1、 2021-8-72School of Urban Construction and Management 2021-8-73 土木工程包含了几乎所有建筑工程，我们俗称“大土木” 土木工程结构指最广泛层面上的建筑结构工程，包括： u桥梁 u水坝 u土方 u基础 u石油平台 u管道运输 u发电站 u铁路 u挡土墙 u道路 u隧道 u水路疏浚 u给排水系统 结构的功能是承受荷载作用并产生作用效应，产生的作用效 应须满足各级规范要求 土木工程结构(Civil engineering structures) 2021-8-74 确保实现结构的功能，常采用以下三种途径： u理论分析 利用现有成熟的理论，
2、计算分析结构在各种作用下的作用效应 使其满足规范、规程、标准要求 u试验 对结构施加作用，通过测试得到结构在作用下的作用效应 判断结构是否满足要求 u计算机程序模拟分析 利用计算机程序模拟分析结构在各种作用下的作用效应 分析参数，寻找其中规律，解决结构功能问题 2021-8-75 此三种途径互为指导和验证关系 u新的结构理论不够成熟，结构试验必不可少 u试验不能完全模拟真实状态，受条件限制 u借助计算机模拟，分析寻找规律，发展新的理论 本课程讲重点讲述土木工程结构试验 2021-8-76 土木工程试验是解决土木工程结构领域科研和设计问题的必 不可少的手段 u结构试验是人们认识自然的重要手段 u
3、结构试验是验证结构理论的有效方法 u结构试验是土木工程结构质量鉴定的直接方式 u结构试验是制定各类技术规范和技术标准的基础 u结构试验是建筑工程自身发展的需要 土木工程结构试验主要内容包括 u工程结构静力试验和动力试验的加载模拟技术 u工程结构变形参数的测量技术 u试验数据的采集 u信号分析及助理技术以及对试验对象作出评价或理论分析 2021-8-77 本课程目的 通过理论和试验环节教学 u掌握结构试验方面基本知识和基本技能 u根据设计、施工和科学研究任务，完成一般土木工程结构 的实验设计与规划 为今后从事土木工程结构科研、设计或施工等工作积累解决 问题的手段和方法 2021-8-78 土木工
4、程结构试验的任务是以土木工程结构为研究对象， 通过加载技术对研究对象施加各种作用，借助测试技术对 结构物受作用后的性能进行观测。通过对测量数据的分析 ，如变形、应变、温度、振幅、频率、裂缝宽度等，从强 度（稳定）、刚度、抗裂性以及结构实际破坏形态来判明 结构的实际工作性能，评估结构的承载能力，确定结构对 使用要求的符合程度。动过结构实验检验并发展结构计算 理论。 1.1 结构试验的任务 2021-8-79 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 * 按试验目的分类1.2 结构试验的分类 (1) 生产鉴定性试验 具有直接的生产目的。
5、以实际建筑物或 结构构件为试验鉴定对象，经过试验对具 体结构构件作出正确的技术结论 这类试验常用来解决一下有关问题： a.综合鉴定重要工程和建筑的设计与施工 质量。 b.对已建结构进行可靠性检验，以推断和 估计结构剩余寿命。 c.工程改建和加固，通过试验来判断具体 结构的实际承载能力。 d.处理受灾结构和工程质量事故，通过试 验鉴定提供技术依据。 e.鉴定预制构件的产品质量。 * 按试验目的分类 2021-8-710 1.2 结构试验的分类 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 (2)科学研究性试验 科学研究性试验具有研究、探索
6、和开发 的性质。其目的在于验证结构设计的某一 理论，或验证各种科学的判断、推理、假 设及概念的正确性，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。 这类试验通常解决以下几个方面的问题: a.验证结构计算理论或通过结构试验创立 新的结构理论。 b.制订结构设计规范和标准。 2021-8-711 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 * 按试验对象分类1.2 结构试验的分类 (1) 原型试验 原型试验的试验对象是实际结构或是按实 物结构足尺复制的结构或构件。 对于实际结构试验一般均用于生产鉴定性 试验。
