1、土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测课前动员（课前动员（“磨刀磨刀”）一、课程是否重要？一、课程是否重要？1、“思想决定行动思想决定行动”，一旦认识出现了偏差，其结果就不言而喻。，一旦认识出现了偏差，其结果就不言而喻。2、判别标准是什么？兴趣、盲从、无奈？、判别标准是什么？兴趣、盲从、无奈？3、学校为什么开这门课？、学校为什么开这门课？4、本课程的作用：用试验的方法验证理论、施工工艺符合性，鉴于剩余价值。、本课程的作用：用试验的方法验证理论、施工工艺符合性，鉴于剩余价值。二、学习态度和目的思考二、学习态度和目的思考1、换位思考对比、换位思考对比2、主观为社会，客观是为自己。父母得到了什
2、么？、主观为社会，客观是为自己。父母得到了什么？三、介绍与体会三、介绍与体会四、要求四、要求1、课堂纪律：听讲、笔记、不讲话、不无故旷课，没通知一直在此上课。、课堂纪律：听讲、笔记、不讲话、不无故旷课，没通知一直在此上课。2、平时成绩：按考勤（每次班长点名我抽查）；试验成绩：考勤、平时成绩：按考勤（每次班长点名我抽查）；试验成绩：考勤+试验报告；平时作业：试验报告；平时作业：自己做每章节后的思考题。自己做每章节后的思考题。3、教学方法：根着、教学方法：根着“目的目的”和我的思路走，和我的思路走，“重点重点”我会提示，做好记录。我会提示，做好记录。本门课程授课的主要内容是：本门课程授课的主要内容
3、是：第一章：绪论介绍课程的主要内容（2学时）第二章：结构试验设计介绍如何进行试验（4学时）第三章：加载设备与试验装置介绍如何进行加载（2学时）第四章：介绍量测仪器（4学时）第五章：静力试验（4学时）第六章：动力试验（2学时）第七章：模型试验（4学时）u这门课讲的这门课讲的主要内容主要内容是什么？是什么？是：是：如何进行如何进行土木工程结构的试验。土木工程结构的试验。若要使试验结果若要使试验结果能反映能反映实际状况，试验对象必须和实际结构一实际状况，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；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，必须遵照相同的要
4、使试验数据能进行比对，必须遵照相同的试验规程；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？如何何量取量取试验参数？如何分析试验数据等等。试验参数？如何分析试验数据等等。上述都是正确进行试验的上述都是正确进行试验的基础基础，也是今后学习的内容也是今后学习的内容。第一章第一章 工程结构试验概论工程结构试验概论u 为什么要试验？为什么要试验？因为实践（验）是检验真理（理论）的唯一标准。没有被证因为实践（验）是检验真理（理论）的唯一标准。没有被证明的理论只是一种猜想！如：明的理论只是一种猜想！如：新的理论如何建立？理论是否可靠？新
5、的理论如何建立？理论是否可靠？施工质量是否满足设计要求？一些涉及重大安全的项目是否施工质量是否满足设计要求？一些涉及重大安全的项目是否安全？安全？灾后结构能否继续使用等等？灾后结构能否继续使用等等？暗物质、暗能量、量子纠缠等暗物质、暗能量、量子纠缠等u为什么要对工程结构和构件做试验？为什么要对工程结构和构件做试验？1 1、检验结构能否、检验结构能否安全安全有效地承受有效地承受外外部及部及内内部部形成的各种（荷载）形成的各种（荷载）作用。包括：作用。包括：建造阶段建造阶段可能产生的各种施工荷载；可能产生的各种施工荷载；正常使用阶段正常使用阶段可能遭遇的各种外界作用，特别是可能遭遇的各种外界作用，
6、特别是自然和人为灾害自然和人为灾害的作用；的作用；老化阶段老化阶段可能经历的各种损伤的累积（裂、锈、碳化等）和可能经历的各种损伤的累积（裂、锈、碳化等）和正常正常抗力的丧失抗力的丧失（徐变、应力松弛）等。（徐变、应力松弛）等。2 2、是否满足、是否满足功能及使用上功能及使用上的要求。的要求。3 3、结构是否、结构是否经济经济、科学、合理，既要保证在它在、科学、合理，既要保证在它在使用期限使用期限内安全内安全同时还要经济。同时还要经济。u 问题：问题：1 1、如何、如何证明证明结构安全、经济、科学结构安全、经济、科学？-计算公式？没有计算理论怎么办？计算公式？没有计算理论怎么办？2 2、计算理论
