土木工程结构试验(1)

1.土木工程结构试验的任务：是基于结构基本原理，使用各种仪器仪表和试验设备，通过有计划地对结构物受载后的性能进行观测，对测量参数（位移，应力，振幅，频率等）进行分析，达到对结构物的工作性能作出评价，对其承载能力作出正确估计，并为验证和发展结构的计算理论提供依据的目的。

2.土木工程结构试验的作用：是结构发展理论的重要途径，是发现结构设计问题的主要手段，是验证结构理论的主要方法，是结构质量鉴定的直接方式，是制定各类技术规范和标准的基础。

3.结构试验的分类：（1）按试验目的分类：科学研究性试验、生产鉴定性试验（2）按试验对象分类：真型试验、模型试验、小构件试验（3）按荷载性质分类：静力试验，动力试验（4）按试验时间长短分类：短期荷载试验、长期荷载试验（5）按试件破坏与否分类：（6）按试验场地分类：实验室试验、现场试验4.科学研究性试验：验证结构设计计算理论的各种假定、为制定设计规范提供依据、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、新工艺提供理论和实践的依据。

5.生产鉴定性试验：鉴定结构设计和施工质量的可靠程度、为工程改建或加固判断结构的实际承载能力、为处理工程事故提供技术依据、检验结构可靠性、估算结构剩余寿命、鉴定预制构件的产品质量。

5.1发展简史：解放前，科学技术极端落后，根本没有土木工程结构试验这门学科，解放后，迅速发展，建立一大批各种规模的结构实验室，拥有一支实力雄厚的专业技术队伍，具有一定数量的现代化仪器设备，并积累了丰富的试验技术经验。

目前随着智能仪器的出现、计算机和终端设备的广泛使用，各种试验设备自动化水平的提高，越来越先进的试验技术手段会不断涌现。

5.2试验准备阶段主要工作：试件的制作、试件的尺寸与质量检查、试件的安装与就位、安装加载设备、设备仪器的率定、做辅助试验、仪表的安装和连线调试、记录表格的设计准备、通过计算结构内力进行判断和控制加载5.3试验实施阶段：（1）确定基本加载方案，如破坏与否、试验周期的长短等（2）荷载图式的选择，如集中荷载还是均布荷载。

（3）加载顺序的确定，如直接加载还是分级加载，按几个循环进行。

（4）观测注意点和测点布置。

观测时应注意：首先观测试件的整体工作状态、整体工作变形能反映出整体工作的面貌，而后观测局部的变化。

测点布置：要满足试验要求，便于操作和测读，数据准确等。

6.模型是仿照原型并按照一定比例关系复制而成的试验代表物，相似模型试验要求比较严格的相似条件，即要求满足几何相似、力学相似和材料相似，破坏试验一般以模型结构为对象。

7.结构试验的一般过程：结构试验规划设计、结构试验准备、结构试验实施和结构试验资料整理分析并提出试验理论。

其中制定试验规划设计阶段最为重要，试验实施阶段（试验加载测试阶段）是中心环节。

8.路标实验1767年法国科学家荣格密里在没有量测的情况下，首次用简单的试验，验证了受弯梁断面上应力的存在，这位就是著名的路标试验。

8.1.静力荷载加载顺序：预加载阶段、标准荷载阶段、破坏荷载阶段。

8.2动力荷载：动荷载是指使结构或构件产生不可忽略的加速度反应的作用。

对结构施加动荷载，主要用于研究结构动力性能的试验，如结构的疲劳试验，采用匀速脉动荷载，一般应使试件在试验时不产生共振，远离共振区，加载顺序应根据实际情况而定。

9.分级加载的优点：对静荷载的加载通常采用分级加载方式，可以控制加载速度、便于观察结构变形与荷载之间的相互关系，了解各阶段的承载情况、有利于各点加载统一步调。

10.预加载的目的：使结构内、外部接触良好，进入正常的工作状态；检验全部试验装置的可靠性，检查全部观测仪表的工作是否正常；起到演习的作用；总之通过预加载可以发现一些潜在的问题并将之解决在正式试验之前，这对保证试验顺利进行具有重要意义。

11.加载方法：1）预加载一般分三级进行，每级取标准荷载值得20%，加载一级停歇10min，混凝土构件预加载荷载值小于开裂荷载值的70%；2）正式加载：小于标准值时，每级不大于标准值的20%，一般分五级加至标准荷载值，超过标准值时，每级不大于标准值的10%，当所加荷载到达破坏荷载的90%时，采用标准值的5%加载至破坏。

12.间歇时间：钢结构一般不小于10min，混凝土或木结构不少于15min。

满载时间：标准长期宜持续30min~24h，对于标准短期，钢试件和钢筋混凝土时间不小于30min，木试件不小于60min，拱和砌体构件为180min，预应力混凝土满载30min，开裂持续30min。

空载时间：一般钢筋混凝土构件45min，重要的跨度大于12m的构件去满载时间的1.5倍，钢结构时间不大于30min。

13.试验加载图式：试验荷载在结构构件上的布置形式。

一般要求与理论计算图式一致，在实际结构试验中因条件限制无法实现，应根据试验目的与要求，采用与计算简图等效的加载图式，等效荷载。

14.等效荷载：指加在试件上，使试件产生的内力图形与计算简图相近、控制截面的内力值相等的荷载。

15.等效荷载加载图式应满足的条件：等效荷载产生的控制截面的主要内力应与计算内力相等，等效荷载产生的主要内力图形与计算内力图形相似，对等效荷载引起的变形差别应予以修正，控制截面内力等效时，次要截面上的内力应与设计值相近。