7、例如核电站安全壳加压整体性的试 验，工业厂房结构的刚度试验、楼盖承载 能力试验以及桥梁在移动荷载下的动力特 性试验等均在实际结构上加载量测 2021-8-712 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 * 按试验对象分类 (2)模型试验 由于进行原型结构试验投资大、周期长、 测量精度受环境因素等影响，在经济上或 技术上存在一定困难。因此，人们在结构 设计的方案阶段进行初步探索比较或对设 计理论和计算方法进行科学研究时，可以 采用按原型结构缩小的模型进行试验。 模型是仿照原型（真实结构）并按照一定 比例关系复制而成的试验代表物，它具
8、有 实际结构的全部或部分特征。设计制作及 试验是根据相似理论，用适当的比例和相 似材料制成与原型几何相似的试验对象， 在模型上施加相似力系（或称比例荷载） ，使模型受力后重演原型结构的实际工作 ，最后按照相似理论由模型试验结果推算 实际结构的工作。目前在试验室内进行的 大量结构试验均属于这一类。 1.2 结构试验的分类 2021-8-713 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 * 按荷载性质分类 (1)静力试验 静力试验是结构试验中最大量最常见的基 本试验，因为大部分建筑结构在工作时所 承受的是静力荷载，一般可以通过重力或 各
9、种类型的加载设备来实现和满足加载要 求。静力试验的加载过程是从零开始逐步 递增一直到结构破坏为止，也就是在一个 不长的时间段内完成试验加载的全过程， 我们称它为结构静力单调加载试验。 静力试验的最大优点是加载设备相对来说 比较简单，荷载可以逐步施加，还可以停 下来仔细观测结构变形的发展，给人们以 最明确和清晰的破坏概念。 1.2 结构试验的分类 2021-8-714 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 * 按荷载性质分类 (2)动力试验 对于那些在实际工作中主要承受动力作用 的结构或构件，为了了解结构在动力荷载 作用下的工作性
10、能，一般要进行结构动力 试验，通过动力加载设备直接对结构构件 施加动力荷载。 特别是结构抗震性能的研究中除了用上述 静力加载模拟以外，更为理想的是直接施 加动力荷载进行试验，目前抗震动力试验 一般用电液伺服加载设备或地震模拟振动 台等设备来进行。 由于荷载特性的不同，动力试验的加载设 备和测试手段也与静力有很大的差别，并 且要比静力试验复杂得多。 1.2 结构试验的分类 2021-8-715 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 * 按荷载性质分类 (1)短期荷载试验 限于试验条件、时间和基于解决问题的步 骤，我们不得不大量采用
11、短期荷载试验， 即荷载从零开始施加到最后结构破坏或到 某阶段进行卸荷的时间总和只有几十分钟 ，几小时或者几天。 结构的疲劳试验，则整个加载过程也仅在 几天内完成，与实际工作有一定差别。 爆炸，地震等特殊荷载作用时，整个试验 加载过程只有几秒甚至是微秒或毫秒，这 种试验实际上是一种瞬态的冲击试验。 这种由于具体客观因素或技术的限制所产 生的影响，我们在分析试验结果时必须加 以考虑。 1.2 结构试验的分类 2021-8-716 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 * 按荷载性质分类 (2)长期荷载试验 对于研究结构在长期荷载作用
12、下的性能， 如混凝土结构的徐变，预应力结构中钢筋 的松弛，钢筋混凝土受弯构件裂缝的开展 与刚度退化等就必须要进行静力荷载的长 期试验。这种长期荷载试验也可称为持久 试验，它将连续进行几个月或甚至于数年 ，通过试验以获得结构的变形随时间变化 的规律 在现场对实际工作中的结构物进行系统长 期的观测，则这样积累和获得的数据资料 对于研究结构的实际工作，进一步完善和 发展工程结构的理论都具有极为重要的意 义。 1.2 结构试验的分类 2021-8-717 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 * 按荷载性质分类 (1) 试验室试验 由于
13、可以获得良好的工作条件，可以应用 精密和灵敏的仪器设备进行试验，具有较 高的准确度。甚至可以人为的创造一个适 宜的工作环境，以减少或消除各种不利因 素对试验的影响，所以适宜于进行研究性 试验。 这样有可能突出研究的主要方面，而消除 一些对试验结构实际工作有影响的次要因 素。 这种试验可以在原型结构上进行，也可以 采用模型试验，并可以将结构一直试验到 破坏。尤其近年来发展足尺结构的整体试 验，大型试验室为之提供了比较理想的条 件。 1.2 结构试验的分类 2021-8-718 结 构 试 验 分 类 按试验目的分类 按试验对象分类 按荷载性质分类 按试验时间分类 按试验场合分类 * 按荷载性质分
