第二章结构试验设计
建筑结构试验问答题答案
第一章结构试验概论一、名词解释1、相似模型试验：是指用适当的比例尺和相似材料制成与原型几何相似的试验对象，在模型上施加相似力系，使模型受力后重演原模型结构的实际工作状态，最后按相似条件由模型试验的结果推算实际结构的工作。
2、结构动力试验：是研究结构在不同性质动力作用下结构动力特性和动力反应的试验。
3、结构动力特性试验：是指结构在受动力荷载激励时，在结构自由振动或强迫振动情况下测量结构自身所固有的动力性能的试验。
4、结构动力反应试验：指结构在动力荷载作用下，量测结构的动力性能参数和动态反应的试验。
5、结构疲劳试验：指结构构件在等幅稳定，多次重复荷载的作用下，哦测试结构疲劳性能而进行的动力试验。
6、刚度检验法：是以30%-60%的设计荷载进行加载，测得结构变形和材料的应变与理论计算对比，如果符合得较好，可以承认试验结构和材料的可靠性。
7、承载力检验：一般加载到小于极限荷载的某一预定荷载值，检测结构受载后的反应。
8、缩尺模型试验：是原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物。
二、问答题1、生产性试验一般用来解决哪些问题？答：生产性试验一般用来解决：①综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量⑵鉴定预制构件的产品质量③对已建结构进行可靠度检验，推断和估计结构的剩余寿命④对工程改建或加固，通过试验判断结构的实际承载能力⑤对受灾结构和工程质量事故，通过试验提供技术依据。
2、结构静力试验有什么特点？答：结构静力试验的特点：①加载设备相对简单⑵荷载可以逐步施加③可以停下来仔细观测结构变形的发展，给人们以最明确和清晰的破坏概念。
3、试举出常用于动力试验中的方法有哪几种？答：常用于动力试验中的方法有：。
结构动力特性试验。
结构动力反应试验①结构疲劳试验。
4、结构试验按试验荷载的性质不同可以分为哪几类？答：结构试验按试验荷载的性质不同可以分为：。
结构静力试验。
结构动力试验③结构抗震试验。
6、科研性试验的目的是什么？答：科研性试验的目的是：①验证结构计算理论的假定⑵为制定设计规范提供依据③为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验。
工程结构试验课程设计
工程结构试验课程设计一、教学目标本课程旨在通过工程结构试验的学习，使学生掌握工程结构试验的基本原理、方法和过程，培养学生运用试验方法解决工程问题的能力。
具体目标如下：1.掌握工程结构试验的基本概念、分类和特点；2.熟悉常见工程结构试验的方法和步骤；3.了解工程结构试验设备的使用和维护。
4.能够正确选择和使用工程结构试验设备；5.能够独立完成常见工程结构试验的操作；6.能够分析试验数据，得出合理的结论。
情感态度价值观目标：1.培养学生的动手能力和实践能力，提高学生对工程结构试验的兴趣；2.培养学生严谨的科学态度和团队协作精神；3.培养学生关注工程安全、质量和环保的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.工程结构试验的基本概念、分类和特点；2.常见工程结构试验的方法和步骤；3.工程结构试验设备的使用和维护；4.工程结构试验数据的处理和分析；5.工程结构试验案例分析。
教学大纲安排如下：第一章：工程结构试验概述1.1 工程结构试验的概念和作用1.2 工程结构试验的分类和特点1.3 工程结构试验方法的选择第二章：工程结构试验设备及操作2.1 常用工程结构试验设备及功能2.2 工程结构试验设备的选用原则2.3 工程结构试验设备的使用和维护第三章：工程结构试验数据的处理和分析3.1 试验数据的基本处理方法3.2 试验数据的统计分析3.3 试验结果的判断与评价第四章：工程结构试验案例分析4.1 案例一：桥梁荷载试验4.2 案例二：高层建筑结构试验4.3 案例三：隧道工程试验三、教学方法针对本课程的特点和学生实际情况，采用以下教学方法：1.讲授法：讲解工程结构试验的基本概念、原理和方法，引导学生掌握相关知识；2.讨论法：学生针对试验案例进行讨论，提高学生的思考和分析能力；3.案例分析法：通过分析实际工程案例，使学生了解工程结构试验在实际工程中的应用；4.实验法：学生动手进行工程结构试验，培养学生的实践能力和团队合作精神。
第二章 静载试验-1
❖ 【例题】等强度梁静态应变测试
❖ 采用等强度钢梁，钢梁的μ=0.285，L=150mm,室温、
单向受力状态，应变片丝栅方向与最大主应变方向一
致，采用砝码在梁一端施加作用力P=0.1KN，测得挠
图３.５ 单、双向作用液压加载器图
1.端盖 2.进油出油口 3.油封装置 4.活塞杆 5.活塞 6.工作油缸 7.固定环
❖ 2、 液压千斤顶（ P21～ P23）
手动液压千斤顶： （P23图3-11） 无需电源，适合现场结构静载试验和实验室的
试验。 扁式液压千斤顶：砌体结构现场试验（P23图3-12）
二. 应变片的规格——几何参数
❖ 应变片的敏感栅工作面积：应变片敏感栅长宽之积S=L*b ❖ L-栅长标距 ❖ b-栅宽 ❖ 注意：尽量选用L大、 b小的应变片。
图2.26 电阻应变片构造示意图
1.引出线 2.电阻线 3.覆盖层 4.基底层
❖三、 电阻应变片的构造
❖ 电阻应变片的主要技术指标如下； ❖ ⑴电阻值R（Ω）； ⑵标距； ⑶ 灵敏系数K。
2. 灵敏系数：单向受力状态下，敏感栅纵向中心
线与应力方向平行时，应变片电阻值的相对变化与
沿其纵向的应变之比值
R
k
R
X
电阻丝端头横向变形，电阻应变片的实际灵敏 度K≤K0。实际工作中一般采用标定的方法确定应 变片的灵敏度。灵敏系数K值与敏感栅的材料和构 造有关，由生产厂家标定给出。常用应变片的K值
1.试验荷载的作用方式必须使被试验结构或构件 产生预期的内力和变形
2. 加载设备产生的荷载应能够以足够的精度进行 控制和测量
3. 加载设备和装置不应参与结构工作，不改变结 构或构件的受力状态
建筑结构试验--2
重力加载图示：
构件标志长度l
≥50mm ≤l/5 加载重物
试件 支座
杠杆加载
保护块
杠杆加载有放大荷重的效果，并且在结构变形时，荷载保持恒 定，对持久试验尤为适合。
重物加载的优缺点 （1）优点：设备简单，取材方便，荷载数值稳定， 加载形式灵活，不因试验过程中结构的变形或徐变而减 小，适用于长期均布荷载和静载试验，采用杠杆间接重 力加载，对持久荷载试验及进行刚度和裂缝的研究尤为 合适。因为荷载是否恒定，对裂缝的开展与闭合有直接 影响。 （2）缺点：产生的荷载值小，操作笨重，占用面积 大，用堆载法时，一旦结构物达到极限后，因荷载不随 结构变形而自行卸载，容易发生安全事故。
