土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測技術(shù)土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測技術(shù)

1緒論1.1目的和任務(wù)本課程旨在使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本知識與技能，完成土木工程結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)踐。學(xué)生需重點(diǎn)學(xué)習(xí)檢測方法、原理和全過程認(rèn)識，包括使用各種試驗(yàn)裝置如重物加載和液壓加載裝置。課程強(qiáng)調(diào)物理量測試原理，如電阻應(yīng)變和光學(xué)測量方法。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生將獲得專業(yè)知識和能力，為土木工程設(shè)計(jì)、施工和檢測工作奠定基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)根據(jù)目的、對象、場所、是否破壞、荷載性質(zhì)及加載時間分類，包括驗(yàn)證性與探索性試驗(yàn)、真型與模型試驗(yàn)、試驗(yàn)室與現(xiàn)場試驗(yàn)、非破壞性與破壞性試驗(yàn)、靜力與動力試驗(yàn)、短期與長期荷載試驗(yàn)。1.2土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類1.2.1驗(yàn)證性試驗(yàn)和探索性試驗(yàn)定義：驗(yàn)證性試驗(yàn)，亦稱生產(chǎn)檢驗(yàn)性試驗(yàn)，主要針對工程中的實(shí)際結(jié)構(gòu)（構(gòu)件），直接服務(wù)于生產(chǎn)，通過試驗(yàn)或檢測作出技術(shù)結(jié)論。質(zhì)量檢驗(yàn)與鑒定：對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，建成后通過綜合試驗(yàn)鑒定其質(zhì)量可靠度。對預(yù)制構(gòu)件或施工中的構(gòu)件，在出廠或安裝前進(jìn)行規(guī)范抽樣檢驗(yàn)，以評估其質(zhì)量。承載力判斷：在建筑擴(kuò)建、加層或改用途時，通過試驗(yàn)確定舊結(jié)構(gòu)的承載能力，為改建或加固提供數(shù)據(jù)支持，并為在役結(jié)構(gòu)的可靠性評估提供依據(jù)。工程事故處理：對遭受火災(zāi)、爆炸、地震等損害的結(jié)構(gòu)，或存在嚴(yán)重缺陷的結(jié)構(gòu)，通過試驗(yàn)和檢測評估受損后的實(shí)際承載能力，為結(jié)構(gòu)的修復(fù)和加固提供技術(shù)依據(jù)。1.2.2真型試驗(yàn)與模型試驗(yàn)真型試驗(yàn)定義：使用實(shí)際或足尺寸復(fù)制結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析適用范圍：主要用于生產(chǎn)檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)整體性能研究及實(shí)際構(gòu)件的承載力試驗(yàn)。優(yōu)缺點(diǎn)：精確反映結(jié)構(gòu)特性，但成本高、周期長、加載難度大、測量精度易受環(huán)境影響。模型試驗(yàn)定義：使用按一定比例縮小的結(jié)構(gòu)模型，包含真實(shí)結(jié)構(gòu)的全部或部分特征。適用范圍：廣泛應(yīng)用于水利工程、鋼筋混凝土和磚石結(jié)構(gòu)的教學(xué)與研究。優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡便、成本低、便于多參數(shù)測試，但面臨的挑戰(zhàn)是難以完全滿足相似條件，存在尺寸效應(yīng)問題。1.2.3實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場（原位）試驗(yàn)①實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)在設(shè)備齊全的專用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，近年中國多所大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)已建設(shè)大型結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，支持模型試驗(yàn)和足尺試驗(yàn)。這些試驗(yàn)因優(yōu)越的工作條件和精密設(shè)備，能高精度控制環(huán)境，確保研究焦點(diǎn)，降低外界干擾。1.2.3實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場（原位）試驗(yàn)②現(xiàn)場（原位）試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)，又稱結(jié)構(gòu)原位試驗(yàn)，主要在生產(chǎn)和施工現(xiàn)場進(jìn)行，用以驗(yàn)證既有結(jié)構(gòu)的效應(yīng)或評估其實(shí)際承載力。原位加載試驗(yàn)分為使用狀態(tài)試驗(yàn)、承載力狀態(tài)試驗(yàn)及針對特殊結(jié)構(gòu)的其他試驗(yàn)，可根據(jù)需求選擇適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)類型。1.2.3實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場（原位）試驗(yàn)?zāi)巢晒忭敩F(xiàn)場吊掛試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)多數(shù)用以解決生產(chǎn)性的問題，所以大量的試驗(yàn)是在生產(chǎn)施工現(xiàn)場進(jìn)行的，有時研究的對象是已經(jīng)使用或?qū)⒁褂玫慕Y(jié)構(gòu)物，現(xiàn)場試驗(yàn)也可獲得實(shí)際工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)資料。如圖所示，為了驗(yàn)證某采光頂?shù)鯍?噸LED屏是否滿足正常使用性和安全性而進(jìn)行的現(xiàn)場試驗(yàn)。1.2.4非破壞性試驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)（1）非破壞性試驗(yàn)非破壞性試驗(yàn)有使用性能檢測和承載力檢測。檢測的對象可以是實(shí)際結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，也可以是足尺的模型。

使用性能檢驗(yàn)，以證實(shí)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在規(guī)定荷載的作用下不出現(xiàn)過大的變形和損傷。經(jīng)過檢驗(yàn)且滿足要求的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應(yīng)能正常使用。

承載力檢驗(yàn)，用于證實(shí)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的設(shè)計(jì)承載力。其試驗(yàn)荷載，應(yīng)采用永久荷載與可變荷載適當(dāng)組合的、承載力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)荷載。（2）破壞性試驗(yàn)破壞性試驗(yàn)的目的是為了掌握試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件由彈性階段進(jìn)入塑性階段甚至破壞階段時的結(jié)構(gòu)性能和破壞形態(tài)等試驗(yàn)資料，常用于確定結(jié)構(gòu)或模型的實(shí)際承載力。1.2.5靜力試驗(yàn)與動力試驗(yàn)①靜力試驗(yàn)靜力試驗(yàn)通過直接加載探究結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，分為單調(diào)靜力荷載、擬靜力及擬動力試驗(yàn)。單調(diào)試驗(yàn)逐漸增加荷載至結(jié)構(gòu)破壞，擬靜力模擬周期荷載，擬動力試驗(yàn)?zāi)M地震反應(yīng)。1.2.5靜力試驗(yàn)與動力試驗(yàn)②動力試驗(yàn)通過激振方法使結(jié)構(gòu)震動，使用動測儀器測定固有頻率、阻尼比、振型等動力特性，及位移和加速度響應(yīng)。此試驗(yàn)用于宏觀評估結(jié)構(gòu)的整體剛度和使用性能，為結(jié)構(gòu)在動力環(huán)境中的安全性和可靠性提供理論基礎(chǔ)。動力試驗(yàn)包括動荷載特性、結(jié)構(gòu)動力特性和結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)測試，關(guān)鍵于解決抗震、共振問題和診斷結(jié)構(gòu)累積損失，如廠房振動、橋梁移動荷載振動及地震反應(yīng)觀測。1.2.6短期荷載試驗(yàn)和長期荷載試驗(yàn)在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，常用短期荷載試驗(yàn)，即從零開始至結(jié)構(gòu)破壞或某階段卸載，時間短。長期性能研究如混凝土徐變、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋松弛需長期靜力試驗(yàn)。試驗(yàn)選擇應(yīng)基于目的和周期，綜合考慮成本效益。如可能，模型試驗(yàn)代替大尺度原型試驗(yàn)，非破壞性試驗(yàn)則用以替代破壞性試驗(yàn)，以檢驗(yàn)土木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工質(zhì)量或性能。1.3結(jié)構(gòu)檢測分類《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT50344-2019）結(jié)構(gòu)檢測旨在評估結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量或鑒定既有結(jié)構(gòu)的性能。檢測工作不僅包括儀器量測，也涉及目視檢查與測試。檢查主要是通過目視了解結(jié)構(gòu)外觀，如裂縫、沉降或構(gòu)件表面缺陷等，進(jìn)行定性判斷。測試則通過工具或儀器測量結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和幾何特征。工程質(zhì)量的檢測遇有下列情況時，應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的檢測：①國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測；②結(jié)構(gòu)工程送樣檢驗(yàn)的數(shù)量不足或有關(guān)檢驗(yàn)資料缺失；③施工質(zhì)量送樣檢驗(yàn)或有關(guān)方自檢的結(jié)果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求；④對施工質(zhì)量有懷疑或爭議；⑤發(fā)生質(zhì)量或安全事故；⑥工程質(zhì)量保險要求實(shí)施的檢測；⑦對既有建筑結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量有懷疑或爭議；⑧未按規(guī)定進(jìn)行施工質(zhì)量驗(yàn)收的結(jié)構(gòu)。1.3結(jié)構(gòu)檢測分類既有結(jié)構(gòu)性能的檢測既有建筑需要進(jìn)行下列評定或鑒定時，應(yīng)進(jìn)行既有結(jié)構(gòu)性能的檢測：①建筑結(jié)構(gòu)可靠性評定；②建筑的安全性和抗震鑒定；③建筑大修前的評定；④建筑改變用途、改造、加層或擴(kuò)建前的評定；⑤建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限要繼續(xù)使用的評定；⑥受到自然災(zāi)害、環(huán)境侵蝕等影響建筑的評定；⑦發(fā)現(xiàn)緊急情況或有特殊問題的評定。1.3結(jié)構(gòu)檢測分類1.4土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測的發(fā)展伴隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，新技術(shù)、新材料的不斷涌現(xiàn)，帶動了土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測技術(shù)和理論迅速發(fā)展，未來發(fā)展趨勢主要有大型化、數(shù)字化、自動化、智能化、精密化，與無損檢測技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合也是土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測重要的發(fā)展方向。1.4.1先進(jìn)的土木工程試驗(yàn)與測試設(shè)施①先進(jìn)的大型和超大型試驗(yàn)裝備隨現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)進(jìn)步，我國大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝備快速發(fā)展，如電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)最大加載能力達(dá)50000kN，全球領(lǐng)先。