14、类 (2) 现场试验 与室内试验相比由于客观环境条件的影响 ，使用高精度的仪器设备来进行观测受到 了一定的限制，相对来看，进行试验的方 法也比较简单，所以试验精度和准确度较 差。 现场试验多数用以解决生产鉴定性的问题 ，所以试验是在生产和施工现场进行的， 有时研究或检验的对象就是已经使用或将 要使用的结构物，它可以获得近乎完全实 际工作状态下的数据资料。 1.2 结构试验的分类 2021-8-719 结 构 试 验 发 展 先进的大型和超大型设备 基于网络的远程协同结构 试验 现代测试技术 计算机与结构试验 1.3 结构试验的发展 大型疲劳试验机 加载能力：静力试验1000kN 动力试验500
15、kN u电液伺服压力试验机 最大加载能力50,000kN u大型风动结构试验系统 u大型离心机 u大型火灾模拟结构试验系统 2021-8-720 结 构 试 验 发 展 先进的大型和超大型设备 基于网络的远程协同结构 试验 现代测试技术 计算机与结构试验 u电液伺服压力试验机 最大加载能力50,000kN u大型风动结构试验系统 u大型离心机 u大型火灾模拟结构试验系统 1.3 结构试验的发展 万用试验机 加载能力：静力试验200kN 2021-8-721 结 构 试 验 发 展 先进的大型和超大型设备 基于网络的远程协同结构 试验 现代测试技术 计算机与结构试验 大型有限元分析软件 试验前:
16、 通过计算机分析预测结构性能 制订试验方案 试验后: 结合实验数据 对结构性能做出完整描述 1.3 结构试验的发展 2021-8-722 具体应用事例 a). 实桥，检测到疲劳裂缝产生 b). 补修方法的提案 碳素纤维板和止裂孔并用 2021-8-723 具体应用事例 c). 用有限元分析软件，将全桥模型化，进行分析，确定研究方案 计算机模拟理论计算的结合 全桥钢构件部分的FEM模型图 全桥的FEM模型图 6 6 (b)側面図 (a)正面図 445140445 9 250 1030 300 2-PL 1009140(JIS SM400A) 1-PL 300 x9x1030(JIS SM400A
17、) 415.6 具体应用事例 d). 结合实桥裂缝产生部位的实际情况，制作试验体，进行试验 原型试验难以实现模型试验 2021-8-724 疲劳实验 2021-8-725 具体应用事例 FEM解析模型 具体应用事例 e).基于实验体的有限元解析 计算机模拟试验的结合 2021-8-726 具体应用事例 e).基于实验体的有限元解析 计算机模拟试验的结合 2021-8-727 具体应用事例 f). 模拟实桥补修时的有限元解析 理论计算机试验的结合 从试验、计算机模拟到实际应用 疲劳裂缝产生部位 P1側側 P2側側 疲劳裂缝产生部位的放大图 P1側側 P2側側 疲劳裂缝 疲劳裂缝附近的放大图202
18、1-8-728 2021-8-729 1. 以土木工程结构专业知识为基础 2. 了解这些设备和仪器的基本原理和使用方法 3. 计算机的运用 结构试验是一门综合性很强的课程，必须综合运用各方面 知识，全面掌握结构试验技术，才能准确的理解结构受力 的本质，通过试验结果提高结构理论水平。 结构试验强调动手能力的训练和培养，是一门时间性很强 的课程。很多知识是在具体试验中掌握的，要在试验操作 中注意体会。 1.4 结构试验课程特点 2021-8-730School of Urban Construction and Management 2021-8-731 2.1 结构试验的一般程序 2021-8-
19、732 2.1 结构试验的一般程序 2.1.1 结构试验设计 结构试验设计时整个结构试验与测试技术中极为重要且具有全 局性的一项工作。它的主要内容是对所要进行饿结构试验工作 进行全面的设计与规划，从而使设计的计划于试验大纲对整个 试验起到通观全局和具体指导的作用 u 反复研究实验目的 u 充分了解任务要求 u 收集相关资料，包括已有的理论假定、试验极其方法 根据以上工作的基础，确定试验的性质与规模。 试验件的制作、加载测量方法等不可孤立考虑，必须相互联系 综合考虑。 2021-8-733 2.1 结构试验的一般程序 科研性试验 1. 收集资料，确定目的和任务 2. 确定规模和性质 3. 试件设
