2017年4月建筑结构试验(02448)的复习资料

建筑结构试验的任务：在结构物或试验对象上，以仪器设备为工具，利用各种实验技术为手段，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，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。

建筑结构试验是以实验方式有关数据，反映结构或构件的工作性能、承载能力以及相应的可靠度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要的依据。

根据试验目的结构试验可归纳为生产性试验和科研型试验两大类。

生产性试验目的：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。

科学性试验目的：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、新材料与新工艺提供实践经验。

生产性试验与科研性试验不同之处：1.生产性试验不需要试件设计和制作。

2.生产性试验不需要试探性试验。

原型试验：试验对象是实际结构或者是实际的结构构件。

相似模型试验：几何相似、材料相似、力学相似；相似模型试验：按照相似理论进行模型设计、制作与试验。

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。

缩尺模型实质上是原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物。

缩尺模型试验研究结构性能；足尺模型研究结构整体性能。

按试验荷载的性质分类：1.结构静力试验；2.结构动力试验；3.结构抗震试验。

选择试验荷载和加载方法时要求：1.选用试验加载设备和试验装置应满足结构设计计算荷载图式的要求；2.荷载传递方式和作用点要明确，生产的荷载数值要稳定，特别是静力荷载应不随加载时间、外界环境和结构的变形而变化；3.荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求，加载设备要有足够的强度储备；4.加载装置本身要安全可靠，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；5.加载设备要错左方便，便于加载和卸载，并能控制加载速度，还能适应同步加载、先后加载和恒载等不同要求；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，保证试验安全。

重力加载就是将物体本身的重力施加于结构上作为荷载。

重力直接加载法：当使用砂石松散颗粒材料加载时，如果将材料直接堆放于结构表面，将会造成荷载材料本身的起拱，而对结构产生卸荷作用。

重力加载方法优点是试验用的重物容易取得，但加载过程中需要花费较大的劳动力。

材料容重常随大气温度、湿度改变而发生变化，即由于其含水率的变化，以致荷载不易恒定，使荷载值产生误差。

杠杆加载：杠杆制作方便，荷载值稳定不变，当结构有变形时，荷载可以保持恒定，对于做持久荷载试验尤为适合。

杠杆比例不宜大于1：6。

液压加载法最大优点利用油压使液压加载器产生较大的荷载，试验操作安全方便。

由于液压加载器内部摩阻力的影响，会出现荷载量和油压间不呈严格的线性关系的状况，应按实现制作的标定曲线来确定荷载量。

采用试验机标定液压加载器时，必须采用加载器的活塞顶升试验机的主动加载方式。

在制作标定曲线时，至少应在液压加载器不同的行程位置上加卸荷载重复循环三次，分别取平均值来绘制标定曲线，任一次测量值和曲线上对应点的力偏差不应大于±5%。

大型结构试验机的精度不应低于2级结构疲劳试验机：结构疲劳试验机脉动频率可根据试验的不同要求在100—500次/分范围内任意调节选用。

应满足2级试验机的精度要求，测力示值相对误差应为±2.0%。

电液伺服系统主要由电液伺服液压加载器、控制系统和液压源等三大部分组成。

电液伺服液压系统可以较精确地模拟试件所受的实际荷载，产生真实的受力状态。

用以模拟地震、海浪等荷载对结构物的作用，是比较理想的试验设备，特别是可用来进行抗震结构的静力或动力试验。

电液伺服液压系统由电液伺服液压加载器、控制系统和液压源组成。

电液伺服阀是电液伺服液压加载系统的心脏部分，指令发生器发出的信号经过放大后输入伺服阀，转换成大功率的液压信号，将来自液压源的液压油输入加载器，使加载器按输入信号的变化规律对结构施加荷载。

地震模拟振动台特点是具有自动控制和数据采集及处理系统，采用了电子计算机和闭环伺服液压控制技术、并配合现金的振动测量仪器，可以在实验室内进行结构物的地震模拟试验，以求得地震反应对结构的影响。

振动台必须安装在质量很大的基础上。

机械力加载的优点是设备简单，容易实现，当通过索具加载时，很容易改变荷载作用的方向，故在建筑物、柔性构筑物（桅杆、塔架等）的实测或大尺寸模型试验中，常用此法施加水平集中荷载。

其缺点是荷载值不大，当结构在荷载作用点产生变形时，会引起荷载值的改变。

气压加载法主要是利用空气压力对试件施加均布荷载。

气压加载的优点是加载、卸载方便，荷载稳定，当利用气囊加载时，由气压表的气压值及气囊与试件接触面积计算总的加载值。

缺点是试件受力载面无法观测，利用真空加载时试件周边密封要求较高。

在结构动力试验中，常利用物体质量在运动时产生的惯性力对结构施加动力荷载。

由于荷载作用的方法不同，其可分为冲击力加载和离心力加载两种方法。

冲击力加载的特点是荷载作用时间极为短促，在它的作用下使被加载结构产生自由振动，适用于进行结构动力特性的试验。

离心加载是根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载，其特点是运动具有周期性，作用力的大小和频率按一定规律变化，使结构产生强迫振动。

电磁加载法是根据在磁场中通电的导体要受到与磁场方向相垂直的作用力的原理，在磁场中放入动圈，通以交变电流，就可使固定于动圈上的顶杆等部件作往复运动，对试验对象施加荷载。