天津的國家大型地震工程模擬試驗(yàn)設(shè)施是全球最大之一，可進(jìn)行足尺建筑或大比例模型的抗震測試。此外，大型風(fēng)洞、離心機(jī)、火災(zāi)模擬系統(tǒng)等也被廣泛使用，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)防災(zāi)抗災(zāi)能力，推動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論發(fā)展。1.4.1先進(jìn)的土木工程試驗(yàn)與測試設(shè)施②先進(jìn)的儀器及測試技術(shù)現(xiàn)代測試技術(shù)迅速發(fā)展，特別是在高性能傳感器和數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域。新型“智能傳感器”利用微電子技術(shù)，提高了信號處理能力，如光纖傳感器能在千米范圍內(nèi)精確檢測結(jié)構(gòu)裂縫。分布式光纖傳感系統(tǒng)可檢測沿光纖的溫度和應(yīng)變變化，具有高精度和抗電磁干擾特性。此外，基于無線通信的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)被用于大型結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。高速數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用使結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)響應(yīng)特征記錄更為精確，大容量數(shù)據(jù)采集也更加便捷。1.4.2計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)計(jì)算機(jī)在試驗(yàn)中的應(yīng)用：虛擬儀器技術(shù)：通過軟件模擬傳統(tǒng)儀器，用戶可以自定義儀器系統(tǒng)和參數(shù)，提高了靈活性和可定制性。模擬與分析軟件：計(jì)算機(jī)軟件能模擬結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移以及其他工程問題，如熱傳導(dǎo)和巖土力學(xué)分析。計(jì)算機(jī)-試驗(yàn)機(jī)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)：提高結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的精度與效率，能夠更真實(shí)地模擬和分析地震期間的結(jié)構(gòu)性能。虛擬實(shí)驗(yàn)室：便利性高，減少資金投入，特別適合在職學(xué)生和遠(yuǎn)程教育，提供隨時隨地的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?.4.2計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)2.網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在現(xiàn)代土木工程試驗(yàn)與檢測中的應(yīng)用：信息共享與資源聯(lián)合：通過互聯(lián)網(wǎng)快速共享實(shí)驗(yàn)室資源，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的自動化和信息化。遠(yuǎn)程試驗(yàn)系統(tǒng)：利用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，使不同地點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室能共享設(shè)備和數(shù)據(jù)，優(yōu)勢互補(bǔ)。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)：結(jié)合5G等高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測和實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，提高檢測工作的效率和準(zhǔn)確性。智能運(yùn)維與實(shí)時監(jiān)控：基于網(wǎng)絡(luò)的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，提高數(shù)據(jù)分析的速度和精確性。1.4.3無損檢測技術(shù)無損檢測技術(shù)在不破壞被測物質(zhì)原始狀態(tài)的前提下，利用物質(zhì)內(nèi)固有缺陷或結(jié)構(gòu)差異，通過各種檢測手段來評估材料、產(chǎn)品或設(shè)備的性質(zhì)和狀態(tài)。這些技術(shù)包括超聲波、電磁、滲透、射線探傷及回彈檢測技術(shù)，它們在建筑、公路、鐵路等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。超聲波技術(shù)因其廣泛的適用范圍和強(qiáng)大的穿透力被頻繁使用；電磁檢測技術(shù)高效且可在線監(jiān)測；滲透檢測技術(shù)靈敏度高、操作簡便；射線探傷技術(shù)能精確顯示缺陷；回彈檢測則因成本低而常用于現(xiàn)場測試。隨著技術(shù)進(jìn)步，未來無損檢測將結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，推向更高發(fā)展層次。1.4.4無人機(jī)檢測技術(shù)的應(yīng)用近年來，無人機(jī)技術(shù)在結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。無人機(jī)通過四大子系統(tǒng)——飛行平臺、航測相機(jī)云臺、信息采集傳輸和地面遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)高效、安全的檢測。與傳統(tǒng)檢測方法相比，無人機(jī)能夠進(jìn)入難以到達(dá)的區(qū)域，克服檢測盲區(qū)、提高靈活性，并降低人身安全風(fēng)險。無人機(jī)的低成本、高機(jī)動性和優(yōu)異的自然環(huán)境適應(yīng)性，使其在復(fù)雜工程和日常巡查中特別有價值，如橋梁和超高層建筑檢測，提高了操作的安全性和效率。化學(xué)工業(yè)出版社THANKS！數(shù)字出版中心土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測技術(shù)2組織實(shí)施與管理2.1試驗(yàn)組織計(jì)劃凡事預(yù)則立不預(yù)則廢，做好試驗(yàn)組織計(jì)劃是試驗(yàn)成功的極大保障。土木工程試驗(yàn)可分為四個階段，即試驗(yàn)的設(shè)計(jì)階段、準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段和總結(jié)階段。2.1試驗(yàn)組織計(jì)劃大綱試驗(yàn)結(jié)果分析與評價：評價驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性和合理性，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。探索性試驗(yàn)總結(jié)：處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)結(jié)果，對比理論與實(shí)際數(shù)據(jù)，撰寫試驗(yàn)報(bào)告。2.1.4總結(jié)階段目標(biāo)明確：確立試驗(yàn)?zāi)康模占头治鱿嚓P(guān)資料（試驗(yàn)假設(shè)、邊界條件、驗(yàn)證方法等）。試驗(yàn)方案制定：結(jié)合試驗(yàn)性質(zhì)和規(guī)模，制定詳細(xì)的試驗(yàn)方案。安全與誤差控制：設(shè)計(jì)包括試件設(shè)計(jì)、加載設(shè)計(jì)、觀測設(shè)計(jì)及安全措施。記錄與監(jiān)控：確保所有設(shè)計(jì)步驟和結(jié)果都有詳盡記錄。2.1.1設(shè)計(jì)階段試件制作與編號：確保試件尺寸精確，留取材性試樣，進(jìn)行詳細(xì)記錄。試件質(zhì)量檢查與安裝：檢查試件尺寸和缺陷，安裝并確認(rèn)試件支承條件與計(jì)算一致。加載設(shè)備與儀器率定：安裝加載設(shè)備，進(jìn)行儀器儀表的率定。輔助試驗(yàn)與儀表安裝：進(jìn)行輔助試驗(yàn)，安裝并調(diào)試儀器儀表。記錄表格設(shè)計(jì)與日志記錄：設(shè)計(jì)記錄表格，記錄各階段的詳細(xì)情況。2.1.2準(zhǔn)備階段加載試驗(yàn)：按照既定方案進(jìn)行加載，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試件的外觀變化。數(shù)據(jù)和觀察記錄：詳細(xì)記錄和描述試驗(yàn)過程中的每一個變化和現(xiàn)象。試驗(yàn)資料整理：整理所有原始數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)完整性和準(zhǔn)確性。2.1.3實(shí)施階段2.2試驗(yàn)前期方案試驗(yàn)研究首先需廣泛調(diào)查相關(guān)項(xiàng)目的研究成果和方法，目的是精準(zhǔn)定向研究。調(diào)查方式包括實(shí)地、信函、電話和網(wǎng)上調(diào)查，各具優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)地調(diào)查直觀、信息量大，但耗時且成本高；信函調(diào)查適用于簡單問題；電話調(diào)查快速；網(wǎng)上調(diào)查便于獲取文獻(xiàn)資料。試驗(yàn)方案調(diào)研研究路線，或技術(shù)路線，定義了試驗(yàn)研究的起始點(diǎn)、中轉(zhuǎn)點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，以及這些點(diǎn)所涉及的技術(shù)環(huán)節(jié)和方法順序。它不僅展示研究組織者的技術(shù)和業(yè)務(wù)能力，還反映研究方法的實(shí)用性，是團(tuán)隊(duì)分工和研究項(xiàng)目申請的基礎(chǔ)。研究路線的制定包括調(diào)查基礎(chǔ)資料、擴(kuò)展信息來源、規(guī)劃技術(shù)路徑和預(yù)計(jì)解決方案，是確保研究有序進(jìn)行的關(guān)鍵。研究路線設(shè)計(jì)其他工作方案設(shè)計(jì)主要有人員分工方案設(shè)計(jì)、技術(shù)準(zhǔn)備方案設(shè)計(jì)、時間進(jìn)度方案設(shè)計(jì)、經(jīng)費(fèi)預(yù)算方案設(shè)計(jì)和試驗(yàn)安全方案設(shè)計(jì)等。其他工作方案設(shè)計(jì)2.3試驗(yàn)技術(shù)性文件結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的技術(shù)性文件一般包括試驗(yàn)大綱、試驗(yàn)記錄和試驗(yàn)報(bào)告三個部分。①試驗(yàn)大綱試驗(yàn)大綱是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的核心指導(dǎo)文件，詳盡規(guī)定試驗(yàn)的組織與執(zhí)行細(xì)節(jié)。內(nèi)容包括試驗(yàn)項(xiàng)目來源、研究目的、試件設(shè)計(jì)要求、輔助試驗(yàn)內(nèi)容、試件安裝、加載方法、量測方法、試驗(yàn)觀察、安全措施、進(jìn)度計(jì)劃和經(jīng)費(fèi)使用等。這一文檔不僅明確了試驗(yàn)的具體目標(biāo)和步驟，還涵蓋了安全規(guī)范和資源分配，確保試驗(yàn)按計(jì)劃順利進(jìn)行。2.3.2試驗(yàn)記錄②試驗(yàn)記錄結(jié)構(gòu)試驗(yàn)除試驗(yàn)大綱外，還需配備一系列詳細(xì)的技術(shù)文件，包括試件施工圖、制作要求說明書、試件制作過程記錄、自制設(shè)備設(shè)計(jì)資料、加載裝置布置圖、儀表讀數(shù)記錄、量測過程記錄（包括照片和視頻）、材料性能測試結(jié)果、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)果總結(jié)，以及試驗(yàn)工作日志。這些原始文件在試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)整理歸檔，以便未來參考。2.3.3試驗(yàn)報(bào)告③實(shí)驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告是書面反映試驗(yàn)工作及結(jié)果的綜合資料，關(guān)鍵于學(xué)生科學(xué)表達(dá)和實(shí)踐能力訓(xùn)練。報(bào)告應(yīng)包括試驗(yàn)名稱、日期、人員，目的、原理、裝置簡圖，儀器設(shè)備詳情，數(shù)據(jù)記錄與處理，結(jié)果表達(dá)（表格或曲線），以及明確簡潔的結(jié)論。報(bào)告需基于理論分析，不僅羅列數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，而是通過整理和計(jì)算，清晰展示試驗(yàn)成果，為理論研究提供數(shù)據(jù)支持。