第2章--土木工程结构试验设计.pptx
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第2章 土木工程结构试验设计 ppt课件
第二章 土木工程结构试验设计
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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1
• 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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23
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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20
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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16
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。
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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1
• 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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23
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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20
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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16
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。
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。
结构试验设计原理-PPT课件
PPIS循环内容及其关系
PPIS循环特点示意图
（1）连续性。（2）有序性。（3）层次性。（4）嵌套性。 （5）广泛性。（6）关键性。（7）重复性。（8）进步性。
二、 结构试验设计的基本原则
1、真实模拟结构所处的环境和结构所受到的荷载 2、消除次要因素影响 3、将结构反应视为随机变量 4、合理选择试验参数 5、统一测试方法和评价标准 6、降低试验成本和提高试验效率 忠实而灵活；抓主要矛盾；未知世界；量力而行、 符合实际；注重交流；少花钱多办事
⑵注意结构试验荷载的加载位置（作用位置）
2、消除次要因素的影响
影响结构受力性能的因素有很多，一次试 验很难同时确定各因素的影响程度。此外 各种因素中，有的是主要因素，有的是次 要因素。通常，试验目的中应明确包含的 需要研究或需要验证的主要因素。试验设 计时，应进行仔细分析，消除次要因素的 影响。
第二章 结构试验设计原理
一、结构试验设计概述
二、结构试验设计的基本原则 三、测试技术基本原理
一、 结构试验设计概述
结构试验一般可分如下几个阶段： （一）试验规划与设计（计划阶段P） （二）试验技术准备(准备阶段P) （三）试验实施过程（实施阶段I） （四）试验数据分析与总结（总结阶段S）
(一)、试验规划与设计 结构试验规划与设计是整个结构试验中 极为重要的并且带有全局性的一项工作。它 的主要内容是对所要进行的结构试验工作进 行全面的设计与规划，从而使设计的计划与 试验大纲能对整个试验起着统管全局和具体 指导的作用。 进行结构试验的总体设计时，首先应该 反复研究试验的目的，充分了解本项试验研 究或生产鉴定的任务要求。
(一) 结构试验规划与设计: 试验大纲的内容：试验任务分析,试件设计,试 验装置与加载方案设计,观测方案设计,试验中 止条件和安全措施
结构试验 土木工程结构静载试验PPT课件
第14页/共75页
4.2 加载方案的设计
（3）试验荷载的计算
确定相应于各种受力状态的试验荷载
例如： 承载力极限状态试验 承载力试验荷载 刚度、裂缝宽度试验正常使用极限状态试验荷载
抗裂性能开裂荷载
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4.2 加载方案的设计
（3）试验荷载的计算 检验性试验 根据结构功能的两种极限状态，试验
（3）试验荷载的计算 研究性试验
控制截面上的正常使用极限状态短期效应计算值：
SSC
SuC
0 [ u ]
R(
fC0
,
f
0 S
,
a0 ,......)
0 [ u ]
各系数涵义见P95
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4.2 加载方案的设计
（3）试验荷载的计算 P96例题4-1
第20页/共75页
4.2 加载方案的设计
荷载计算的基准有两个：
[承载力极限状态] Qd GGK QQK
[正常使用极限状态] Qs GK QK
G 1.2 Q 1.4 GK---永久荷载标准值
QK---可变荷载标准值
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4.2 加载方案的设计
（3）试验荷载的计算 检验性试验
若采用集中荷载，依据上述公式计算的Qd或QS，应 进一步转化为集中力
第53页/共75页
The effect of surface roughness on the drag coefficient of a sphere.
