1、GaoSuGongLu第一章 建筑結(jié)構(gòu)試驗概述SACE青島農(nóng)業(yè)大學建筑工程學院1建筑結(jié)構(gòu)試驗是一門什么性質(zhì)的課程？ 建筑結(jié)構(gòu)試驗是一門必修的專業(yè)基礎課程（32學時，理論22學時，試驗10學時），是電學、光學、光電子學、力學、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等學科相互交叉的、實用性很強的一門學科，是用試驗的方法研究和測量建筑結(jié)構(gòu)的強度、結(jié)構(gòu)受荷載作用后的反應及評估建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量的一門學科。2建筑結(jié)構(gòu)試驗課程的學習應達到的基本要求是什么？ 通過本課程的學習應達到的基本要求是:1掌握經(jīng)常使用的各種測試方法的基本原理和測量技術(shù)，結(jié)合土木工程專業(yè)的特點，培養(yǎng)建筑結(jié)構(gòu)試驗的試驗技能，使之具有從事一般建筑結(jié)構(gòu)的檢測

2、能力，為進行現(xiàn)場結(jié)構(gòu)檢測和科學研究的試驗打下良好的基礎。2掌握建筑結(jié)構(gòu)試驗的前期準備工作程序，為結(jié)構(gòu)試 驗的順利進行準備測試方案。3掌握典型建筑結(jié)構(gòu)試驗的測試內(nèi)容、測試方法、數(shù)據(jù)處理及書寫測試報告的全過程。4熟練掌握建筑結(jié)構(gòu)無損檢測的原理和檢測方法。3建筑結(jié)構(gòu)試驗課程內(nèi)容體系建筑結(jié)構(gòu)試驗課程主要是講述建筑結(jié)構(gòu)試驗中的試驗準備工作，加載方法的選擇，測點和測試方法的選擇，試驗過程、數(shù)據(jù)處理及測試報告的書寫等內(nèi)容。教學內(nèi)容按教材的章節(jié)的模塊化進行設計:建筑結(jié)構(gòu)試驗準備工作、試驗裝置和加載設備、測試技術(shù)、無損檢測技術(shù)、試驗模型設計，試驗數(shù)據(jù)的處理。4學習參考書：5第一章 建筑結(jié)構(gòu)試驗概述1.1 建筑結(jié)

3、構(gòu)試驗的任務1.2 建筑結(jié)構(gòu)試驗的作用1.3 建筑結(jié)構(gòu)試驗的分類6第一節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)試驗的任務建筑結(jié)構(gòu)試驗研究對象：建設工程的結(jié)構(gòu)物建筑結(jié)構(gòu)試驗的任務： 在試驗研究對象上應用科學的試驗組織程序，使用儀器設備為工具，利用各種實驗為手段，在荷載或其它因素作用下，通過量測與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)，從強度、 剛度和抗裂度以及結(jié)構(gòu)實際破壞形態(tài)來判明結(jié)構(gòu)的實際工作性能，估計結(jié)構(gòu)的承載能力 確定結(jié)構(gòu)對使用要求的符合程度，并用以檢驗和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計算理論。7 所謂建筑結(jié)構(gòu)試驗，就是對建筑結(jié)構(gòu)或者是它的構(gòu)件施加一定的荷載，這個荷載我們指的就是比較廣義的，包括力，也包括溫度或者是變形，然后用現(xiàn)代的測試手段對它引起

4、來的各種反應，比如說：變形、位移、應變等等進行測量，通過這些測量來觀測結(jié)構(gòu)對荷載的反應能力，考查它是否符合使用和設計要求，同時，也可以通過這種觀測，來得到荷載與它產(chǎn)生的變形之間的關(guān)系，為計算提供實踐根據(jù)。8例如： 鋼筋混凝土簡支梁在靜力集中荷載作用下，可以通過測得梁在不同受力階段的撓度、角變位、截面應變和裂縫寬度等參數(shù)，來分析梁的整個受力過程以及結(jié)構(gòu)的強度、撓度和抗裂性能。 適筋受彎構(gòu)件截面受力的幾個階段:第一階段截面開裂前階段（抗裂驗算）第二階段從截面開裂到受拉區(qū)縱向鋼筋開始 屈服階段（變形和裂縫寬度驗算）第三階段破壞階段（承載力計算） 9結(jié) 論建筑結(jié)構(gòu)試驗是以實驗方式測定有關(guān)數(shù)據(jù)，由此反映

5、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的工作性能、承載能力和相應的安全度，為結(jié)構(gòu)的安全使用和設計理論的建立提供重要根據(jù)的學科。10 第二節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)試驗的作用一、建筑結(jié)構(gòu)試驗是發(fā)展結(jié)構(gòu)理論的重要途徑二、建筑結(jié)構(gòu)試驗是發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設計問題的主要手段三、建筑結(jié)構(gòu)試驗是驗證結(jié)構(gòu)理論的唯一方法四、建筑結(jié)構(gòu)試驗是建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量鑒定的直接方式五、建筑結(jié)構(gòu)試驗是制定各類技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標準的基礎11（1）結(jié)構(gòu)試驗是發(fā)展結(jié)構(gòu)理論的重要途徑 17世紀初伽利略（1564-1642）在1638年錯誤地提出：受彎梁的斷面應力為均勻受拉。 46年后法國物理學家馬里奧脫和德國數(shù)學家萊布尼茲對這個假設提出了修正,認為：斷面應力不是均勻分布，是三角形分布。后來

6、胡克和伯努里又建立了平面假設。 121713年法國巴郎提出了中和層理論：認為一邊受拉，一邊受壓，但該理論無法用試驗驗證，而未被人們接受。 1767年法國科學家容格密里用簡單的試驗驗證了巴郎理論中一邊受拉，一邊受壓的結(jié)論。后人把該試驗譽為“路標試驗”。 1821年法國科學院院士拿維葉從理論上導出了受彎構(gòu)件斷面應力計算公式，20年后該公式被法國另一位院士莫列恩一用試驗方法驗證了。13（2）結(jié)構(gòu)試驗是發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設計問題的主要手段斜撐幾乎不起作用；斜撐交點首先出現(xiàn)塑性角而破壞。 14通過多次改進：有如一些特殊結(jié)構(gòu)的研究，需要做大量的結(jié)構(gòu)試驗，如混凝土-復合結(jié)構(gòu)：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土-鋼，籠式結(jié)構(gòu)等

7、。 15（3）結(jié)構(gòu)試驗是驗證結(jié)構(gòu)理論的唯一方法如愛因斯坦的相對論 如歌德巴赫猜想負物質(zhì)理論等各種科學猜想和預言16（4）結(jié)構(gòu)試驗是建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量鑒定的直接方式；（5）結(jié)構(gòu)試驗是制定各類技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標準的基礎；17 第三節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)試驗的分類 建筑結(jié)構(gòu)試驗按試驗目的、荷載性質(zhì)、試驗對象、試驗周期、試驗場合等因素進行分類。 （一）按照試驗目的分類 試驗可以按照各種方法來分類，但最基本的就是按照試驗目的來分類。按試驗目的可以將結(jié)構(gòu)試驗分成下面兩類：一生產(chǎn)檢驗性試驗，二科學研究性試驗.。 由于試驗目的不同，整個試驗安排和某些試驗方法、試驗要求都有很大的不同，所以這是建筑結(jié)構(gòu)試驗分類里面最基本的一種分類