电磁加载设备有电磁式激振器和电磁振动台。

环境随机激振加载：1.建筑结构中存在有微幅振动即建筑物的脉动反应，其波形中包含有该结构的自振特性，振动波形中近似“拍”的区段的振动频率即结构的自振频率。

2.当地面各种频率的脉动波通过具有滤波作用的建筑物后，与建筑物自振频率相近的脉动波放大（类似于共振），同时也抑制了频率不相适应部分的脉动波。

因此脉动反映波形中最常出现的频率往往就是建筑物的固有频率。

试件支承装置是支承结构构件、正确传递作用力、模拟实际荷载图式和边界条件的设备，通常由支座和支墩两部分组成。

铰支座一般用钢材制作，按自由度的不同有滚动铰支座和固定铰支座，其型式可以有滚轴式和刀铰式两种。

（图2-32）铰支座的基本要求：1.必须保证结构在支座处能自由水平移动和自由转动；2.必须保证结构在支座处力的传递；3.如果结构在支承处没有预埋支承钢垫板，则在试验时必须另加垫板。

3.滚轴的长度，一般取等于试件支承处截面宽度b；5.滚轴的直径应根据滚轴受力选用，并应进行强度验算。

支墩：结构现场试验的支墩多用砖块砌筑或用混凝土浇注而成，支墩上部应有足够平整的支承面积，制作时要铺以钢板。

支墩本身应有足够的强度和刚度，支承座面积要按地耐力进行反复核算，保证试验时各支墩不发生过度的变形或不均匀沉降，确保试验测量精度。

在试验荷载作用下，支墩和地基的总压缩变形不宜超过试件挠度的1/10。

支墩高度一般在400—600mm，各支座支墩的高差不宜大于试件跨度的1/200。

结构试验荷载传递装置的作用是将加载设备产生的荷载或作用力正确地按试验荷载图式的要求传递到试验的结构上，同时满足荷载量放大、分配和荷载作用形式转换的要求。

荷载传递装置：1.杠杆：杠杆的主要作用是利用放大原理，在施加少量荷载的情况下，经过杠杆的传递而获得放大几倍的作用力。

杠杆制作方便，荷载值稳定不变，当结构有变形时，荷载可以保持恒定，对于做持久荷载试验尤为适合。

杠杆比例不宜大于1：6；2.分配梁：分配梁的作用是将单一杠杆或液压加载器产生的荷载分配成多点集中荷载。

一般均为单跨简支形式，不能用多跨连续梁的形式。

单跨简支分配梁均为等比例分配，即将一个集中荷载分为两个集中力，它们的数值即是分配梁的两个支座反力。

分配梁层次不宜大于三层。

如需要不等比例分配时，比例不宜大于1：4，且须将荷载分配比例大的一端设置在靠近固定铰支座的一边，以保证荷载的正确分配、传递和试验的安全；3.卧梁：卧梁的作用是将若干个加载点的集中荷载转换成为均布荷载施加于试件的端面，保证试件的受载截面获得均匀分布的应力状态。

为保证荷载的正确传递，卧梁必须有足够的强度和刚度。

数据采集就是用各种仪器和装置，对这些数据进行测量和记录。

只有采集到准确、可靠的数据，才能通过数据处理和分析得到正确的试验结果，达到试验的预期目的。

数据采集的方法：1.用最简单的量测工具进行人工测量、人工记录；2.用一般的量测仪器进行测量、人工记录；3.用仪器进行测量、记录；4.用数据采集系统进行测量和记录。

数据采集原则：为了得到准确、可靠的数据，应该遵照同时性、客观性这两个原则。

同时性原则要求一次采集得到的所有数据是同一时刻试件受到的作用与试件的反应，这些同一时刻的数据才能正确地反映和描述某一时刻试件的作用和试件的反应之间的关系。

客观性原则要求按照客观事实进行数据采集，并把所有关于试验实际情况的数据都加以测量、记录，使采集得到的数据能够客观、完整地反映和描述整个试验过程。

仪器设备按显示和记录方式可以分为：1.直读式和自动记录式；2.模拟式和数字式。

测量仪器的技术指标：1.最小分度值（刻度值）指仪器的指示部分或显示部分所能指示的最小测量值，即每一最小刻度所表示的被测量的数值。

（其倒数为放大倍数）；2.量程仪器可以测量的最大范围；3.灵敏度被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示装置示值的大小，即仪器对被测物理量变化的反应能力。

（灵敏度K=输出增量/输入增量）；4.分辨率仪器测量被测物理量最小变化值的能力；5.线性度仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度。

可用校准曲线与拟合直线的最大偏差作为评定指标，并用最大偏差与满量程输出的百分比来表示；6.稳定性当被测物理量不变，仪器在规定的时间内保持示值与特性参数不变的能力；7.重复性在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值的被测量时，保持示值一致的能力；8.频率响应动测仪输出信号的幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性。

常用幅频特性和相频特性曲线来表示，分别说明仪器输出信号与输入信号间的幅值比和相位角偏差与输入信号频率的关系。

结构试验对仪器设备的使用要求：1.测量仪器不应该影响结构的工作，要求仪器自重轻，尺寸小，尤其对模型结构试验，还要考虑仪器的附加质量和仪器对结构的作用力；2.测量仪器具有合适的灵敏度和量程；3.安装使用方便，稳定性和重复性好，有较好的抗干扰能力；4.价廉耐用，可重复使用，安全可靠，维修容易；5.在达到上述要求的条件下，尽量要求多功能、多用途，以适应多方面的需要。