第54页/共75页
4.4 测量数据的整理
试验图线、表格绘制：
(1)荷载-变形、荷载-应变、荷载-应力曲线等
钢筋混凝土梁跨中弯矩-挠度曲线
第55页/共75页
建筑结构试验课件2
• 5)砖石或砌体结构，一般在其上下预先浇注混 凝土垫梁，模拟基础梁和圈梁;
• 6) 在钢筋混凝土偏心受压构件试验时，将试件 制成牛腿，并布置钢筋网。
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第二节 结构试验的试件设计
在构造设计时，要充分考虑：
①附加构造强度必须大于结构本身安全储备强度 ②为测局部试验数据，考虑对局部加固。 ③为安装测试仪器仪表，须在构件上安装预埋件
• 一般破坏性试验能充分说明问题，观测项目 和测点可以少些；
• 非破坏性试验观测项目和测点布置，必须满 足分析和推断结构工作状态的最低需要。
27
• 2.测点的选择和布置：
• ①在满足试验目的前提下，测点宜少不宜多。 测点的数量和布置必须合理，同时是足够的。
• ②对新型结构或科研性课题，可以先定性， 后定量，由粗到细的逼近。
17.8
9.2
16.8
4.2
13.0
2.2
17
• (3) 外加剂对混凝土拌合物坍落度损失影响程 度最大, 掺合料对混凝土拌合物坍落度损失影 响程度最小。
18
第二节 结构试验的试件设计
4.结构试验对试件设计的要求
• 构件的设计和制造要满足试件的安装、加载和量 测的需要，在试件上作出必要的构造措施：
• 1)混凝土承受集中荷载处，支点处预埋钢板，以 防混凝土局部破坏;
• 2)试件加载面为斜面时，做成凸缘，保证加载的 稳定性;
• 3)在反复荷载试验时，应作预埋件与加载器或传
感器连接;
19
第二节 结构试验的试件设计
4.结构试验对试件设计的要求
• 4)框架结构，为保证柱与底座固结，一般设置 大截面基础梁;
• 正交试验法与全面试验法比较：下表中括号 内为正交试验次数。
• 6) 在钢筋混凝土偏心受压构件试验时，将试件 制成牛腿，并布置钢筋网。
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第二节 结构试验的试件设计
在构造设计时，要充分考虑：
①附加构造强度必须大于结构本身安全储备强度 ②为测局部试验数据，考虑对局部加固。 ③为安装测试仪器仪表，须在构件上安装预埋件
• 一般破坏性试验能充分说明问题，观测项目 和测点可以少些；
• 非破坏性试验观测项目和测点布置，必须满 足分析和推断结构工作状态的最低需要。
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• 2.测点的选择和布置：
• ①在满足试验目的前提下，测点宜少不宜多。 测点的数量和布置必须合理，同时是足够的。
• ②对新型结构或科研性课题，可以先定性， 后定量，由粗到细的逼近。
17.8
9.2
16.8
4.2
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2.2
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• (3) 外加剂对混凝土拌合物坍落度损失影响程 度最大, 掺合料对混凝土拌合物坍落度损失影 响程度最小。
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第二节 结构试验的试件设计
4.结构试验对试件设计的要求
• 构件的设计和制造要满足试件的安装、加载和量 测的需要，在试件上作出必要的构造措施：
• 1)混凝土承受集中荷载处，支点处预埋钢板，以 防混凝土局部破坏;
• 2)试件加载面为斜面时，做成凸缘，保证加载的 稳定性;
• 3)在反复荷载试验时，应作预埋件与加载器或传
感器连接;
19
第二节 结构试验的试件设计
4.结构试验对试件设计的要求
• 4)框架结构，为保证柱与底座固结，一般设置 大截面基础梁;
• 正交试验法与全面试验法比较：下表中括号 内为正交试验次数。
第二章 土木工程结构的试验设计
试验目的
查阅文献 收集资料
设计阶段
试件设计 加载方案 量测方案 试验安全
准备阶段
试件制作 试件安装 仪器调试 材料性能
实施阶段
试验加载 观察记录 数据采集 变形裂缝
总结阶段
数据处理 试验分析 结构参数 承载力分析 试验报告
试件形状 试件尺寸 试件数量 构造措施
荷载设计 加载装置 试验方法 加载制度
观测项目 布点位置 布点数量 测量仪器
3、反位试验 为了便于观察裂缝、读 取裂缝宽度值，可以将试 件倒过来安装。 4、原位试验 对已经建成的结构进行 现场试验时，均采用原位 试验。与实际的工作状况 一致。
1-承压板；2-千斤顶；3-木垛； 4-钢梁；5-钢锭；6-百分表；
锚桩法反力装置