选择试验荷载与加载方法时，应满足以下几项要求： ①选用的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 力值相一致或极为接近； ②荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值准确稳定，特别是 静荷载要不随加载时间、外界环境和结构物变形而变化，保证荷载量 的相对误差不超过±5%； ③静载试验便于分级加载和卸载，能控制加、卸载速度，荷载分级 的分度值要满足试验量测的精度要求； ④加载装置本身要安全可靠，不仅满足强度要求，还必须按变形条 件来控制加载装置的设计，即满足刚度要求。防止对试件产生卸载作 用而减轻结构实际承担的荷载； ⑤加载设备要操作方便，便于加载和卸载速度，又能适应同步加载 或先后加载的不同要求； ⑥试验加载方法要力求采用现代化先进技术，减轻体力劳动，提高 试验质量。
电液伺服振动台的组成：由台体结构、液压驱动和动力系 统、控制系统、测试和分析系统组成。 台体结构：台面具有一定尺寸的平板结构（同济4*4m，日本原 子能工作试验中心是15*15m） 液压驱动和动力系统：按照振动台的单向（水平或垂直）、双 向（水平--水平或水平--垂直）或三向（二向水平--垂直）运 动。液压驱动系统是给振动台以推理，各向加载器推力取决于 可动质量的大小和最大加速度的要求。常用电液伺服系统来驱 动。 控制系统：分为模拟控制方法和数字计算机控制方法。 模拟控制方法：有位移反馈控制和加速度信号输入控制两种。 数字计算机控制方法：采用计算机进行数字替代的补偿技术。 可由计算机将台面输出信号与系统本身的传递函数（频率响应） 求得下一次驱动台面所需的补偿量和修正后的输入信号。经过 多次迭代，直至台面输出反应信号与原始输入信号之间的误差 小于预先给定的量值，即完成了迭代补偿并得到满意的期望地 震波。
建筑结构试验第2章_试验荷载与加载方法
电磁式激振器
磁系统（励磁线圈、铁心、磁极板）、动圈（工作线圈）、
弹簧、顶杆。
第二章荷载与加载
精选课件
2.7 电磁力加载法
❖ 2.7.2
电磁振动台
第二章荷载与加载
精选课件
2.8 人激振动加载法
❖ 利用人自身在结构上的有规律的活动与结构
自振周期同步运动，产生惯性力，形成共振
试验的振幅。
第二章荷载与加载
❖
第二章荷载与加载
精选课件
2.2 重力加载
包括重力直接加载法和杠杆加载法
❖ 直接加载法
❖ 应注意避免因荷
重块产生拱作用
而改变荷载分布。
❖ 杠杆加载法
结构变形后荷载
不改变，但无法
自行卸载。
❖
第二章荷载与加载
精选课件
2.2 重力加载
❖ 重力加载法
第二章荷载与加载
精选课件
2.2 重力加载
❖ 杠杆加载法
❖ ♦ 成对试验加载
❖ 2.10.3
第二章荷载与加载
精选课件
2.10 荷载支承设备和试验台座
❖ 2.10.3
第二章荷载与加载
现场试验的荷载装置
精选课件
第2章 试验荷载与加载方法
思考题：
❖ 1、简述重力加载法的特点。
❖ 2、如何避免重力加载法中的拱效应？
❖ 3、液压加载器有哪几种？
❖ 4、电液伺服加载系统的主要功能有哪些？
❖ ♦ 电液伺服液压系统；
❖ ♦ 地震模拟振动台。
第二章荷载与加载
精选课件
2.3 液压加载
❖ 2.3.1液压加载器
❖ 千斤顶
第二章荷载与加载
精选课件
2.3 液压加载
最新第二章 结构试验大纲
根据选用材料确定质 量相似常数 确定相似条件 确定荷载相似常数 推算实际结果 模型试验
确定边界条件
确定物理量相似条件
5、静力试验模型相似条件
以悬臂梁承受集中荷载为例。
P
h a L b
距约束端部距离为 a截面弯矩：M P PP (l p a p ) 该截面边缘最大正应力 为： p 该截面处挠度为： fp PP a 2 p 6E p I P Mp WP PP (l p a p ) WP
力性能。
3、模型相似要求及相似常数
（1）、几何相似 模型和实际结构间必须满足几何相似。 含义：
hm bm lm Sl hp bp l p SA Am hm bm Sl2 Ap h p h p
1 2 h b Wm 6 m m Sw Sl3 Wp 1 h2 b p m 6 1 3 h b I m 12 m m SI S l4 1 3 Ip hp bp 12
(3l p a p )
若将以上悬臂梁实际结构作成模型，要求其几何相似系数、材料
弹性模量相似系数、荷载相似系数分别为：
Sl
hm lm bm hp l p bp
Wm Sl3 WP Im Sl4 Ip SE S p Em EP Pm Pp
在确定完几何相似、材料相似、荷载相似条件后，其物理量相似常数为：
第二章 结构试验大纲
一、结构试验主要环节 结构试验主要环节：结构试验设计、结构实验准备、实施、试验数据分
析。各环节包含的内容见框图。
二、结构试验大纲 结构试验大纲（方案）是进行结构试验前必须进行的纲领性、指导性文件。 结构试验大纲包括： 1、试验目的 2、试件设计及制作要求 3、辅助试验内容 4、试件安装、就位要求
建筑结构试验复习资料
建筑结构试验第一章绪论1，建筑结构试验的任务：就是在结构物或试验对象上，以仪器设备为工具，利用各种试验技术为手段，在荷载或其他因素作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数，从强度、刚度、抗裂性以及结构的破坏形态等各个方面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。
2，生产性试验：（具有直接的生产目的，以实际建筑物或结构构件为试验鉴定对象，经过试验对具体结构构件作出正确的技术结论）常用以解决以下问题：①综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量②鉴定预制构件的产品质量③已建结构可靠性检验，推断和估计结构的剩余寿命④工程改建或加固，通过试验判断具体结构的实际承载能力⑤处理受灾结构和工程质量事故，通过试验鉴定提供技术依据3，科研性试验：（目的是验证结构设计计算的各种假定，通过制定各种设计规范，发展新的设计理论，改进设计计算方法，为发展和推广新结构、新材料及新工艺提供理论依据与实践经验）①验证结构计算理论的假定②为制定设计规范提供依据③为发展和推广新结构、新材料及新工艺提供理论依据与实践经验4，结构试验分类：按试验对象分：①原型试验②模型试验。
按试验荷载性质分：①结构静力试验②结构动力试验③结构抗震试验。
按试验时间长短分：短期荷载试验和长期荷载试验按试验所在场地分：实验室结构试验和现场结构试验。
按试验是否破坏分结构破坏试验和结构非破坏试验。
模型试验分：⑴相似模型试验：几何相似、力学相似、材料相似⑵缩尺模型试验：原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物⑶足尺模型试验：结构静力试验：加载过程实质和再从零开始逐步递增一直加到试验某乙预定目标或结构破坏为止。
结构动力试验: 研究结构在不同性质动力作用下结构动力特性和动力反应的试验。
分：⑴结构动力特性试验：指结构受动力荷载激励时，在结构自由振动或强迫振动情况下量测结构自身所固有的动力性能试验。
用人工激振或环境随机激振，量测自振频率、阻尼系数和结构振型。
2结构试验(加载方法与设备)
建筑结构试验
动载加载装置
试验设备
选择荷载和加载方式的几点要求：
1、试验荷载的图式 2、试验荷载的传力方式 3、精度和强度 4、加载装置安全可靠 5、加载设备操作方便 6、加载方法力求采用现代化先进技术