20、计与制作 4. 确定加载方法 5. 选定测量项目于方法 6. 进行设备和仪表的率定 7. 试件性能试验 8. 制订试验安全防范措施 9. 制订计划 10.正式试验 11.结果分析 2021-8-734 2.1 结构试验的一般程序 检验性试验 检验性试验的设计，因为试件往往是某一具体结构，一般不存 在试件设计和制作问题，但需要收集和研究该试件设计的原始 资料、设计计算书和施工文件等，并应对构件进行实地考察， 检查结构的设计和施工质量状况，最后根据检验的目的要求制 订试验计划。 2021-8-735 2.1 结构试验的一般程序 2.1.2 结构试验准备 u 将试件按要求制作、安装于就位 u 将加载
21、设备安装就位 u 完成辅助试验工作 u 算出各加载阶段结构的内力及变形理论值 工作繁琐，涉及面广，工作量大 工作质量直接影响到试验结果的准确度和试验能否顺利进行 此环节极为重要 2021-8-736 2.1 结构试验的一般程序 2.1.3 结构试验实施 按计划确定的家在制度进行加载。对试验对象施加外荷载是整 个试验工作的中心环节，应按规定的加载顺序和测量顺序进行。 试验过程中及时分析整理重要数据，与理论值进行比较，发现 反常情况应及时弄清。 试验过程中认真读数记录，观察结构变形。进行拍照和录像， 作为原始资料保存。 2021-8-737 2.1 结构试验的一般程序 2.1.4 结构试验分析 试
22、验后及时将数据进行科学的整理、分析和计算。 根据试验数据和资料编写总结报告，并提出发现的新问题及进 一步的研究计划。 2021-8-738 2.2 结构试验设计的基本原则 2.2.1 真实模拟结构所处的环境和结构所受到的荷载 工程结构在其使用寿命的全过程中，收到各种作用，一荷载作 用为主。 鉴定性结构试验：按照有关技术标准或试验目的确定试验荷载 的基本特征 研究性结构试验：荷载由研究目的决定 注意：实验室内进行试验时，实验装置的设计应注意模拟边界 条件。 2021-8-739 2.2 结构试验设计的基本原则 2.2.2 消除次要因素影响 影响结构受力性能的因素有很多，一次试验很难同时确定所有
23、因素的影响程度。各影响因素中，有的是主要因素，有的是次 要因素。需要研究或验证的因素是主要因素。试验设计时应尽 可能消除次要因素影响。 例： 钢筋混凝土受弯构件长期荷载试验 梁的剪切和弯曲试验 大型结构试验中，“大系统测不准”定理，因此试验方案力求 简单。 2021-8-740 2.2 结构试验设计的基本原则 2.2.3 将结构反应视为随机变量 结构的力学模型是不确定的 结构抗力和作用效应都是随机变量 结构试验的结果具有随机性和模糊性 2021-8-741 2.2 结构试验设计的基本原则 2.2.3 将结构反应视为随机变量 结构的力学模型是不确定的 结构抗力和作用效应都是随机变量 结构试验的结
24、果具有随机性和模糊性 结构试验设计时，必须运用统计学的方法设计时间的数量，排 列影响因素，而在考虑加载设备、测试仪器时，必须留有充分 的余地。 对新型结构体系或新材料结构的实验时，进行预备性试验，初 步了解结构的性能，再制订详尽的方案。 2021-8-742 2.2 结构试验设计的基本原则 2.2.4 合理选择试验参数 加载系统的参数 试验结构的具体性能有关的参数 2.2.5 统一测试方法和评价标准 鉴定性结构试验中，试验对象和试验方法大多已事先规定了。 研究性结果试验中，不能用技术标准的形式来规定科学创新的 方法。但为了方便信息交换、简历共同的评价标准，我们需要 对试验方法有所规定，统一试验
25、方法。 2.2.6 降低试验成本和提高试验效率 2021-8-743 2.3 测试技术基本原理 2.3.1 传感器技术 传感器是一种转换器件，它能把物理量或化学量转换为可以观 测、记录并加以利用的信号。 国际电工技术技术委员会对传感器的定义：传感器是测量系统 的一种前置部件，它将输入变量转换为可供测量的信号。 2.3.2 试验结果的测量 为确定试验结构的反应量值而进行的过程称为测量，分为直接 测量和间接测量。 2.3.3 标定和校准 国际单位m, kg, s, A, K, cd, mol, m/s, m/s2, kg m/s2 2.3.4 现代测量技术特点 电测法；计算机 2021-8-744
