1.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、第一章第一章 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì) 1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述 1、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)過程：試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)實(shí)施和 試驗(yàn)分析四個(gè)階段。其中試驗(yàn)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)成功與 否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 2、試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試件設(shè)計(jì)：試件形狀、尺寸、數(shù)量 荷載設(shè)計(jì)：荷載圖式、加載裝置、試驗(yàn)方法與設(shè)備、加載制度 觀測(cè)設(shè)計(jì)：觀測(cè)項(xiàng)目、測(cè)點(diǎn)部位與數(shù)目、測(cè)試儀器 誤差控制：試件制作安裝、材料性能、加載設(shè)備、測(cè)量儀器 安全措施：保證試驗(yàn)人員、儀器設(shè)備安全 3、試驗(yàn)準(zhǔn)備 試件制作與安裝 加載設(shè)備安裝調(diào)試 測(cè)試設(shè)備標(biāo)定、調(diào)試 材料性能試驗(yàn) 試驗(yàn)人員組織分工。 4、試驗(yàn)實(shí)施 加載試驗(yàn) 數(shù)據(jù)采集 裂縫分布圖 破壞形態(tài)記錄 5、試驗(yàn)分析 數(shù)據(jù)的處

2、理 結(jié)構(gòu)性能參數(shù) 結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理 結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià) 試件可以是原型的全部或部分。設(shè)計(jì)時(shí)，突出研究問題的主 要因素，忽略只要因素，確保試驗(yàn)中研究部位受力一致。 科研試驗(yàn)：試件形狀、尺寸、數(shù)量和構(gòu)造，同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)和 受力的邊界條件要求。 鑒定試驗(yàn)：確定具體試驗(yàn)或檢驗(yàn)的部件和部位。 ?重要工程綜合鑒定：選結(jié)構(gòu)受力最不利部位。 ?施工質(zhì)量和受災(zāi)結(jié)構(gòu)：以受損程度和加固補(bǔ)強(qiáng)的需要，確定 測(cè)試部位和構(gòu)件。 ?預(yù)制構(gòu)件檢驗(yàn)：按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在同批產(chǎn)品中隨機(jī)抽取檢 驗(yàn)樣品數(shù)量。（GB50204-2002 砼施規(guī)范） 1.2 試件設(shè)計(jì)試件設(shè)計(jì) 一、試件形狀一、試件形狀 試驗(yàn)時(shí)形成和實(shí)際工作相一致的應(yīng)力狀態(tài)和邊界條 件。

3、框架梁、柱和節(jié)點(diǎn)試件設(shè)計(jì)： 試驗(yàn)柱A-A、B-B部位 框架梁C-C、D-D試件 框架節(jié)點(diǎn)試件 梁柱取1/2梁跨 和1/2柱高 柱撓曲破壞 柱剪切破壞 砌體墻體試件砌體墻體試件 橫墻 縱墻 二、試件尺寸二、試件尺寸 試件尺寸受到尺寸效應(yīng)、構(gòu)造要求、試驗(yàn)設(shè)備和經(jīng) 費(fèi)條件等因素的制約。一般情況，研究性試驗(yàn)采用 縮尺模型。研究局部： 141，研究整體結(jié)構(gòu)：1 1012。鑒定性：選用原型構(gòu)件，如屋架、吊 車梁和屋面板。 ?框架：1/41/2；框架節(jié)點(diǎn)：1/21。 ?單層剪力墻0.8x1.01.78x2.74M，多層1/101/3 ?砌體墻體：1/41/2。 ?薄殼和網(wǎng)架等大跨結(jié)構(gòu)：1/51/20。 ?振