2.4試驗(yàn)安全措施試驗(yàn)安全措施人員安全儀器設(shè)備安全其他安全問題試件安全為確保試驗(yàn)安全，采取多項(xiàng)措施：在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)下設(shè)置安全保護(hù)設(shè)施，如托架或墊板；在使用千斤頂?shù)仍O(shè)備時，確保其牢固固定；使用杠桿時加設(shè)墊板和托架防跌落；嚴(yán)防電源使用中的觸電；預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中禁止站人防止傷害；及時預(yù)測塑性或脆性破壞；設(shè)置圍柵限制現(xiàn)場人員；指揮者須確保安全后方可進(jìn)行試驗(yàn)，嚴(yán)格遵守指揮。2.4.1人員安全2.4.2儀器設(shè)備安全為確保試驗(yàn)安全與設(shè)備完整性，采取以下措施：確保加荷設(shè)備與支墩有足夠安全儲備，禁止超載；綁牢接觸式儀器防跌落；避免使用可能因材料斷裂而損壞的儀器；保護(hù)電子儀器免受潮氣侵害；破壞性試驗(yàn)中監(jiān)控接觸式儀器并及時拆卸；使用非接觸式儀器測量極限值；使用前徹底檢查儀器，確保無誤后接通電源。2.4.3試件安全在運(yùn)輸、吊裝、安裝及試驗(yàn)過程中，必須確保支座正確放置、吊點(diǎn)符合設(shè)計(jì)、試件與設(shè)備嚴(yán)格對中，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。此外，運(yùn)輸與安裝時應(yīng)設(shè)置臨時支撐防傾覆，現(xiàn)場試驗(yàn)時地基要夯實(shí)，拆除試件時需合理順序操作并穩(wěn)定保護(hù)，以防結(jié)構(gòu)過早破壞或意外傷害。2.4.4其他安全問題試驗(yàn)室安全措施包括消防安全意識、危險品防范和人員安全防護(hù)。重點(diǎn)是劃分防火區(qū)域，明顯放置消防器材并定期檢查，避免易燃易爆物品接近火源，并定期維護(hù)電線路。確保良好通風(fēng)，特別是在可能產(chǎn)生有害氣體的試驗(yàn)中。參與試驗(yàn)人員需了解安全指南，佩戴適當(dāng)?shù)陌踩b備如試驗(yàn)服、頭盔、手套、護(hù)目鏡和口罩，以防止傷害。化學(xué)工業(yè)出版社THANKS！數(shù)字出版中心土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測技術(shù)3試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論與方法3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論、要求與原則試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論、是自然科學(xué)研究方法論領(lǐng)域中一個分支學(xué)科，是國內(nèi)外許多重點(diǎn)大學(xué)化學(xué)、化工、電子、土木、機(jī)械、材料、管理等專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，是當(dāng)代工程技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)方法。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的，是用科學(xué)的方法去安排試驗(yàn)，懂得如何處理得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以最少的人力和物力消耗，在最短的時間內(nèi)取得更多、更好的生產(chǎn)和科研成果的技術(shù)方法。目前常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，有區(qū)組設(shè)計(jì)、正交設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)、飽和設(shè)計(jì)與超飽和設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、回歸設(shè)計(jì)、混料設(shè)計(jì)等。3.1.1試驗(yàn)研究的基本要求試驗(yàn)研究的目的，是為了揭示紛繁復(fù)雜的各種事物和現(xiàn)象對研究對象在一定條件下產(chǎn)生影響的深度與廣度，找出其發(fā)展變化的規(guī)律性。試驗(yàn)研究必須符合下列基本要求：（1）試驗(yàn)條件的代表性試驗(yàn)條件，應(yīng)能代表試驗(yàn)地區(qū)的實(shí)際情況，以便將來的推廣應(yīng)用。同時還應(yīng)兼顧未來發(fā)展的可能，使試驗(yàn)結(jié)果既能符合當(dāng)前需要，又能適應(yīng)未來發(fā)展。（2）試驗(yàn)結(jié)果的可靠性試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，包括試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與精確性兩個方面。準(zhǔn)確性是指試驗(yàn)中某一性狀的觀測值與其真實(shí)值的接近程度，越接近準(zhǔn)確性越好；精確性是指試驗(yàn)中同一性狀的重復(fù)觀測值的彼此接近程度。（3）試驗(yàn)結(jié)果的重演性是指在相似或相同條件下重復(fù)試驗(yàn)?zāi)艿玫较嗤厔莸脑囼?yàn)結(jié)果。首先必須嚴(yán)格要求試驗(yàn)的正確實(shí)施和試驗(yàn)條件的代表性；其次，必須注意試驗(yàn)的各個環(huán)節(jié)，有詳細(xì)、完整、及時和準(zhǔn)確的試驗(yàn)記載。3.1.2與試驗(yàn)有關(guān)的術(shù)語（1）試驗(yàn)指標(biāo)。指度量試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)志。試驗(yàn)指標(biāo)與試驗(yàn)?zāi)康南鄬?yīng)。土木工程的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，許多參數(shù)可以作為試驗(yàn)指標(biāo)，如結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度、位移、應(yīng)力、應(yīng)變、轉(zhuǎn)角等。（2）試驗(yàn)因素。指試驗(yàn)中由人為控制的影響試驗(yàn)指標(biāo)的變量。只研究一個因素效應(yīng)的試驗(yàn)，稱為單因素試驗(yàn)；研究兩個或兩個以上因素的效應(yīng)及其交互效應(yīng)的試驗(yàn)，稱為多因素試驗(yàn)。（3）因素水平。對試驗(yàn)因素所設(shè)定的不同量或質(zhì)的級別，稱為因素的水平。水平相當(dāng)于試驗(yàn)因素這一自變量的各種取值。（4）試驗(yàn)方案。指一個試驗(yàn)的全部處理或處理組合的總和。試驗(yàn)方案是進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，詳細(xì)的試驗(yàn)方案是試驗(yàn)研究成果的保證。（5）重復(fù)。指同一試驗(yàn)處理所設(shè)置的試驗(yàn)單元數(shù)。當(dāng)一個試驗(yàn)的每個處理，只設(shè)置一個試驗(yàn)單元時，稱為無重復(fù)試驗(yàn)；當(dāng)一個試驗(yàn)中，部分處理設(shè)置兩個或兩個以上試驗(yàn)單元時，稱為部分處理設(shè)重復(fù)的試驗(yàn)；當(dāng)一個試驗(yàn)的每個處理中，都設(shè)置兩個試驗(yàn)單元時，稱為試驗(yàn)有兩次重復(fù)，其余類推。3.1.3結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則（1）真實(shí)模擬環(huán)境和結(jié)構(gòu)荷載工程結(jié)構(gòu)在其使用壽命的全過程中，要受到以荷載為主的各種作用。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)除少數(shù)試驗(yàn)是實(shí)際荷載外，絕大多數(shù)模擬荷載下進(jìn)行的。因此，要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)荷載，目的是要“真實(shí)再現(xiàn)”結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在實(shí)際環(huán)境和荷載作用下的結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。（2）消除次要因素影響影響結(jié)構(gòu)受力性能的因素有很多，一次試驗(yàn)很難同時確定各因素的影響程度。通常，試驗(yàn)中一般都會明確給出了需要研究或需要驗(yàn)證的主要因素，這就需要在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時進(jìn)行仔細(xì)分析，盡可能消除次要因素的影響。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論我們知道，結(jié)構(gòu)抗力和作用效應(yīng)都是隨機(jī)變量。對于結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的研究性實(shí)驗(yàn)，雖然人們也期望實(shí)驗(yàn)結(jié)果能證實(shí)自己的猜想和假設(shè)，但卻必須將結(jié)構(gòu)的反應(yīng)視為隨機(jī)變量。（3）隨機(jī)變量原則3.1.3結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則（4）合理選擇試驗(yàn)參數(shù)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的參數(shù)，應(yīng)在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的可能取值范圍內(nèi)。有時，出于試驗(yàn)?zāi)康牡男枰瑢⒛承﹨?shù)取到極限值，以考察結(jié)構(gòu)性能的變化。（5）統(tǒng)一測試方法和評價標(biāo)準(zhǔn)在驗(yàn)證性結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，試驗(yàn)對象和試驗(yàn)方法大多已事先規(guī)定。所有的科學(xué)研究都必須利用已有的成果，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)獲取信息必須經(jīng)過交流、比較、評價，才能形成新的成果。因此，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)要遵循學(xué)科領(lǐng)域中認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)或約定。（6）低成本高效率原則在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，試驗(yàn)成本由試件加工制作、預(yù)埋傳感器、試驗(yàn)裝置加工、試驗(yàn)用消耗材料、設(shè)備儀器折舊、試驗(yàn)人工費(fèi)用和有關(guān)管理費(fèi)等組成。在試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪x擇有關(guān)試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)用儀器儀表，以達(dá)到降低試驗(yàn)成本的目的。3.2結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)和模型設(shè)計(jì)3.2.1試驗(yàn)構(gòu)件方案設(shè)計(jì)試件設(shè)計(jì)，應(yīng)包括試件形狀、試件尺寸與數(shù)量以及構(gòu)造措施。同時，還必須滿足結(jié)構(gòu)與受力的邊界條件、試驗(yàn)的破壞特征、試驗(yàn)加載條件的要求。要能夠反映研究的規(guī)律，能夠滿足研究任務(wù)的需要，以最少的試件數(shù)量得到最多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。（1）試件形狀試件設(shè)計(jì)之所以要注意它的形狀，主要是要在試驗(yàn)時形成和實(shí)際工作相一致的應(yīng)力狀態(tài)。在從整體結(jié)構(gòu)中取出部分構(gòu)件單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)時，必須要注意其邊界條件的模擬，使其能如實(shí)反映該部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際工作狀態(tài)，同時要注意有利于試驗(yàn)合理加載。任意試件的設(shè)計(jì)，其邊界條件的實(shí)現(xiàn)與試件安裝、加載裝置與約束條件等均有密切的關(guān)系。3.2結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)和模型設(shè)計(jì)3.2.1試驗(yàn)構(gòu)件方案設(shè)計(jì)（2）試件的尺寸結(jié)構(gòu)試驗(yàn)所用試件的尺寸和大小，總體上分為真型（實(shí)物或足尺結(jié)構(gòu)）和模型兩類。不同情況下選擇不同的試件尺寸，采用縮尺或真型試件。驗(yàn)證性試驗(yàn)中一般使用原型構(gòu)件，探索性實(shí)試驗(yàn)的研究一般采用縮小比例尺的試件。對于結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)，試驗(yàn)尺寸常受試驗(yàn)加載條件等因素的限制。動力特性試驗(yàn)，可在現(xiàn)場原型結(jié)構(gòu)上進(jìn)行。