7、如何建立？、计算理论如何建立？-建立计算模型，通过大量试验数据修正得到。建立计算模型，通过大量试验数据修正得到。3 3、已有结构工作性能状况（施工工艺是否满足要求？或剩余、已有结构工作性能状况（施工工艺是否满足要求？或剩余价值如何）？价值如何）？4 4、新材料、新体系、新工艺如何运用等？、新材料、新体系、新工艺如何运用等？u 答案：答案：用用结构试验结构试验的方法进行探索、证明。的方法进行探索、证明。因此，用试验的方法因此，用试验的方法验证结构验证结构是否安全、经济、科学是工程结是否安全、经济、科学是工程结构试验的构试验的主要主要目的目的，它为工程结构科学研究和技术创新等方面的，它为工程结构科
8、学研究和技术创新等方面的发展起着重要作用。发展起着重要作用。u结构试验是指：结构试验是指：在实际结构物或试验对象在实际结构物或试验对象(杆件、构件、子结构或其模型杆件、构件、子结构或其模型)上：上：以仪器设备为以仪器设备为工具工具，以各种试验技术为以各种试验技术为手段手段，在施加各种作用在施加各种作用(荷载、机械扰动力、模拟的地震作用、力、荷载、机械扰动力、模拟的地震作用、力、温度、变形温度、变形)的工况下，的工况下，量测量测与试验对象工作性能有关的与试验对象工作性能有关的各种参数各种参数(应变、变形、振幅、应变、变形、振幅、频率频率)和试验对象的和试验对象的实际破坏形态实际破坏形态，评定评定
9、试验对象的刚度、抗裂度、裂缝状态、强度、承载力、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，确定工程结构对使用要求的符合程度，并稳定和耗能能力等，确定工程结构对使用要求的符合程度，并用以用以检验和发展检验和发展结构的计算理论。结构的计算理论。u由此可以看出，今后本课程的由此可以看出，今后本课程的学习重点学习重点是：是：如何开展试验？如何选用、使用仪器设备？如何进行测点布置如何开展试验？如何选用、使用仪器设备？如何进行测点布置和量测？如何评价和量测？如何评价“试件试件”的状态？的状态？u 如何正确地开展试验？如何正确地开展试验？首先，试验的进行要满足以下首先，试验的进行要满
10、足以下基本条件基本条件：1、“试件试件”（试验对象）的（试验对象）的量测项目量测项目能满足试验目的，且边能满足试验目的，且边界条件满足计算简图；界条件满足计算简图；2、加荷、承荷（承受反力）装置满足试验要求，满足计算简、加荷、承荷（承受反力）装置满足试验要求，满足计算简图和边界条件；图和边界条件；3、试验方法满足相应规程；、试验方法满足相应规程；4、量测仪器满足试验要求；、量测仪器满足试验要求；其次，掌握基本的试验技术，包括量测技术（怎么量测等）；其次，掌握基本的试验技术，包括量测技术（怎么量测等）；再次，了解常规仪器设备性能、使用方法；再次，了解常规仪器设备性能、使用方法；最后，了解量测数据
11、或状态的评价方法；最后，了解量测数据或状态的评价方法；第一节第一节 工程结构试验的任务工程结构试验的任务工程结构试验工程结构试验任务是任务是：根据不同的试验目的，用根据不同的试验目的，用试验方式，测定试验方式，测定结构在结构在各种作用下各种作用下的相关数据，由此反映：结构或构件的相关数据，由此反映：结构或构件的工作性能、承载能力和相应的安全度的工作性能、承载能力和相应的安全度。为结构的为结构的安全使用安全使用和设计和设计理论的建立理论的建立提供重要的提供重要的依据。依据。第二节第二节 工程结构试验的目的工程结构试验的目的u工程结构试验的工程结构试验的目的目的有：（有：（本课程的作用本课程的作用
