【免费下载】土木工程结构试验与检测

1-1土木工程试验分类结构试验目的：
分类研究性试验和检验性试验（实验目的）、静力试验和动力试验（荷载性质）、实体（原型）试验和模型试验（实验对象）、实验室试验和现场试验（试验场地）、破坏性试验和非破坏性试验（结构或构件破坏与否）。

、短期荷载试验和长期荷载试验（时间长短）
目的：结构试验是指在结构物或试验对象上，利用设备仪器为工具，以各种试验技术为手段，在施加各种作用（荷载、机械扰动力、模拟的地震作用、风力、温度、变形等）的工况下，通过量测与试验对象工作性能有关的
各种参数（应变、变形、振幅、频率等）和试验对象的实际破坏形态，来评定试验对象的刚度、抗裂度、裂缝状态、强度、承载力、稳定和耗能能力等，并用以检验和发展结构的计算理论。

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2-2 如何确定研究性试验的试验荷载？加载装置的设计应符合哪些要求？
A 对于混凝土结构，试验荷载值确定时一般应考虑下列情况： 1）对结构构件的刚度、裂缝宽度进行试验时，应
确定正常使用极限状态的试验荷载值； 2）对结构构件的抗裂性进行试验时，应确定开裂试验荷载值； 3）对结
构构件进行承载能力试验时，应确定极限承载能力试验荷载值； 4）按荷载作用时间的不同，正常使用极限状态
的试验荷载值可分为短期试验荷载值和长期试验荷载值。

由于大部分试验是在短时间内进行，故应按规范要求，考虑长期效应组合影响进行修正。

在进行结构动力试验时，试验荷载值确定还应考虑动力荷载的动力系数。

B 为保证试验工作的正常进行，试验装置必须进行专门设计。

具体要求如下： 1）试验装置应有足够刚度。

在最大试验荷载作用下，应有足够承载力（包括疲劳强度）和稳定性； 2）试验结构构件的跨度、支承方式、支撑等条件和受力状态应符合设计计算简图，且在整个试验过程中保持不变； 3）试验装置要满足构件的边界条件和受力变形的真实状态，且不应分担试验结构构件承受的试验荷载，且不应阻碍结构构件变形的自由发展； 4）应满足试件就位支承、荷载设备安装、试验荷载传递和试验过程的正常工作要求
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3-1、重物加载方法的作用方式及其特点、要求是什么？答：重物加载有重力直接加载和间接加载。

重力直接加载是将物体的重力直接作用于结构上的一种加载方法，即在结构表面堆放重物模拟构件表面的均布荷载；或在结
构表面围设水箱，利用防水膜止水，再向水箱内灌水。

水的重力作用最接近于结构的重力状态，易于施加和排放，加载卸便捷，适合大面积的平板试件。

但用水加载要求水箱具有良好的防水性能，且对结构表面平整度较高，同事观测仪表不知较为困难。

重力间接加载常利用杠杆原理把荷载放大作用在结构试件上。

利用杠杆支点间的比例关系，可减少劳动工作量 5 倍以上。

杠杆加载装置应根据实验室或现场试验条件按力的平衡原理设计。

试验时
杠杆和挂篮的自重是直接作用于试件上的荷载，试验前需称其重量，并作为第一级荷载加于试件上，杠杆各支点位置必须准确测量，实际加载值需根据各支点的比例关系计算得到。

3-2、液压加载系统由哪几个部分组成？答：主要由储油箱、高压油泵、测力装置和各类阀门组成的操纵台，通
过高压油管同时并联接若干个液压加载器组成，由操控台控制，满足多点同步加荷载的要求。

3-3.什么是气压加载？简述气压加载的适用情况及其优、缺点。

气压加载是使用压缩空气或高压氮气对建筑结构施加均布荷载。

气压加载适用于对板壳等大面积的结构物施加均布荷载。

气压加载的优点是加卸荷载方便可靠，荷载值稳定易控制；缺点是进行板壳结构极限承载力的试验时有一定的危险性，抽真空加载无法直接观察混凝土开裂情况。

4-7如何测定结构的应力？测量应变时对标距有何要求？
直接测量应力比较困难，而是借助测定应变值，然后通过材料σ--ε关系曲线或方程换算为应力值，测定应变则是测出一定长度范围 l 内的长度变化Δl，再计算应变εΔl/l。