26、 2.3 测试技术基本原理 2.3.1 传感器技术 传感器是一种转换器件，它能把物理量或化学量转换为可以观 测、记录并加以利用的信号。 国际电工技术技术委员会对传感器的定义：传感器是测量系统 的一种前置部件，它将输入变量转换为可供测量的信号。 2.3.2 试验结果的测量 为确定试验结构的反应量值而进行的过程称为测量，分为直接 测量和间接测量。 2.3.3 标定和校准 国际单位m, kg, s, A, K, cd, mol, m/s, m/s2, kg m/s2 2.3.4 现代测量技术特点 电测法；计算机 2021-8-745School of Urban Construction and M
27、anagement 2021-8-746 3.1 概述 工程结构的作用 直接作用：荷载作用，包括结构自重与施加在结构上的荷载 间接作用：主要有温度变化、地基不均匀沉降和结构内部物理或化学作用 直接作用分类 结构试验除极少数是在实际荷载下实测外，绝大多数是在模拟 荷载条件下进行的。 直接作用 作用范围 分布荷载作用 集中荷载作用 作用时间长短 长期荷载作用 短期荷载作用 对结构的动力效应 静力荷载作用 动力荷载作用 2021-8-747 加载要求 在选择试验荷载和加载方法时，应满足下列几点要求： 选用试验荷载的图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力值相一 致或基本接近； 荷载传力方式和作用点
28、明确，产生的荷载数值稳定，特别是静力荷载要 不随加载时间、外界环境和结构的变形而变化； 荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求，加载设备要有足够的强 度储备； 加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还必须按变形条件来 控制加载装置的设计，即尚必须满足刚度要求。防止对试件产生卸荷作用 而减轻了结构实际承担的荷载； 加载设备必须操作方便，便于加载和卸载，并能控制加载速度，又能适 应同步加载或先后加载的不同要求。 加载设备要力求采用现代化先进技术，减轻劳动强度，提高检测质量。 3.1 概述 2021-8-748 重物荷载可直接堆放于结构表面（如板的试验）形成均布荷 载，或置于荷载盘上通过吊杆
29、挂于结构上形成集中荷载。 3.2 静力加载方法 重力直接加载法 2021-8-749 这类加载装置的优点是试验用的重物容易取得，并可重复使 用，但加载过程中需要花费较大的劳动力。 2021-8-750 利用水作为重力加载用的荷载装置，是一个简易方便而且甚 为经济的方案。对于大面积的平板试验，如楼面、平屋面等 钢筋混凝土结构可以采用特殊的盛水装置作为均布荷载直接 加于结构表面。 在现场试验水塔、水池、油库等特种结构时，水是最为理想 的试验荷载，它不仅附合结构物的实际使用条件，而且还能 检验结构的抗裂抗渗情况。 2021-8-751 利用重物作集中荷载，会受到荷载量的限制，这时可以利用 杠杆将荷重
30、放大后作用在结构上，不仅能扩大重力荷载的使 用范围，而且还可减轻加载的劳动强度。 3.2 静力加载方法 杠杆加载法 2021-8-752 2021-8-753 优点：设备简单，取材方便，荷载恒定，加载形式灵活。 ，对持久荷载试验及进行刚度与裂缝的研究尤为合适。 缺点：荷载量不能很大，操作笨重而费工。此外，当采用 重力加载方式试验时，一旦结构达到极限承载能力，因荷重 不能随结构变形而自动卸载，容易使结构产生过大变形而倒 塌。因此，安全保护措施应当足够重视。 3.2 静力加载方法 杠杆加载法特点 2021-8-754 液压加载器又称千斤顶，是液压加载设备中的一个主要部 件。 主要工作原理是用高压油
31、泵将具有一定压力的液压油压入 液压加载器的工作油缸，使之推动活塞，对结构施加荷载。 液压加载器 3.2 静力加载方法 2021-8-755 液压加载系统 3.2 静力加载方法 液压加载系统主要是由储油箱、高压油泵、液压加载器、测 力装置和各类阀门组成的操纵台通过高压油管连接组成。当 使用液压加载系统在试验台座上或现场进行试验时尚必须配 置各种支承系统，来承受液压加载器对结构加载时产生的平 衡力。 2021-8-756 液压加载法中利用普通手动液压加载器配合加荷承力架和 静力试验台座使用，是最简单的一种加载方法。 液压加载系统 3.2 静力加载方法 设备简单，作用力大，加载 卸载安全可靠，与重力