12、）一、生产一、生产鉴定性鉴定性试验试验 试验试验对象对象：实际实际结构或构件；结构或构件；试验试验目的目的：检验产品是否符合结构设计规范及施工验收规范：检验产品是否符合结构设计规范及施工验收规范的要求，并对检验结果作出技术结论；的要求，并对检验结果作出技术结论；u该类试验的该类试验的应用应用包括：包括：对结构设计和施工进行签定（重要或新型或新工艺结构）；对结构设计和施工进行签定（重要或新型或新工艺结构）；判断判断改建和加固改建和加固的工程结构的实际承载能力的工程结构的实际承载能力 为工程为工程事故鉴定事故鉴定提供技术根据；提供技术根据；对巳建结构进行可靠性检验、推断和估计结构的对巳建结构进行可
13、靠性检验、推断和估计结构的剩余寿命剩余寿命；鉴定预制构件产品的质量；鉴定预制构件产品的质量；二、科学二、科学研究性研究性试验试验 试验对象：实际构件试验对象：实际构件（节点）（节点）或结构与构件或结构与构件模型模型；试验目的：试验目的：验证验证结构设计计算的各种结构设计计算的各种假定假定；制定制定各种设计各种设计规范规范，发展新发展新的设计理论，的设计理论，改进改进设计计算方法；为发展和推广新结构、新设计计算方法；为发展和推广新结构、新材料及新工艺提供理论与实践的经验。材料及新工艺提供理论与实践的经验。u该类试验的该类试验的应用应用包括：包括：验证结构计算理论的假定；验证结构计算理论的假定；为
14、制定或修订设计规范提供依据；为制定或修订设计规范提供依据；为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验；为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验；从以上二类试验情况分析，无论大家今后从事哪方面的土木专业从以上二类试验情况分析，无论大家今后从事哪方面的土木专业工作，本门课程的知识都能用上。工作，本门课程的知识都能用上。第三节第三节 工程结构试验的分类工程结构试验的分类一、一、根据试验根据试验目的目的不同可分：不同可分：生产性试验和科研性试验生产性试验和科研性试验二、根据试验二、根据试验荷载性质荷载性质不同可分：不同可分：u 静力试验和动力试验，其中静力试验和动力试验，其中 静力试验指：试
15、验过程中，静力试验指：试验过程中，结构本身运动的结构本身运动的加速度效应加速度效应(惯惯性力效应性力效应)可以忽略不计。可以忽略不计。静力试验又可分：单调静力荷载试验、拟静力试验和拟动静力试验又可分：单调静力荷载试验、拟静力试验和拟动力试验。力试验。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，预定的状态目标，研究结构受力性能的试验研究结构受力性能的试验。拟静力试验拟静力试验也称低周期反复荷载试验低周期反复荷载试验或或伪静力试验。它是利伪静力试验。它是利用加载系统对结构施加逐渐增大的用加载系统对结构施加逐渐增大的反复作用
16、反复作用荷载或荷载或交替变化交替变化的的位移，使结构或构件受力的位移，使结构或构件受力的历程历程与结构在地震作用下的受力历与结构在地震作用下的受力历程程基本相似基本相似，属于结构抗震属于结构抗震试验方法，但其试验方法，但其加载速度加载速度远低于实远低于实际结构在地震作用下所经历的变形速度。际结构在地震作用下所经历的变形速度。拟动力试验也是一种结构抗震试验方法，是将地震拟动力试验也是一种结构抗震试验方法，是将地震实际反应实际反应所产生的惯性力作为荷载加在试验结构上，使结构所产生的非所产生的惯性力作为荷载加在试验结构上，使结构所产生的非线性力学特征与结构在实际地震动作用下所经历的真实过程完线性力学
17、特征与结构在实际地震动作用下所经历的真实过程完全一致。由于这种试验是用静力方式进行的而不是在振动过程全一致。由于这种试验是用静力方式进行的而不是在振动过程中完成的，故称拟动力试验。中完成的，故称拟动力试验。u动力试验的动力试验的内容内容包括：包括：动荷载动荷载的特性试验；的特性试验；结构的动力结构的动力特性试验；特性试验；结构在动荷载作用下的结构在动荷载作用下的动力反应动力反应试验。其中：试验。其中：1 1、动荷载的特性试验包括：、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