标距要求：结构的应力梯度较大时，应变计标距应尽量小：混凝土结构，应大于 2-3 倍最大骨粒径；砖石结构应大于 6皮砖；木结构中标距不小于
20cm；对于钢材质材料，应变标距可取小些。

4-8、电阻应变计的主要技术指标
1）电阻值 R（n），120Ω。

2）标距 L，即敏感栅的有效长度。

3）灵敏系数 K。

4）使用面积以标距 l 乘以敏感栅宽度 a 表示。

5）线性输出时，所能量测的最大应变值。

6）机械滞后。

7）疲劳寿命。

8）绝缘电阻。

4-9、电阻应变计的工作原理
：电阻应变片的工作原理是基于应变效应。

电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。

将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。

4-10、何谓全桥测量半桥测量？电桥的输出特性：当四个桥臂都接入电阻应变时称为全桥测量；将工作片接入 AB 桥臂，将另一应变片贴于与试件相同材料上，置于相同温度且不受荷载，将其接入 BC 桥臂，正好抵消工作片热输出的接法为半桥测量。

输出特性：将信号放大。

4-11、温度变化会给电阻应变测量带来影响？
消除办法：应变片受温度变化影响产生变形。

消除办法：温度补偿应变片法、应变片温度互补偿法。

4-12、电测应变为什么要温度补偿？补偿方法：应变片反映的应变值含包试件与应变片受温度影响而产生的变形及试件材料与应变片温度线胀系数不同而产生的变形，所以要温度补偿。

方法：温度补偿应变片法、应变片温度互补偿法。

4-14、裂缝量测主要项目？裂缝宽度如何量测：
裂缝的发生、裂缝的宽度、裂缝的长度。

宽度测量一般用读数放大镜；较简单的方法是用印有不同宽度线条的宽度标尺和裂缝对比，来确定裂缝宽度。

16. 惯性式测振传感器（又称拾振器）的力学原理是什么？怎样才能使测振传感器的工作达到理想状态？
答：由于振动具有传递作用，做动力试验时很难找到一个静止点作为测振的从准点。

为此，必须在测振仪内部设置惯性质量弹簧系统，建立一个基准点。

惯性式测振传感器是利用弹簧质量系统的强迫振动特性来进行振动测量的。

这种传感器被直接固定在被测振动体上，不需要相对固定点。

测量所得结果直接以固结于地球上的惯性参考系坐标为参考坐标，因此，它是一种绝对式拾振仪器。

在一个刚性的外壳里面，安装一个单自由度的有阻尼的弹簧质量系统。

根据质量块相对于外壳的运动来判断被测振动体的振动。

使用惯性式拾振器时，必须特别注意振动体的工作频率与拾振器的自振频率之间的关系。

当>>1时，拾ω/ω0振器可以很好地量测振动体的振动位移;当 <<1时，拾振器可以准确地反映振动体的加速度特性，对加速度ω/ω0进行两次积分就可得到位移。

17. 光纤位移传感器的工作原理是什么？突出优点有哪些？
答：光纤采用Ｙ型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。

光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。

当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。

显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。

随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。

与其他传感器相比较，光纤位移传感器有不受电磁干扰，防爆性能好，不会漏电打火；可根据需要做成各种形状，可以弯曲；可以用于高温、高压、绝缘性能好，耐腐蚀等优点。

18. 简述热电偶测温及光纤测温的基本原理。

热电偶测温：热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路。

由于两种不同金属所携带的电子数不同，当两个导体的二个执着点之间存在温差时，就会发生高电位向低电位放电现象，因而在回路中形成电流,温度差越大，电流越大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应。

热电偶就是利用这一效应来工作的。

光纤测温：激光光脉冲射入传感用的光纤之中，在光脉冲向前的传播过程中，由于光纤的密度、应力、材料组成、温度和弯曲变形等原因发生散射现象，有一部分的散射光会按照入射光相反的方向传播，称之为背向散射光，返回的背向散射光就包含了Raman 散射。