8、方法。181.3 建筑結(jié)構(gòu)試驗的分類 1.3.1生產(chǎn)性試驗和科研性試驗 1生產(chǎn)性試驗 目的：以具體實際的結(jié)構(gòu)為鑒定的對象，通過試驗對具體結(jié)構(gòu)作出正確的技術(shù)結(jié)論。常解決的問題：（1）設計論證、施工質(zhì)量控制和鑒定（2）預制構(gòu)件質(zhì)量鑒定（3）已建結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定、剩余壽命評估（4）改建、擴建或加固工程，通過試驗判明結(jié)構(gòu)的實際承載能力（潛力）（5）為工程事故處理提供技術(shù)依據(jù)1920工程事故處理的一般程序:1、基本情況調(diào)查2、結(jié)構(gòu)及材料檢測3、復核分析4、專家會商5、調(diào)查報告21結(jié)構(gòu)及材料檢測內(nèi)容1、地基基礎2、建筑物所用材料的實際性能檢測3、建筑物表面缺陷的觀測4、對結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的檢查5、必要時可作模

9、型試驗或現(xiàn)場加載試驗，通過試驗檢查結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的實際承載力。222科研性試驗 目的：驗證、改進和發(fā)展結(jié)構(gòu)設計計算的理論和方法主要表現(xiàn)： （1）驗證結(jié)構(gòu)設計計算的各種假定； （2）制定各種設計規(guī)范； （3） 發(fā)展新的設計理論； （4）為發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)、新材料及新工藝 提供理論與實踐的經(jīng)驗。232425（ 1.3.2 靜力試驗和動力試驗 （二）按照荷載性質(zhì)、試驗對象、試驗持續(xù)時間、試驗場所等不同因素進行分類。1、按荷載性質(zhì)來分類（1）靜力試驗（2）動力試驗261.3.2 靜力試驗和動力試驗按試驗荷載性質(zhì)分：靜力試驗、動力試驗。1.靜力試驗：應有最多、最常見的基本試驗。分兩種：(1). 結(jié)構(gòu)靜力單調(diào)

10、加載試驗： 結(jié)構(gòu)加載過程從零開始逐步遞增一直到結(jié)構(gòu)破壞。即在一個不長的時間內(nèi)試驗加載全過程。 結(jié)構(gòu)低周反復靜力加載試驗：也稱偽靜力試驗，是以靜力的方式模擬地震作用的試驗，它是一種控制荷載或控制變形的周期性反復靜力試驗。 2728土木工程材料2930靜力試驗的優(yōu)點：加載設備相對來講比較簡單，荷載可以逐步 施加，還可以停下來仔細觀察結(jié)構(gòu)變形的發(fā) 展，給人們以最明確、最清晰的破壞概念。312、動力試驗 對于在實際工作中主要承受動力作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，為了研究結(jié)構(gòu)在施加動力荷載作用下的工作性能，一般要進行動力試驗。例如：研究廠房承受吊車及動力設備作用下的動力特性； 吊車梁的疲勞強度與疲勞壽命問題； 多層

11、廠房由于機器設備上樓后產(chǎn)生的振動影響； 高層建筑和高聳構(gòu)筑物在風荷載作用下的動力問題； 結(jié)構(gòu)抗爆炸、抗沖擊問題; 抗震動力試驗采用電液伺服加載設備或地震模擬振動臺動力試驗的特點：由于荷載特性不同，動力試驗的加載設備 和測試手段與靜力試驗有很大的差別，而 且要比靜力試驗復雜得多。32在結(jié)構(gòu)的抗震性能研究中，除了采用結(jié)構(gòu)低周反復靜力加載試驗外，更為理想的是直接施加動力荷載進行試驗。抗震動力試驗采用電液伺服加載設備或地震模擬振動臺等設備來進行。如廣州大學抗震研究中心、同濟大學抗震中心332.動力試驗： 荷載大小隨時間變化的，可能是有規(guī)律變化，也可能是無規(guī)律變化的。一些研究動力問題的，需要做動力試驗，

12、如 34如下圖為東方明珠電視塔的振動臺模型試驗。 35361.3.3 、按試驗對象分類（1）真型試驗（2）模型試驗（3）小構(gòu)件試驗371.3.3 真型試驗、模型試驗和小構(gòu)件試驗 按試驗對象的尺寸分：真（原）型試驗、模型試驗及小構(gòu)件試驗。 1真型試驗 試驗對象是實際結(jié)構(gòu)或按實際結(jié)構(gòu)足尺復制的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。 對于實物試驗一般均為生產(chǎn)性試驗，很多為非破壞性的現(xiàn)場試驗居多。 足尺及小構(gòu)件試驗一般多在試驗室進行，也可在現(xiàn)場進行，如梁、板及屋架。 對結(jié)構(gòu)整體性研究，一直是國內(nèi)外研究的熱門課題，多為大型試驗，可在試驗室進行，也可在現(xiàn)場進行。38（1）真型試驗試驗對象：（1）實際結(jié)構(gòu) （2）實物結(jié)構(gòu)足尺復制的結(jié)

13、構(gòu)或構(gòu)件。（1）實際結(jié)構(gòu)試驗 一般均用于生產(chǎn)性試驗。例如：秦山核電站安全殼 加壓整體性的試驗就是一種非破壞性的現(xiàn)場試驗。又如對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的剛度試驗、樓蓋承載能力試驗等均在實際結(jié)構(gòu)上加載量測。 （2）足尺結(jié)構(gòu)或構(gòu)件試驗 試驗對象是一根梁、一塊扳或一榀屋架之類的實物構(gòu)件，它可以在試驗室內(nèi)試驗，也可以在現(xiàn)場進行。394041（2）模型試驗 模型試驗：采用比真型結(jié)構(gòu)縮小的模型進行試驗。模型的設計制作與試驗是根據(jù)相似理論，要求做到幾何相似、力學相似和材料相似等等。42（2）模型試驗投資大、周期長、測量精度受環(huán)境因素影響大，在財力和技術(shù)上有困難時，可以考慮采用縮尺模型試驗。模型試驗：仿照真型并按一定比例

14、關(guān)系復制而成的試驗構(gòu)件或試驗結(jié)構(gòu)物，它具有實際結(jié)構(gòu)的全部或部分特征，尺寸比真型小得多。 4344454647（3）小構(gòu)件試驗 小構(gòu)件試驗是結(jié)構(gòu)試驗常用的研究形式之一。試驗不要求滿足嚴格的相似條件，只是用試驗結(jié)果與理論計算進行對比校核的方式來研究結(jié)構(gòu)的性能，驗證設計假定與計算方法的正確性。483小構(gòu)件試驗比較常用，可能是足尺試驗，也可能是縮尺試驗。它有別于模型試驗：不依靠相似理論，不考慮相似比例對結(jié)果的影響，即不要求嚴格的相似條件。認為這些結(jié)果所證實的一般規(guī)律與計算理論可以推廣到實際結(jié)構(gòu)中去。 4950土木工程材料511.3.4、按試驗持續(xù)時間分類（1）短期荷載試驗（2）長期荷載試驗52（1）短