建筑结构试验
气压加载装置示意图
建筑结构试验
真空加载试验
建筑结构试验
建筑结构试验
二、气压加载的特点和要求 1、气压加载的特点
（1）能真实地模拟面积大、外形复杂结构的均布受力状态； （2）加卸载方便可靠； （3）荷载值稳定易控； （4）需要采用气囊或将试件制成密封结构，试件制作工作量大； （5）施加荷载值不能太大； （6）构件内表面无法直接观测； （7）气温变化易引起荷载波动。
建筑结构试验
2.1概述
结构试验
模拟结构在实际受力工作状态下的反应 对试验对象施加荷载 因此 荷载的选择是否正确合理，影响到试验工作的 顺利进行。
建筑结构试验
如何选择 正确、合理的荷载？ 必须对常用的加载方法和设备 有充分的认识和了解
建筑结构试验
静载加载装置
主要包括： 重力加载、机械力加载、气压 加载、液压加载等
建筑结构试验
三、大型结构试验机
为在实验室里进行大型结构构件的试验，将大吨位的液压千 斤顶制成专门的液压加载系统。该系统由液压操作台、液压 千斤顶、试验机架和管路系统组成，是集液压加载、反力机 构、控制与测量于一体的比较完善的专用加载系统。 长柱结构试验机：
建筑结构试验
建筑结构试验
2、电动液压加载装置的构成与手动分体式加载装置类似，手 动油泵被电动油泵取代，由电动机提供能源，组成电动液压 加载装置，千斤顶可采用单作用式或双作用式。 特点：操作简便，加载能力强，普通液压千斤顶加载力可达 10000kN以上。一台油泵通过油路分配装置可与多个千斤顶 连接，实现多点同步加载。
第二章 试验设计的基础知识
2.4 试验设计的基本要求
二、试验条件要有代表性
试验条件具有代表性，试验结果才能进行扩大生产。
三、试验的重现性
相同条件下再进行试验，能重复获得与原试验相类似的结果。
四、选择适当的试验指标果最基本的分析方法是方差分析。因此，试验结果数 据须满足方差分析的基本模型要求，如正态、独立、等方差 等要求；若不能满足则须采取相应的措施，如数据转换等。
试验设计的广义理解是指整个试验过程的设计。 应当包括三个组成部分：
1）确定试验处理方案； 2）观察资料的收集与整理； 3）统计分析方法。 进行试验设计，首先要明确几点：试验目的，考 核和评价的指标，考察的因素。然后根据试验的目的 来合理设计试验方案，组织试验的具体实施，最后对 试验结果进行统计分析。
试验设计中根据试验目的的不同，可以选择一个试验 指标，也可以同时选择多个试验指标，前者称为单指标试 验，后者称为多指标试验。
二、试验因素（factor）：
在试验设计中，可能对试验指标产生影响的条件称 为试验因素或因子。因素可看作被考察的自变量，亦称 作激励(activation)。 一般用大写英文字母A、B、 C…...来标记。 例如:在悬挂犁牵引阻力试验：研究对象为悬挂犁； 土壤坚实度、土壤水分、土壤质地、土壤结构和土壤茬 口对悬挂犁的牵引阻力有很大的影响，这些就是影响牵 引阻力的因素。 定量因素：若因素的取值可以在某一区间内连续变 化，称其为定量因素；（如：加温温度、保温时间等） 定性因素：若因素只能取有限个类别，称之为定性 因素；（如原材料产地、原材料品种等）。
举例： 为了评价A、B和C三种测定维生素C方法的好坏，有 甲、乙、丙三人进行试验，为了减少随机误差，遵循“重 复”原理，每个方法重复三次，共9次试验（即9个处理） 每人做三次试验设计方法如下：
建筑结构试验绪论
郑州大学土木工程学院 孙增寿 教授
建筑结构试验
建筑结构试验
建筑结构试验
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 结构试验概论 结构试验的加载设备和试验装置 结构试验的数据采集和测量仪器 结构试验设计 结构静力试验 结构动力试验 结构抗震试验 非破损检测技术
第一章 结构试验概论
试验 务
在结构物或试验对象(实物或模型)上,以仪器 设备为工具,利用各种试验技术为手段,在荷载(重 力,机械扰动力地震力,风力…….)或其它因素(温度, 变形沉降……)作用下,通过测试与结构工作性能 有关的各种参数(变形,挠度,位移,应变,振幅,频 率……),从强度(稳定),刚度,开裂性以及结构的破 坏形态等各个方面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,并用于检验和发展结果的计算理论.
支座
分配梁
试验试件
垫板
支座 支墩 试验台座
钢筋混凝土简支梁加载装置图
（现场）
钢筋混凝土简支梁加载装置图
14.结构试验对铰支座的基本要求 1）保证结构在支座处能自由水平移动和自由转动； 2）保证结构在支座处力的传递； 3）要在支座处设置垫板； 4）滚轴的长度，一般取等于试件支承处截面宽度b； 5）滚轴的直径根据其受力大小确定。 15.荷载传递装置：杠杆、分配梁（不宜大于3层）、卧梁. 16.荷载支承装置： 1）竖向支承装置：由横梁立柱组成的反力架和试验台座组成。 2）水平荷载支承装置：反力架、反力墙（剪力墙）。
P nkp
13、惯性力加载法 1）冲击力加载：初位移加载法、初速度加载法 2）离心力加载
h2.5m 10~20cm
14.其它加载方法： 1）反冲激振器加载； 2）人工爆炸加载； 3）人激振动加载； 4）环境随机激振加载。 15.结构试验荷载装置 1）试件支承装置：支座、支墩
第二章 结构试验设计
第二章 试验设计、试验前的准备及试验方案试验大纲：1、 建筑结构试验的主要环节概述2、 建筑结构试验的试件设计3、 建筑结构试验的荷载方案设计4、 建筑结构试验的观测方案设计5、 建筑结构试验材料的力学性能6、 建筑结构试验大纲和试验基本文件本章提要建筑结构试验包括结构试验设计、结构试验准备、结构试验实施和结构试验结果分析 等主要环节。
本章主要介绍试验的前期准备工作，内容包括试件及模型设计、荷载方案设计、观测方案设计、材料的力学性能试验、建筑结构试验的安全与防护措施设计及结构试验大纲和试验基本文件的编制等内容。
学习本章，应着重掌握试件及模型设计、荷载方案设计、观测方案设计等内容，并对材料的力学性能试验、试验的安全与防护措施设计及结构试验大纲和试验基本文件的编制有一定的了解。
2.1、建筑结构试验的主要环节概述建筑结构试验包括结构试验设计、结构试验准备、结构试验实施和结构试验结果分析等主要环节，他们之间的关系如图2.1所示。
结构试验目的结构试验设计结构试验准备结构试验实施结构试验分析结构试验结论试验总结报告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图2.1 结构试验的主要环节结构试验设计是整个结构试验中极为重要的一项工作。
它的主要内容是对所有进行的结构试验工作进行全面的规划与设计，从而使试验计划与试验大纲能对整个试验起着统管全局和具体指导的作用。
2.2 建筑结构试验的试件设计2.2.1 试件设计（1） 试件的形状试件的基本要求是构造一个与实际受力相一致的应力状态，这个问题对于静定系统中的单一构件（如梁、柱、桁架等），一般构件的实际形状都能满足要求，问题比较简单。
建筑结构试验复习资料