至于地震模擬振動臺加載試驗(yàn)，因受臺面尺寸、激振力大小等參數(shù)的限制，一般只能做縮尺的模型試驗(yàn)。3.2結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)和模型設(shè)計(jì)3.2.1試驗(yàn)構(gòu)件方案設(shè)計(jì)（3）試件數(shù)量在試件設(shè)計(jì)中，除試件的形狀尺寸應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)研究外，試件數(shù)目即試驗(yàn)量的設(shè)計(jì)也是一個不可忽視的重要問題。因?yàn)樵囼?yàn)量的多少，直接關(guān)系到能否滿足試驗(yàn)的目的、任務(wù)以及整個試驗(yàn)工作量要求等問題，同時也影響到試驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)、時間與進(jìn)度。試件數(shù)量設(shè)計(jì)，是一個多因素問題。在實(shí)踐中我們應(yīng)該使整個試驗(yàn)的數(shù)目少而精、以質(zhì)取勝，切忌盲目追求數(shù)量,要使所設(shè)計(jì)的試件盡可能做到一件多用，以最少的試件，最小的人力、經(jīng)費(fèi)，得到最多的數(shù)據(jù),使其數(shù)量經(jīng)試驗(yàn)得到的結(jié)果，能客觀反映規(guī)律性，滿足研究目的和要求。3.2結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)和模型設(shè)計(jì)3.2.1試驗(yàn)構(gòu)件方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿?shù)量的設(shè)計(jì)方法，有4種。即優(yōu)選法、因子法、正交法和均勻法。下面簡要介紹四種方法的特點(diǎn)。（1）優(yōu)選設(shè)計(jì)法針對不同的試驗(yàn)內(nèi)容，利用數(shù)學(xué)原理合理地安排試驗(yàn)點(diǎn)，用步步逼近、層層選優(yōu)的方式以求迅速找到最佳試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)方法叫做優(yōu)選法。優(yōu)選法對單因素問題試驗(yàn)數(shù)量設(shè)計(jì)的優(yōu)勢最為顯著，單因素問題設(shè)計(jì)方法中的0.618法是優(yōu)選法的典型代表。（2）因子設(shè)計(jì)法因子，是對試驗(yàn)研究內(nèi)容有影響的發(fā)生著變化的因素，因子數(shù)則為可變化因素的個數(shù)，水平即為因子可改變的試驗(yàn)檔次，水平數(shù)則為檔次數(shù)。因子設(shè)計(jì)法，又叫全面試驗(yàn)法或全因子設(shè)計(jì)法。試驗(yàn)數(shù)量，等于以水平數(shù)為底、以因子數(shù)為次方的冪函數(shù)。即，試驗(yàn)數(shù)=水平數(shù)因子數(shù)3.2結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)和模型設(shè)計(jì)3.2.1試驗(yàn)構(gòu)件方案設(shè)計(jì)3.正交設(shè)計(jì)法為解決因子設(shè)計(jì)法的不足之處，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用一種解決多因素問題的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法。它主要是應(yīng)用均衡分散、整齊可比的正交理論編制的正交表，來進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和綜合比較。它科學(xué)地解決了各因子和水平數(shù)相對結(jié)合可能參與的影響，也妥善解決了試驗(yàn)所需要的試件數(shù)與實(shí)際可行的試驗(yàn)試件數(shù)之間的矛盾，即解決了實(shí)際所作小量試驗(yàn)與要求全面掌握內(nèi)在規(guī)律之間的矛盾。4.均勻設(shè)計(jì)法均勻設(shè)計(jì)法，是我國著名數(shù)學(xué)家方開泰、王元于20世紀(jì)90年代合作創(chuàng)建的以數(shù)理學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)為理論基礎(chǔ)，以“分散均勻”為設(shè)計(jì)原則的原創(chuàng)性的全新設(shè)計(jì)方法。其最大的優(yōu)勢是能以最少的試件數(shù)量，獲得最理想的試驗(yàn)結(jié)果。利用均勻法進(jìn)行設(shè)計(jì)時，一般不論設(shè)計(jì)因子數(shù)有多少，試驗(yàn)數(shù)與設(shè)計(jì)因子的最大水平數(shù)相等。即試驗(yàn)數(shù)=因子數(shù)。3.2結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)和模型設(shè)計(jì)3.2.2結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)所采用的模型，是仿照實(shí)際結(jié)構(gòu)按一定相似關(guān)系制作而成的代表物，具有實(shí)際結(jié)構(gòu)的全部或部分特征。只要設(shè)計(jì)的模型滿足相似的條件，則通過模型試驗(yàn)所獲得的結(jié)果，可以直接推算到相似的原型結(jié)構(gòu)上去。3.3結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)3.3.1結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載制度試驗(yàn)加載制度，是指結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行期間控制荷載與加載時間的關(guān)系。它包括：加載速度的快慢、加載時間間歇的長短、分級荷載的大小以及加載、卸載循環(huán)的次數(shù)等。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和變形性質(zhì)，與其所受荷載作用的時間特征有關(guān)。對于不同性質(zhì)的試驗(yàn)，必須根據(jù)試驗(yàn)的要求制定不同的加載制度。3.3結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)3.3.1.1荷載的加載圖式結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時的荷載作用，應(yīng)使結(jié)構(gòu)處于某一種實(shí)際可能的最不利工作狀態(tài)。試驗(yàn)時荷載的加載圖式要與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的荷載圖式一樣，這時結(jié)構(gòu)的工作和其實(shí)際情況最為接近。但是有時，也由于下列原因而采用不同于設(shè)計(jì)計(jì)算所規(guī)定的荷載圖式。（1）對設(shè)計(jì)計(jì)算時采用的荷載圖式的合理性有所懷疑或?qū)嶋H情況有所改變，因而在試驗(yàn)時采用某種更接近于結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況的荷載布置方式。（2）由于試驗(yàn)條件的限制或?yàn)榱思虞d的方便和減少荷載量的需要，在不影響結(jié)構(gòu)的工作和試驗(yàn)結(jié)果分析的前提下，可以采用等效荷載的方式改變原來的加載圖式。這時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件控制截面或控制部位上的主要內(nèi)力值保持與設(shè)計(jì)值相等。也就是說，等效荷載的數(shù)值大小和分布形式要根據(jù)相應(yīng)的等效條件換算得到。3.3結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)3.3.1.2加載程序加載程序可以有多種，據(jù)試驗(yàn)?zāi)康囊蟮牟煌x擇，一般結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的加載程序，均分為預(yù)載、標(biāo)準(zhǔn)荷載（正常使用荷載）、破壞荷載三個階段。有的試驗(yàn)只加載至標(biāo)準(zhǔn)荷載試驗(yàn)后試件還可使用，現(xiàn)場結(jié)構(gòu)或構(gòu)件試驗(yàn)常用此法進(jìn)行。有的試驗(yàn)在加載到標(biāo)準(zhǔn)荷載恒載后，不進(jìn)行卸載就直接進(jìn)入破壞階段試驗(yàn)。其間，加載的每個階段都要進(jìn)行荷載分級。分級加（卸）載的目的，主要是為了方便控制加（卸）載速度和觀測變形與荷載的關(guān)系，也為了統(tǒng)一各點(diǎn)加載的步調(diào)和為讀取各種數(shù)據(jù)提供所必需的時間。分級方法，要考慮到能夠得到比較準(zhǔn)確的承載力試驗(yàn)荷載值、開裂荷載值和正常使用狀態(tài)的試驗(yàn)荷載值及其相應(yīng)的變形。因此，荷載分級時，應(yīng)分別在這些荷載值的上、下，將原荷載等級減小1/2或更小些。3.3結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)3.3.2試驗(yàn)加載裝置的設(shè)計(jì)加載裝置的強(qiáng)度首先要滿足試驗(yàn)最大荷載量的要求，保證有足夠的安全儲備。同時要考慮結(jié)構(gòu)受載后有可能產(chǎn)生的局部構(gòu)件負(fù)荷增大的情況。試件的最大強(qiáng)度常比預(yù)計(jì)的要大，在做試驗(yàn)設(shè)計(jì)時，將要求加載裝置的承載能力提高70%左右。試驗(yàn)加載裝置在滿足上述強(qiáng)度要求的同時，還必須考慮剛度的要求。試驗(yàn)加載裝置設(shè)計(jì)要符合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力條件，能模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊界條件和變形條件，否則就失去了受力的真實(shí)性。3.3結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)3.3.2試驗(yàn)加載裝置的設(shè)計(jì)按照結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時構(gòu)件在空間就位形式的不同，可以有正位、異位和原位試驗(yàn)等幾種加載裝置方案。（1）結(jié)構(gòu)正位試驗(yàn)正位試驗(yàn)加載裝置是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最常見的形式。由于它的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件是在與實(shí)際工作狀態(tài)相一致的情況下進(jìn)行的，是加載裝置優(yōu)先考慮的方案。對于梁、板和屋架等簡支的靜定構(gòu)件，正位試驗(yàn)時結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受壓區(qū)在上、受拉區(qū)在下，結(jié)構(gòu)自重和它所承受的外荷載作用在同一垂直平面內(nèi)。（2）結(jié)構(gòu)異位試驗(yàn)按照構(gòu)件在空間位置的不同，可分為反位試驗(yàn)和臥位試驗(yàn)。①結(jié)構(gòu)反位試驗(yàn)反位試驗(yàn)正好與正位試驗(yàn)在空間位置上相差180°，構(gòu)件的受拉區(qū)在上部，受壓區(qū)在下部。3.3結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)3.3.2試驗(yàn)加載裝置的設(shè)計(jì)②結(jié)構(gòu)臥位試驗(yàn)臥位試驗(yàn)與正位試驗(yàn)在空間位置上相差90°。試驗(yàn)時構(gòu)件平臥，平行地面。這特別適合大跨度、大矢高的屋架和高大的柱子試驗(yàn)。現(xiàn)場臥位試驗(yàn)較多采用成對構(gòu)件試驗(yàn)的方法（如圖所示），即利用局部加強(qiáng)后的另一同類試件作為平衡機(jī)構(gòu)。在采用臥位試驗(yàn)時，為減少構(gòu)件變形及支承面間的摩擦阻力和自重彎矩，應(yīng)將試件平臥在滾軸上或平臺車上，使其保持水平狀態(tài)。1-試件；2-千斤頂；3-支承反力架；4-滑動平車吊車梁成對臥位試驗(yàn)加載示意圖3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)觀測方案一般是根據(jù)受力結(jié)構(gòu)的變形特征和控制截面上的變形參數(shù)來制定的，因此要在試驗(yàn)前預(yù)先估算出結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的受力性能和可能發(fā)生的破壞形狀。觀測方案的內(nèi)容主要包括：確定觀察和測量的項(xiàng)目；選定觀測區(qū)域及布置測點(diǎn)；按量測項(xiàng)目選擇合適的儀表和確定試驗(yàn)觀測方法。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.1觀測項(xiàng)目的確定在確定試驗(yàn)的觀測項(xiàng)目時，試驗(yàn)者首先應(yīng)該考慮整體變形。因?yàn)檎w變形最能夠概括結(jié)構(gòu)工作的全貌，結(jié)構(gòu)任何部位的異常變形或局部破壞都能在整體變形中得到反映。比如，對梁來說首先就是撓度，通過對撓度曲線的測量，不僅能知道結(jié)構(gòu)的剛度、彈性和非彈性工作性質(zhì)，而且通過撓度的不正常發(fā)展還能反映出結(jié)構(gòu)中某些特殊的局部現(xiàn)象。