Raman 散射会产生两个不同频率的信号：斯托克斯(Stokes)光（比光源波长长的光）和反斯托克斯(Anti-Stokes)光（比光源波长短的光），光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯(Anti-Stokes)光强发生变化，Anti-Stokes 与Stokes 的比值提供了温度的绝对指示，利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。

3、量测仪器通常由哪几部分组成？量测技术包括哪些内容？ A 感受、放大和显示记录三个的基本部分。

B 应变量测 力值量测 温度量测 位移量测 裂缝量测 震动参数量测 （偏位测定法和零位测定法两种量测方法） 4.量测仪器的主要技术性能指标有哪些？ 1.量程 2.刻度值 3.分辨率 4.灵敏度 5.精确度 6.滞后 7.线性范围 8.频响特性 9.相移特性 5.百分表、千分表的基本用途和扩展用途有哪些？ 基本用途：测位移和挠度 扩展用途：可以改装用于测应变 6.电阻应变计的主要技术指标有哪些？ 1.标距L 2.电阻值R 3.灵敏系数K 7.简述电阻应变计的工作原理。

0 K d R R （3.2.6） 式中 0 K －电阻应变计的单丝灵敏系数，对确定的金属或合金而言为常数。

式3.2.6 说明电阻丝感受的应变和它的电阻相对变化成线性关系，当金属电阻丝用胶贴 在构件上与构件共同变形时，可由式3.2.6 测得试件的应变。

8 裂缝测量主要有哪几个项目？裂缝宽度如何测量？ 项目：1.肉眼观察 2.贴应变片 3.涂导电漆膜 4.超声波检测； 测量：1.读显微镜 2.裂缝读数卡
9.力的测定方法有哪些？ 机械式力传感器、电阻应变式力传感器、振动弦式传感器、
10.简述数据采集系统的组成及数据采集过程。

由三个部分组成：传感器部分、数据采集仪部分和计算机（控制器）部分。

1.用传感器感受各种物理量，并把它们转换成电信号； 2.通过A/D 转换，模拟量的数据转变成数值量的数据； 3.数据的记录，打印输出或存入磁盘文件。

11 液压加载系统有哪几部分组成？电液伺服加载的关键技术及其优点是什么？液压加载系统通常是由油泵、油管系统、千斤顶、加载控制台、加载架和试验台座等组成电液伺服加载系统主要采用了电液伺服阀进行闭环控制。

电液伺服技术可以较为精确地模拟试件所受的实际外力，产生真实的试验状态，它可以将荷载、应变、位移等不同力学参量直接作为控制参数，实行自动控制，并在试验过程中进行控制参量的转换。

可获得高精度的加载机位移控制。

12 电液伺服加载系统的工作原理是什么？与普通液压加载有何区别？电液伺服加载系统主要采用了电液伺服阀进行闭环控制。

所谓电液伺服闭环控制，就是以电参量（通常是指控制器发出的电压信号，其波形、频率和幅度的设定值由要求的荷载值和位移量来确定）通过伺服阀去控制高压油的流量，推动液压作动器执行元件（千斤顶的活塞）对试件施加荷载。

另一方面，传感器检测出的加载试件的某一力学参量（位移、荷载、应变），经传感器转换后以电参量的方式作为反馈信号在比较器中随时与设定的控制电参量进行比较，得出的差值信号经调整放大后控制电液伺服阀再推动液压作动器执行元件，使其向消除差值的方向动作。

将执行元件动作的效果由传感器检测，并作为反馈信号送入比较器，从而形成闭环回路。

区别：由于电液伺服技术可以较为精确地模拟试件所受的实际外力，产生真实的试验状态，所以迅速地被应用在结构试验加载系统及地震模拟振动台上，用以模拟各种振动荷载。

它可以将荷载、应变、位移等不同力学参量直接作为控制参数，实行自动控制，并在试验过程中进行控制参量的转换。

13 试验支座和支墩各有什么作用？对其有何要求？结构试验中的支座与支墩是试验装置中模拟结构受力和边界条件的重要组成部分，是支承结构、正确传递作用力和模拟实际荷载图式的设备。