建筑结构试验02448第一章结构试验概论1.1 结构试验的任务1.简述结构试验的任务建筑结构试验的任务：在结构物或实验对象上以各种仪器设备为工具利用实验技术手段，在荷载作用下通过测试与结构工作性能有关的参数（变形挠度位移应变振幅频率），从强度刚度抗裂性和破坏形态判断实际工作性能，估计承载能力，确定结构对使用要求的符合程度，用来检验发展结构的计算理论。
2.剑术结构试验在科学发展中的作用和意义以实验方式测试有关数据。
反映结构构件的工作性能、承载能力、可靠度，为结构的安全使用、设计理论提供依据。
1.2 结构试验的目的结构试验从目的出发分为生产性试验和科研型试验。
A.生产性试验1.具有直接生产的目的，以实际建筑物或者构件为试验鉴定对象，通过试验对结构作出正确的技术结论。
2.生产性试验可以解决哪些问题？(1).综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量。
(2).鉴定预制构件的产品质量（比如生产的纲吉你混凝土预制构件出场或安装前必须用科学抽样试验的原则按照质量检验评定标准和试验规程推断其质量）(3).既有结构可靠性检验推断和估计结构剩余寿命（大多采用非破损检测试验法，采用与实际结构相符的分析模型和分析方法进行评判）(4).工程改建加固通过试验判断既有结构实际承载能力。
(5).处理受灾结构或者工程质量事故通过试验鉴定提供技术依据。
B.科研型试验1.目的是验证结构设计计算的假定，通过制定各种设计规范发展新的设计理论并改进计算方法，为发展和推广新结构新材料新工艺提供理论依据和实践经验。
2.科研型试验可以解决哪些问题？(1).验证结构计算理论的假定（对结构构件的计算图示和本构关系作简化假定，动力和静力分析中，本构关系模型化也是试验确定）(2).为制定设计规范提供依据（钢混结构和砖石结构的计算理论全部以试验研究的直接结果为基础，题型了结构试验在发展设计理论和改进设计方法上的作用）(3).为发展和推广新结构新材料新工艺提供实践经验1.3 结构试验的分类一.按试验对象的尺寸分类A.原型试验1.对象：实际结构或者实际结构构件，一般用于生产性试验。
混凝土结构试验作业指导书
混凝土结构试验作业指导书第一章总则第1.0.1条为确保混凝土结构试验的质量，正确评价混凝土结构的基本性能，统一混凝土结构的试验方法，特制定本标准。
第1.0.2条本标准适用于工业与民用建筑和一般构筑物的钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构的荷载试验。
不适用于有特殊要求的研究性试验，以及处于高温、负温、侵蚀性介质等环境条件下的结构试验。
第1.0.3条引用GB50152－92标准。
在执行本标准时，还应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GBJ10－89、《建筑结构荷载规范》GBJ9－87以及其它有关标准、规范的规定。
第二章试验结构构件的制作及材料基本力学性能第2.0.1条试验结构构件的材料、截面几何尺寸和施工质量应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》、《预制混凝土国家质量检验评定标准》及有关标准、规范的要求。
制作研究性试验结构构件时，应保证量测仪表用预埋件和预留孔洞的正确位置和减少截面的削弱，并应采取措施防止施工中损坏预埋传感元件。
在构件承受较大集中荷载的部位应采取钢筋网片或钢板等局部加强。
第2.0.2条试验结构钢筋的钢筋应取设计作屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯等力学性能试验。
钢筋试件的拉力试验应符合现行国家标准《金属拉力试验法》的要求。
当需要确定国家的钢筋应力时，应测定钢筋的弹性模量，并绘制应力－应变曲线。
第2.0.3条对研究性试验，在制作试验结构构件时应采用同批拌和物制作混凝土立方体试件，并与试验结构构件同条件养护。
当需要测定混凝土的应力、弹性模量或轴心抗压强度时，应制作棱柱体试件，并宜绘制混凝土的应力－应变曲线。
当进行抗裂性研究时，应同时制作用来测定抗拉强度的混凝土立方体试件。
立方体试件和棱柱体试件的制作、养护和试验应符合现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》的要求。
第2.0.4条当采用新品种的钢筋或水泥制作试验结构构件时，材料的质量应符合国家现行有关标准、规范的要求。
第2.0.5条对成批生产的预制构件的抽样检验，其试验构件的钢筋和混凝土的力学性能指标，试验前应由送检单位提供。
建筑结构试验复习
建筑结构试验复习整理第一章：结构试验概要一、结构工程发展依靠结构试验、结构理论和数值计算三部分组成;结构试验是检验理论与计算正确与否的重要手段;二、结构试验的任务就是在结构物或试验对象上,使用仪器设备为工具,利用各种实验技术为手段,在荷载重力、机械扰动力、地震力和风作用下,以及其它因素作用下温度、腐蚀等通过测量结构工作性能有关的各种参数强度、变形、挠度、应变、振幅、频率从强度、刚度以及结构变形等实际破坏状态来判断建筑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,并用以检验和发展新的结构计算理论;对象、荷载、参数、性能三、结构试验的目的根据不同的试验目的,结构试验归纳为两大类：一类为工程鉴定性试验,另一类为科学研究性试验;工程鉴定性试验：一般具有直接生产目的,以实际建筑物或结构构件为鉴定对象,经过试验对具体结构作出正确的技术结论,如结构承载力是否足够,变性能力是否达到设计要求等；生产性试验一般解决以下问题：１. 结构设计和施工通过试验进行鉴定主要对一些重要建筑,在设计阶段要做一些试验来判断设计是否存在不足,如东方明珠电视塔、目前新建的国际金融大厦,都作了振动台试验,考察设计结构的抗震性能；有一些结构建成后,通过试验鉴定其质量的可靠度,如一些大桥,南浦大桥、杨浦大桥和刚建成的东海大桥,都在建成后经过实际车辆施压,验证其可靠性; ２. 工程改建或加固、通过试验判断具体结构的实际承载能力;对旧有建筑进行改造加固,由于旧有建筑材料性能的变化、环境的影响、使用过程中受荷历史、基础的变化等因素,使的很难单凭理论计算确定其实际承载力,所以有的时候需要通过试验来确定结构的实际能力;３. 处理工程事故、通过试验鉴定提供技术依据;只要指建筑在建造使用过程发现有严重缺陷,包括新建建筑,都要通过一系列试验来确定事故的主要原因;另外一些遭受地震、火灾以及爆炸等受损的结构,为了估计其剩余承载力,为了加固改造作准备,也往往需要通过试验来确定结构的性能,如承载能力,结构动力特性等;４. 已建结构的可靠性鉴定、通过试验推断估计结构的剩余寿命；主要是结构随着使用时间的增加,结构逐步会出现老化现象,使用功能发生退化,为了保证建筑安全使用,有必要鉴定建筑的安全性,预测其剩余使用寿命;往往需要实际观察,测定建筑材料的实际强度以及破坏情况如构件裂缝、钢筋锈蚀情况、重要构件挠度、整体结构的垂直度等参数,结合计算分析对推断结构的剩余寿命; ５. 