15、期荷載試驗 荷載從零開始施加到最后結(jié)構(gòu)破壞或到某階段進行卸荷的時間總和只有幾十分鐘、幾小時或者幾天。1短期荷載試驗 絕大數(shù)承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件實際上一般都是承受的長期荷載作用。 由于試驗條件、時間和試驗步驟限制，我們不得不采取短期荷載試驗。 試驗時荷載從零開始加，到結(jié)構(gòu)破壞可能幾十分鐘、幾小時或幾天。這與實際情況是有差別的。 5354（2）長期荷載試驗 對于研究結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下的性能就必須要進行靜力荷載的長期試驗，它將連續(xù)進行幾個月或幾年時間。 如：混凝土的徐變、結(jié)構(gòu)受溫度變化的影響、預應力結(jié)構(gòu)中的鋼筋的松弛、三峽大壩長期變形監(jiān)控試驗。 555657581.3.5 、按試驗場所分類（1

16、）試驗室試驗（2）現(xiàn)場試驗1、試驗室試驗 適宜于研究性試驗。2、現(xiàn)場試驗 多用于解決生產(chǎn)性的問題。 591.3.5 試驗室試驗和現(xiàn)場試驗按試驗所在場地分：試驗室試驗、現(xiàn)場試驗1.試驗室試驗試驗室試驗條件較好，儀器設備精度高，可以排除一些不利因素對試驗結(jié)果的干擾。適合做研究性試驗。2現(xiàn)場試驗 現(xiàn)場試驗與室內(nèi)試驗相比，環(huán)境因素影響較大，不宜使用精度較大的儀器設備。多是解決生產(chǎn)中的實際問題，可以獲得實際結(jié)構(gòu)物的工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)參數(shù)。此外還可以按試驗是否破壞分：破壞性試驗、非破壞性試驗。 606162建筑結(jié)構(gòu)試驗課程的學習內(nèi)容 為了獲得解決一般建筑結(jié)構(gòu)設計及施工中所遇到的結(jié)構(gòu)檢測問題的基本知識和基本技能

17、，并在科研方面得到初步的訓練，必須在掌握結(jié)構(gòu)工程專業(yè)理論和其它有關(guān)專業(yè)技術(shù)知識的基礎上，學習下列內(nèi)容：（1）規(guī)劃、組織和進行結(jié)構(gòu)檢測的一般原則、方法和技 術(shù)；（2）結(jié)構(gòu)檢測中常用的量測儀器和加載設備的原理、性 能和使用方法；（3）收集、整理、計算和評定檢測資料的原理和方法。63GaoSuGongLu第二章 建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃SACE青島農(nóng)業(yè)大學建筑工程學院64第二章 建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃2.1 概述2.2 試驗前期工作方案設計2.3 試驗構(gòu)件方案設計2.4 試驗荷載方案設計2.5 試驗觀測方案設計2.6 結(jié)構(gòu)試驗和材料力學性能關(guān)系2.7 試驗大綱及其他文件65 第一節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃理

18、論概述 一、建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃的意義1、建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃是組織工作的需要2、建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃是結(jié)構(gòu)試驗特點的要求 建筑結(jié)構(gòu)試驗特點： （1）結(jié)構(gòu)試驗沒有固定的模式； （2）結(jié)構(gòu)試驗耗資大； （3）結(jié)構(gòu)試驗周期長。3、建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃關(guān)系到試驗的成敗4、建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃是體現(xiàn)技術(shù)水平和管理水平的 窗口 66 建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃關(guān)系到試驗的成敗： 一個不完整的或錯誤的組織計劃只能導致失敗，好的組織計劃是成功的基礎。如：某鋼管砼受彎構(gòu)件試驗兩個方案對比： A錯誤方案 B正確方案 67A方案的錯誤：1處沒有位移傳感器，由于懸臂端位移增量1而失真。2處上表面沒有傾角傳感器，因懸臂端位

19、移增量2而失真。2處右上方位移傳感器沒有布置在試件下表面，因懸臂端位移增量3而失真。 4建筑結(jié)構(gòu)試驗組織計劃體現(xiàn)了技術(shù)水平和管理水平68二、PDCA循環(huán)的基本內(nèi)容 美國質(zhì)量管理專家戴明（W.E.Deming)50年代初提出一項質(zhì)量管理循環(huán)體系，稱為PDCA循環(huán)，是一項提高工程質(zhì)量、改善企業(yè)經(jīng)營管理十分有效的科學方法，被工程界廣泛應用。 PDCA質(zhì)量循環(huán)體系的基本思想是把質(zhì)量管理的工作過程分為四個階段：（1）計劃階段 （Plan）（2）實施階段 （Do）（3）檢查階段 （Check）（4）處理階段 （Action）691計劃階段P：打算干什么、在那兒干、何 時干、由誰干、怎么干等問題。 2實施階

20、段D：按計劃方案去執(zhí)行的過程。 3檢查階段C: 把執(zhí)行的結(jié)果與計劃目標進 行比較，找出問題。4處理階段A：總結(jié)經(jīng)驗，制定標準、措 施；同時為解決的問題進入下一 個循環(huán)。 70三、PDCA循環(huán)的存在的范圍和特點1 PDCA循環(huán)的應用范圍： 存在于各行各業(yè)，哪里有矛盾，哪里就存在PDCA循環(huán)。2PDCA循環(huán)的特點：有序性：4個階段缺一不可，次序不能顛倒。嵌套性：71. 關(guān)鍵性：關(guān)鍵在P階段，即計劃階段。. 重復性：循環(huán)滾動前進，每循環(huán)一次質(zhì) 量上一個臺階。.普遍性： 4個階段，周而復始，循環(huán)一次，改善一下，逐步提高。 PDCA循環(huán)的關(guān)鍵是在P階段，即計劃階段。它是標準化的基礎，是指導同級其它環(huán)節(jié)的

21、關(guān)鍵。7273四、結(jié)構(gòu)試驗組織計劃的內(nèi)容： 1試驗計劃階段: 明確試驗目的，進行技術(shù)調(diào)研，試驗設計，確定試驗大綱。 2試驗準備階段：包括技術(shù)準備、物質(zhì)準備和場地準備。3試驗實施階段：試驗加載，試驗記錄，數(shù)據(jù)處理。4試驗完成階段：實驗數(shù)據(jù)處理，試驗分析，試驗研究總結(jié)。 74四、結(jié)構(gòu)試驗組織計劃的內(nèi)容1、試驗設計（計劃）階段 （1）反復研究試驗目的，充分了解體會試驗的具體任務， 進行調(diào)查研究，搜集有關(guān)資料；（2）確定試驗的性質(zhì)與規(guī)模。對于研究性試驗，應提出本試驗 擬研究的主要參量以及這些參量在數(shù)值上的變動范圍，并 根據(jù)試驗室的設備能力確定試件的尺寸和量測項目及量測 要求；（3）提出試驗大綱2、試驗

22、準備階段 試驗準備階段要占全部試驗工作的大部分時間，工作量也最重。試驗準備工作的好壞直接影響到試驗能否順利進行和能獲得試驗結(jié)果的多少。75試驗準備階段的主要工作有：（1）試件的制作 在制作試件時應注意材性試樣的留取、編號，還要作施工日志，注明試件日期、原材料情況，這些原始資料都是最后分析試驗結(jié)果不可缺少的參考資料。（2）試件質(zhì)量檢查 包括試件尺寸和缺陷的檢查，應作詳細記錄，納入原始資料。（3）試件安裝就位 試件的支承條件應力求與計算簡圖一致。一切支承零件均應進行強度驗算，并使其安全儲備大于試驗結(jié)構(gòu)可能有的最大安全儲備。（4）安裝加載設備 加載設備的安裝應滿足“一穩(wěn)二準三方便，四強五剛六安全“的