其次是局部變形的量測。如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，能直接說明其抗裂性能，而控制截面上的應(yīng)力大小和方向則可推斷截面應(yīng)力狀態(tài)，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)與計(jì)算方法是否合理正確；再如，在做非破壞性試驗(yàn)應(yīng)力分析時，實(shí)測應(yīng)變又是推斷結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)和極限強(qiáng)度的主要指標(biāo)。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.2測點(diǎn)的選擇與布置用儀器對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力和變形等參數(shù)的量測時，測點(diǎn)的選擇與布置有以下幾條原則：（1）測點(diǎn)宜少不宜多。從結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，量測的點(diǎn)位愈多愈能了解結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力和變形情況，但從節(jié)約的觀點(diǎn)出發(fā)，在滿足試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯拢瑴y點(diǎn)還是宜少不宜多。在測量之前應(yīng)利用已知的力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論對結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步估算，并據(jù)此合理的布置測量點(diǎn)位，力求較少的試驗(yàn)工作量而盡可能獲得必要的數(shù)據(jù)資料。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.2測點(diǎn)的選擇與布置（2）測點(diǎn)的位置必須要有代表性，以便于分析和計(jì)算。結(jié)構(gòu)物的最大撓度和最大應(yīng)力數(shù)據(jù)，可直接了解結(jié)構(gòu)的工作性能和強(qiáng)度儲備。因此在這些最大值出現(xiàn)的部位上必須布置測量點(diǎn)位。最大應(yīng)力的位置一般出現(xiàn)在最大彎矩截面及最大剪力截面上，或者彎矩、剪力都不是最大而是二者同時出現(xiàn)較大數(shù)值的截面上，以及產(chǎn)生應(yīng)力集中的孔穴邊緣處或者截面劇烈改變的區(qū)域上。如果目的不是要說明局部缺陷的影響，那么就不應(yīng)該在有顯著缺陷的截面上布置測點(diǎn)，這樣才能便于計(jì)算分析。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.2測點(diǎn)的選擇與布置（3）為了保證測量數(shù)據(jù)的可靠性，還應(yīng)該布置一定數(shù)量的校核性測點(diǎn)。這是因?yàn)樵谠囼?yàn)量測過程中，部分量測儀器的工作不正常或故障，以及其他偶然因素等，會影響量測數(shù)據(jù)的可靠性。因此不僅在需要知道應(yīng)力和變形的位置上布置測點(diǎn)，也要求在已知應(yīng)力和變形的位置上布點(diǎn)。這樣就可以獲得兩組測量數(shù)據(jù)，前者稱為測量數(shù)據(jù)，后者稱為控制數(shù)據(jù)或校核數(shù)據(jù)。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.2測點(diǎn)的選擇與布置（4）測點(diǎn)的布置應(yīng)有利于試驗(yàn)時的操作和測讀，不便于觀測讀數(shù)的測點(diǎn)，往往不能提供可靠的結(jié)果。為了測讀方便，減少觀測人員，測點(diǎn)的布置宜適當(dāng)集中，以便于一人管理若干個儀器。不便于測讀和不便于安裝儀器的部位最好不設(shè)或少設(shè)測點(diǎn)，否則也要妥善考慮安全措施，或者選擇特殊的儀器或測定方法來滿足測量的要求。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.3量測儀表選用和測讀的原則3.4.3.1儀器的選擇試驗(yàn)用的量測儀表，應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范中精度等級的規(guī)定，并應(yīng)有主管計(jì)量部門定期檢驗(yàn)的合格證書，在選用量測儀表時，應(yīng)考慮下列要求：（1）符合量測所需的量程及精度要求。在選用儀表前，應(yīng)先對被測值進(jìn)行估算，目的是防止被測物超儀表量程，從而造成儀表損壞。一般應(yīng)使最大被測值控制在儀表的2/3量程范圍附近。同時，為保證量測精度，應(yīng)使儀表的最小刻度值不大于最大被測值的5％。（2）動態(tài)試驗(yàn)量測儀表，其線性范圍、頻響特性以及相移特性等都應(yīng)滿足試驗(yàn)要求。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.3量測儀表選用和測讀的原則3.4.3.1儀器的選擇（3）對于安裝在結(jié)構(gòu)上的儀表或傳感器，要求自重輕、體積小、穩(wěn)定性好，不影響結(jié)構(gòu)的工作。（4）選用儀表時應(yīng)考慮試驗(yàn)的環(huán)境條件。例如在野外試驗(yàn)時儀器常受到風(fēng)吹日曬，周圍的溫、濕度變化較大，宜選用機(jī)械式儀表（5）同一試驗(yàn)中選用的儀表種類應(yīng)盡可能少，目的是便于統(tǒng)一數(shù)據(jù)的精度，簡化量測數(shù)據(jù)的整理工作以及避免差錯。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.3量測儀表選用和測讀的原則3.4.3.2儀器的測讀儀器儀表的測讀，應(yīng)按一定的程序進(jìn)行，具體的測定方法與試驗(yàn)方案、加載程序有密切的關(guān)系，應(yīng)當(dāng)注意如下事項(xiàng)：（1）在進(jìn)行測讀時，基本的原則是全部儀器的讀數(shù)必須同時進(jìn)行，至少也要基本上同時。結(jié)構(gòu)的變形與時間有關(guān)，只有同時得到的讀數(shù)聯(lián)合起來才能說明結(jié)構(gòu)在當(dāng)時的實(shí)際狀況。因此，如果儀器數(shù)量較多，應(yīng)分區(qū)同時由幾個人測讀，每個觀測人員測讀的儀器數(shù)量不能太多。如用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀作多點(diǎn)測量，當(dāng)測點(diǎn)數(shù)量較多時，就應(yīng)該考慮用多臺預(yù)調(diào)平衡箱并分組用幾臺應(yīng)變儀來控制測讀。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.3量測儀表選用和測讀的原則3.4.3.2儀器的測讀（2）觀測時間一般是選在載荷過程中的加載間歇時間內(nèi)。最好在每次加載完畢后的某一時間（如5min）開始按程序測讀一次，到加下一級荷載前，再觀測一次讀數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)的需要，也可以在加載后立即記取個別重要測點(diǎn)儀器的數(shù)據(jù)。對一些因荷載分級很細(xì)、某些儀器的讀數(shù)變化過小，或?qū)τ谝恍┐我臏y點(diǎn)等情況，可以每隔二級或更多級的荷載才測讀一次。如每級荷載作用下結(jié)構(gòu)徐變變形不大時，或者為了縮短試驗(yàn)時間，往往只在每一級荷載下測讀一次數(shù)據(jù)。3.4結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測設(shè)計(jì)3.4.3量測儀表選用和測讀的原則3.4.3.2儀器的測讀（3）當(dāng)荷載維持較長時間不變時（如在標(biāo)準(zhǔn)荷載下恒載12h或更多），應(yīng)該按規(guī)定時間（如加載后的5min、10min、30min、1h，以后每隔3~6h）記錄讀數(shù)一次，同樣當(dāng)結(jié)構(gòu)卸載完畢空載時，也應(yīng)按規(guī)定時間記錄變形的恢復(fù)情況。（4）每次記錄儀器讀數(shù)時，應(yīng)該同時記錄周圍環(huán)境的溫度、濕度等。（5）對重要的數(shù)據(jù)應(yīng)邊做記錄、邊作初步整理，同時算出每級荷載下的讀數(shù)差，與預(yù)計(jì)的理論值進(jìn)行比較，以便發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。3.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的誤差控制從某種意義上看，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是一種特殊的計(jì)量工作。在試件制作、材料選用、安裝就位、加載測量和數(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(yàn)設(shè)計(jì)工作中，必須對各個環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的誤差加以控制，以提高測試精度，保證試驗(yàn)質(zhì)量。3.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的誤差控制3.5.1試件制作誤差結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大量的對象是混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在試件制作過程中，由于材料膨脹收縮與模板變形等因素，經(jīng)常使混凝土構(gòu)件外形尺寸產(chǎn)生誤差。另外，由于鋼筋骨架綁扎的初始誤差和施工振搗移動等原因，會使鋼筋骨架變形、主筋錯位和保護(hù)層厚度改變，對試件的強(qiáng)度和承載力都會產(chǎn)生較大的影響。為減少混凝土試件制作誤差產(chǎn)生的影響，試驗(yàn)前必須測量試件主要受力區(qū)的實(shí)際外形尺寸；試驗(yàn)后，需打開混凝土實(shí)測主筋位置和保護(hù)層厚度。采用試件的實(shí)測尺寸進(jìn)行理論計(jì)算，可以大幅度減少誤差。3.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的誤差控制3.5.1試件制作誤差砌體結(jié)構(gòu)主要是由塊材（磚、砌塊）和砂漿兩種材料復(fù)合而成，砌體結(jié)構(gòu)具有取材便利、耐火和耐久性好以及良好的保溫性和隔熱性等特點(diǎn)，但是對于砌體構(gòu)件本身材料強(qiáng)度低、抗震能力較差，材質(zhì)的離散以及施工砌筑技術(shù)的影響，致使試件的平整度、垂直度與實(shí)際尺寸誤差更大。因此除在砌體結(jié)構(gòu)試件制作過程中應(yīng)采取有效措施減小制作誤差，試驗(yàn)前也必須測量試件實(shí)際外形尺寸，以此來減少試件制作誤差對試驗(yàn)結(jié)果的影響。3.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的誤差控制3.5.1試件制作誤差鋼結(jié)構(gòu)試驗(yàn)構(gòu)件制作過程中也會產(chǎn)生很多誤差，構(gòu)件連接處螺栓孔加工誤差、焊接鋼構(gòu)件制作過程產(chǎn)生的誤差，如H型鋼板腹板中心偏移、翼緣板垂直度（如右圖所示）等。其次，鋼結(jié)構(gòu)外形尺寸本身存在的誤差，因此，在試驗(yàn)過程中對試件進(jìn)行多次檢查測量，采用試件的實(shí)測尺寸進(jìn)行理論計(jì)算，從而減小試驗(yàn)誤差。3.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的誤差控制3.5.2材料性能誤差在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力和變形特點(diǎn)除受荷載作用等外界因素影響外，還取決于組成構(gòu)件的材料抵抗外力的性能。為了減少材料強(qiáng)度的誤差，對混凝土構(gòu)件而言，即要求有相同強(qiáng)度等級的混凝土、相同的模板成型、相同的振搗和養(yǎng)護(hù)條件、相同的時間拆模同時進(jìn)行試驗(yàn)。此外，對于縮尺比例較大的鋼筋混凝土強(qiáng)度模型，還應(yīng)仔細(xì)選擇模型用鋼筋。對于鋼材而言，由于材料的勻質(zhì)性較好，一般可以同級、同批、同直徑取樣作為代表，如果能按構(gòu)件主筋逐根取樣，則減小誤差的效果更為顯著。3.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的誤差控制3.5.2材料性能誤差在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力和變形特點(diǎn)除受荷載作用等外界因素影響外，還取決于組成構(gòu)件的材料抵抗外力的性能。為了減少材料強(qiáng)度的誤差，對混凝土構(gòu)件而言，即要求有相同強(qiáng)度等級的混凝土、相同的模板成型、相同的振搗和養(yǎng)護(hù)條件、相同的時間拆模同時進(jìn)行試驗(yàn)。此外，對于縮尺比例較大的鋼筋混凝土強(qiáng)度模型，還應(yīng)仔細(xì)選擇模型用鋼筋。對于鋼材而言，由于材料的勻質(zhì)性較好，一般可以同級、同批、同直徑取樣作為代表，如果能按構(gòu)件主筋逐根取樣，則減小誤差的效果更為顯著。3.