18、测定试验；量测内容：动荷载自身参数和主振源的测定试验；2 2、结构动力特性试验包括：、结构动力特性试验包括：结构的结构的自振频率自振频率、阻尼比阻尼比、振型振型等参数。这些参数取决于结构等参数。这些参数取决于结构的形式、刚度、质量分布、材料特性及构造连接等因素，的形式、刚度、质量分布、材料特性及构造连接等因素，与外载无与外载无关。关。结构的动力特性参数是进行结构抗震计算、解决结构共振问题结构的动力特性参数是进行结构抗震计算、解决结构共振问题及诊断结构累积损伤的基本依据。是动力试验的最基本内容。及诊断结构累积损伤的基本依据。是动力试验的最基本内容。试验对象：以整体结构为主，可以在现场测试实体试验
19、对象：以整体结构为主，可以在现场测试实体(原型原型)结构的结构的动力特性，也可以在实验室对模型结构进行动力特性试验。动力特性，也可以在实验室对模型结构进行动力特性试验。3 3、结构的动力反应试验、结构的动力反应试验 测定结构在实际工作（或荷载作用）时的振动参数测定结构在实际工作（或荷载作用）时的振动参数(振幅、频率振幅、频率等等)及性状；及性状；模拟地震振动台试验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；地震震害发生的过程；有助于力学计算模型的建立；有助于力学计算模型的建立；风洞试验（模拟
20、风力试验）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量测模拟建筑周围气流对结构的作用 疲劳试验疲劳试验 了解在重复荷载作用下结构的性能及变化规律了解在重复荷载作用下结构的性能及变化规律 三、根据试验三、根据试验对象对象不同可分：不同可分：实体试验：试验对象一般是实际结构或构件；实体试验：试验对象一般是实际结构或构件；模型试验：模型试验：模型是仿照原型模型是仿照原型(真实结构真实结构)并按照一定比例关系复并按照一定比例关系复制而成的试验代表物，它具有实际结构的全部或部分特征；制而成的试验代表物，它具有实际结构的全部或部分特征；四、按试验四、按试验场合场合不同可分：不同可分：实验室试
21、验：实验室试验可获得良好的工作条件，可应用精密和实验室试验：实验室试验可获得良好的工作条件，可应用精密和灵敏的仪器设备进行试验，具有较高的准确度，减少或消除各种灵敏的仪器设备进行试验，具有较高的准确度，减少或消除各种不利因素对试验的影响，常用于研究性试验。不利因素对试验的影响，常用于研究性试验。现场试验：在生产和施工现场进行的试验。与实验室试验相比，现场试验：在生产和施工现场进行的试验。与实验室试验相比，由于客观环境条件的影响，加载方法和量测方法受到了一定的限由于客观环境条件的影响，加载方法和量测方法受到了一定的限制，所以应选择适当的检测试验方法以提高试验的准确度。制，所以应选择适当的检测试验
22、方法以提高试验的准确度。五、根据结构或构件五、根据结构或构件破坏与否破坏与否可分：可分：u非破坏性试验：指使用性能检验和承载力检验。非破坏性试验：指使用性能检验和承载力检验。证实结构或构件在规定荷载的作用下不出现过大的变形和损伤；证实结构或构件在规定荷载的作用下不出现过大的变形和损伤；或承载力达到设计承载力（试验最大荷载为设计要求荷载）；或承载力达到设计承载力（试验最大荷载为设计要求荷载）；检验的对象可以是实际的结构或构件，也可以是足尺的模型。检验的对象可以是实际的结构或构件，也可以是足尺的模型。u破坏性试验：破坏性试验：为了掌握试验结构或构件由弹性进入塑性甚至破坏阶段时的结为了掌握试验结构或