（a） 俯视图 （b） 侧面图 1-锚梁；2-试桩；3-横梁；4-锚桩；5-千斤顶；6-百分表
• 试验设备：净空尺寸；起重能力；加载设备
• 经费条件：大试件，消耗材料多。
综合各方面因素，确定合理的试件尺寸，以满足多 方面的要求。
常用的试件比例
静力试验：
框架整体结构中的截面尺寸：1/4~1/2 框架节点: 1/2~1（须反映配筋） 剪力墙: 1/10~1/3 砌体: 1/4~1/2 局部试件: 1/4~1 整体性结构试件: 1/10~1/2 疲劳试验可采用足尺构件（实验室内） 振动台试验： 1/50~1/4
• 在每批中应随机抽取一个构件作为试件进行检验。（同类
2.2.3 试件数量
研究性试件的数量直接关系到能否满足试验目的 以及整个试验的工作量问题，同时也受试验研究、经 费预算和时间期限的限制。 因子设计法（全面试验法 -- 遍历）： 因子数是对试验研究内容有影响因素的个数，比 如抗压强度、配筋率、轴压比、偏心强度 等级，二者决定试件数量： 试验数=水平数因子数
查阅文献 收集资料
设计阶段
试件设计 加载方案 量测方案 试验安全
准备阶段
试件制作 试件安装 仪器调试 材料性能
实施阶段
试验加载 观察记录 数据采集 变形裂缝
总结阶段
数据处理 试验分析 结构参数 承载力分析 试验报告
试件形状 试件尺寸 试件数量 构造措施
荷载设计 加载装置 试验方法 加载制度
观测项目 布点位置 布点数量 测量仪器
3、反位试验 为了便于观察裂缝、读 取裂缝宽度值，可以将试 件倒过来安装。 4、原位试验 对已经建成的结构进行 现场试验时，均采用原位 试验。与实际的工作状况 一致。
1-承压板；2-千斤顶；3-木垛； 4-钢梁；5-钢锭；6-百分表；
锚桩法反力装置
（a） 俯视图 （b） 侧面图 1-锚梁；2-试桩；3-横梁；4-锚桩；5-千斤顶；6-百分表
• 试验设备：净空尺寸；起重能力；加载设备
• 经费条件：大试件，消耗材料多。
综合各方面因素，确定合理的试件尺寸，以满足多 方面的要求。
常用的试件比例
静力试验：
框架整体结构中的截面尺寸：1/4~1/2 框架节点: 1/2~1（须反映配筋） 剪力墙: 1/10~1/3 砌体: 1/4~1/2 局部试件: 1/4~1 整体性结构试件: 1/10~1/2 疲劳试验可采用足尺构件（实验室内） 振动台试验： 1/50~1/4
• 在每批中应随机抽取一个构件作为试件进行检验。（同类
2.2.3 试件数量
研究性试件的数量直接关系到能否满足试验目的 以及整个试验的工作量问题，同时也受试验研究、经 费预算和时间期限的限制。 因子设计法（全面试验法 -- 遍历）： 因子数是对试验研究内容有影响因素的个数，比 如抗压强度、配筋率、轴压比、偏心强度 等级，二者决定试件数量： 试验数=水平数因子数
土木工程结构试验与检测共42页
整体结构试验：1/10~1/2 动力试验：1/50~1/4
沈阳建筑大学
土木工程结构试验与检测
三．试件数量
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
正交试验设计：指利用事先制好的正交表来安排多因素试验， 并进行试验结果分析的一种试验设计方法。 正交表是正交试验设计法中合理安排试验并对试验结果进行 统计分析的一种特殊表格。 常用正交表有L4 (23 )、L9 (34 )、L12 (31 ×24 )等。
试验次数
因素数
因素的水平数
沈阳建筑大学
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土木工程结构试验与检测
一．模型的相似要求和相似常数
相似常数的独立性与相关性
几何相似
������ 要求模型和真型之间所有对应部分尺寸成比例。
Sl （长度）、SA （面积）、Sw （抗弯模量），SI （惯性
矩），Sx（位移m bp
lm lp
SA
S
试件制作与安装
试验人员组织分工
仪器设备的检测与率定
材料力学性能的试验与确定
试验加载 试验反应观测与数据采集 试件变形、裂缝与破坏形态记录
数据处理 结构破坏机制分析 结构性能与承载能力分析
沈阳建筑大学
试件设计 试件加载方案设计 试验观察、量测方案设计
土木工程结构试验与检测
设计试件的形状和尺寸 确定试件的数量 设计构造措施
土木工程结构试验与检测
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三．试件数量
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
正交试验设计：指利用事先制好的正交表来安排多因素试验， 并进行试验结果分析的一种试验设计方法。 正交表是正交试验设计法中合理安排试验并对试验结果进行 统计分析的一种特殊表格。 常用正交表有L4 (23 )、L9 (34 )、L12 (31 ×24 )等。
试验次数
因素数
因素的水平数