32、加载法 相比，可大大减轻笨重的体力 劳动。 但如要求多点加载时则需要 多人同时操纵多台液压加载器 ，这时难以做到同步加载卸载 ，尤其当需要恒载时更难以保 持稳压状态。所以，比较理想 的加载方法是采用能够变荷的 同步液压加载设备来进行试验 2021-8-757 液压加载是目前结构试验中应用比较普遍和理想的一种加 载方法。 最大优点是利用油压使液压加载器（千斤顶）产生较大的 荷载，试验操作安全方便，特别是对于大型结构构件试验要 求荷载点数多，吨位大时更为合适。 电液伺服系统在试验加载设备中得到广泛应用后，为结构 动力试验模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载创 造了有利条件，使动力加载技术发展
33、到了一个新的高度。 3.2 静力加载方法 液压加载特点 2021-8-758 大型结构试验机是结构 试验室内进行大型结构 试验的专门设备，比较 典型的是结构长柱试验 机，用以进行柱、墙板 、砌体、节点与梁的受 压与受弯试验。试验机 由液压操纵台、大吨位 的液压加载器和机架三 部分组成。 大型结构试验机 3.2 静力加载方法 2021-8-759 大型结构试验机是结构 试验室内进行大型结构 试验的专门设备，比较 典型的是结构长柱试验 机，用以进行柱、墙板 、砌体、节点与梁的受 压与受弯试验。试验机 由液压操纵台、大吨位 的液压加载器和机架三 部分组成。 大型结构试验机 3.2 静力加载方法 20
34、21-8-760 吊链、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等是机 械力加载常用机具。 机械力与气压加载设备 3.2 静力加载方法 2021-8-761 利用气体压力对结构加载有两种方式：一种是利用压缩空气 加载；另一种是利用抽真空产生负压对结构构件施加荷载。 由于气压加载所产生的为均布荷载，所以，对于平板或壳体 试验尤为适合。 对于某些封闭结构，可以利用真空泵抽真空的方法，造成内 外压力差，即利用负压作用使结构受力。 2021-8-762 也称为张拉突卸法。在结构上拉一钢丝缆绳，使结构变形而 产生一个人为的初始强迫位移，然后突然释放，使结构在静 力平衡位置附近作自由振动。对于小模型则可采
35、用悬挂的重 物通过钢丝对模型施加水平拉力，剪断钢丝造成突然卸荷。 初位移加载法 3.3 动力加载方法 2021-8-763 也称突加荷载法。如利用摆锤或落重的方法使结构在瞬时内 受到水平或垂直的冲击，产生一个初速度，同时使结构获得 所需的冲击荷载。 初速度加载法 3.3 动力加载方法 2021-8-764 冲击试验 初速度加载法 3.3 动力加载方法 2021-8-765 试验荷载支承装置是满足试验荷载设计、实现荷载图式、结构 受力和边界条件要求以及保证试验加载正常进行的关键之一。 支座 结构试验中的支座是支承结 构、正确传递作用力和模拟 实际荷载图式的设备，通常 由支座和支墩组成。 支座按作
36、用方式不同有滚动 铰支座、固定铰支座、球铰 支座和刀口支座（固定铰支 座的一种特定形式）几种。 3.4 载荷支承装置和试验台座 2021-8-766 试验荷载支承装置是满足试验荷载设计、实现荷载图式、结构 受力和边界条件要求以及保证试验加载正常进行的关键之一。 支座 铰支座要求： 1、保证试件在支座处能自由 转动。 2、保证试件在支座处可将力 良好传递。 3、试件支座处铰的上线垫板 要有一定得刚度。 3.4 载荷支承装置和试验台座 2021-8-767 2021-8-768 目前常用的反力装置主要有反力墙、反力台座、门式刚架、反 力架和相应的各种组合类型，图为建筑抗震试验方法规程 中建议的几种
37、实验加载装置。 反力加载装置 3.4 载荷支承装置和试验台座 2021-8-769 加载反力装置本身应当具有足够的刚度、承载力和整体稳定性 ，应当能够满足试件的受力状态和睦拟试件的实际边界条件。 加载反力装置应当尽可能地作到结构简单、安装方便，以便缩 短整个实验过程的周期。 2021-8-770 在预制品构件厂和小型的结构试验室中，由于缺少大型的试验台 座，可以采用抗弯大梁式或空间桁架式台座来满足中小型构件试 验或混凝土制品检验的要求。 抗弯大梁式台座和空间桁架式台座 3.4 载荷支承装置和试验台座 2021-8-771 由于受到施工运输条件的限制，对于一些跨度较大的屋架， 吨位较重的吊车梁等
38、构件，经常要求在施工现场解决试验问题 ，为此试验工作人员就必须要考虑适于现场试验的加载装置。 从实践证明，现场试验装置的主要矛盾是液压加载器加载所产 生的反力如何平衡的问题，也就是要设计一个能够代替静力试 验台座的荷载平衡装置。 在工地现场广泛采用的是平衡重式的加载装置，其工作原理 与前述固定试验设备中利用抗弯大梁或试验台座一样，即利用 平衡重来承受与平衡由液压加载器加载所产生的反力。 现场试验荷载的装置 3.4 载荷支承装置和试验台座 2021-8-772 2021-8-773School of Urban Construction and Management 2021-8-774 本章重