15.1采用等效荷载应注意：除了控制截面的某个效应与理论荷载相同外，该截面的其他效应和非控制截面的效应，则可能有差别，所以必须全面验算因荷载图式改变对试验结构构件的各种影响。

必须特别注意结构构件是否因最大内力区域的某些变化而影响承载能力，尤其对不等强的结构，一定要细加分析和验算，采取有效的等效荷载形式。

比如增加集中荷载个数，从而减少或消除影响。

16.加载方法与设备的要求：（1）选用的试验荷载图式必须是等效荷载图式（2）荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值准确稳定，静荷载不随加载时间、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）加载设备不参与结构工作，不影响结构的自由变形，不影响结构受力（5）加载装置本身要安全可靠，不仅满足强度要求，还需严格控制变形量（6）力求采用先进技术，减轻劳动强度，尽量提高试验效率和质量17.静力荷载试验中常用的加载方法：重物加载、气压加载、机械加载、液压加载、电液伺服加载系统惯性力加载、电磁加载、人工激振加载。

18.液压加载器（千斤顶）的工作原理：当油泵将具有压力的液压油压入千斤顶的工作油缸时，活塞在压力油的作用下向前移动，与时试件接触后，活塞便向结构物施加荷载，荷载值的大小由油压表示值和加载器活塞受底面积求得，也可以由液压加载器与荷载承力架之间所置的测力计直接测读，或用传感器将信号输给电子秤显示或记录器直接记录。

19.液压加载系统主要由高压油泵、管路系统、操作台、液压加载器、加载架、试验台座等部分组成。

19.1液压加载：是目前结构试验中应用普遍和理想的加载方法。

优点：是利用油压使液压器产生较大荷载，试验操作方便，安全，特别是对于大型结构构件试验，当要求荷载点数较多、吨位较大时更合适，尤其是电液伺服加载系统的广泛应用，为工程结构动力试验模拟地震荷载等不同特性的动力荷载创造了有利条件。

20.目前国内结构试验常用的台座主要有：板式试验台座（槽式试验台座和地脚螺丝式试验台座）、箱式试验台座、抗弯大梁式台座、空间桁架式台座。

24.电液伺服加载系统有电液伺服液压加载器、控制系统、液压源三部分组成。

25.结构试验测量技术包括：量测方法、量测工具、量测误差分析；量测方法主要有直接测量法和间接测量法，偏位测定法和零位测定法；量测误差包括系统误差、过失误差、偶然误差；主要量测的内容包括外部条件（外荷载、支座反力）、结构变形（位移、应变、曲率等）、内力（应力）、裂缝以及自振频率、振型、阻尼等一系列动力特征。

26、量测仪表主要由感受部分、放大部分、纪录显示部分；主要性能指标有：刻度值、量程、灵敏度、分辨率，滞后、精确度、可靠性、零位温飘和满量程热漂移、线性范围、线性度等等。

消除系统误差方法：量测仪表的定期率定。

27.仪表率定的概念：为了确定仪表的精确度和换算系数，定出其误差，需将仪表示值与标准量相比较，求出被率定仪器的刻度值。

方法：在专门率定设备上率定，这种设备能产生一个已知标准量的变化，把它和被率定仪器的示值做比较，求出被率定仪器的刻度值；采用和被率定仪器同一等级的标准仪器进行比较来率定；利用标准试件率定仪器。

28.索力测量的方法：电阻应变片测定法、拉索伸长量测定法、索拉力垂度关系测定法、压力表测定法、压力传感器测定法、频率法、磁通量法。

29.应变测量的主要方法有：应变机测法、应变电测法、应变光测法。

30.应变电测法：在结构试验中，因结构受到外荷载或温度及约束等原因而产生应变，应变为机械梁，用量电器量测非电量，首先必须把非电量转化为电量的变化，然后才能用量电器量测，量测由应变引起的电量的变化称为应变电测法。

31.电阻应变片的工作原理及构造：电阻丝感受的应变和它的电阻相对变化成线性关系，当构件受力变形时，敏感元件的截面、长度等尺寸将随构件的变形而变形，因而其电阻值也将发生相应的变化。

只要用精密仪器测出电阻应变片电阻的变化率，即可得出构件应变的大小，从而求出其承受的应力。

组成：敏感栅、引出线、覆盖层、基底、粘接剂。

32.量测仪表选用原则或试验对仪表的基本要求：（1）仪表性能应满足试验具体要求，如合适灵敏度，精度和量程。

精度：最小刻度值小于等于被测值的5%；量程以选用最大被测值的1.25～2.0倍为好，或使最大被测值在仪表的2/3量程范围附近。

（2）动态量测仪表其线性范围、频响特性、相对特性等均应满足试验要求（3）对于安装在结构上的仪表或感受器，要求体积小、自重轻，不影响结构的工作性能和受力（4）同一试验中选用的仪表种类、规格尽可能少，以便统一数据的精度，简化量测数据的整理工作和避免出错（5）仪表对环境的适应性要强且使用方便，工作可靠和经济耐用33.振动测量仪器主要由：拾振器、测振放大器、显示记录仪。

37.电桥原理：相邻两臂的应变输出符号相反，相对桥臂的应变输出符号相同。

38.温度效应：用电阻应变片测量应变时，应变片除了感受试件应变外，由于环境温度变化的影响，同样也能通过应变片的感受而引起电阻应变仪指示部分的示值变动，此种变动即成作温度效应。

39.温度效应产生原因：电阻丝温度改变Rt ，即Rt ；材料与应变片电阻思想膨胀系数不相等，但二者又粘在一起，当温度该改变t 时，引起附加电阻的变化。

40.消除温度效应方法：应变片自补偿法和桥路补偿法（温度片补偿和工作片补偿），常用为桥路补偿法。