鉴定预制构件产品的质量主要针对构件厂或现场生产的钢筋混凝土预制构件,按照预制构件的质量检验评定标准和试验规程的要求,通过少量试验推断成批产品的质量;科学研究性试验：验证结构设计计算的各种假定,通过制定各种设计规范,发展新的设计理论,改进设计计算方法；为发展和推广结构新材料和新工艺提供理论和实践经验;一般解决的问题为：1.验证结构计算理论的假定为了计算方便,对结构构件的计算模式和本构关系做一些假定,而这些假定合理与否,一般通过试验来验证;如平截面假定,钢筋混凝土梁抗弯计算假定、抗剪计算假定等；２. 为制定规范提供依据在实际观察,理论分析和试验等大量研究成果基础上,编制了结构设计规范,也体现了最新可实用的研究成果;这些成果的取得,往往需要大量的试验提供可靠的基本资料和试验数据;如基本荷载的确定、构件的承载能力、结构的整体变形能力等;３. 为发展和推广新材料和新工艺提供实践经验;由于一个新材料的应用、一个新结构的设计以及新工艺的施工,没有实际观察结果、没有合适的计算理论,所以需要多次的科学试验和工程实践,积累资料,逐步改进设计计算理论,使设计更可靠合理和简便;四、建筑结构试验分类建筑结构试验除了按照试验目的分为生产性试验和科学研究性试验;还经常以试验对象、荷载性质、试验场和、试验时间等不同因素进行分类;1、按试验对象分为真型试验和模型试验；真型试验的试验对象是实际结构或者按照实物结构足尺复制的结构或构件;实际结构一般用于生产性试验：如一些结构的整体非破坏性的承载力试验,一些建筑实测动力特性等；足尺复制的结构或结构构件,一般指一跟梁、柱、板等构件,进行静动力试验;整体结构的试验相对较少,不过随着抗震研究发展,一些足尺试验也在进行,如１９７９年同济大学进行的五层硅酸盐砌体房屋抗震破坏试验；日本完成七层钢筋混凝土房屋的足尺试验等；模型试验：由于真型试验投资大,周期长,在物质和技术上存在困难,大部分试验都采用模型试验;模型一般是仿照真实结构按照一定比例复制成的试验代表物;具有实际结构的全部或部分特征,但尺寸要比真实结构小;模型设计、荷载以及分析结果要求相似理论来确定;但在实际中,要做到严格相似如几何相似、材料相似和力学相似比较困难,所以一般采用部分相似,如采用真实结构所小比例的试验代表物,将模型试验结果与理论计算对比,用以研究结构性能,验证设计假定和计算方法正确性,并把这些一般规律和计算理论推广到设计结构中去;2、静力试验和动力试验1. 静力试验：采用静力荷载完成的试验;由于大部分结构工作时承受的是静力荷载,所以静力试验是最基本的试验;加载过程一般是荷载从零一直增加直到结构破坏;➢特点是加载设备简单,荷载可以逐步施加,加载过程中可以停下来观察结构变形的情况,给明确清晰的破坏概念,所以一些承受动力荷载的结构也采用静力方式模拟;如结构抗震性能研究很多采用低周反复静力加载试验来研究;➢缺点是不能反应应变速率对结构的影响,不能反应结构的动力性能;2动力试验：在一些情况下,为了了解结构在动力下下的性能 ,如厂房在吊车作用下的动力性能、吊车梁的疲劳强度和寿命,建筑物在风、地震以及爆炸作用下的性能,为了真实了解结构性能,通过动力加载设备在结构上直接施加动力荷载是最合适的;如模拟地震作用的振动台试验,模拟风荷载的风洞试验等;3、短期荷载试验和长期荷载试验➢尽管结构承受的静力荷载大都是长期作用的,但是由于试验条件、时间等限制,一般采用短期荷载进行试验,整个加载过程控制在较短的时间内;即疲劳荷载也往往在几天内完成;这样试验与结构实际受力有一定的影响,这些在分析结果中要加以考虑;➢长期荷载试验研究结构在长期作用下的性能,如混凝土徐变,预应力钢筋松弛,混凝土腐蚀研究等,这样试验一般需要几个月甚至几年,需要长期的观察才能获得有效的数据;4、试验室试验和现场试验➢建筑结构和构件的试验可以有专门的设备在实验室内进行,也可以在现场进行试验;➢不同之处是,试验室有良好的工作条件,测试仪器受环境影响小;而现场试验受场地条件以及环境影响,选用测试方法一定要结合现场的条件,结合实际工程来进行;第二章结构试验设计一、结构实验的试件设计1、试件形状：试件形状设计目的是造成与设计目的相一致的应力状态;对静定系统的单一构件,一般比较容易满足要求;对整体中取出部分,尤其是复杂超静定结构,必须注意边界条件的模拟,使其能反应该构件的实际工作状态;2、试件尺寸：3、试件数目二、结构试验的模型设计几何相似质量相似荷载相似物理相似时间相似边界条件相似初始条件相似三、试验结构荷载设计试验荷载图式试验荷载装置加载制度第三章结构试验的荷载设备一、静力实验重力加载法液压加载法液压千斤顶、液压试验机机械加载法四、动力实验电液伺服加载系统地震模拟振动台惯性力加载环境随机激振第四章结构实验的数据采集和测量仪器1、结构试验对仪器设备的使用要求：（1）测量仪器影不影响结构的工作（2）测量仪器应该有合适的灵敏度和量程（3）安装方便,稳定性和重复性好（4）廉价耐用,可重复使用,安全可靠,维修容易;（5）多功能,多用途2、电阻应变计的黏贴；（1）测点基地平整、清洁、干燥（2）黏贴剂的电绝缘性、化学稳定性、工艺性良好,蠕变小、黏贴强度高、温湿影响小（3）同一组应变计规格型号应相同;（4）黏贴牢固,方位准确,不含气泡;第五章结构单调加载静力实验1、预载的目的：1使结构进入正常的工作状态;2可以检查实验组织工作人员和人员工作的情况,检查全部实验装置和荷载设备的可靠性;预载试验所用的荷载一般是分级荷载的1-2级;由于混凝土结构构件抗裂试验的结果离散型较大,因此预载加载值不宜超过改试件开裂荷载计算值的70%; 3通过预载检查现场试验装置、荷载设备以及数据采集系统的工作情况;2、荷载分级3、荷载间歇时间4、荷载恒载第六章结构低周反复加载静力试验1、结构抗震试验的特点是荷载作用反复、结构变性很大;主要研究结构在地震作用下的性能;采用假定在第一振型条件下,给试验对象施加低周反复循环的力或位移;2、试验目的：（1）研究结构在地震作用下的恢复力特性,确定结构构件的恢复力计算模型; （2）通过实验可以从强度、变形和能量等三个方面判别和鉴定结构的抗震性能; （3）通过试验研究结构构件的破坏机理,为改进现行抗震设计方法和修改所设计规范提供依据;3、优缺点：优点：试验过程中可以随时停下来观察结构的开裂和破坏状态,可根据试验需要修正和改变加载历程;不足之处是：加载历程是事先由试验者确定的,与地震记录不发生关系;由于荷载在是按照力或位移对称反复加载,与实际地震反应相差很远,另外不能反映应变速率对结构的影响;4、单向反复加载制度1控制位移加载等幅加载、变幅加载、变幅等幅混合加载2控制力加载3控制力和位移混合加载5、双向反复加载XY轴双向同步加载XY轴双向非同步加载第九章结构现场检测和鉴定1、安全性：是指结构在规定的条件下应能承受可能出现的各种作用荷载或变形,偶然作用下也能保持整体的稳定性;2、适用性：指建筑物在正常使用时,应能满足预定的使用要求,如不能过大的变形和裂缝等;3、耐久性：指建筑物在正常使用和正常维护的条件下,材料性能随时间推移而变化,但仍能满足预定的功能;4、可靠性包括安全性、适用性和耐久性;5、致建筑物不能满足预定功能的原因6、1结构在使用过程中,不同程度发生老化；7、2遭受地震、