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的誤差控制3.5.3試件安裝誤差（1）試件安裝就位前，要正確仔細(xì)地定出支座反力作用線的位置，注意試件安裝就位的正確性。支座約束條件要嚴(yán)格與計(jì)算假定一致，防止因支座變形而增大摩擦力、產(chǎn)生次彎矩或局部應(yīng)力集中。（2）要正確定出荷載作用點(diǎn)的位置，確定壓桿截面中心線或偏心荷載作用的偏心距，避免引起構(gòu)件截面內(nèi)力的差異。（3）模型安裝和加載部位的連接應(yīng)滿足試驗(yàn)要求。為防止模型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)過程中發(fā)生局部破壞，通常對模型制作以及加載部位進(jìn)行局部加強(qiáng)處理，這些加強(qiáng)部位的幾何關(guān)系也應(yīng)考慮相似要求。3.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的誤差控制3.5.4荷載量測設(shè)備誤差結(jié)構(gòu)試驗(yàn)需要在荷載作用下量測結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時，應(yīng)嚴(yán)格按《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50152-2012)和《建筑抗震試驗(yàn)規(guī)程》（JGJ/T101-2015）等規(guī)定的精度等級和誤差范圍，選用加載設(shè)備和測量儀表進(jìn)行試驗(yàn)。為控制試驗(yàn)的誤差，必要時需進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)量標(biāo)定。儀器儀表在試驗(yàn)過程中，最好由固定人員測讀，以降低讀數(shù)誤差。此外，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件受荷載作用后，需要一定時間反應(yīng)，此時儀表的數(shù)據(jù)仍然隨時間在小幅變化，因此，測讀時間一般應(yīng)選取在加載間隔階段的末期，采集的數(shù)據(jù)會更為準(zhǔn)確。3.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的誤差控制3.5.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法非標(biāo)準(zhǔn)誤差通常情況下，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格按照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50152-2012)等相關(guān)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，但是有些試驗(yàn)沒有試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程，所以應(yīng)在充分論證的基礎(chǔ)上選擇合適的試驗(yàn)方法。其中較為重要的方面就是尺寸效應(yīng)和加載速率對試件強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，控制其對試驗(yàn)產(chǎn)生的非標(biāo)準(zhǔn)性誤差。在材料力學(xué)性能試驗(yàn)時，混凝土和砌體試塊的尺寸形狀和加載速率等，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)準(zhǔn)備階段確定的加載制度進(jìn)行正式加載試驗(yàn)。對試驗(yàn)對象施加外荷載是整個試驗(yàn)工作的中心環(huán)節(jié)，應(yīng)按規(guī)定的加載順序和量測順序進(jìn)行。其次在進(jìn)行混凝土和砌體等構(gòu)件試驗(yàn)時，尺寸效應(yīng)對強(qiáng)度同樣會產(chǎn)生影響，所以試件尺寸同樣不能太小。化學(xué)工業(yè)出版社THANKS！數(shù)字出版中心第4章試驗(yàn)量測技術(shù)與儀器1概述1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)土木工程測試技術(shù)是一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，它是通過以材料力學(xué)、土力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、土木工程設(shè)計(jì)理論和方法等學(xué)科作為理論基礎(chǔ)，并結(jié)合傳感器、信號處理器、計(jì)算機(jī)等學(xué)科技術(shù)研發(fā)出的各種量測儀表，從而測得各種材料性能和力學(xué)性能。（1）結(jié)構(gòu)試件的微觀量測即使是同造型和用途的構(gòu)件，在不同材料、不同制作和養(yǎng)護(hù)的條件下，其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的差別是極大的。而構(gòu)件的穩(wěn)定性、耐久性等性能表現(xiàn)，除去達(dá)到臨界荷載或是受外部自然條件侵蝕等宏觀層面條件，還和自身內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)成息息相關(guān)。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)（2）結(jié)構(gòu)試件的應(yīng)變量測結(jié)構(gòu)在外力作用下會產(chǎn)生應(yīng)力，如果能具體了解構(gòu)件的應(yīng)力分布情況，尤其是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的危險截面處的應(yīng)力分布及最大應(yīng)力值，對于建立強(qiáng)度計(jì)算理論是否合理、計(jì)算方法是否正確具有十分重要意義。但直接量測應(yīng)力是比較困難的，所以目前大多是借助于量測應(yīng)變值，然后通過材料的σ-ε關(guān)系曲線或方程換算為應(yīng)力值。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)（3）結(jié)構(gòu)試件的位移量測結(jié)構(gòu)的位移反映了結(jié)構(gòu)的整體變形，是工程結(jié)構(gòu)承受荷載作用后最直觀的反應(yīng)。通過位移量測，不僅可以了解結(jié)構(gòu)的剛度及其變化，還能區(qū)分結(jié)構(gòu)的彈性和非彈性性質(zhì)。同時結(jié)構(gòu)任何部位的異常變化或局部損壞都能在位移上得到反映。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)（4）結(jié)構(gòu)試件的力值量測量測荷載和超靜定結(jié)構(gòu)的支座反力是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中經(jīng)常需要測定的外力。因?yàn)橹挥兄劳饬ψ饔么笮〔拍芘袛嘣嚰欠襁_(dá)到臨界使用荷載，同時在對外力作用有清楚了解的基礎(chǔ)上，方可進(jìn)一步對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的內(nèi)力分析。對于較為脆性的結(jié)構(gòu)試件，力值量測尤為重要。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)（5）結(jié)構(gòu)試件的裂縫量測對于混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)，裂縫的發(fā)生和發(fā)展是結(jié)構(gòu)受力的重要特征。對于鋼結(jié)構(gòu)，常見的斷裂發(fā)生在應(yīng)力集中的部位和焊縫部位。準(zhǔn)確的量測裂縫尺寸和描繪形狀，是后續(xù)確定開裂荷載、研究結(jié)構(gòu)破壞過程的重要指標(biāo)。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)（6）結(jié)構(gòu)試件的溫度量測溫度是一個基本的物理量。溫度是建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際使用時所面臨的一個重要外界影響因素。因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、變形性能和承載能力都可能與溫度存在密切關(guān)系。在常溫作用下，溫度應(yīng)力常常使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。因此在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，有時也有溫度測量的要求，通常通過實(shí)測方法確定。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)（7）結(jié)構(gòu)熱工性能的量測建筑材料的熱工性能是指與熱有關(guān)的性質(zhì)，是研究結(jié)構(gòu)高溫（抗火）性能的基礎(chǔ)。通常我們用熱工參數(shù)來表達(dá)和描述熱工性能。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)（8）結(jié)構(gòu)抗爆沖擊的量測受全球政治形式影響和國家戰(zhàn)略發(fā)展的要求，爆炸荷載作用下建筑結(jié)構(gòu)抗爆性能亟需提升。進(jìn)行怎樣減輕爆炸對建筑物造成損害的詳細(xì)研究量測和分析是必要的。尤其是對于存放重要設(shè)備、人流量復(fù)雜等重要建筑，其結(jié)構(gòu)的抗爆沖擊量測研究顯得尤為重要。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)（9）結(jié)構(gòu)抗爆沖擊的量測在火災(zāi)的作用下，火災(zāi)高溫使得結(jié)構(gòu)材料的性能發(fā)生嚴(yán)重劣化，結(jié)構(gòu)構(gòu)件將要發(fā)生劇烈的內(nèi)力重分布，結(jié)構(gòu)變形顯著加劇，從而造成結(jié)構(gòu)的承載性能受到極大的削弱，危及建筑結(jié)構(gòu)的安全，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生局部或整體倒塌和破壞。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)（10）結(jié)構(gòu)振動參數(shù)的量測建筑結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用中將有可能受到地震、風(fēng)、爆炸等各種偶然荷載下所導(dǎo)致的振動，從而對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、構(gòu)件的損壞造成不利影響。故時常需要在必要時刻進(jìn)行相應(yīng)的動力試驗(yàn)，從而獲取振型、自振頻率、位移、速度和加速度等振動參量。而振幅、頻率、相位及阻尼是為獲得振動參量所量測的基本參數(shù)。1.1土木工程試驗(yàn)量測技術(shù)不管是一個簡單的量具，或是一套高度自動化的量測系統(tǒng)，可能在外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、量測原理及量測精度等方面有很大差別，但作為量測儀表，都應(yīng)具備三個基本部分：

1.2量測儀表的基本組成一般來說，機(jī)械式儀器的感受、放大和顯示記錄三部分都在同一個儀器內(nèi)。而電測儀器三部分常常是分開的，分別為傳感器、放大器和記錄儀器。（1）按量測儀表的工作原理分：機(jī)械式儀器、電測儀器、光學(xué)測量儀器、復(fù)合式儀器、伺服式儀器——帶有控制功能的儀器等。（2）按量測儀表的用途分：測力傳感器、位移傳感器、應(yīng)變計(jì)、傾角傳感器、頻率計(jì)、測振傳感器等。（3）按量測儀表與結(jié)構(gòu)的相對關(guān)系分：附著式與手持式、接觸式與非接觸式等。（4）按量測儀表的顯示記錄方式分：直讀式、自動記錄式、模擬式等。1.3量測儀表的分類這是化學(xué)工業(yè)出版社數(shù)字教育平臺素材建設(shè)模板。您可以使用這個模板快速編輯您的教學(xué)內(nèi)容。（1）量程量程也稱測量范圍，即儀器所能測量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍。如50mm的百分表，其量程即為0mm~50mm。（2）刻度值即儀表指示裝置的每一最小刻度所指示的測量數(shù)值。如百分表的刻度值為0.01mm。1.4量測儀表的主要性能指標(biāo)這是化學(xué)工業(yè)出版社數(shù)字教育平臺素材建設(shè)模板。您可以使用這個模板快速編輯您的教學(xué)內(nèi)容。（3）分辨率儀表測量被測物理量最小變化值的能力。（4）靈敏度即被測參數(shù)（輸入量）的單位增加量所引起的儀表指示值（輸出量）的變化。反映儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度，是在穩(wěn)態(tài)下，輸出變化增量對輸入變化增量的比值。對于不同用途的儀器，靈敏度的單位也各不相同，如百分表的靈敏度單位是mm/μm，電測位移計(jì)的靈敏度單位是電壓值與位移值的比值。不同儀器使用時應(yīng)查對其說明書。1.4量測儀表的主要性能指標(biāo)這是化學(xué)工業(yè)出版社數(shù)字教育平臺素材建設(shè)模板。您可以使用這個模板快速編輯您的教學(xué)內(nèi)容。（5）精確度/精度即儀表指示值與被測值真值的符合程度。精確度高的儀表意味著隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差都很小。