23、要求，即就位要穩(wěn)定準確方便，固定設備的支撐系統(tǒng)要有一定的強度、剛度和安全度。76（5）儀器儀表的率定 對測力計及一切量測儀表均應按技術(shù)規(guī)定要求進行率定，各儀器儀表的率定記錄應納入試驗原始記錄中，誤差超過規(guī)定標準的儀表不得使用。（6）作輔助試驗 輔助試驗多半在加載試驗階段之前進行，以取得試件材料的實際強度，便于對加載設備和儀器儀表的量程等作進一步的驗算。（7）儀表的安裝、連線試調(diào) 儀表的安裝位置、測點號，在應變儀或記錄儀上的通道號等等都應嚴格按照試驗大綱中的儀表布置圖實施，如有變動，應立即做好記錄，以免時間長久后記憶不清而將測點混淆。77 （8）記錄表格的設計準備 在試驗前應根據(jù)試驗要求設計記錄

24、表格，其內(nèi)容及規(guī)格應周到詳細地反映試件和試驗條件的詳細情況，以及需要記錄和量測的內(nèi)容。 記錄表格的設計反映試驗組織者的技術(shù)水平，切勿養(yǎng)成試驗前無準備地在現(xiàn)場臨時用白紙記錄的習慣。記錄表格上應有試驗人員的簽名并附有試驗日期、時間、地點和氣候條件。（9）算出各加載階段試驗結(jié)構(gòu)各特征部位的內(nèi)力及變形值 以備在試驗時判斷及控制。（10）在準備工作階段和試驗階段應每天記工作日志。783、試驗實施階段 （1）加載試驗 加載試驗是整個試驗過程的中心環(huán)節(jié)，應按規(guī)定的加載順序和量測順序進行。重要的量測數(shù)據(jù)應在試驗過程中隨時整理分析并與事先估算的數(shù)值比較，發(fā)現(xiàn)有反常情況時應查明原因或故障，把問題弄清楚后才能繼續(xù)加

25、載。 在試驗過程中，結(jié)構(gòu)所反映的外觀變化是分析結(jié)構(gòu)性能的極為寶貴的資料，對節(jié)點的松動與異常變化，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，特別是結(jié)構(gòu)的破壞情況都應作詳盡的記錄及描述。這些容易被初做試驗者忽視，而把主要注意力集中在儀表讀數(shù)或記錄曲線上，因此應分配專人負責觀察結(jié)構(gòu)的外觀變化。79 試件破壞后要拍照和測繪破壞部位及裂縫簡圖，必要時，可從試件上切取部分材料測定力學性能，破壞試件在試驗結(jié)果分析整理之前不要過早毀棄，以備進一步核查。（2）試驗資料整理 試驗資料整理是將所有的原始資料整理完善，其中特別要注意的是試驗量測數(shù)據(jù)記錄和記錄曲線，都作為原始數(shù)據(jù)經(jīng)負責記錄人員簽名后，不得隨便涂改。經(jīng)過處理后得到

26、的數(shù)據(jù)不能和原始數(shù)據(jù)列在同一表格內(nèi)。 一個嚴格認真的科學試驗，應有一份詳盡的原始數(shù)據(jù)記錄，連同試驗過程中的觀察記錄，試驗大綱及試驗過程中各階段的工作日志，作為原始資料，在有關(guān)的試驗室內(nèi)存檔。804、試驗完成階段 （1）試驗數(shù)據(jù)處理 因為從各個儀表獲得的測量數(shù)據(jù)和記錄曲線一般不能直接解答試驗任務所提出的問題，它們只是試驗的原始數(shù)據(jù)，需對原始數(shù)據(jù)進行科學的運算處理才能得出試驗結(jié)果。（2）試驗結(jié)果分析 試驗結(jié)果分析內(nèi)容是分析通過試驗得出了哪些規(guī)律性的東西，揭示了哪些物理現(xiàn)象。最后，應對試驗得出的規(guī)律和一些重要現(xiàn)象作出解釋，分析它們的影響因素，將試驗結(jié)果和理論值進行比較，分析產(chǎn)生差異的原因，并作出結(jié)論

27、，寫出試驗總結(jié)報告。總結(jié)報告中應提出試驗中發(fā)現(xiàn)的新問題及進一步的研究計劃。81第二節(jié) 試驗前期工作方案設計一、調(diào)研方案設計 一項科研工作開始，首先要做的就是調(diào)研工作，只有如此才能保證科研工作具有前沿性和先進性。 調(diào)研方法：實地調(diào)查； 信函調(diào)查； 電話調(diào)查； 網(wǎng)上調(diào)查； 學刊查詢； 通過國家權(quán)威部門技術(shù)查新。 82二、研究路線方案設計 1研究路線的含義 也叫技術(shù)路線，是指完成一項試驗研究任務的起始點、中點和結(jié)束點等若干技術(shù)環(huán)節(jié)上所有內(nèi)容順序的方式。 一項研究任務的技術(shù)路線可能有多個，我們要選擇一個最優(yōu)的技術(shù)路線。832. 研究路線的內(nèi)容：（1）、項目研究能夠順利進行的條件； 如已經(jīng)建立的基礎，包

28、括理論基礎和試驗基礎。（2）、完成本項目研究內(nèi)容必須經(jīng)過的技術(shù)途徑或理論依據(jù)，以及針對難點問題的對策。84（3）研究路線的作用是科研項目申請的重要內(nèi)容。是完成科研任務的重要保證。 （4）研究路線的制定 進行充分的調(diào)研，查清技術(shù)發(fā)展水平，提出問題，預計困難，探索攻克對策，規(guī)劃技術(shù)路線。 85三、其他工作方案設計 主要有：人員分工方案、技術(shù)準備方案、時間進度方案、經(jīng)費預算法案和試驗安全方案。 86第三節(jié) 試驗構(gòu)件方案設計1、試件形狀2、試件尺寸3、試件數(shù)目872.3 試驗構(gòu)件方案設計 包括：試件形狀、試件尺寸和數(shù)量及構(gòu)造措施。同時還必須滿足結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的邊界條件、破壞特征及加載條件的要求。 88一、

29、試件形狀雖然與構(gòu)件尺寸無關(guān)，重要的是要考慮構(gòu)件的受力狀態(tài)和邊界條件與實際一致性。對靜定結(jié)構(gòu)中的單一構(gòu)件，如簡支梁、柱、屋架等較簡單；對于超靜定結(jié)構(gòu)問題較復雜，則必須考慮構(gòu)件的受力狀態(tài)和邊界條件。圖17頁89二、試件尺寸1真型試驗：是足尺試驗，優(yōu)點：能直接反映實際結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。缺點：耗費的財力和人力較大，有時難以完成。2模型或小構(gòu)件試驗：縮尺試驗，優(yōu)點：耗費的財力和人力較小。缺點：與實際情況有一定的差別。 90壓彎構(gòu)件：取截面邊長1635cm；偏壓短柱：取截面邊長1550cm；剪力墻：取真型尺寸1/41；整體性結(jié)構(gòu)試驗的試件：可取1/101/2； 雙向受力構(gòu)件：取截面邊長1030cm；磚石及砌