4、動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/501/4。 三、試件數(shù)量三、試件數(shù)量 鑒定試驗(yàn)： 預(yù)制構(gòu)件按“GB50204-2002 砼施工驗(yàn)收規(guī)范”規(guī) 定，每批（不超過三個(gè)月的1000件同類型產(chǎn)品為一批） 中隨機(jī)抽取一件進(jìn)行檢驗(yàn)。 抽樣時(shí)，取設(shè)計(jì)荷載最大、受力最不利或生產(chǎn)數(shù)量 最多的構(gòu)件中抽取。 （“同類型產(chǎn)品”是指采用同一鋼種、同一混凝土強(qiáng) 度等級(jí)、同一工藝、同一結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)件）。 科研試驗(yàn)：由研究問題的影響因素個(gè)數(shù)A(分析因子） 和每個(gè)因素的變化數(shù)B（水平數(shù)）確定。 ?磚砌體的抗剪強(qiáng)度與截面積、砂漿強(qiáng)度、垂直應(yīng)力 A B 試件號(hào) 截面積A 砂漿強(qiáng)度垂直壓應(yīng)力抗剪強(qiáng)度 10.20.50.0640.09 20.20.

5、50.3020.24 30.22.50.0640.169 40.22.50.3020.407 50.70.50.0640.064 60.70.50.3020.160 70.72.50.0640.111 80.72.50.3020.275 ?fv隨A增大而降低，隨砂漿強(qiáng)度提高而增大，并隨 垂直應(yīng)力的增加而提高。 n利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以減少試件數(shù)量（等于利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以減少試件數(shù)量（等于水平水平 數(shù)的平方數(shù)的平方）。如磚抗剪強(qiáng)度研究的試件為）。如磚抗剪強(qiáng)度研究的試件為4。但不能。但不能 提供某一因子的單值變化。提供某一因子的單值變化。 試件號(hào) 截面積 砂漿強(qiáng)度 垂直壓應(yīng)力 抗剪強(qiáng)度 10.

6、20.50.0640.09 40.22.50.3020.407 50.70.50.3020.160 70.72.50.0640.111 (1+4)/20.21.50.1830.248 (5+7)/20.71.50.1830.136 (1+5)/20.450.50.1830.125 (4+7)/20.452.50.1830.257 (1+7)/20.451.50.0640.105 (4+5)/20.451.50.3020.283 四、構(gòu)造措施四、構(gòu)造措施 防止局部受壓破壞和按預(yù)定的破壞方式破壞。 1.3 荷載設(shè)計(jì)荷載設(shè)計(jì) 試件就位形式、荷載圖式、荷載裝置及加載制度的設(shè)計(jì)等。 一、試件就位形式 ?

7、1）正位試驗(yàn)：試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實(shí)際工作狀態(tài) 相一致。 ?2）異位試驗(yàn)：試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實(shí)際工 作狀態(tài)不相一致。便于加載和觀測(cè)，試驗(yàn)較安全。 反位試驗(yàn)：與正位試驗(yàn)在空間位置上相差180度。 臥位試驗(yàn)：與正位試驗(yàn)在空間位置上相差90度。 1.試件 2.加固后作荷載平衡用的屋架 3.支承反力架 1.液壓加載器 5.荷載傳感器 圖49 屋架成對(duì)臥位試驗(yàn) ?3）原位試驗(yàn) 二、二、 荷載圖式荷載圖式 荷載圖式：與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的荷載圖式，或者實(shí)際 荷載情況一致。有時(shí)受試驗(yàn)條件的限制和加載方便， 也常用等效荷載圖式（控制截面內(nèi)力相等，內(nèi)力圖 形相近）。 等等 效效 荷荷 載載 框架梁圖式框