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，常以最大量程時的相對誤差來表示精度，并以此來確定儀器的精度等級。例如，一臺精度為0.2級的儀表，意思是測定值的誤差不超過最大量程的±0.2％。但也有不少儀器的測量精度和最小刻度值是用相同的數(shù)值來表示。例如，百分表的量測精度與最小刻度值均為0.01mm。1.4量測儀表的主要性能指標(biāo)這是化學(xué)工業(yè)出版社數(shù)字教育平臺素材建設(shè)模板。您可以使用這個模板快速編輯您的教學(xué)內(nèi)容。（6）滯后儀器的輸入量從起始值增至最大值的測量過程稱為正行程；輸入量由最大值減至起始值的測量過程稱為反行程。同一輸入量正反兩個行程輸出值間的偏差稱為滯后，通常以滿量程中的最大滯后值與滿量程輸出值之比表示。偏差的最大值稱為滯后量，滯后量越小越好。1.4量測儀表的主要性能指標(biāo)這是化學(xué)工業(yè)出版社數(shù)字教育平臺素材建設(shè)模板。您可以使用這個模板快速編輯您的教學(xué)內(nèi)容。（7）零點(diǎn)溫漂和量程熱漂移零點(diǎn)溫漂是指當(dāng)儀表的工作環(huán)境溫度不為20℃時零點(diǎn)輸出隨溫度的變化率；滿量程熱漂移是指當(dāng)儀表的工作環(huán)境溫度不為20℃時滿量程輸出隨溫度的變化率。它們都是溫度變化的函數(shù)，一般由儀表的高低溫試驗(yàn)得出其溫漂曲線并在試驗(yàn)值中加以修正。1.4量測儀表的主要性能指標(biāo)這是化學(xué)工業(yè)出版社數(shù)字教育平臺素材建設(shè)模板。您可以使用這個模板快速編輯您的教學(xué)內(nèi)容。（8）線性范圍指在保持儀器的輸入量和輸出信號為線性關(guān)系的基礎(chǔ)上，輸入量的所允許的變化范圍。在動態(tài)量測中，對儀器的線性范圍應(yīng)有嚴(yán)格要求，否則將使量測結(jié)果引起較大的誤差。（9）頻率響應(yīng)特性指儀器在不同頻率下靈敏度的變化特性。常以頻響曲線（一般以對數(shù)頻率值為橫坐標(biāo)，以相對靈敏度為縱坐標(biāo)）表示。1.4量測儀表的主要性能指標(biāo)這是化學(xué)工業(yè)出版社數(shù)字教育平臺素材建設(shè)模板。您可以使用這個模板快速編輯您的教學(xué)內(nèi)容。（10）相移特性振動參量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號或經(jīng)放大、記錄后在時間上產(chǎn)生的延遲叫相移。如果相移特性隨頻率而變化，則對于具有不同頻率成份的復(fù)合振動將會引起輸出電量的相位失真。常以儀器的相頻特性曲線來表示其相移特性。在使用頻率范圍內(nèi)，輸出信號相對于信號的相位差應(yīng)不隨頻率改變而變化。此外，由傳感器、放大器、記錄器組成的整套量測系統(tǒng)，還需注意儀器相互之間的阻抗匹配及頻率范圍的配合等問題。1.4量測儀表的主要性能指標(biāo)1.5量測儀表的基本量測方法土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)所用量測儀表，一般采用偏位測定法和零位測定法兩種量測方法。偏位測定法是根據(jù)量測儀表產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)或位移定出被測值，如百分表、雙杠桿應(yīng)變儀及動態(tài)電阻應(yīng)變儀等。通常來說，零位測定法比偏位測定法更精確，因?yàn)橛闷环y量時，指針式儀表內(nèi)沒有標(biāo)準(zhǔn)量具，只有經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)量具標(biāo)定過的刻度尺，而刻度尺相對來說精確度不會很高，因此該方法相對不夠么精確。尤其當(dāng)采用電子儀器將被測量和標(biāo)準(zhǔn)量的差值放大后，可達(dá)到很高的精度。1.6儀表的率定為了確定儀表的精確度或換算系數(shù)，確定其誤差，需將儀表指示值和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，這一工作稱為儀表的率定。率定后的儀表按國家規(guī)定的精確度劃分等級。用來率定儀表的標(biāo)準(zhǔn)量應(yīng)是經(jīng)國家計(jì)量機(jī)構(gòu)確認(rèn)，具有一定精確度等級的專用率定設(shè)備產(chǎn)生的。率定設(shè)備的精確度等級應(yīng)比被率定的儀表高。為了保證量測的精確度，儀表的率定是一項(xiàng)十分重要的工作。所有新生產(chǎn)或出廠的儀表都必須經(jīng)過率定，正在使用的儀表也必須定期進(jìn)行率定。2微觀量測2微觀量測即使是同造型和用途的構(gòu)件，在不同材料、不同制作和養(yǎng)護(hù)的條件下，其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)是差別極大的。而構(gòu)件的穩(wěn)定性、耐久性等性能表現(xiàn)，除卻達(dá)到臨界荷載或是受外部自然條件侵蝕等此類宏觀層面條件，還和自身內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。2.1掃描電鏡技術(shù)2.2X射線衍射分析X射線衍射儀是進(jìn)行材料晶體結(jié)構(gòu)分析的重要設(shè)備，用于物相定性、定量分析，晶胞參數(shù)測定，晶粒大小、結(jié)晶度、殘余應(yīng)力分析、擇優(yōu)取向分析、薄膜厚度的測定和物相縱向深度分析等，也是混凝土學(xué)科內(nèi)運(yùn)用非常廣泛的一個結(jié)構(gòu)研究手段。X射線衍射儀主要由X射線發(fā)生器、測角儀、記錄儀和水冷卻系統(tǒng)組成，新型的衍射儀還帶有條件輸入和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。2.2X射線衍射分析X射線衍射儀是利用衍射原理，精確測定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、織構(gòu)及應(yīng)力，精確的進(jìn)行物相分析、定性分析、定量分析。廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教學(xué)、材料生產(chǎn)等領(lǐng)域。2.3固體核磁共振（1）固體核磁共振發(fā)展歷史人們在發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象之后很快就產(chǎn)生了實(shí)際用途，化學(xué)家利用分子結(jié)構(gòu)對氫原子周圍磁場產(chǎn)生的影響，發(fā)展出了核磁共振譜，用于解析分子結(jié)構(gòu)，隨著時間的推移，核磁共振譜技術(shù)不斷發(fā)展。另一方面，醫(yī)學(xué)家們發(fā)現(xiàn)水分子中的氫原子可以產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象，利用這一現(xiàn)象可以獲取人體內(nèi)水分子分布的信息，從而精確繪制人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，2.3固體核磁共振（2）固體核磁共振工作原理核磁共振現(xiàn)象來源于原子核的自旋角動量在外加磁場作用下的運(yùn)動。根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動量，其自旋角動量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)決定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示核磁共振是指磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。

2.4多光束光切法（1）光切法測量表面三維微觀形貌的原理傳統(tǒng)的光切法三維形貌測量系統(tǒng)通過選取適當(dāng)?shù)囊蛔志€激光器作為投射光源，將線結(jié)構(gòu)光投射到被測物表面，由于被測物表面的不規(guī)則導(dǎo)致光條發(fā)生形變，利用工業(yè)相機(jī)完成形變光條的采集，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對采集到的發(fā)生形變的光條進(jìn)行多個步驟的處理，得到微觀形貌的特征，最后進(jìn)行三維還原完成測量。

2.4多光束光切法（2）光切法測量系統(tǒng)組成搭建的測量系統(tǒng)主要有三部分組成，分別為光源部分，圖像采集部分以及軟件處理部分。

2.5白光相移干涉法（1）白光相移干涉法工作原理白光干涉儀是以分振幅型雙光束干涉儀為基礎(chǔ)構(gòu)建的。光源發(fā)出的光經(jīng)分光鏡分成兩束光，即參考光和測量光。

2.5白光相移干涉法（2）白光相移干涉法測量系統(tǒng)組成測量系統(tǒng)是由干涉顯微鏡改造而成。采用白光為干涉光源，由Michelson干涉測量系統(tǒng)、相移微位移驅(qū)動系統(tǒng)、CCD攝像頭、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)等組成。利用白光干涉技術(shù)進(jìn)行表面三維形貌測量時，從參考鏡和被測工件表面反射回的光束在分光鏡上相互疊加產(chǎn)生干涉條紋。利用CCD攝像機(jī)接收干涉條紋圖像，送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

03應(yīng)變量測手持式應(yīng)變儀手持式應(yīng)變儀主要由兩片彈簧鋼片連接兩個剛性骨架組成，兩個骨架可作無摩擦的相對運(yùn)動。骨架兩端帶有錐形插腳，測量時將插腳插入結(jié)構(gòu)表面上預(yù)置的腳座中，結(jié)構(gòu)表面上的兩個預(yù)置腳座之間的距離為測量標(biāo)距。千分表測應(yīng)變裝置應(yīng)變測量裝置，它有兩個粘貼在試件上的腳座，分別固定千分表和剛性桿，測量標(biāo)距可通過調(diào)節(jié)剛性桿任意確定。構(gòu)件伸長（縮短）量由千分表讀出，除以標(biāo)距即算得應(yīng)變。3.1機(jī)測引伸儀電阻應(yīng)變計(jì)，又稱電阻應(yīng)變片，是電阻應(yīng)變量測系統(tǒng)的感受元件。電阻應(yīng)變片的種類很多，按柵極分有絲式、箔式、半導(dǎo)體等；按基底材料分有紙基、膠基等；按使用極限溫度分有低溫、常溫、高溫等。3.2電阻應(yīng)變計(jì)（1）電阻應(yīng)變儀的組成電阻應(yīng)變儀是把電阻應(yīng)變量測系統(tǒng)中放大與指示（記錄、顯示）部分組合在一起的量測儀器，主要由振蕩器、量測電路、放大器、相敏檢波器和電源等部分組成，把應(yīng)變計(jì)輸出的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大、檢波以及指示或記錄。3.3電阻應(yīng)變儀（2）電阻應(yīng)變儀的原理電阻應(yīng)變片可以把試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化。但一般情況下試件的應(yīng)變量較小，由此引起的電阻變化也非常微弱，難以進(jìn)行直接測量。電阻應(yīng)變儀的測量原理是通過惠斯登電橋（WheatstoneBridgeCircuit），將微小電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏髯兓瑫r還可以解決測量值的溫度補(bǔ)償問題。3.3電阻應(yīng)變儀PART

THREE01020304在量測橋的四個橋臂上全部接入工作應(yīng)變片，其中相鄰臂上的工作片兼作溫度補(bǔ)償片，將處于拉、壓應(yīng)變狀態(tài)的電阻應(yīng)變計(jì)恰當(dāng)?shù)亟尤霕虮廴珮螂娐钒霕螂娐肥怯蓛蓚€工作片和兩個固定電阻組成，工作片接在AB和BC橋臂上，另一半橋上的固定電阻設(shè)在應(yīng)變儀內(nèi)部，不另設(shè)溫度補(bǔ)償片半橋電路為了消除因電阻應(yīng)變計(jì)的溫度特性而引起的熱輸出，將測量試件應(yīng)變的電阻應(yīng)變計(jì)接入AB橋臂，將另一片性能相同的電阻應(yīng)變計(jì)貼在和試件相同的材料上，1/4橋電路等臂橋路就是指四個橋臂電阻值相等的電橋橋路。等臂橋路3.3電阻應(yīng)變儀（3）測量電路（4）多點(diǎn)測量線路進(jìn)行實(shí)際測量時，大多數(shù)是多點(diǎn)測量情況，因而要求應(yīng)變儀具有多個測量橋，這樣就可以進(jìn)行多測點(diǎn)的測量工作。多點(diǎn)測量線路主要有工作肢轉(zhuǎn)換法和中線轉(zhuǎn)換法。工作肢轉(zhuǎn)換法每次只切換工作片，溫度補(bǔ)償片為公用片；中線轉(zhuǎn)換法每次同時切換工作片和補(bǔ)償片，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)自動切換測點(diǎn)而形成測量橋。3.3電阻應(yīng)變儀（5）溫度補(bǔ)償溫度效應(yīng)由于環(huán)境溫度的變化，引起電阻應(yīng)變儀指示部分的示值變動，這種變動稱為溫度效應(yīng)。溫度導(dǎo)致的附加應(yīng)變一般可分為兩類，一類是溫度變化引起電阻應(yīng)變計(jì)敏感福電阻的變化，因而產(chǎn)生附加應(yīng)變；另一類是試件材料和應(yīng)變計(jì)敏感柵材料的線聯(lián)系數(shù)不同，使應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生附加應(yīng)變。消除溫度效應(yīng)的方法稱為溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償可采用溫度補(bǔ)償片法、工作片互補(bǔ)法和溫度自補(bǔ)償片法三種。3.3電阻應(yīng)變儀04位移量測4位移量測結(jié)構(gòu)的位移反映了結(jié)構(gòu)的整體變形，是工程結(jié)構(gòu)承受荷載作用后最直觀的反應(yīng)。