30、體式件：1/41/2；動力試驗：受振動臺面尺寸限制，我國完成了1/501/4模型試驗； 尺寸太小則應考慮尺寸效應。91三、試件數(shù)目1優(yōu)選設計法：利用數(shù)學原理合理安排試驗點，采用步步逼近，層層優(yōu)選的方式快速找到最佳試驗點的方法。2因子設計法： 也叫全面試驗法或全因子設計法，試驗次數(shù)： 試驗次數(shù)=水平數(shù)因子數(shù)92因子：對試驗內(nèi)容有影響的發(fā)生變化的因 素，因子數(shù)即可變化因素的個數(shù)。 水平：為因子可改變的試驗檔次，水平數(shù)即 為檔次數(shù)。用因子法確定試驗數(shù)量因子數(shù)水平數(shù)（不同參量個數(shù)）23451（砂）23452（石）491625 3（水泥）82764125 4（水）1681256625 5（外加劑）322

31、431024312593 均勻設計法由我國數(shù)學家王元等創(chuàng)建的，也是一種數(shù)學方法試驗次數(shù)等于設計因子的最大水平數(shù)。該方法雖然試驗次數(shù)少，但并沒有被工程界普遍接受，至今沒有推廣開。 94正交試驗設計法 該方法在工程界被普遍采用，優(yōu)點：簡單、快捷、準確。 該方法根據(jù)因子數(shù)和水平數(shù)選擇正交試驗表，按正交試驗表設計試驗方案。 正交試驗表： L9（34） 表示有4個因子， 每個因子有3個水平，試驗次數(shù)為9次。 試驗次數(shù)=水平數(shù)295正交試驗法與全面試驗法比較：下表中括號內(nèi)為正交試驗次數(shù)。 因子法和正交試驗試驗數(shù)量比較因子數(shù)水平數(shù)（不同參量個數(shù)）23451（砂）23452（石）4（4）9（9）16（16）2

32、5（25） 3（水泥）8（4）27（9）64（16）125（25） 4（水）16（4）81（9）256（16）625（25） 5（外加劑）32（4）243（9）1024（16）3125（25）96如. 某商品混凝土公司為減小混凝土拌合物坍落度損失,選用了兩種水泥, 兩種外加劑, 兩種摻合料,若采用正交試驗法,其正交試驗表及試驗結(jié)果如下表。 L4(23) 正交試驗結(jié)果 列號試驗號水泥外加劑摻合料坍落度損失(厘米)ABC1234A1A2A1A2B1B1B2B2C1C2C2C19.512.74.15.1K1K2R97求: (1)本試驗中有幾個水平、幾個因子?如采用全面試驗法需要做幾次試驗? (2)請

33、完成下表中的相應的影響因子K及極差R的計算; (3)確定水泥品種、外加劑品種和摻合料品種的最佳組合,并確定水泥、外加劑和摻合料哪種對混凝土拌合物坍落度損失影響程度最大、哪種損失影響程度最小? 98(1) 水平數(shù):2個; 因子數(shù)3個; 采用全面試驗法需要做8次試驗。(2) L4(23) 正交試驗結(jié)果 列號試驗號水泥外加劑摻合料坍落度損失(厘米)ABC1234A1A2A1A2B1B1B2B2C1C2C2C19.512.74.15.1K1K2R13.617.84.222.29.213.014.616.82.299(3) 外加劑對混凝土拌合物坍落度損失影響程度最大, 摻合料對混凝土拌合物坍落度損失影響

34、程度最小。100四、結(jié)構(gòu)試驗對試件設計的構(gòu)造要求 構(gòu)件的設計和制造要滿足試件的安裝、加載和量測的需要：1.混凝土承受集中荷載處，支點處預埋鋼板，以防混凝土局部破壞。2.試件加載面為斜面時，做成凸緣，保證加載的穩(wěn)定性。3. 在反復荷載試驗時，應作預埋件與加載器或傳感器連接。4. 框架結(jié)構(gòu)，為保證柱與底座固結(jié)，一般設置大截面基礎梁。1015. 磚石或砌體結(jié)構(gòu)，一般在其上下預先澆注混凝土墊梁，模擬基礎梁和圈梁。6. 在鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件試驗時，將試件制成牛腿，并布置鋼筋網(wǎng)。 在構(gòu)造設計時，要充分考慮： 附加構(gòu)造強度必須大于結(jié)構(gòu)本身安全儲備強度。 為測局部試驗數(shù)據(jù)，考慮對局部加固。 為安裝測試儀器

35、儀表，須在構(gòu)件上安裝預埋件或留預留孔。 以上做法必須在圖紙中具體做法和精度要求，試驗人員還需到現(xiàn)場參加試件的制造。 1022.4 靜力試驗荷載方案設計 一、荷載設計的一般要求： 1選用的荷載圖式與結(jié)構(gòu)設計計算的荷載圖式及產(chǎn)生的內(nèi)力完全一致或相近。2荷載值要準確。3荷載傳力方式和作用點明確，荷載值穩(wěn)定，不隨加載時間、環(huán)境、構(gòu)件變形的改變而變化。 1034荷載的分級數(shù)值應參考相應的試驗，同時滿足測量的精度要求。5加載裝置必須有足夠的強度要求和剛度要求。6加載設備操作方便，又能滿足加載技術(shù)要求。7加載方法要先進，減輕體力勞動，提高試驗質(zhì)量。 104二、單調(diào)加載經(jīng)靜力試驗 荷載作用形式有：集中荷載和均

36、布荷載；作用方向有垂直荷載、水平荷載和任意方向荷載；有單向作用荷載和雙向作用荷載。 105二、單調(diào)加載靜力試驗1、荷載圖式的選擇與設計 加載圖式：試驗荷載在試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的布置形式（包括荷載類型和分布情況）。加載圖式設計要求：（1）加載圖式應與理論計算簡圖一致；（2）可采用與計算簡圖等效的荷載圖式，即等效荷載。 例如：常用幾個集中荷載代替均布荷載，但集中荷載的數(shù)量和位置應盡可能使結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的內(nèi)力值與均布荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力值符合。1061、荷載圖式的選擇與設計荷載圖式： 試驗荷載在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的分布形式，是指試驗荷載的空間布置。可按設計規(guī)定的荷載圖式、或?qū)嶋H荷載圖式、或等效荷載圖式進行加載。 107

37、等效荷載：加在試件上、使試件產(chǎn)生的內(nèi)力圖形與計算簡圖相近、控制截面的內(nèi)力值相等的荷載 108試驗加載方法： 1092、試驗荷載制度 試驗荷載制度是試驗進行期間荷載與時間的關(guān)系。正確制定試驗的加載制度和加載程序，才能正確了解結(jié)構(gòu)的承載能力和變形性質(zhì)，才能將試驗結(jié)果相互進行比較。荷載制度包括：加載卸載程序、加載卸載的大小。靜力試驗的加載程序：預載、標準荷載（正常使用荷載）、 破壞荷載三階段。1102 試驗荷載制度 靜力試驗的加載設計內(nèi)容包括：. 加載制度的制定：試驗荷載與時間關(guān)系的制度。. 加載圖式的制定：試驗荷載的空間布置。 加載程序：預載、標準荷載、破壞荷載三個階段。加載大小 試驗進行不同階段