8、架梁圖式 柱荷載圖式柱荷載圖式 框架節(jié)點(diǎn)荷載圖式框架節(jié)點(diǎn)荷載圖式 框架節(jié)點(diǎn)梁端和柱端邊界模擬框架節(jié)點(diǎn)梁端和柱端邊界模擬 三、荷載裝置三、荷載裝置 1、應(yīng)有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備：加載值的1.7倍。 2、應(yīng)有足夠的剛度：減小試件臨近破壞時(shí)，試驗(yàn)裝置積蓄 的變形能量對(duì)試件產(chǎn)生過大沖擊。 3、滿足試件的邊界條件和受力變形的真實(shí)狀態(tài)，不產(chǎn)生卸 荷和約束作用。 4、注意支承點(diǎn)摩擦力對(duì)試件的影響。 節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)萬能裝置節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)萬能裝置 節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)萬能裝置節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)萬能裝置 四、試驗(yàn)荷載值四、試驗(yàn)荷載值 ?裂縫寬度：正常使用極限狀態(tài)試驗(yàn)荷載值Qs 。 ?抗裂性試驗(yàn)：抗裂檢驗(yàn)系數(shù)(實(shí)測(cè)值/設(shè)計(jì)值) XQs ； ?承載能力試驗(yàn)

9、：承載力檢驗(yàn)系數(shù)(實(shí)測(cè)值/設(shè)計(jì)值) XQd 。 ?科研試驗(yàn)：根據(jù)材性和截面的實(shí)際參數(shù)計(jì)算試驗(yàn)荷 載值。 ?鑒定試驗(yàn)：對(duì)于已建結(jié)構(gòu)的可靠性檢驗(yàn)，由于材性 和截面的實(shí)際參數(shù)已知，也可參照科研性試驗(yàn)的方 法來確定試驗(yàn)荷載值。 ?結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)：應(yīng)考慮動(dòng)力荷載的動(dòng)力系數(shù)。 五、五、 加載制度加載制度 1）概念：指試驗(yàn)進(jìn)行期間荷載的大小和方向與時(shí)間的關(guān)系。 2）加載制度：預(yù)載、標(biāo)準(zhǔn)荷載（正常使用荷載）和破壞荷載。 預(yù)載預(yù)載 1）目的：）目的：使試件進(jìn)入正常工作狀態(tài)；檢驗(yàn)加載裝置的可靠 性和測(cè)試系統(tǒng)是否工作正常。 2）荷載）荷載：一般分三級(jí)，每級(jí)20%標(biāo)準(zhǔn)荷載，然后分2-3級(jí)卸 完。對(duì)混凝土構(gòu)件不超過70%

10、開裂荷載。 標(biāo)準(zhǔn)荷載標(biāo)準(zhǔn)荷載QS ： 1)一般原則：一般原則：五級(jí)，每級(jí)20%QS 。 QS后每級(jí) 10% QS ； 90%開裂或破壞荷載后，每級(jí) 5% QS 。 2)對(duì)于柱對(duì)于柱，按(1/101/15)Qu分級(jí)，接近開裂和破壞荷載時(shí) 每級(jí)細(xì)分2-3級(jí)。 3)對(duì)于砌體對(duì)于砌體，按10%Qu分級(jí)，80%后不分級(jí)。 卸載：卸載：按加載級(jí)別，也可放大級(jí)別，可取2050 QS 。 持荷時(shí)間持荷時(shí)間：鋼結(jié)構(gòu)10min；鋼筋砼結(jié)構(gòu) 15min，標(biāo)準(zhǔn)荷 載時(shí) 30min?？沽褭z驗(yàn)荷載：10-15imn；大跨：短期荷載 下12h. 1.4 觀測(cè)設(shè)計(jì)觀測(cè)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)?zāi)康?觀測(cè)項(xiàng)目=測(cè)點(diǎn)布置=測(cè)量儀器 一、觀測(cè)項(xiàng)目