通過位移量測，不僅可以了解結(jié)構(gòu)的剛度及其變化，還能區(qū)分結(jié)構(gòu)的彈性和非彈性性質(zhì)。同時結(jié)構(gòu)任何部位的異常變化或局部損壞都能在位移上得到反映。4.1線位移傳感器（1）機(jī)械式百分表和千分表機(jī)械式百分表外觀如圖4-21所示。當(dāng)滑動的測桿跟隨被測物體運(yùn)動時，帶動百分表內(nèi)部的精密齒輪轉(zhuǎn)動，精密齒輪機(jī)構(gòu)將微小的直線運(yùn)動放大為齒輪的轉(zhuǎn)動，從百分表的表盤就可讀出線位移量。4.1線位移傳感器（2）電阻應(yīng)變式位移傳感器電阻應(yīng)變式位移傳感器的測桿通過彈簧與一固定在傳感器內(nèi)的懸臂梁相連（如圖4-22），在懸臂梁的根部粘貼電阻應(yīng)變片。測桿移動時，帶動彈簧使懸臂梁受力產(chǎn)生變形，通過電阻應(yīng)變儀測量電阻應(yīng)變片的應(yīng)變變化，再轉(zhuǎn)換為位移量。4.1線位移傳感器（3）滑動電阻式位移傳感器滑動電阻式位移傳感器見圖4-23，的基本原理是將線位移的變化轉(zhuǎn)換為傳感器輸出電阻的變化。與被測物體相連的彈簧片在滑動電阻上移動，使電阻R輸出電壓值發(fā)生變化，通過與R2的參考電壓值比較，即可得到R3輸出電壓的改變量。4.1線位移傳感器（4）線性差動電感式位移傳感器線性差動電感式位移傳感器，簡稱為LVDT，其構(gòu)造如圖4-24所示。LVDT的工作原理是通過高頻振蕩器產(chǎn)生一參考電磁場，當(dāng)與被測物體相連的鐵芯在兩組感應(yīng)線圈之間移動時，由于鐵芯切割磁力線，改變了電磁場強(qiáng)度，感應(yīng)線圈的輸出電壓隨即發(fā)生變化。通過標(biāo)定，可確定感應(yīng)電壓的變化與位移量變化的關(guān)系。4.2角位移傳感器（1）水準(zhǔn)式傾角儀圖4-25為水準(zhǔn)式傾角儀的構(gòu)造。水準(zhǔn)管1安置在彈簧片4上，一端鉸接于基座6上，另一端被微調(diào)螺絲3頂住。當(dāng)儀器用夾具5安裝在測點(diǎn)上后，用微調(diào)螺絲使水準(zhǔn)管的氣泡居中，結(jié)構(gòu)變形后氣泡漂移，再扭動微調(diào)落實(shí)使氣泡重新居中，度盤前后兩次讀數(shù)的差即為測點(diǎn)的轉(zhuǎn)角。4.2角位移傳感器（2）電子傾角儀電子傾角儀實(shí)際上是一種傳感器。它通過電阻變化測定結(jié)構(gòu)某部位的轉(zhuǎn)動角度。儀器的構(gòu)造原理如圖4-26所示。其主要裝置是一個盛有高穩(wěn)定性的導(dǎo)電液體的玻璃器皿，在導(dǎo)電液體中插入三根電極A、B、C并加以固定。4.2角位移傳感器（3）時柵角位移傳感器該傳感器結(jié)構(gòu)分為激勵和感應(yīng)兩部分，均采用了雙層互補(bǔ)式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對磁場的約束和拾取能力的相互補(bǔ)償。如圖4-27所示，圖4-27(a)為傳感器整體模型；圖4-27(b)為傳感器感應(yīng)線圈，圖4-27(c)為傳感器感應(yīng)線圈與激勵線圈的基體，線圈基體有利于對線圈對磁場的約束作用，圖4-27(d)為激勵線圈，4.3光纖位移傳感器光纖傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一門新技術(shù)，光纖最早用于通訊，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感器得到進(jìn)一步發(fā)展。與其它傳感器相比較，光纖傳感器有不受電磁干擾，防爆性能好，不會漏電打火；可根據(jù)需要做成各種形狀，可以彎曲；可以用于高溫、高壓、絕緣性能好，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。4.3光纖位移傳感器（1）光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理①光纖結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維，簡稱光纖，目前基本采用石英玻璃，有不同摻雜，見圖4-28。②光纖的傳輸原理光在空間是直線傳播的，在光纖中光被限制在光纖中，并能隨光纖傳遞到很遠(yuǎn)的距離。4.3光纖位移傳感器（2）光纖的性能的幾個重要參數(shù)①數(shù)值孔徑臨界入射角的正弦函數(shù)定義為光纖的數(shù)值孔徑。②光纖模式光纖模式是指光波沿光纖傳播的途徑和方式，不同入射角度光線在界面上反射的次數(shù)不同，光波之間的干涉產(chǎn)生的強(qiáng)度分布也不同。③傳播損耗光纖在傳播時，由于材料的吸收、散射和彎曲處的輻射損耗影響，不可避免的要有損耗。4.3光纖位移傳感器（3）光纖傳感器類型①功能型（FunctionTypeFiberOpticSensor）FF又稱傳感型功能型光纖傳感是利用光纖本身對外界被測對象具有敏感能力和檢測功能，光纖不僅起到傳光作用，而且在被測對象作用下，如光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)等光學(xué)特性得到調(diào)制，調(diào)制后的信號攜帶了被測信息。②非功能型（Non-FunctionFiber-opticSensor）NFF又稱傳光型非功能型光纖傳感的光纖只當(dāng)作傳播光的媒介，待測對象的調(diào)制功能是由其它光電轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)的，光纖的狀態(tài)是不連續(xù)的，光纖只起傳光作用。4.3光纖位移傳感器（4）反射式光纖位移傳感器光纖位移測量原理見圖4-29。光源經(jīng)一束多股光纖將光信號傳送至端部，并照射到被測物體上。另一束光纖接受反射的光信號，并通過光纖傳送到光敏元件上，兩束光纖在被測物體附近匯合。被測物體與光纖間距離變化，反射到接受光纖上光通量發(fā)生變化。再通過光電傳感器檢測出距離的變化。05力值量測量測荷載和超靜定結(jié)構(gòu)的支座反力是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中經(jīng)常需要測定的外力。因?yàn)橹挥兄劳饬ψ饔么笮〔拍芘袛嘣嚰欠駥⒁_(dá)到臨界使用荷載，同時在對外力作用有一個清楚了解的基礎(chǔ)上，方可進(jìn)一步對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的內(nèi)力分析。對于較為脆性的結(jié)構(gòu)試件，力值量測顯得尤為重要。5力值量測測定拉力和壓力的儀器一般采用機(jī)械式測力計(jì)，圖4-31為環(huán)箍式拉力計(jì)，它由兩片弓形鋼板組成一個環(huán)箍。圖4-32是另一種環(huán)箍式拉壓測力計(jì)。5.1拉力和壓力量測電阻應(yīng)變式測力傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的一種測力儀器。它是利用安裝在力傳感器上的電阻應(yīng)變片測量傳感器彈性變形體的應(yīng)變，再將彈性體的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換電信號輸出，并用電子儀器顯示的測力計(jì)，稱為測力傳感器，也稱荷載傳感器。荷載傳感器可以測定荷載、反力和其他各種外力。5.2荷載和反力量測種荷載傳感器的外部形狀基本相同，其核心部件是一個厚壁筒，如圖4-33所示。壁筒的橫斷面取決于材料允許的最大應(yīng)力。在筒壁上貼有電阻應(yīng)變片以便將機(jī)械變形轉(zhuǎn)換為電量變化。如圖4-34所示，在筒壁的軸向和橫向布置應(yīng)變片，并按全橋接入電阻應(yīng)變儀工作電橋，5.2荷載和反力量測當(dāng)需要測定結(jié)構(gòu)成型后的鋼筋混凝土內(nèi)部應(yīng)力時，可采用埋入式測力裝置。埋入式測力裝置由混凝土或砂漿制成，其上粘貼電阻應(yīng)變片，埋入試件后整體澆筑成型，如圖4-35所示。5.3結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力量測測量預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力時常采用振弦式力傳感器。在振弦式力傳感器中、安裝了一根張的鋼弦，當(dāng)傳感器受力產(chǎn)生微小變形時、鋼弦張緊程度發(fā)生變化、使得其自隨之發(fā)生變化、測量鋼弦的自振額率，就可以通過傳感器的變形得到傳感器所受到的力，如圖4-36所示。5.3結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力量測06裂縫量測6.1量測裂縫的內(nèi)容點(diǎn)擊此處添加標(biāo)題對于混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)，裂縫的發(fā)生和發(fā)展是結(jié)構(gòu)受力的重要特征。對于鋼結(jié)構(gòu)，常見的斷裂發(fā)生在應(yīng)力集中的部位和焊縫部位。準(zhǔn)確的量測裂縫尺寸和描繪形狀，是后續(xù)確定開裂荷載、研究結(jié)構(gòu)破壞過程的重要指標(biāo)。裂縫量測的主要內(nèi)容有：裂縫的特征及分布（位置、形態(tài)、數(shù)量、走向等）、裂縫的量度（寬度、長度、深度）、裂縫的發(fā)展趨勢（裂縫發(fā)生及開展的時間過程、是否穩(wěn)定等）。6.2量測裂縫的方法點(diǎn)擊此處添加標(biāo)題（1）肉眼觀察（2）貼應(yīng)變片（3）涂導(dǎo)電漆膜（4）超聲波檢測（5）鉆芯取樣法6.3裂縫的量測儀器裂縫的位置、數(shù)量、走向一般采用照片和繪制裂縫展開圖等形式記錄。長度用直尺、卷尺進(jìn)行測量，寬度可用裂縫寬度比對卡、裂縫測寬儀、塞尺進(jìn)行檢測。裂縫的深度一般采用超聲波法或局部鑿開法進(jìn)行檢測，必要時可鉆取芯樣進(jìn)行驗(yàn)證。對于發(fā)展的裂縫還應(yīng)進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測、記錄。以下將舉例常見量測儀器。6.3裂縫的量測儀器（1）讀數(shù)顯微鏡（2）裂縫讀數(shù)卡6.3裂縫的量測儀器（3）裂縫測寬儀采用了現(xiàn)代電子成像技術(shù)，將被測物體表面裂縫原貌實(shí)時顯示在屏幕上；可對裂縫寬度量測進(jìn)行自動判讀、手動判讀，電子標(biāo)尺人工判讀三種模式，最高分辨率達(dá)0.0025mm，從而確保微細(xì)裂縫的判讀準(zhǔn)確。6.3裂縫的量測儀器（4）裂縫塞尺裂縫塞尺是把金屬材料制作成不同厚度的薄片，并標(biāo)注其厚度，測量時先粗略估計(jì)裂縫的寬度，然后再選用相應(yīng)厚度的薄片進(jìn)行塞試，最后讀出裂縫寬度。6.3裂縫的量測儀器（5）裂縫深度測試儀利用振動能量在混凝土內(nèi)傳播，在穿過裂縫時，由于振動能量在裂縫端點(diǎn)產(chǎn)生衍射，而衍射角與裂縫深度又具有幾何關(guān)系，從而推導(dǎo)出裂縫深度。07溫度量測溫度是一個基本的物理量。常溫作用下，溫度應(yīng)力常常使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。溫度是建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際使用時所面臨的一個重要外界影響因素。因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、變形性能和承載能力都可能與溫度發(fā)生十分密切的關(guān)系。在常溫作用下，溫度應(yīng)力常常使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。測溫的方法很多，從測試元件與被測材料是否接觸來分，可以分為接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。7.1熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀表。熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶（感溫元件）、測量儀表（動圈儀表或電位差計(jì)）、連接熱電偶和測量儀表的導(dǎo)線（補(bǔ)償導(dǎo)線）。熱電偶原理A、B－導(dǎo)體1、2－節(jié)點(diǎn)7.2熱敏電阻溫度計(jì)當(dāng)溫度較低時，可采用金屬絲熱電阻或熱敏電阻溫度計(jì)。常用的金屬測溫電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻，其電阻值將隨溫度的變化而變化，因此溫度的測量將轉(zhuǎn)化為電阻的測量。類似于應(yīng)變的測量轉(zhuǎn)化為電阻應(yīng)變片的電阻測量，可以采用電阻應(yīng)變儀測量熱電阻的微小電阻變化。熱敏電阻的熱敏材料一般可分為半導(dǎo)體類、金屬類和合金類三類，與金屬絲熱電阻相同，其電阻值也隨溫度而變化。7.3光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器的工作原理如圖所示，利用的是半導(dǎo)體材料的能量隙隨溫度幾乎成線性變化的原理，其主要材料有光纖、光譜分析儀、透明晶體等，可分為分布式、光纖熒光溫度傳感器。08熱工性能量測建筑材料的熱工性能是指與熱有關(guān)的性質(zhì)，是研究結(jié)構(gòu)高溫（抗火）性能的基礎(chǔ)。通常我們用熱工參數(shù)來表達(dá)和描述熱工性能。而熱工參數(shù)主要包括：λ—導(dǎo)熱系數(shù)，即材料傳導(dǎo)熱量的能力；α—熱擴(kuò)散系數(shù)，即物體中某一點(diǎn)的溫度的擾動傳遞到另一點(diǎn)的速率的量度；K—傳熱系數(shù)，即墻體在穩(wěn)定傳熱條件下單位時間通過單位面積傳遞的熱量；c—比熱容，即單位質(zhì)量物體改變單位溫度時吸收或放出的熱量；R—熱阻，即墻體本身或其中某層材料阻抗傳熱能力的物理量。8.1建筑的兩個重要熱工參數(shù)（1）材料的