38、施加不同的荷載值。 111預載 目的：使試件接觸良好、進入正常工作狀態(tài)，變形趨于穩(wěn)定；檢驗全部試驗裝置的可靠性，檢測量測的儀表工作是否正常檢查現(xiàn)場組織工作和人員情況，起演習作用要求加載分三級進行，每級取標準值的20%。級間停歇10分鐘，卸載分級進行。 112標準荷載試驗加載要求：標準加載之前，每級加載值不大于標準荷載的20%，分5級；標準荷載之后，每級加載值不大于標準荷載的10%。破壞荷載到計算破壞荷載90%后，每級加載值不大于標準荷載的5%。具體的試驗按有關(guān)規(guī)程處理。 113卸載 按加載級距處理，也可以放大1倍，或分兩次卸完。測殘余變形當卸完載后應空載一段時間，鋼筋混凝土空載時間為標準荷載的

39、恒載時間的1.5倍，鋼結(jié)構(gòu)大于30分鐘，木結(jié)構(gòu)大于24小時。 114加載制度應考慮的因素： （1）控制荷載的計算確定：如正常使用試驗荷載、抗裂試驗荷載及承載力試驗荷載的計算。（2）荷載分級：根據(jù)試驗荷載的不同階段，確定荷載的級距。（3）持荷時間：根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)等不同的結(jié)構(gòu)類型、荷載階段、變形是否穩(wěn)定等因素確定。 115（4）持荷的目的：給予結(jié)構(gòu)在荷載作用下充分變形的時間；利用持荷時間，進行試驗的觀測、分析等。（5）試驗預載：檢驗試驗裝置，預緊安裝縫隙，使試驗進入正常狀態(tài)。預載值不宜超過開裂荷載的70。注意：構(gòu)件自重及試驗設備自重的影響，應該在試驗荷載中考慮扣除。 116117三、結(jié)構(gòu)低

40、周反復加載靜力試驗（建筑結(jié)構(gòu)抗震試驗）試驗目的：（1）研究結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的恢復力特性，確定 結(jié)構(gòu)構(gòu)件恢復力的計算模型。 恢復力特性:荷載和變形之間的關(guān)系。（2）研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞特征。 通過低周反復加載試驗，可以獲得結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載變形的工作性能，即恢復力特性和破壞特征，從而比較或者驗證抗震構(gòu)造措施的有效性和確定結(jié)構(gòu)的抗震極限承載能力。為建立數(shù)學模型，通過計算機進行結(jié)構(gòu)抗震非線性分析，為改進現(xiàn)行抗震設計方法、修訂設計規(guī)范提供依據(jù)。118三、結(jié)構(gòu)低周反復加載靜力試驗 低周反復加載靜力試驗：研究結(jié)構(gòu)在地震作用下恢復力特性，確定恢復力計算模型。通過試驗從強度、變形和能量三個方面判別和鑒定結(jié)

41、構(gòu)的抗震性能。通過試驗研究結(jié)構(gòu)的破壞機理。 119結(jié)構(gòu)低周反復加載制度1、單向反復加載制度 （1）控制位移加載法 （2）控制作用力加載法 （3）控制作用力和控制位移的混合加載法2、雙向反復加載制度 為了研究地震對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間組合效應，克服結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用單方向加載時不考慮另一方向地震力同時作用對結(jié)構(gòu)影響的局限性，可在X、Y兩個主軸方向同時施加低周反復荷載。反復加載同樣可以是控制位移、控制作用力和兩者混合控制的加載制度。120加載制度1單向反復加載制度 單向反復加載也稱為一維反復加載。按加載控制因素分，有三種加載制度：（1）控制位移加載，變幅加載：位移控制值隨加載周期增加而變化的加載制度。用于對構(gòu)

42、件的性能不太了解，作為探索性研究，確定恢復力模型，研究強度、變形和耗能等情況。 121等幅加載：位移控制值保持不變。主要研究構(gòu)件的強度退化和剛度退化。變幅等幅混合加載：上述兩種加載方法的綜合運用122123（2）控制作用力加載這種加載制度很少采用。不如按位移控制直觀，以控制作用力大小實現(xiàn)反復加載 ，以此研究結(jié)構(gòu)的恢復特性。 （3）控制作用力和位移的混合加載一般在結(jié)構(gòu)屈服前，荷載變化大，而位移變化小，此時采用控制作用力加載；結(jié)構(gòu)屈服后，荷載變化小，位移變化大，此時采用控制位移加載。 1241252雙向反復加載制度 也稱二維反復加載。即從X、Y兩個主軸方向同時施加低周反復荷載。這是為了研究地震對結(jié)

43、構(gòu)構(gòu)件的空間組合影響。雙向反復加載試驗的加載制度，可采用雙向同步或非同步的加載制度。雙向非同步加載制度按照兩個方向加載步調(diào)的差異，又可分為若干種。下圖為各種雙向反復加載試驗的加載制度。 126127結(jié)構(gòu)低周反復加載靜力試驗優(yōu)點：1、設備簡單 2、可以人為控制 3、可以停下來觀察結(jié)構(gòu)開裂和破壞 狀態(tài) 缺點：加載完全是人為的，變形完全是對稱 的，因而與地震作用完全不同。 128結(jié)構(gòu)低周反復加載靜力試驗結(jié)果1、結(jié)構(gòu)各個階段強度 (1)開裂強度Mf (2)屈服強度My (3)極限強度Mmax (4)破壞強度MP 1291強度。反映結(jié)構(gòu)強度的指標有： 開裂強度屈服強度極限荷載破壞荷載2剛度。反映結(jié)構(gòu)剛度

44、的指標有：初次加載剛度卸載剛度反向加載、卸載剛度，重復加載剛度等效剛度 1303退化率：分為強度退化率和剛度退化率。4耗能：采用耗能系數(shù)表示。 1312.5 結(jié)構(gòu)動力特性試驗 2.5.1 概述 結(jié)構(gòu)動力特性，也稱為動力特性參數(shù)，或振動模態(tài)參數(shù)。它包括：自振頻率、阻尼系數(shù)、振型等基本參數(shù)。這些特性參數(shù)只與其自身的剛度、質(zhì)量等相關(guān)，與外界動力荷載無關(guān)。 結(jié)構(gòu)的動力特性參數(shù)可通過動力學理論進行計算，但計算簡圖與實際結(jié)構(gòu)的偏差會導致很大的計算誤差。其中阻尼系數(shù)這一參數(shù)只能通過試驗測得。132結(jié)構(gòu)動力特性的試驗（測試）方法： （1）人工激振法：包括自由振動法、強迫振動法；（2）環(huán)境隨機振動法。 1332

45、.5.2 人工激振法 人工激振是指利用人力或機械對結(jié)構(gòu)進行激振。1自由振動法人工使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生初位移或初速度，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由衰減振動，通過測試衰減振動曲線，如下圖，求得結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)。 134135（1）自振頻率測試 在測試獲得的衰減振動曲線中，直接測量相鄰峰峰之間的時間間隔，即為自振周期，自振周期的倒數(shù)即為自振頻率。（2）阻尼測試 阻尼的作用是自由振動衰減的原因。阻尼大，衰減快。根據(jù)衰減曲線中相鄰波峰的幅值比，運用動力學計算公式，可計算出阻尼比。 136（3）振型測試 振型指的是結(jié)構(gòu)在其固有頻率時的振動型式。當多自由度結(jié)構(gòu)有多個固有頻率時，則有多種振型。振型可用結(jié)構(gòu)的振動位移曲線表示，如下圖。