对于不同的结构形式和不同的试验要求，可使用不同的支座和支墩。

对铰支座的基本要求如下：（1）保证试件在支座处能自由转动；（2）保证试件在支座处力的传递；（3）构件支座处铰的上下垫板要有一定刚度；（4）支座与地基有足够的刚度和强度。

支墩本身的强度必须进行计算，以保证试验时不致发生过度变形。

当试验需要使用两个以上的支墩时，为了防止支墩不均匀沉降及避免试验结构产生附加应力而破坏，要求各支墩应具有相同的刚度。

支墩上部应该有足够大的平整支撑面，最好在顶部铺板，支撑面积要按地耐力复核。

14 建筑结构静力试验的目的和意义是什么？静力荷载试验的目的是通过对试验结构或构件直接施加荷载作用，采集试验数据，认识并掌握结构的力学性能。

15 什么是单调静力荷载试验？简述单调静力荷载试验的加载程序。

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。

试验加载程序是指试验进行期间荷载与时间的关
系。

加载程序可以有多种，应根据试验对象的类型及试验目的与要求不同进行选择，一般结构静载试验的加载程序分为预载、正常使用荷载、极限荷载三个阶段，每个阶段应分若干级加载。

试验采用分级加载制度，先分级
加载到试验大纲规定的试验荷载值，满载状态停留一段时间，量测变形的发展，然后分级卸载。

空载状态停留一段时间，再分级加载至破坏。

第二段加载程序为主要试验程序，即正式试验是从零开始，分级加载直到破坏。

16．静力试验正式加载前，为什么需要对结构进行预载试验？预载时应注意什么问题？预载的目的在于：①使
试件各部分接触良好，进入正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定；②检验全部试验装置的可靠性；③检验全部量测仪表工作正常与否；④检查现场组织工作和人员的工作情况，起演习作用。

预载一般分三级进行，每级
取正常使用荷载的20％。

然后分级卸载，2～3 级卸完。

每加(卸)一级荷载，停歇 10min。

对于开裂较早的混凝
土结构，预加荷载不宜超过计算开裂荷载的70％(含自重)，以保证在正式试验时能得到开裂荷载。

19 对结构或构件进行内力和变形测量时，对测点的选择和布置有哪些要求？用仪器对结构或构件进行内力、变
形等参数的量测时，测点的选择与布置应满足以下原则： 1）在满足试验目的的前提下，应使重点观测项目突出，测点宜少不宜多。

2）测点的位置必须有代表性，以便能测取最关键的数据； 3）测点的布置应有利于试验时操
作和测读； 4）应布置一定数量的校核性测点，以便校核量测数据的准确性，这是因为在试验过程中部分测量仪器可能会工作不正常或发生故障，以及很多偶然因素影响量测数据的可靠性。

1、混凝土配合比设计强度等级C20 ；
2、钢筋混凝土梁设计、制作（先贴钢筋应变片、后贴混凝土应变片）；
3、回弹法检测混凝土梁实际强度，标准试件抗压强度。

4、混凝土梁安装就位；
5、设计试验方案（加载、仪器
仪表设置、观察、记录和安保等）
三、试验仪器1、250型混凝土立式强制搅拌机 2、ZN型混凝土振动器；3、压力传感器；4、液压加载器
5、YE2533智能程控静态电阴应变仪，
6、YJ-16N智能数据采集分析仪
7、HT225W全自动回弹仪；
8、预制混凝土
构件；10、万用表、高阻表、电烙铁等；11、钢卷尺、钢直尺、油性笔、砂纸、打磨机等
步骤1、选择合适的试验用支座，混凝土梁就位2、安装百分表、加载器、将应变片接入应变仪调试初始平衡。

3、预加载，检查仪器、仪表工作是否正常，各位同学是否熟悉自己负责的工作。

4、开式加载，按试验方案采用
5级加载，各级荷载持荷15min，荷载稳定后读取百分表、应变值（钢筋、混凝土），并作好记录5、本次试验为
非破坏性试验，允许加致出现裂缝，目的是让大家在梁上绘制出裂缝与荷载的发生与发展的相关图形。

