×50cm)，双向受力构件 为(10cm×l0cm)～(30cm×30cm)。
1.优选设计法
解答一个优选问题，往往需做若干次试验．安排这些 试验的方法，选择时必须讲究科学．例如，对钢中加入多 少碳的优选问题，假设已估计出每吨加入量在1000克、100 2克、…为试验点，共需做一千次试验．若按一天做一次试 验计算，则需花将近三年的时间才能完成，太费时了！这 种安排方法显然不可取，有更科学的安排方法吗？能否减 少次数，迅速找到最佳点呢？ 为此，数学家们设计了运用数学原理科学地安排试验 的方法，这就是人们所说的“优选法”．数学大师华罗庚 （1910年～1985年）从1964年起，走遍大江南北的二十几 个省（市），推广优选法，他在单位因素优选问题中，用 得最多的是0.618法。 0.618法是根据黄金分割原理设计的， 所以又称之为黄金分割法．
第四次试验后，再与第二次比较，并取舍，在留下部分 用同样方法继续试验，直到找到最佳点为止。一次又一次试 验，一次又一次比较取舍，从第二次试验起，每次能去掉相 应范围的382/1000，试验范围逐步缩小，最佳点逐步接近， 因此，0.618法能以较少的试验次数，迅速找到最佳点．
不少工厂在配比配方、工艺操作条件等方面，用0.618 法解决了优选问题，从而提高了质量，增加了产量，降低了 消耗，取得了很好的经济效益。例如，粮食加工通过优选加 工工艺，一般可以提高出米率1～3。
剪力墙单层墙体试件的外形尺寸为(80cm×100cm)～(17 8cm×274cm)，多层的剪力墙为原型的1/10～1/3。 砖石及砌块的砌体试件一般取为真型的1/4～1/2。国内 曾进行过多幢砖石和砌块多层房屋结构的足尺房屋实验。 框架试件截面尺寸为原型的1/4～1/2。框架节点一般为 原型的1/2～1，做足尺模型试验一般要求反映有关节点的配 筋与构造特性，国内曾先后进行过装配式混凝土和空心混凝 土大板结构的足尺房屋试验。 实践证明，试件尺寸将受到尺寸效应、构造要求、试验 设备和经费条件等因素的制约。
试验加载 试验反应观测和数据采集 试件变形、裂缝和破坏形态 记录 试验观测和采集数据处理 结构参数识别 结构破坏机制分析 结构性能与承载力分析
结构试验分析
结构试验结论
试验总结报告
• 以简支梁试件设计为对象说明试验设计的主要内容： • (1)试件设计 • 确定试验参数，结合试验经费与时间，进行试件设计。 • 如适筋梁试验：强剪弱弯原则、板的抗剪问题、梁截面 尺寸的确定、经济配筋率问题。 • (2) 加载设计。 • 支承条件、加载方式（等弯矩段）、加载设备、加载制 度（荷载与位移混合控制）。 • (3) 观测设计。 • P-Δ、挠度、裂缝、应变、曲率等。尽可能多地测量内 容，充分利用试验。
• 任务：参照一些成熟的实验，设计并讲解一个完整试验。
2.1土木工程结构试验的一般过程
土木工程结构试验包括结构试验设计、试验准备、试 验实施和试验分析等主要环节，每个环节的工作内容和它 们之间的关系如下图所示：
结构试验目的
调查研究、搜集有关资料 确定试验的性质与规模
设计试件的形状和尺寸 确定试件的数量 设计构造措施
2.1.4土木工程结构试验数据处理与分析
1．试验数据处理。因为从各个仪表获得和量测的数据和记 录曲线一般不能直接解答试验任务所提出的问题，它们只 是试验的原始数据，需对原始数据进行科学的运算处理才 能得出试验结果。
2．试验结果分析。试验结果分析的内容是分析通过试验得 出了哪些规律性的东西，揭示了哪些物理现象。最后，应对 试验得出的规律和一些重要的现象做出解释，分析它们的影 响因素，将试验结果和理论值进行比较，分析产生差异的原 因，并做出结论，写出试验总结报告。总结报告中应提出试 验中发现的新问题及进一步的研究计划。
第二章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
土木工程结构试验设计
土木工程结构试验的一般过程 土木工程结构试验的试件设计 试验荷载方案设计 结构试验观测方案设计 结构试验与材料力学性能的关系 试验大纲及其他文件
• • • • • • • • • • •
讨论： 1、结构试验包括哪些主要环节？ 2、结构试验设计的定义为？ 3、生产性试验的试件数目的确定原则是什么？ 4、采用什么方法确定多因素科研试验的试件参数？ 5、简述模型设计中主要的相似要求。 6、确定相似条件的方法有哪两种，试对比分析。 7、试列出不考虑自重荷载的静力试验模型的相似条件。 8、阐述结构试验荷载的分类。 9、何谓结构试验的加载制度。 10、简述试验测点选择与布置的原则。
1.优选设计法
③第三次试验点：比较两次试验结果，如果第二点比第一点 好，则去掉1618克以上的部分；如果第一点较好，则去掉138 2克以下部分。假定试验结果第二点较好，那么去掉1618克以
上的部分，在留下部分找出第二点的对称点做第三次试验．
第三点=1618-1382+1000=1236（克）。图下图
因子数
2 1 2 3 4 2 4 8 16
水 3 3 9 27 81
平
数 4 4 16 64 256 5 5 25 125 625
5
32
243
1024
3125
3.正交设计法
试验工作者在试验设计中经常采用一种解决多因素问 题的试验设计方法——正交试验设计法，它主要是将参数 组合与试验结果合并在一起考虑、应用均衡分散、整齐可比 的正交理论编制的正交表来进行整体设计和综合比较的。 均衡分散：试验点在试验范围内散布均匀 整齐可比：试验点在试验范围内排列规律整齐 它科学地解决了各因子和水平数相对结合可能参与的 影响。 也妥善地解决了试验所需要的试件数与实际可行的试 验试件数之间的矛盾，即解决了实际所作小量试验与要求 全面掌握内在规律之间的矛盾。
2.2.3试件数目
在进行试件设计时，试件数目即试验量的设计是一个不可忽 视的重要问题，因为试验量的大小直接关系到能否满足试验的目 的、任务以及整个试验的工作量问题，同时也受试验研究、经费 和时间的限制。 生产性试验：按试验任务的要求来确定试件数量。 科研性试验：(1)单因素根据因素的水平数来确定试件数量；(2) 多因素采用正交试验设计法来进行试验设计并对试验结果进行科 学分析。
现仍以钢筋混凝土柱剪切强度基本性能研究问题为例， 用正交试验法做试件数目设计。如果同前面所述主要影响因 素为5，而混凝土只用一种强度等级C20，这样实际因子数只 为4，当每个因子各有3个档次，即水平数为3。详见下表： 钢筋混凝土柱剪切强度试验分析因子与水平数 主要分析因子 因子档次数 代 因子名称 1 2 3 号 A 钢筋配筋率 0.4 0.8 1.2 B 配箍率 0.2 0.33 0. 5 C 轴向应力 20 60 100 D 剪跨比 2 3 4 混凝土强度等级 E 13.5MPa C20
2.因子设计法
因子是对试验研究内容有影响的发生着变化的因素， 因子数则为可变化因素的个数，水平即为因子可改变的 试验档次，水平数则为档次数。 因子设计法又叫全面试验法或全因子设计法，试验 数量等于以水平数为底，以因子数为次方的幂函数，即 试验数＝水平数因子数