46、 1371. 自由振動法測量振型 由于只能激發(fā)基本頻率振動，所以只能獲得基本振型，也稱為一階振型。測試的方法是在各層布置測振傳感器，測量同一時刻各層的振動幅值，則各層在同一時刻的幅值關(guān)系即為振型。2強迫振動法測量振型上述自由振動實際也是先強迫振動起來，然后讓其自由振動，測試的是自由振動階段。 強迫振動持續(xù)的、變頻的強迫振動，測試的是強迫振動階段。 138（1）自振頻率測試 頻率掃描：頻率由低到高，或由高到低連續(xù)變化，稱之為頻率掃描。如下圖的頻率掃描曲線。 139利用激振器對結(jié)構(gòu)進行激振，并對激振器的振動頻率進行頻率掃描，當激振器的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率一致時，結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，即振幅最大，此時激振器

47、的頻率，即為結(jié)構(gòu)的某階固有頻率。由此可獲得結(jié)構(gòu)的各階固有頻率。 140（2）阻尼測試 結(jié)構(gòu)共振時的峰值與阻尼有關(guān)，當阻尼為零時，共振峰值為無窮大，阻尼愈大，共振峰值愈小，根據(jù)實測共振峰值曲線及動力學理論，可計算出阻尼比。 （3）振型測試 用激振器分別激起結(jié)構(gòu)的各階共振，測試各樓層在同一時刻的振動位移，則各樓層的振動位移關(guān)系即為該固有頻率的振型。 1412.5.3 環(huán)境隨機振動測量結(jié)構(gòu)動力特性 環(huán)境隨機振動（地面脈動）：是地球內(nèi)部運動、海潮運動、氣流運動、機械設備運動等引起的地面隨機振動，其振幅很小，頻率構(gòu)成豐富。 建筑物的脈動：環(huán)境隨機振動激起的建筑物振動反應，稱為建筑物脈動。 分析比較環(huán)境隨

48、機振動信號與建筑物脈動反應信號之間的關(guān)系，可以確定建筑物的結(jié)構(gòu)動力特性。 1422.5.4 結(jié)構(gòu)動力反應試驗 結(jié)構(gòu)動力反應測試的內(nèi)容：（1）結(jié)構(gòu)動態(tài)參數(shù)測試：振動反應的頻率、位移、速度、加速度等參數(shù)。（2）結(jié)構(gòu)振動形態(tài)的測試：結(jié)構(gòu)振動反應的變形圖。 （3）結(jié)構(gòu)動力系數(shù)的測試：靜荷載產(chǎn)生的撓度稱為靜撓度，具有與靜荷載相同幅值的動力荷載產(chǎn)生的撓度稱為動撓度。動撓度與靜撓度之比稱為動力系數(shù)。 為了測量振源振動的影響范圍和衰減規(guī)律，測量各點振動位移幅值與振源幅值之比，稱為該點的傳播系數(shù)。 1432.6 結(jié)構(gòu)疲勞試驗 2.6.1 概述1結(jié)構(gòu)疲勞試驗的目的：研究結(jié)構(gòu)在多次重復或反復荷載作用下的結(jié)構(gòu)性能及其

49、變化規(guī)律，確定結(jié)構(gòu)疲勞破壞時的強度值，及荷載重復作用的次數(shù)；結(jié)構(gòu)疲勞破壞時的強度值稱為疲勞極限，疲勞破壞時的荷載重復次數(shù)稱為疲勞壽命。 1442結(jié)構(gòu)疲勞試驗的方法： （1）等幅等頻疲勞（2）變幅變頻疲勞（3）隨機疲勞3疲勞試驗檢驗的內(nèi)容： （1）對生產(chǎn)性疲勞試驗：疲勞抗裂性能、裂縫寬度及其發(fā)展情況、最大撓度及變化幅度、疲勞極限強度等。（2）對研究性疲勞試驗：開裂荷載、裂縫寬度、間距、分布形態(tài)及隨荷載重復次數(shù)的關(guān)系，撓度及其變化規(guī)律、破壞荷載、疲勞壽命及破壞特征。 1452.6.2 疲勞試驗的加載設計 1試驗荷載取值2試驗荷載頻率選擇3試驗加載程序疲勞試驗加載程序的三個階段：（1）靜載試驗階段：

50、以最大荷載為上限進行兩次靜載試驗的循環(huán)。（2）疲勞試驗階段：（3）破壞試驗階段：在疲勞重復次數(shù)達到預期要求時，采用靜載或疲勞試驗的方法進行破壞試驗。靜載試驗方法確定疲勞極限；疲勞試驗方法確定疲勞壽命。 1462.7 擬動力試驗 擬動力試驗也稱偽動力試驗、計算機加載器聯(lián)機試驗。非周期性動力加載試驗聯(lián)機加載動力試驗或計算機加載器聯(lián)機試驗。 1472.7.1 擬動力試驗的工作原理 將計算機解結(jié)構(gòu)動力微分方程與試驗所得的荷載位移關(guān)系相結(jié)合，不事先假定結(jié)構(gòu)的恢復力，邊試驗，邊解方程，方程的解又反過來作為試驗加載的控制值。所以這種方法是把計算機分析與恢復力實測結(jié)合起來的半理論半試驗的非線性地震反應分析方法

51、。擬動力試驗原理框圖如下。 1481492.7.2 擬動力試驗的加載設計和工作流程 擬動力試驗中計算機解運動微分方程的方法有多種，如線性加速度法、Newmark-法、Wilson-法等。下面以線性加速度法為例介紹試驗流程。 1建立運動微分方程，輸入地震地面運動加速度2解方程，使下一步地震反應位移用前兩步的位移表示式中恢復力 從試驗中測量獲得。 1503將計算得出的 作為加載指令進行加載4測量 位移加載對應的恢復力 5將上述過程反復循環(huán)，直至解出全部地震反應，同時結(jié)束試驗。 1512.7.3 擬動力試驗的試驗設備 擬動力試驗設備由四部分組成：電液伺服加載器、計算機、傳感器、試驗臺架。1電液伺服加

52、載器。電液伺服加載器由加載器、控制系統(tǒng)、液壓源三部分組成。它的控制參數(shù)可以是力、位移、速度、加速度等物理量。2計算機。進行加載控制、數(shù)據(jù)采集、運動方程求解。3傳感器 1524試驗臺架 如下圖為建筑結(jié)構(gòu)單元的擬動力試驗。 153擬動力試驗的特點： （1）試驗中彈塑性動力反應數(shù)值分析過程，不需要預先假設結(jié)構(gòu)的恢復力特性。（2）試驗加載周期較長；（3）加載器的作用力大，可進行大比例模型試驗。 154擬動力試驗的不足： （1）加載周期長，不能反映地震時的應變速率；（2）加載器數(shù)量一般較少，不能反映實際荷載分布。 1552.8 地震模擬振動臺試驗 振動臺能夠模擬天然地震振動，將結(jié)構(gòu)模型固定在振動臺上，輸