6、检查所有记录数据是否完整无缺。

实验结束，拆除所有仪器、仪表，并归位存放。

清理实验现场。

七、试验结果
1、绘制荷载与梁变形的关系曲线图；
2、绘制荷载与裂缝的关系图形；
3、根据应变测定值计算梁中钢筋、混凝土的应力值，
试验目的：
了解钢筋混凝土梁跨中的最大应力分布及其纵向弯曲变形。

试验仪器及其他装置：
16通道静态电阻应变仪、微型电子计算机、百分表7个、应变片若干及粘贴、导线焊接等用品齐全、标准砝码（25kg/个，地面尺寸240mmX60mm）若干、灰砂砖（2.5kg/块）若干、钢支墩4个、混凝土支墩2个、钢垫板及钢滚轴各两个。

1、实验前准备：
（1）根据已知条件求得钢筋混凝土梁在正常使用状态下的正截面承载力为M1u，标准荷载为Pk=1/16ql，在极限状态下的正截面承载力为M1u，标准荷载为1.5Pka
（2）检查实验用具是否齐全，仪器设备是否正常。

2、测点布置：
本试验采用重物直接加载的方式，由于跨中位置的应力和挠度都比较大，故将测点布置在跨中位置，分别测定跨中位置的挠度、受拉区边缘应变、受压区边缘应变及中间区域应变。

由于梁的跨度比较大，所以，为
了保证量测结果的可靠性，并求得梁在变形后的弹性挠度曲线，则相应地要增加至5~7个测点，并沿梁的跨中对
称布置。

由以上测点布置可以知道，通过1、2、3、4、5、6通道的数据可以清楚地看出梁跨中截面的应变分布，然
后在通过公式σ=ε*Ε(应力等于应变乘弹性模量)可以测出梁跨中截面的最大正应力分布。

通过1、11和
12，2、10和13，3、9和14，4、8和15，5、7和16通道，每三个通道组成三个方向，分别测定三个方向的应变，求得最大主应力值及作用方向，即可确定梁跨中截面的最大剪应力分布。

荷载分级原则：在正常使用荷载以内，每级取其荷载的20%，预加载分三级，正式加载分五级加至正常使用
荷载；超过正常使用荷载后，每级取其荷载值得10%，当荷载加至90%M2u时，每级取正常使用荷载的5%，直至破坏。

整理数据后，即可画出梁跨中最大应力分布图及其弯曲变形图。

鉴定目的和分类结构可靠性：指结构在规定的时间内、规定的条件下、完成预定功能的能力。

功能能力是指：建筑结构的安全性、适用性和耐久性。

结构可靠性鉴定：根据现场调查和检测的结果，对结构安全性和使用性进行鉴定，根据对两个性能的鉴定结果，
对结构可靠性进行评定。

鉴定目的：为保护人民的生命、国家和人民的财产安全，调查、了解爱损建筑物（遭自然和人类不可抗拒的各种灾害）或改建、变更原有用途、新建各类建筑物的安全性、适用性和耐久性情况。

根据可靠性评定等级，提出解决方案。

鉴定分类：结构安全性和正常使用性两类。

在下列情况下应进行结构的可靠性鉴定：（1）建筑物大修前的全面检查；（2）重要建筑物的定期检查；
（3）建筑物改变用途和使用条件的鉴定；4）建筑物超过设计基准期继续使用的鉴定；
（5）为制定建筑群改造规划而进行的普查；往往是根据上张框图第三层两端的不同目的分别进行两个基本功能的专门鉴定。

鉴定方法和标准主要的鉴定方法有三种：1.传统经验法 2.综合鉴定法； 3.概率法；根据（工业、民用建筑可靠性鉴定）两个标准进行鉴定；我国目前使用较多的是综合鉴定法
1.鉴定程序根据用户（甲方）提出的要求，以及鉴定的目的、范围等内容有五项基本内容：
初步调查 1）图纸及施工资料； 2）建筑物历史； 3）考察现场；4）填写初步调查研究表；5）制定祥细调查计划及检测试验作大纲，并提出需由委托方完成的准备工作。

可根据实际情况选择以下内容： 1) 结构基本情况调查；2）结构使用条件调查核实；3）地基基础检查；
4）材料性能检测分析；5）承重结构检查；6）围护系统使用功能检查；7）易受结构位移影响的管理系统检查。