11、 1、靜力試驗(yàn) 整體變形：撓度、位移、轉(zhuǎn)角和支座偏移等； 局部變形：應(yīng)變、裂縫、鋼筋滑移等。在確定試驗(yàn) 的觀測(cè)項(xiàng)目時(shí)，首先應(yīng)該考慮整體變形。 2、動(dòng)力試驗(yàn) 動(dòng)力特性：自振頻率（周期）、振型和阻尼 動(dòng)力反應(yīng)：振幅、頻率（頻譜）、速度、加速度、 動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)力系數(shù)等。 1.4 觀測(cè)設(shè)計(jì)觀測(cè)設(shè)計(jì)（續(xù)）（續(xù)） 二、測(cè)點(diǎn)布置原則 1、測(cè)點(diǎn)數(shù)量：滿足試驗(yàn)要求的前提下，宜少不宜多。 測(cè)某一部位的最值：1-3點(diǎn)（最大撓度、應(yīng)力）；測(cè) 分布規(guī)律不少于五點(diǎn)（如撓曲線、截面應(yīng)力分布）。 2、測(cè)點(diǎn)位置：具有代表性。 控制測(cè)點(diǎn)：最不利位置 校核測(cè)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)邊緣凸角，對(duì)稱位置。 方便安全，便于操作。 1.4 觀測(cè)設(shè)計(jì)觀測(cè)設(shè)計(jì)

12、（續(xù)）（續(xù)） 三、測(cè)量儀器選擇 儀器精度：儀表的最小刻度不大于5%的最大被測(cè)值。 儀器量程：被測(cè)最大值在1/5-2/3量程內(nèi)。 型號(hào)規(guī)格：盡可能一致，種類愈少愈好。 儀器種類：被測(cè)物理量的類型和測(cè)點(diǎn)位置、數(shù)量。 測(cè)點(diǎn)數(shù)量很多且測(cè)點(diǎn)又位于很高很遠(yuǎn)的部位，則采 用電測(cè)儀表和自動(dòng)記錄儀器。 動(dòng)測(cè)儀器：線性范圍、頻響特性、相位特性和儀器 的配套性。 四、數(shù)據(jù)測(cè)讀四、數(shù)據(jù)測(cè)讀 1）試驗(yàn)前，進(jìn)行讀初始讀數(shù)。 2）試驗(yàn)時(shí)，在每級(jí)加載、卸載間歇時(shí)間內(nèi)，同時(shí)讀 取數(shù)據(jù)。 3）當(dāng)荷載維持較長時(shí)間不變時(shí)（如12h)，應(yīng)該按規(guī) 定時(shí)間（如加載后的5分鐘、10 分鐘，30分鐘，1小 時(shí)），以后每隔36小時(shí)讀數(shù)一次。同樣

13、，當(dāng)結(jié)構(gòu) 卸載完畢（空載）時(shí)，也應(yīng)按規(guī)定時(shí)間記錄變形的 恢復(fù)情況。 4）長時(shí)間試驗(yàn)，每次讀數(shù)的同時(shí)記錄周圍環(huán)境的 溫度。 5）動(dòng)載試驗(yàn)和抗震試驗(yàn)，加載與觀測(cè)同步進(jìn)行。 1.5 誤差控制誤差控制 試件制作誤差：嚴(yán)格制作，試驗(yàn)前后測(cè)量試件有關(guān)尺寸， 采用試件的實(shí)測(cè)尺寸進(jìn)行理論計(jì)算。 材料性能誤差：試件制作時(shí)預(yù)留材料試樣，測(cè)量其力學(xué) 性能，計(jì)算時(shí)采用實(shí)測(cè)材料強(qiáng)度。 試驗(yàn)裝置誤差：不能模擬邊界，加載對(duì)試件產(chǎn)生約束或 卸載。杠桿比例太大使杠桿傾斜產(chǎn)生水平分力，分配梁 比例過大和滾動(dòng)支座設(shè)置不當(dāng)。 1.5 誤差控制誤差控制（續(xù)）（續(xù)） 試件安裝誤差：支座位置、 荷載作用點(diǎn)、支座約束條件。 嚴(yán)格與設(shè)計(jì)相符。