39、点 u 土木工程试验中的测量系统的基本测试单元组成。 u 电阻应变片的原理，构造，技术指标。 u 电桥原理，桥接方式，实用桥路。 u 应变片的粘贴技术。 u 应对常见的位移、力、转角、曲率、裂缝等测量方法、测量 装置有所了解。 2021-8-775 4.1 概述 结构试验测量技术 （Measuring Technique of Structural Testing） u指通过一定得测量仪器或手段，直接或间接地取得结构性能变化的定量 数据 测量系统测试单元 结构（构件） 敏感元件 （感受装置） 变换器（传感器） 控制装置 指示记录系统 从被测物体接受能量，输出一定测量数值 将被测参数变换为电量并
40、传送到控制装置进行处理 对变换器的输出信号进行测量计算，并在显示器上显示出来 显示记录所测数据 2021-8-776 4.1 概述 结构试验的主要测量参数 u外力（支座反力、外荷载） u内力（钢筋的应力、混凝土的拉、压力） u变形（挠度、转角、曲率） u裂缝等 测量方法 u直接测量法 用一个事先按标准量分度的测量仪表对某一被测量进行直接测定，从而得出该量的数值。 是工程结构试验中应用最广泛的一种方法 u间接测量法 不直接测量待测量，而是对于待求量有确切函数关系的其他物理量进行测量，然后通过函 数关系求得待求量 u偏位测定法（接触式位移计） u零位测定法（天平秤） 2021-8-777 4.2
41、应变测量 应变测量（Measurement of Strain） u结构试验中的基本测量内容，在结构试验量检测内容中具有极其重要的 地位，往往是其它物理量测量的基础 应变测量的方法 u机测法：简单易行，适用于现场作业或精度要求不高的场合 u电测法：手续较多，适用范围广，精度较高 2021-8-778 4.2 应变测量 4.2.1 电阻应变片（Resistance Strain Gauge） 1.工作原理 电阻丝长度变化会引起阻值变化 R：电阻，W r：电阻率，Wm L：电阻丝长度，m A：电阻丝截面积，m2 A L Rr A A L AA L A A R L L RR Rddddddd 2 r
42、 r r rr r A A L L R Rdddd r r 2021-8-779 4.2 应变测量 其中，设电阻丝泊松比为m，则有 m r r r r )21( ddddd A A L L R R m2 d A A 其中dL/L为电阻丝长度方向上的应变值，则 设 0 )21( d Km r r 则 0 d K R R K0，称作点做应变计的单丝灵敏度系数 2021-8-780 4.2 应变测量 K0的物理意义表示单位应变所引起电阻丝阻值的改变量，它能反映出电阻丝阻值对应变的敏感 程度，故称作单丝灵敏度系数。 0 d K R R 0 )21( d Km r r 可知， K0由两部分组成，(1+2
43、m)反映了电阻丝材料的几何特性对灵敏度的影响，对于常见金属 丝而言，该值约为1.6；(dr/r)/则表示了电阻率随应变的改变量，对于绝大多数材料而言该值 约为0.4。故电阻丝的单丝灵敏度系数K0为常数. 注意：金属单丝灵敏系数K0与应变片灵敏系数K略有不同，K由实验求得，K1.5mm, 挠 度 1/50 受压砼压坏 受 力 主 筋 拉 断 砼 压 坏 斜裂缝 1.5mm 或斜裂缝 末端砼剪 压破坏 斜压破坏 或主筋端 部滑脱 1-3级 钢 冷拉 1-2级 冷拉 3-4级 热处理 钢筋、 钢丝、 钢绞线 1-3级 钢、冷 拉1-2 级 冷拉 3-4级 热处理 钢筋、 钢丝、 钢绞线 检验 系数
44、1.20 1.25 1.45 1.25 1.30 1.401.501.451.351.50 2021-8-7 18 2 5.6 结构性能的检验与评定 5.6.2 构件挠度检验 ) 1( 0 0 l Sl S s s s ss f MM M f f f ff 载情况修正。按砼规范取值并考虑加构件短期挠度允许值。 短期挠度实测值。 式中 按规范检验时，要求： 规范计算挠度。按构件实际情况根据砼 ，还应满足：按构件实际情况检验时 c s c ss f ff2 . 1 0 2021-8-7 18 3 5.6 结构性能的检验与评定 5.6.3 构件抗裂检验 5.6.4 构件的裂缝宽度检验 2021-8-