火等灾害荷载受到损伤；8、3设计不周或有误;如对场地的了解不够、荷载计算有误、以及计算简图与实际不符等；9、4施工质量低劣；10、5使用不当或改造不合理,如随意加层或改造,以及增大使用荷载、拆除承重墙等；11、6使用环境恶化,如受高温、振动、化学腐蚀等；12、检测方法：（1）非破损检测混凝土强度：回弹法、超声法、回弹超声法（2）半破损检测混凝土强度：钻芯法、拔出法（3）非破损检测混凝土内部缺陷：超声脉冲法;13、回弹法检测：（1）回弹法基本原理：是通过测量混凝土表面硬度来推算混凝土强度;通过回弹仪弹击混凝土表面时,并测得重锤反弹的距离,以反弹距离与弹簧初始长度之比为回弹值,由它与混凝土强度的相互关系来推定混凝土强度;（2）测点布置：每一试件测区数目不少于10个;每一测区大小宜为200Cm2,相邻测区间距不大于2m,能容纳16个测点为宜;测点均匀布置,两点净距不小于2mm;选用混凝土浇筑的侧面,侧面要平整;（3）回弹法适用条件：不适用表面或内部质量有明显差异,或内部存在缺陷的混凝土;对表面冻结或湿润的混凝土,应该解冻或风干在检测;14、超声回弹法检测混凝土强度（1）回弹法的回弹值反应了混凝土表面的弹性性质,同时在一定程度上也反应了混凝土的塑性性质,但他只能反应黁凝土表面约3cm左右厚度的状态;超声法反应了混凝土内部的材料性质;故综合法既能反应混凝土弹性,又能反应混凝土塑性,既能反应混凝土表层状态,又能反应混凝土内部构造,能够较好的反映混凝土强度;（2）测点布置：超声测点与回弹测定布置在同一测区内,先进行回弹检测,然后进行超声检测,声速探头不应与回弹击点重合;15、混凝土缺陷和裂缝检测混凝土裂缝检测对于开裂深度小于或等于500mm的裂缝：平测法和斜测法;裂缝中不允许有积水或泥浆;平测法：结构的裂缝部位只有一个可测表面时;将发射和接受换能器布置在裂缝两侧,测得其时间;将发射和接受换能器布置在完好的的混凝土表面测得其时间;斜测法：结构的裂缝部位有两个相互平行的可测表面时;采用该方法测量时,裂缝要无积水和泥浆;当有钢筋穿过裂缝时,换能器的布置要使其轴线离开钢筋轴线或成一定的角度,要是钢筋太密无法避开,则不能采用超声波检测裂缝的深度;：对于开裂深度大于500mm的裂缝,采用钻孔探测;钻孔探测：1两侧钻孔距离宜为2000mm.’（3）测试前向测控中注入清水;（4）将两换能器自上而下同步移动,读出数据;（5）测试无裂缝混凝土声学参数做对比;混凝土内部空洞缺陷检测结构具有两对相互平行测试面采用对测法;结构具有一对相互平行的测试面采用斜测法;当测试距离较大时,可以在测区适当部位钻孔,直径为45－50mm,换能器布置见上图;16、混凝土结构钢筋位置和钢筋锈蚀的监测（1）钢筋位置钢筋位置测试仪是通过电磁感应原理进行检测;由于钢筋的存在,使的感应电流的相位与原来交流电的相位产生偏移,该变化值是钢筋与探头的距离和钢筋直径的函数;（2）钢筋锈蚀必要性：由于钢筋锈蚀,导致钢筋受力面积减小,混凝土保护层胀裂、剥落,直接影响混凝土结构的承载能力和寿命,故对已建结构进行鉴定和可靠性鉴定时,需要进行钢筋锈蚀检测;产生锈蚀原因：混凝土为碱性材料,在混凝土中的钢筋周围产生一层钝化膜,在正常情况下对钢筋提供了良好的保护;但由于结构开裂,氧气、水分等侵入,产生电化学腐蚀现象,造成钢筋锈蚀;另外,混凝土碳化,也会降低混凝土的PH值,破坏了混凝土对钢筋的钝化状态,使之发生锈蚀;一般采用自然电位法;检测方法：利用电化学原理来定性判断混凝土中钢筋锈蚀程度的一种方法;当混凝土中的钢筋锈蚀时,钢筋表面会有腐蚀电流,钢筋表面和混凝土表面存在电位差;电位差的大小和腐蚀程度有关,运用电位测量装置,可大致判断钢筋的锈蚀范围和其严重程度;17、已有建筑物的可靠性鉴定（1）计算和验算的内容：（2） 1需要进行结构承载力验算,有时要验算结构的倾覆和滑移；（3） 2对地震区结构,要进行结构抗震验算；（4） 3对使用上要求控制变形的结构构件,还应该进行变形验算；（5） 4有些直接承受疲劳荷载,需要进行疲劳验算;（6） 5根据裂缝控制等级的要求,对混凝土裂缝控制情况进行验算;（7）已有建筑物的鉴定方法：传统经验法实用鉴定法步骤：1初步调查：包括调查建筑概况、建设规模、图纸资料、环境、结构形式和鉴定目标;2调查建筑物的地基基础、建筑材料、和建筑结构结构尺寸、变形、裂缝、损伤、抗震能力等；3结构计算分析以及试验室进行模型试验;概率法：考虑不确定因素的影响;（8）结构设计与可靠性鉴定的不同：1设计基准期和目标使用期结构设计时考虑的设计基准期,而结构可靠性鉴定一般考虑下一个目标使用期；设计基准期：为确定可变作用及时间相关的材料性能的而选用的时间参数;目标使用期：根据国民经济和社会发展状况,工艺更新,服役结构技术状况等综合确定;2设计荷载和验算荷载进行结构设计时采用的设计荷载；根据规范取值;而验算荷载根据服役结构在使用期间内的实际荷载,并考虑荷载规范的基本原则确定的;3抗力计算依据4可靠性控制级别：设计时,以规范为依据,一般分为满足与不满足；而鉴定时,一般以某个等级指标给出的;4民用建筑可靠性鉴定：可靠性鉴定安全性鉴定和使用性鉴定5鉴定评级层次和等级划分：安全性鉴定按构件、子单元和鉴定单元三个层次,每个层次又分为四个等级进行鉴定;构件可以是一个单件,如一根梁或柱,也可以是一个组合件,如组合柱和桁架;也可以是一片墙或一段条形基础;构件的可靠性鉴定是最基本的鉴定单位;子单元是由构件组成,民用建筑可靠性鉴定标准是按地基基础、上部承重结构、维护结构系统分为三个子单元;鉴定单元由子单元组成,根据鉴定建筑物的构造特点和承重体系的种类,可将该建筑物划分位一个或几个可独立进行鉴定的区段,这样每个区段就是一个鉴定单元;使用性鉴定分为三个层次,每个分为三个等级可靠性鉴定：按构件、子单元和鉴定单元三个层次,每个层次分四个等级进行鉴定;各层次可靠性鉴定评级,以该层次的安全性和使用性的评定结果为依据综合确定;民用建筑可靠性鉴定评级各层次分级标准如下：Ⅰ——可靠性符合标准要求,具有正常的承载能力和使用功能,可不采取措施；Ⅱ——可靠性略低于标准要求,尚不显着影响承载能力和使用功能,有些构件需要在使用性上采取适当措施,有些需要在安全性上采取适当措施;Ⅲ——可靠性不符合标准要求,影响正常承载能力和使用功能;应采取措施;Ⅳ——可靠性严重不符合要求,已危机安全,应停止使用,必须立即采取措施;9、构件鉴定构件安全性鉴定一混凝土结构构件包括承载能力、构造、不适合继续承载的位移和裂缝四各检查项目;承载能力项目一般有抗弯与抗剪取最的一级作为该项目的评定等级小表;构造检查项目按下表分别评定两个内容等级,然后取较低一级作为该项目的评定等级;构件使用性鉴定正常使用性鉴定应以现场调查和检测结果为基本依据;在下列情况下,还需要按照正常使用极限状态的要求进行计算分析和验算：检测结果需要与计算值比较；检测只得到部分数据,还需要进行计算分析进行鉴定,为改变建筑用途、使用条件或使用要求而进行的鉴定;验算时弹性模量、剪切模量和泊松比等物理性能指标,可以根据鉴定确定的材料品种和强度等级,按现行规范采用;验算结果按现行规范限值进行评级;如验算合格,按照验算结果和实际完好程度评为a级或b级;如果不合格,就定为C级;混凝土构件正常使用鉴定包括位移和裂缝两个检查项目；其中位移项目包括受弯构件挠度和柱顶水平位移;受弯构件挠度的评级为：检测值小计算值或现行设计规范限值为a级；若检测值大于计算值,但是小于现行规范限值为b ,当检测值大于现行设计规范限值时为 c级;裂缝宽度的正常使用性评定为：检测值小计算值或现行设计规范限值为a级；若检测值大于计算值,但是小于现行规范限值为b当检测值大于现行设计规范限值时为 c 级;沿主筋方向出现的锈蚀裂缝,应直接评为 c 级;若一种构件出现两种裂缝应分别评级,取较低一级作为该构件的裂缝等级;18、子单元地基、上部承重结构鉴定、维护结构子单元安全性鉴定子单元适用性鉴定。