53、入地震波，觀測和測試結(jié)構(gòu)模型的振動反應和破壞過程。振動臺試驗的不足：模型比例小，尺寸效應明顯，模型與原型的相似關(guān)系復雜。 156如下圖為東方明珠電視塔的振動臺模型試驗。 157地震模擬振動臺試驗的內(nèi)容包括： （1）模型結(jié)構(gòu)動力特性試驗，包括在不同破損階段的動力特性。（2）模型地震動力反應試驗。 試驗加載分為兩種方式：（1）一次性加載：結(jié)構(gòu)從彈性到彈塑性直至破壞的全過程在一次加載過程中全部完成。（2）多次性加載。1582.9 試驗加載裝置的設計1、強度要求：加載裝置能承受試驗的最大荷載， 有一定的安全儲備。試驗時結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的局部強度可能提高，要給予充分的考慮。一般設計加載裝置強度要比承載力高70

54、%。 2、剛度要求：是對加載裝置受力后的變形要求。 1593、真實性要求：加載裝置應符合結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力條件，能模擬出構(gòu)件的邊界條件和變形條件，嚴防失真。4、簡便要求加載裝置力求簡單，實驗費用少，節(jié)省時間。方便操作和安裝，最好設計成多功能的，以滿足不同試驗的需要。 1602.10 驗觀測方案設計1、觀測項目的確定： 首先考慮整體變形，但局部變形也很重要。具體觀測項目應根據(jù)試驗任務和目的的要求確定。一般破壞性試驗能充分說明問題，觀測項目和測點可以少些；非破壞性試驗觀測項目和測點布置，必須滿足分析和推斷結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的最低需要。 1612、測點的選擇和布置：在滿足試驗目的前提下，測點宜少不宜多。測點

55、的數(shù)量和布置必須合理，同時是足夠的。對新型結(jié)構(gòu)或科研性課題，可以先定性，后定量，由粗到細的逼近。 測點的位置必須具有代表性，便于分析和計算。162讀數(shù)原則：全部儀器讀數(shù)必須同時進行，至少基本同時。觀測時間應在加載間歇內(nèi)的某一刻。每次記錄讀數(shù)時，必須記錄周圍環(huán)境的溫度。重要的數(shù)據(jù)應邊記錄，便整理，與預計的理論值進行比較。1634、儀器儀表準備計劃：計劃中應說明：儀器儀表型號、數(shù)量、來源，責任人等。儀器的來源或準備方式：合作、借用、租賃、購買等。 1642.10、試驗大綱和報告及分析處理結(jié)構(gòu)試驗設計必須擬制一個試驗大綱。試驗大綱是進行整個試驗的指導性文件。對包含的內(nèi)容要全面細致。除試驗大綱外，每一

56、試驗從規(guī)劃到最終完成尚應包括其它一些文件作為原始資料，在試驗工作結(jié)束后均應整理裝訂歸檔保存。165此外，試驗報告是全部試驗工作的集中反映，它概括了其他文件的主要內(nèi)容。編寫試驗報告，應力求精簡扼要。試驗報告有時也不單獨編寫，而作為整個研究報告中的一部分。試驗報告內(nèi)容要全面條理，不能缺項。166結(jié)構(gòu)試驗必須在一定的理論基礎上才能有效地進行。試驗的成果將為理論計算提供寶貴的資料和依據(jù)。我們決不可憑借一些觀察到的表面現(xiàn)象，為結(jié)構(gòu)的工作妄下斷語，一定要經(jīng)過周詳?shù)目疾旌屠碚摲治觯趴赡軐Y(jié)構(gòu)的工作作出正確的符合實際情況的結(jié)論。不應該認為結(jié)構(gòu)試驗純系經(jīng)驗式的實驗分析，相反，它是根據(jù)豐富的試驗資料對結(jié)構(gòu)工作的

57、內(nèi)在規(guī)律進行更深入一步的理論研究。167在試件制作、材料選用(注意試塊和構(gòu)件材料的同一性)、安裝就位、加載量測和數(shù)據(jù)采集等各個階段，都可能存在或產(chǎn)生各種誤差。為此，在試驗設計工作中，必須對各個環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生誤差的原因進行分析，并選擇控制誤差的措施，以提高測試精度，保證試驗質(zhì)量。 1683、儀器的選擇和測讀原則：儀器的選擇：技術(shù)性必須符合要求：如誤差5%，最大讀數(shù)宜80%量程。儀器選擇必須合理 ：要考慮方便省時，必要時考慮自動記錄裝置，同時操作方便，規(guī)格盡量統(tǒng)一，種類愈少愈好。 169練習題1.什么是偽靜力試驗.2.結(jié)構(gòu)試驗的分類.3.結(jié)構(gòu)試驗作用4.什么是技術(shù)路線,技術(shù)路線內(nèi)容.5.正交試驗法設

58、計與計算.6.結(jié)構(gòu)試驗對試件設計的構(gòu)造要求.7.荷載設計的一般要求.8.什么是荷載圖式和等效荷載.170練習題9.靜力試驗加載程序包括那些.10.預載的目的是什么.11.低周反復加載制度包括那些.12.結(jié)構(gòu)動力參數(shù)有那些.13.結(jié)構(gòu)動力參數(shù)大小與那些因素有關(guān).14.什么是自由振動.15.什么是強迫振動.171課堂練習一. 填空1.結(jié)構(gòu)試驗按生產(chǎn)目的可分為 . 與 。 2.試驗荷載制度指的是試驗進行期間 . 與 的關(guān)系。 3. 結(jié)構(gòu)動力特性試驗方法主要有 和 與. 。 4. 結(jié)構(gòu)疲勞破壞時的強度值稱為 ，荷載重復次數(shù)稱為 。 172二. 簡答題1. 結(jié)構(gòu)模型試驗的應用范圍？2. 某正交試驗采用正

59、交表為L4(23)。請回答：該試驗次數(shù)？水平數(shù)及因子數(shù)？若采用因子設計法需多少次試驗？3.什么是偽動力試驗？4模型試驗的優(yōu)點有哪些？5.測結(jié)構(gòu)振型的條件是什么？6. 什么是研究路線：173三、計算題某混凝土公司為減小混凝土拌合物坍落度損失,選用了兩種水泥, 兩種外加劑, 兩種摻合料,采用正交試驗法, 結(jié)果如下表。求: (1)本試驗中有幾個水平、幾個因子?如采用全面試驗法需要做幾次試驗?(2)請完成下表中的相應的影響因子K及極差R的計算; (3)確定水泥、外加劑和摻合料品種的最佳組合,并確定水泥、外加劑和摻合料哪種對混凝土拌合物坍落度損失影響程度最大、哪種損失影響程度最小? 列號試驗號水泥外加劑

60、摻合料坍落度損失(厘米)ABC1234A1A2A1A2B1B1B2B2C1C2C2C19.512.74.15.1K1K2R174課堂練習一. 填空1.結(jié)構(gòu)試驗按生產(chǎn)目的可分為 生產(chǎn)性結(jié)構(gòu)試驗 . 與 科研性結(jié)構(gòu)試驗 。 2.試驗荷載制度指的是試驗進行期間 荷載 與 時間 的關(guān)系。 3. 結(jié)構(gòu)動力特性試驗方法主要有 人工激振法 和 與 環(huán)境隨機振動法 。 4.結(jié)構(gòu)疲勞破壞時的強度值稱為疲勞極限，荷載重復次數(shù)稱為疲勞壽命。 175二. 簡答題 1. 結(jié)構(gòu)模型試驗的應用范圍？代替大型結(jié)構(gòu)試驗或作為大型結(jié)構(gòu)試驗的輔助試驗；作為結(jié)構(gòu)分析計算的輔助手段；驗證和發(fā)展結(jié)構(gòu)設計理論。2. 某正交試驗采用正交表為