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土木工程结构试验与检测
一．模型的相似要求和相似常数
相似常数的独立性与相关性
几何相似
������ 要求模型和真型之间所有对应部分尺寸成比例。
Sl （长度）、SA （面积）、Sw （抗弯模量），SI （惯性
矩），Sx（位移m bp
lm lp
SA
S
试件制作与安装
试验人员组织分工
仪器设备的检测与率定
材料力学性能的试验与确定
试验加载 试验反应观测与数据采集 试件变形、裂缝与破坏形态记录
数据处理 结构破坏机制分析 结构性能与承载能力分析
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试件设计 试件加载方案设计 试验观察、量测方案设计
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设计试件的形状和尺寸 确定试件的数量 设计构造措施
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土木工程结构动载试验PPT课件
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[脉动法、环境随机振动法] 注意：
当外界脉动的卓越频率接近建筑物一阶频率时，建筑物的脉动 图中，一阶模态的分量必然占主导作用。
若外界频率接近二阶或三阶频率时，其对应模态将其主导作用。
为得到建筑物整体振动特性，应沿高度或水平方向同时布置测 量仪器。若仪器数量不足，可固定一台，作相位参考。
第九页，共57页。
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
测定结构的动力特性，首先应设法让结构起振，然后测量 某种振动参数，以获得结构动力特性的参数。
早期的迫振方法主要有：振动荷载法（强迫振动法） 撞击法（自由振动法）
地脉动对结构引起振动的过程或地震引起结构随机振动的过程 是一种较新的技术。通过频谱分析可得所需动力参数
五、结构动载试验
5.4 结构疲劳试验
材料或结构在重复荷载的作用后，物理学性能将发生变化，其强 度极限将低于相同静荷载作用下的极限值，这种现象称为疲劳。 生活中、工程中，疲劳破坏的例子随处可见。
第四十六页，共57页。
坠入水中的车辆多达50多辆，已造成 7人死亡，60多人受伤，其中20多人
伤势严重的后果。
为全面反映地面不规则运动的脉动，仪器应有足够的频响范围。
第二十九页，共57页。
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[脉动法、环境随机振动法]
分析方法：
主谐量法
统计法 频谱分析法、功率谱分析法
第三十页，共57页。
5.3 结构动力特性的试验测定
[脉动法、环境随机振动法]____主谐量法
第三十一页，共57页。
动力系数：
无轨道时，由于两次行驶的线路不可能完全一样，故将移动荷载一次性
工程结构试验课件
第3页，共21页。
第一章 工程结构试验概论
这门课讲的主要内容是什么？ • 是：如何进行土木工程结构的试验。 • 若要使试验结果能反映实际状况，试验对象必须和实际结构一样，承
受相同的荷载、具有相同的边界条件等；
• 要使试验数据能进行比对，必须遵照相同的试验规程； • 如何开展试验？如何正确地施加荷载？如何选择仪器设备？如何量取试
单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的 状态目标，研究结构受力性能的试验。
第13页，共21页。
➢拟静力试验也称低周期反复荷载试验或伪静力试验。它是利用加载系统
对结构施加逐渐增大的反复作用荷载或交替变化的位移，使结构或构件 受力的历程与结构在地震作用下的受力历程基本相似，属于结构抗震试
第21页，共21页。
动力试验的内容包括：
➢动荷载的特性试验；
➢结构的动力特性试验； ➢结构在动荷载作用下的动力反应试验。其中：
第14页，共21页。
1、动荷载的特性试验包括：
➢ 动荷载的特性包括作用力的大小、方向、频率及其作用规律等
➢量测内容：动荷载自身参数和主振源的测定试验；
2、结构动力特性试验包括：
➢ 结构的自振频率、阻尼比、振型等参数。这些参数取决于结构的形式、
3、结构的动力反应试验
测定结构在实际工作（或荷载作用）时的振动参数(振幅、频率等)及性状； ➢ 模拟地震振动台试验 • 对振动台输入各种形式地震波后，量测台上结构模型的反应和地震震 害发生的过程；
• 有助于力学计算模型的建立；
➢ 风洞试验（模拟风力试验） 量测模拟建筑周围气流对结构的作用
➢ 疲劳试验 了解在重复荷载作用下结构的性能及变化规律
并对检验结果作出技术结论；
第一章 工程结构试验概论