第2章 结构按极限状态法设计的原则
2、破坏阶段设计法：从40年代开始，考虑了混凝土的塑性性能 ，它是以构件破坏时的承载力为准，使按材料标准强度计算得 到的承载力必须大于设计荷载产生的内力，同时采用单一安全 系数进行控制。 M 例如受弯构件： K = p ≥ [ K ] M Mp—按材料标准强度算得的破坏弯距；
b Ra
M P = R bx ( h0 − x 2)
可靠度——结构在规定的使用期限内（桥梁结构取100年），在 规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），完 成预定结构功能的概率。可靠度是可靠性的数量描述。 结构可靠性越高，建设造价投资越大。 如何在结构可靠与经济之间取得均衡，就是设计方法要解决 的问题。 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和情况， 以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的可靠度。
σ ≤ σL
w ≤ wL
f ≤ fL
正常使用极限状态计算以弹性或弹塑性理论为基础； 构件处于弹性工作阶段。
《桥规》有关本条的原文如下：
六、持久和短暂状况的应力计算（应力不超过规定的限值） 此时为使用阶段，构件处于弹性工作阶段。
1、按持久状况设计的预应力砼受弯构件计算下列3项应力：
（此项仅对预应力混凝土构件作计算要求） 正截面砼法向应力 受拉区钢筋的拉应力 斜截面砼的主压应力 计算规定：应力不超过规定的限值；计算时作用（荷载）取 标准值，汽车荷载考虑冲击系数；所有荷载分项系数取为1.0 ；预加力分项系数取为1.0。 该项计算属强度验算——作为承载能力计算的补充!
1、容许应力设计方法
容许应力法是以弹性理论为基础的方法，采用材料力学公式 计算。其设计思想是：在规定的标准荷载作用下，按弹性理论 计算得到的构件截面应力应不大于规定的材料容许应力。 容许应力——材料的屈服强度除以适当的安全系数。 材料强度 f 设计表达式：σ ≤ [σ ] = = 安全系数 K 安全系数 K 是一个大于1.0的数值；
《建筑结构试验》课件
系统的应用，标志着我国结构试验达到一个新水平。
9
建筑结构试验
结构试验的发展趋势：
9 大型化、体系化； 9 精密性，包括试件设计、加载、测试； 9 计算机联机试验。
我校的结构试验建设情况：
16
建筑结构试验
静力试验与动力试验：
9 静力试验
♦ 单调静力试验、低周反复静力试验等 ♦ 优点：加载设备简单，试验观测方便 ♦ 缺点：不能反映结构动力性能
9 动力试验
♦ 振动台试验、疲劳试验、风载试验等 ♦ 优点：能真实反映结构的动力特性和动力响应 ♦ 缺点：加载设备和测试手段复杂
17
建筑结构试验
9 共有六个试验室； 9 静力、拟动力、振动台、抗火、风洞、耐久性。
10
结构试验的任务：
9 定义：课本P1－2
P
P
Δ
应变片
建筑结构试验
P－Δ曲线（构件） M－φ关系（截面） 承载力、挠度、裂缝 平截面假定验证
11
建筑结构试验
结构试验的目的：
9 生产性试验（又称鉴定性试验或检验性试验） 9 科研性试验
2
结构试验设计
建筑结构试验
试件设计
加载方案
荷载设备
测试方案
数据采集和测 量仪器
3
建筑结构试验
课时安排
第一章 结构试验概论
（2课时）
第三章 结构试验的荷载设备
（2课时）
第四章 结构试验的数据采集和测量仪器 （2课时）
第二章 结构试验设计
（4课时）
第五章 结构单调加载静力试验
（2课时）
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第二章-结构试验设计————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:第二章 试验设计、试验前的准备及试验方案试验大纲：1、 建筑结构试验的主要环节概述2、 建筑结构试验的试件设计3、 建筑结构试验的荷载方案设计4、 建筑结构试验的观测方案设计5、 建筑结构试验材料的力学性能6、 建筑结构试验大纲和试验基本文件本章提要建筑结构试验包括结构试验设计、结构试验准备、结构试验实施和结构试验结果分析 等主要环节。
本章主要介绍试验的前期准备工作,内容包括试件及模型设计、荷载方案设计、观测方案设计、材料的力学性能试验、建筑结构试验的安全与防护措施设计及结构试验大纲和试验基本文件的编制等内容。
学习本章,应着重掌握试件及模型设计、荷载方案设计、观测方案设计等内容，并对材料的力学性能试验、试验的安全与防护措施设计及结构试验大纲和试验基本文件的编制有一定的了解。
２．1、建筑结构试验的主要环节概述建筑结构试验包括结构试验设计、结构试验准备、结构试验实施和结构试验结果分析等主要环节,他们之间的关系如图２.1所示。
结构试验目的结构试验设计结构试验准备结构试验实施结构试验分析结构试验结论试验总结报告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图２.1 结构试验的主要环节结构试验设计是整个结构试验中极为重要的一项工作。
它的主要内容是对所有进行的结构试验工作进行全面的规划与设计，从而使试验计划与试验大纲能对整个试验起着统管全局和具体指导的作用。
2.2 建筑结构试验的试件设计2．2．1 试件设计(1) 试件的形状试件的基本要求是构造一个与实际受力相一致的应力状态,这个问题对于静定系统中的单一构件（如梁、柱、桁架等),一般构件的实际形状都能满足要求，问题比较简单。
但当从整体结构中取出部分构件单独进行实验时，特别是在比较复杂的超静定体系中,必须要注意它的边界条件的模拟,以如实反映该构件的实际工作状态。
当实验如图2.2(ａ）所示受水平荷载作用的框架结构应力分析时,若试验A-A 部位的注脚、柱头部分时，试件要设计成如图2．２（ｂ）所示的形式；若作B －B 部位的试验，试件设计成如图2.2(ｃ)所示形式;对于梁，如果设计成图２．2（d)、(ｅ)所示的形式，则应力状态可与设计目的相一致。
对于钢筋混凝土柱,若要探讨其挠曲破坏性能,试件应设计成如图2.2(h ）所示的形状；但若作剪切性能的探讨,则图 2.2(ｈ）所示的试件在反弯点附近的应力状态与实际情况有所不同,为此有必要采用图2.２(i)中的适用于反对称加载的试件。