14、 儀器誤差：儀器安裝、使用 不當(dāng)誤差和以其本身的量測(cè) 誤差。嚴(yán)格按儀器操作規(guī)程 使用儀器，測(cè)量前后進(jìn)行系 統(tǒng)標(biāo)定減少誤差。 試驗(yàn)方法非標(biāo)準(zhǔn)誤差：砼試 塊的尺寸和加載速率，尺寸 效應(yīng)的影響。按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的 要求進(jìn)行試驗(yàn)。 1.6 安全措施（人員、儀器設(shè)備和試件）安全措施（人員、儀器設(shè)備和試件） 試件安裝要注意吊點(diǎn)的設(shè)置，防止開裂與傾覆。 荷載裝置應(yīng)有足夠安全儲(chǔ)備，以防加載裝置破壞。 嚴(yán)格遵守設(shè)備的操作規(guī)程使用加載設(shè)備。 增設(shè)保護(hù)措施，防止試件失穩(wěn)和倒塌：對(duì)長細(xì)試件 設(shè)置側(cè)向支撐防止側(cè)向失穩(wěn)。設(shè)置安全托架和支墩 墊塊，防止試件破壞時(shí)所加荷載或杠桿等隨試件一 起塌下。 附著式機(jī)械儀表應(yīng)設(shè)保護(hù)裝置，防止

15、試件破壞時(shí)損 害儀表。 試驗(yàn)進(jìn)入破壞階段時(shí)，應(yīng)采取特別防護(hù)措施，防止 碎塊、鋼筋飛出，危及人身和儀器設(shè)備的安全 1.7 試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告 試驗(yàn)大綱（包含試驗(yàn)設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容） 1試驗(yàn)?zāi)康摹?2試件設(shè)計(jì)及制作要求（試件設(shè)計(jì)的依據(jù)及理論分析， 試件數(shù)量及施工圖，對(duì)試件原材料、制作工藝、制 作精度等的要求）。 3輔助試驗(yàn)內(nèi)容（輔助試驗(yàn)的目的，試件的種類、數(shù) 量及尺寸，試件的制作要求，試驗(yàn)方法等）。 4.試件的安裝與就位（試件的支座裝置，保證側(cè)向穩(wěn) 定裝置等）。 5加載方法（荷載數(shù)量及種類，加載設(shè)備，加載裝置， 加載圖式，加載程序）。 1.7 試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告（續(xù)

16、）（續(xù)） 6量測(cè)方法（測(cè)點(diǎn)布置，儀表型號(hào)選擇，儀表標(biāo)定 方法，儀表的布置與編號(hào)，儀表安裝方法，量測(cè)程 序）。 7試驗(yàn)過程的觀察（試驗(yàn)過程中除儀表讀數(shù)外在其 他方面應(yīng)做的記錄）。 8安全措施（安全裝置，腳手架，技術(shù)安全規(guī)定 等）。 9試驗(yàn)進(jìn)度計(jì)劃。 10、附件（經(jīng)費(fèi)，器材及儀表設(shè)備清單等）。 1.7 試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告（續(xù)）（續(xù)） 試驗(yàn)報(bào)告 （1）試驗(yàn)?zāi)康?（2）試驗(yàn)對(duì)象的簡介和考察。 （3）試驗(yàn)方法及依據(jù)。 （4）試驗(yàn)情況及問題。 （5）試驗(yàn)成果處理與分析。 （6）技術(shù)結(jié)論。 （7）附錄。 1.8 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)例結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)例 例1 鋼筋混凝土連續(xù)梁調(diào)幅限值研究 1、試驗(yàn)?zāi)康?（1）對(duì)條幅的影響 （2）調(diào)幅值對(duì)撓度和裂縫的影響 2、試件設(shè)計(jì) 試件一覽表 梁號(hào)B1B2B3B4B5B6 0.2720.2530.2960.1730.0870.070 8.617.923.625.22557.6 構(gòu)造設(shè)計(jì)： （1）為防止剪切破壞，增加箍筋用量 （2）為避免受壓鋼筋對(duì)中間支座截面塑性轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生 影響，試件下部鋼筋在中間支座向上彎起。 （C20