这门课讲的主要内容是什么？ • 是：如何进行土木工程结构的试验。 • 若要使试验结果能反映实际状况，试验对象必须和实际结构一样，承
受相同的荷载、具有相同的边界条件等；
• 要使试验数据能进行比对，必须遵照相同的试验规程； • 如何开展试验？如何正确地施加荷载？如何选择仪器设备？如何量取试
单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的 状态目标，研究结构受力性能的试验。
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➢拟静力试验也称低周期反复荷载试验或伪静力试验。它是利用加载系统
对结构施加逐渐增大的反复作用荷载或交替变化的位移，使结构或构件 受力的历程与结构在地震作用下的受力历程基本相似，属于结构抗震试
第21页，共21页。
动力试验的内容包括：
➢动荷载的特性试验；
➢结构的动力特性试验； ➢结构在动荷载作用下的动力反应试验。其中：
第14页，共21页。
1、动荷载的特性试验包括：
➢ 动荷载的特性包括作用力的大小、方向、频率及其作用规律等
➢量测内容：动荷载自身参数和主振源的测定试验；
2、结构动力特性试验包括：
➢ 结构的自振频率、阻尼比、振型等参数。这些参数取决于结构的形式、
3、结构的动力反应试验
测定结构在实际工作（或荷载作用）时的振动参数(振幅、频率等)及性状； ➢ 模拟地震振动台试验 • 对振动台输入各种形式地震波后，量测台上结构模型的反应和地震震 害发生的过程；
• 有助于力学计算模型的建立；
➢ 风洞试验（模拟风力试验） 量测模拟建筑周围气流对结构的作用
➢ 疲劳试验 了解在重复荷载作用下结构的性能及变化规律
并对检验结果作出技术结论；
土木工程结构试验课件
检验性试验
相关实例
• 《京华时报》 京华时报》2005年 2005年12月 12月1日 报道， 报道，目前纪念碑的地下室存 在漏水问题， 在漏水问题，雨水会从底座的 缝隙渗入地下室， 缝隙渗入地下室，导致纪念碑 基座出现风化。 基座出现风化。同时纪念碑1 同时纪念碑1 层和2 层和2层基座的南北向均出现 一些裂缝。 一些裂缝。经过全面的结构检 测，确定这些裂缝对纪念碑安 全不会造成影响， 全不会造成影响，但为了使纪 念碑更加完善， 念碑更加完善，因此决定对其 进行修缮。 进行修缮。
概论
海南大学土木工程系
土木工程分类
土木工程 Civil Engineering 建筑工程类 道路、桥梁类 水利类 环境类
绪论
◇ 土木工程结构静力试验和动力试验的加载模拟 技术， 技术，结构变形的量测技术， 结构变形的量测技术，试验数据的处理 技术， 技术，信号分析技术， 信号分析技术，直至最后对试验对象作 出技术评价或理论分析。 出技术评价或理论分析。 • 根据结构试验的目的 根据结构试验的目的， ，结构承受的荷载性质， 结构承受的荷载性质， 荷载在结构上停留的时间， 荷载在结构上停留的时间，以及试验要求的的 最终结果等情况， 最终结果等情况，可将结构试验分为研究性试 验及检验性（ 验及检验性（鉴定性） 鉴定性）试验两类。 试验两类。
给 排 水 工
程
供 热 通 风 工 程
研究性试验
研究性试验具有研究、 研究性试验具有研究、探索和开发的性质。 探索和开发的性质。其目的在于验证结 构设计的某一理论， 构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、 或验证各种科学的判断、推理、 推理、假设及概 念的正确性， 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 ，而有系统地进行的试验研究。 而有系统地进行的试验研究。 研究性试验的试验对象是试件， 研究性试验的试验对象是试件，它不一定是研究任务中的具体 结构， 结构，更多的是经过力学分析后抽象出来的模型。 更多的是经过力学分析后抽象出来的模型。模型必须反 映研究任务中的主要参数。 映研究任务中的主要参数。因此， 因此，研究性试验的试件都是针对 某一研究目的而设计和制作。 某一研究目的而设计和制作。试件的外形应尽可能地考虑到简 化加载设备条件； 化加载设备条件；试件的尺寸取决于试验设备的容量、 试件的尺寸取决于试验设备的容量、场地及 环境条件； 环境条件；为了减小尺寸效应， 为了减小尺寸效应，试件尺寸应尽量和实际结构接 近；考虑到材料的变异性， 考虑到材料的变异性，同样的试件应制作两个以上。 同样的试件应制作两个以上。 研究性试验一般都在室内进行， 研究性试验一般都在室内进行，需要使用专门的加载设备和数 据测试系统， 据测试系统，以便对受载试件的变形性能作连续观察、 以便对受载试件的变形性能作连续观察、测量和 全面的分析研究， 全面的分析研究，从而找出其变化规律， 从而找出其变化规律，为验证设计理论和计 算方法提供依据。 算方法提供依据。
《土木工程结构试验》第二章结构模型试
1.