(a)(b)(c)(f)(g)(d)(e)(h)(i)图2．2 框架结构中的梁柱和节点试件的典型示例在做梁柱连接的节点试验时，试件承受轴力、弯矩和剪力的作用,这样的复合应力使节点部分发生复杂的变形,但其中主要是剪切变形,以致节点部分由于大剪力作用会发生剪切破坏。
为了探求节点的强度和刚度,使其应力状态能充分反映,避免在试验过程中梁柱部分先于节点破坏,在试件设计时必须先对梁柱部分进行适当加固，使试验过程中梁出铰后节点即开始屈服，以满足整个试验能达到预期的效果。
这时十字形试件如图 2.2（f)中节点两侧梁柱长度一般取１/2梁跨和1／2柱高,即按框架承受水平荷载时产生弯矩的反弯点的位置来决定。
边柱节点可采用Ｔ字形试件。
如果试验目的是为了解初始设计应力状态下的性能并同理论计算做对比，可以采用如图2.２（g）的X形试件。
为了使在X形试件中再现实际的应力状态，必须根据设计条件给定的N和V来确定试件的尺寸。
（2) 试件尺寸关于结构试验所用试件的尺寸和大小,一般可分为真型(原型实物或足尺结构)和模型两个大类。
试件尺寸和大小应根据试验目的和试验条件来确定。
真型试件的尺寸与实际结构物的大小一样，而模型的尺寸应按一定的相似条件确定。
一般框架界面尺寸为真型的1/4～1/２,必要时也可采用真型。
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)。
若研究剪力墙的抗震性能，则单层墙体试件的外形尺寸一般为(80cm×１00cm)～(１78０cm×２740ｃm);多层的剪力墙试件取为真型的1/10~1/3。
砌石和砌块的砌体试件尺寸一般取为真型的１/4~1/2。
在结构静力试验，局部性的试件尺寸可取为真型的1／4～１，整体性的结构试验试件可取为真型的1／1０~1／2。
(3）试件数量在进行试件设计时,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。
（a)生产鉴定性试验:按照试验任务的要求有明确的试验对象。
试件数量应执行相应结构构件质量检验评定标准。
对于预制构件的质量检验和评定，按《预制混凝土构件质量检验评定标准》(ＧBJ 321—90)进行。
（b)科研性试验：其试验对象是按照研究要求而专门设计的,这类结构的试验往往是属于某一研究专题工作的一部分。
特别是对于结构构件基本性能的研究,由于影响构件基本性能的参数较多，所以要根据各参数构成的因子数和水平数来决定试件数目，参数多则试件的数目也会增加。
试验数量的设计方法有因子设计法、正交设计法。
因子数:影响结构构件某种性能的因素的个数。
水平数:试验中每个因素的不同取值,也称为档次数。
①因子设计法试验数＝水平数因子数表2．1 用因子法计算试验数量由表可知,因子数和水平数稍有增加，试件的个数就极大地增多,所以此方法在结构试验中不常用。
②正交设计法正交设计法,是一种解决多因素问题的试验设计方法,它主要是应用正交表来进行整体设计和综合比较的。
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。
以钢筋混凝土柱剪切强度性能研究为例，用正交设计法做试件数目设计。
常用的正交表有：L９(3４)、L１2（31×２4）、L4（23)，L表示正交设计，其它数字的含义参见下式：L试验数(水平数1相应因子数×水平数２相应因子数）表2．2 试件数目正交设计L９(3４)表2.3 试件数目正交设计L１２(３1×2４）表2．４试件数目正交设计Ｌ4(23)下面以钢筋混凝土柱剪切强度的基本性能试验研究为例，说明如何利用正交设计法进行试件数目设计的具体过程。
在进行钢筋混凝土柱剪切强度的基本性能试验研究中,我们取不同混凝土强度等级、不同配筋率、轴压比、剪跨比和混凝土强度等级等五个因子,并假设混凝土只用一种强度等级C ２0，这样实际因子数只有４个，如果每个因子各自有3个水平数,则按单因素方法进行试件数量设计时，试件数目为３4=81,即需要81个试件。
如果采用正交设计法,各因子和水平的具体含义如表4．5所列,根据正交表L9（3４）,试件主要因子组合结果列于表４.６。
这一问题通过正交试验法进行设计,可将原来需要81个试件综合为9个试件,试验数正好等于水平数的平方。
即试验数=水平数２表2.5 钢筋混凝土柱剪切强度试验分析因子与水平数表2.6 正交设计法试件试件数量设计是一个多因素问题、在实践中我们应该使整个试验的数目少而精，切忌盲目追求数量;要使所设计的试件尽可能做到一件多用,即是以最少的试件、最小的人力、经费,得到最多的数据;要使通过设计所决定的试件数量，经试验得到的结果能反映试验研究的规律性,满足研究目的的要求。
为了使试件某项参数的实际测试值与设计计算值尽可能接近，必须控制试件制作成型和试验安装过程中产生的误差。
钢筋混凝土试件在制作的过程中需要控制保护层厚度、材料的强度和试件尺寸，要正确埋置传感器和应变片。
（4）构造措施在试件设计中，当确定了试件形状、尺寸和数量后，在每一个具体试件的设计和制作过程中,还必须同时考虑试件安装、加载、量测的需要,在试件上作出必要的构造措施,这对于科研试验尤为重要。
(ａ) 例如混凝土试件的支承点应预埋钢垫板以及在试件承受集中荷载的位置上应埋设钢板,以防止试件局部承压而破坏(如图2.3所示）。
图2.3(b）如果试件加荷面倾斜时,应作出凸缘，以保证加载设备的稳定(如图２.4所示)。
图2.4（ｃ）在钢筋混凝土框架作恢复力特性试验时,为了框架端部侧面施加反复荷载的需要，应设置预埋构件以便与加载用的液压加载器或测力传感器联接，为保证框架柱脚部分与试验台的固接,一般均设置加大截面的基础梁(如图2.５所示)。
图2.５(5)试件的安装就位在试件安装就位时，要尽量减少安装误差,使试件就位后的实际计算跨度（梁)和计算高度(柱）与计算简图一致。
由于支座约束条件的内力传递及变形有关,试件安装时应严格按照设计要求选择支座形式。
一般在试件就位前，应先在试件上画出支座反力的作用线位置和试验加载点位置，需要对中的试件还要画出中心线位置，荷载作用部位要附设定位零件，以使荷载有明确的着力点。
２.3 建筑结构试验的荷载方案设计2.3.１荷载设计的一般要求(1）选用的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;试验荷载在试件上的布置形式称为加荷图式。
(2)荷载值要准确;（3)荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值要稳定,特别是静力荷载要不随加载时间、外界环境和结构的变形而变化；(4）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；（5）加载装置本身要有足够的安全性和可靠性,要满足强度要求和刚度要求。
(6)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；（７)试验加载方法要力求采用现代化先进技术,减轻体力劳动,提高试验质量。
2.３.2 试验的荷载图式一般要求加荷图式与理论计算简图相一致。
但是,由于条件限制无法实现或者为了加载的方便而采用不同于计算所规定的荷载图式时，可根据试验的目的和要求.采用与计算简图等效的荷载图式。