23、构件由弹性进入塑性甚至破坏阶段时的结构性能和破坏形态等试验资料；构性能和破坏形态等试验资料；常用于确定结构或模型的实际承载力；常用于确定结构或模型的实际承载力；六、按荷载六、按荷载作用时间的长短作用时间的长短可分：可分：短期荷载试验：限于试验条件、时间和基于解决问题的步骤，短期荷载试验：限于试验条件、时间和基于解决问题的步骤，一般情况下，都是采用短期荷载试验，即荷载从零开始一直施加一般情况下，都是采用短期荷载试验，即荷载从零开始一直施加到结构破坏或到某阶段进行卸载，荷载到结构破坏或到某阶段进行卸载，荷载作用时间短作用时间短 ；严格地讲，这种短期荷载试验严格地讲，这种短期荷载试验不能不能代替长年
24、累月进行的长期荷载代替长年累月进行的长期荷载试验，在分析试验结果时试验，在分析试验结果时必须加以修正必须加以修正；u长期荷载试验：长期荷载试验：研究结构在长期荷载作用下的性能，如混凝土结构的徐变、裂缝研究结构在长期荷载作用下的性能，如混凝土结构的徐变、裂缝开展与刚度退化，预应力钢筋的松弛等开展与刚度退化，预应力钢筋的松弛等 它将连续进行几个月甚至数年；它将连续进行几个月甚至数年；通过试验以获得结构的变形随时间变化的规律；通过试验以获得结构的变形随时间变化的规律；为了保证试验的精度，需要对试验环境有严格的控制，如保持恒为了保证试验的精度，需要对试验环境有严格的控制，如保持恒温恒湿，防止振动影响等
25、温恒湿，防止振动影响等 第四节第四节 结构理论的发展与结构试验的关系结构理论的发展与结构试验的关系随着科学技术的不断进步，试验技术水平（包括仪器设备）和相随着科学技术的不断进步，试验技术水平（包括仪器设备）和相关理论、方法得以迅速发展。关理论、方法得以迅速发展。一旦科学技术包括试验技术（设备、一旦科学技术包括试验技术（设备、方法）的突破，向人们揭示新的事实、提出新的问题、导致新的假方法）的突破，向人们揭示新的事实、提出新的问题、导致新的假设、新的学说出现。过去的发展史就是这样：设、新的学说出现。过去的发展史就是这样：如：如：1638年年“伽里略伽里略”（意）认为：受弯梁截面应力（意）认为：受弯
26、梁截面应力分布均匀且受拉分布均匀且受拉。1684年（年（46年后）年后）“马里奥脱马里奥脱”（德）和（德）和“莱布尼兹莱布尼兹”（法）认为（法）认为应应力是三角形分布。力是三角形分布。1713年（年（19年后）（法）年后）（法）“巴朗巴朗”提出应力是以中和层为界、上压、提出应力是以中和层为界、上压、下拉。由于该假说未被试验证实，因此不被人们接受。下拉。由于该假说未被试验证实，因此不被人们接受。1716年（年（54年后）年后）法法“容格蜜里容格蜜里”用一根木梁证明了用一根木梁证明了“巴朗巴朗”的假定，的假定，该实验被当时的科学界誉为该实验被当时的科学界誉为“路标试验路标试验”，即给一佰多年来摸索
27、结构强，即给一佰多年来摸索结构强度计算理论指明了方向和方法。度计算理论指明了方向和方法。1821年（年（54年后）（德）年后）（德）“纳维叶纳维叶”从理论上推导出从理论上推导出 二十多年后（德）二十多年后（德）“阿莫列恩阿莫列恩”用试验的方法对上式进行了证明。至用试验的方法对上式进行了证明。至此二佰多年不断探索才告一段落。此二佰多年不断探索才告一段落。由此可以看出：未被实践证明的理论是难以被人们所接受。大家的研由此可以看出：未被实践证明的理论是难以被人们所接受。大家的研究成果也一样要被试验证明，才能被采用。究成果也一样要被试验证明，才能被采用。myI 本门课的学习目的：土木工程结构试验与检测土
28、木工程结构试验与检测是土木工程专业的一门专业课是土木工程专业的一门专业课,也是一门实践性很强的课程，实验是这门课的一个重要组成也是一门实践性很强的课程，实验是这门课的一个重要组成部分。这门课主要是介绍结构试验的理论和方法。学习这门部分。这门课主要是介绍结构试验的理论和方法。学习这门课目的在于：课目的在于：u一是熟悉、验证、巩固所学的理论知识，增加感性认识；一是熟悉、验证、巩固所学的理论知识，增加感性认识；u二是了解所使用的仪器设备，掌握所学建筑各种结构的试验方法二是了解所使用的仪器设备，掌握所学建筑各种结构的试验方法；u三是进行科学研究的基本训练，培养分析问题和解决问题的能力三是进行科学研究的基本训练，培养分析问题和解决问题的能力；u四是培养同学们严肃认真实事求是的学风。四是培养同学们严肃认真实事求是的学风。