误差计算
误差平均值：
2.
标准差：
3.
离散程度：
❖
误差的检验
❖
❖
❖
❖
❖
❖
❖
❖
误差的检验：区分误差的类型，尽可能减小误差或计
算中考虑误差
1、系统误差的发现和消除
系统误差有积累变化、周期变化、按复杂规律变化三
种，可通过数种不同的测量方法或同时用几种测量工
具进行测量比较即可发现；
2、随机误差：进行统计分析予以检验；
而且是可以避免的。
❖ 产生原因：测量方法、测量工具、环境、操作
不当、主观性等；
❖ 表示方法：准确度（表示系统误差的大小），
它反映平均值的大小；
❖ 处理办法：查明系统误差的原因，在测量中采
取改进措施或在数据处理时对测量结果进行修正。
❖
2、随机误差（偶然误差）
❖ 特点：误差的绝对值和符号变化无常，但当测
弹性模型，也可大致模拟砼的塑性性能。
♦ 水泥砂浆：相比上述三种材料，最接近混凝土，常用于制
作砼薄壁结构，此时采用的钢筋为钢丝或铅丝。
♦ 细石混凝土：非弹性性能较难模拟，缩尺比例不宜太小。
主要缺点是粘结应力模拟不好，不适用于研究Wmax等。
6.4.3 模型制作与试验要点
❖
1.
2.
3.
加工模型要求：
严格控制误差；
保证模型材料性能分
布均匀；
模型安装和加载部位
的连接满足试验要求。
❖
1.
2.
3.
4.
试验要求：
试验前先进行结构材
料试验；
对试验环境有更高要
求；
对测试和加载设备要
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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。
(b)
(c)
(h)
(i)
(a)
(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)。
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
• 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
第二章 土木工程结构试验设计
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
• 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。
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。
2.1.1 概述
土木工程结构试验设计是整个试验中极为重要的并且带 有全局性的一项工作，它的主要内容是对所要进行的结构试 验工作进行全面的设计与规划，从而使设计的计划与试验大 纲能对整个试验起着统管全局和具体指导作用。
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。
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。
• 2.1.2土木工程结构试验准备
• 工程结构试验准备工作十分繁琐，不仅牵涉面广，而且工 作量很大，一般准备工作约占全部试验工作量的1/2～1/3 以上，试验准备阶段的工作质量直接影响到试验结果的准 确程度，有时还关系到试验能否进行到底。
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。
• 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 结构试验设计 结构试验准备
调查研究、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
结构试验实施 结构试验分析 结构试验结论
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
试验总结报告
设计试件的形状和尺寸 确定试件的数量 设计构造措施
2.1.3土木工程结构试验实施
1.加载试验。 加载试验是整个试验过程的中心环节，应按规定的加载程
序和量测顺序进行。参加试验的每个工作人员应各就各位，各 尽其职，做好本岗工作。重要的量测数据应在试验过程中随时 整理分析并与事先估算的数值比较，发现有反常情况时应查明 原因或故障，把问题弄清楚后才能继续加载。 2.试验资料整理。
试验资料的整理是将所有的原始资料整理完善，其中特别 要注意的是试验量测数据记录和记录曲线，都作为原始数据经 负责记录人员签名后，不得随便涂改。经过处理后得到的数据 不能和原始数据列在同一表格内。
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。
2.2 土木工程结构试验的试件设计
试件设计应包括:
试件形状选择
试件尺寸与数量
试件构造措施等
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。