45、7 18 4School of Urban Construction and Management 2021-8-7 18 5 6.1 概述 在工程结构所受的荷载中，除了静荷载外，往往还会受到动荷载（动力作 用）的作用。 u动荷载：大小、位置和方向随时间变化的荷载。从动态角度来讲，静荷 载只是动荷载的一种特殊形式。 u动力作用的主要特点：作用及作用效应随时间发生变化。因此考虑动力 荷载作用下结构的性能，不仅考虑荷载作用的大小和位置，还应考虑荷 载作用的时间及结构响应随时间变化的关系。 例如：地震发生时由于地面的运动引起建筑物的振动而造成建筑物的破 坏；汽车或列车高速驶过桥梁，所造成的振动引起的
46、桥梁的破坏； 往复运动造成结构的疲劳破坏；风作用而引起的桥梁破坏。 因此，若需要了解结构在整个服役期内的工作状态，有必要了解结构在动 荷载动荷载作用下的工作性能 2021-8-7 18 6 6.1 概述 1940年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美元，建造了一座主跨 度853.4米的悬索桥。建成4个月后，于同年11月7日碰到了一场风速为19 米 /秒的风。虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接 近9米），直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断导致桥面钢梁折断而 塌毁， 坠落到峡谷之中。 2021-8-7 18 7 6.1 概述 动力荷载作用下，结构的响应不仅与动力
47、荷载的大小、位置、作用方式、 变化规律有关，还与结构自身的动力特性有关。因此一般将结构动力试验分 为结构动力特性试验和结构动力响应试验。 u结构动力特性试验：研究与外荷载无关的结构自身动力学特性。包括： 结构的自振频率、振型、阻尼特性等。 u结构动力响应试验：研究结构在动力荷载作用下位移、速度、加速度及 变形、内力变化情况。如疲劳试验。 2021-8-7 18 8 6.2 结构动力特性测试试验 结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。结构在动力荷载作用下 的响应不仅与荷载的大小和荷载的形式有关，而且与结构自身特性关系密切。 例如，在收到冲击荷载作用时，结构开始振动，荷载停止作用后，结构仍然
48、会继续 振动很长时间，振动的形式与结构自身特性密切相关。 结构自身动力特性包括：自振周期、自振频率、振型、阻尼等。这些特性 是结构自身固有的振动参数，取决于结构的组成形式、质量及刚度分布、构 造及连接方式等。 2021-8-7 18 9 6.2 结构动力特性测试试验 用试验法测定结构动力特性，首先应设法使结构起振，通过分析记录到的 结构振动形态，获得结构动力特性的基本参数。 结构动力试验的方法： u迫振法：对被测结构施加外界机理，强迫结构起振。通过分析记录得到 结构振动形态，获得结构动力特性的基本参数。 分为和 u脉动试验法：利用地脉动对建筑物引起的振动过程进行记录分析得到结 构动力特性的方法
49、。 2021-8-7 19 0 6.2 结构动力特性测试试验 一、振动荷载法（共振法） 利用结构的共振特性，迫使结构产生一个恒定的强迫简谱运动（简谐振 动），通过对结构受迫振动的测定，求得结构动力特性的基本参数。 通过改变信号发生器的频率，可测的一阶、二阶、三阶及更高的自振频率。 固支梁一阶、二阶、三阶自振频率对应的一、二、三阶振型 2021-8-7 19 1 6.2 结构动力特性测试试验 应用共振法还测量结构振型。结构若按某一个固有频率作振动时形成的泰 兴曲线成为对应此频率的振型。 将若干拾振器（接收信号的装置）布置在结构的相应部位，当激振器使结构发生共 振时，同事记录下结构各部位的振动过程
50、，用过比较个各点的振幅和相位，也可以得 到与共振频率相应的振型。 2021-8-7 19 2 6.2 结构动力特性测试试验 二、撞击荷载法（自由振动法） 自由振动法师设法使结构产生自由振动快通过分析记录仪记录下的有衰减 的自由振动曲线，获得结构的基本频率和阻尼系数。 常用方法是对结构预加初位移。试验时，突然释放预加的初位移，使结构 产生自由振动。也可采用突加荷载法和突卸荷载法。还可以使用反冲激振器 对结构产生冲击荷载，使结构产生自由振动。 用自由振动法得到的周期和阻尼系数均比较准确，但其缺点是只能测得基 本频率。 2021-8-7 19 3 6.2 结构动力特性测试试验 三、脉动法 利用环境随
