建筑結(jié)構(gòu)試驗串講

1、建筑結(jié)構(gòu)試驗串講講義 第二、三、四、五、八章是重點章節(jié)第一章 結(jié)構(gòu)試驗概論一、復(fù)習(xí)建議 本章為概述性內(nèi)容，主要介紹了結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)、目的、分類，歷年考題不多，考試題型以填空題、選擇題、簡答題為主，沒有計算題。內(nèi)容相對較少，要求在復(fù)習(xí)時對基本概念的掌握一定要準(zhǔn)確，盡可能用書中原話答題。二、本章重要知識點第一節(jié) 結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù) 結(jié)構(gòu)試驗是一門試驗學(xué)科 為了進(jìn)行合理的設(shè)計，必須掌握結(jié)構(gòu)在各種作用下的實際反應(yīng)、應(yīng)力分布和所處的工作狀態(tài)，了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度、抗裂性能以及實際所具有的承載力和安全儲備。 在結(jié)構(gòu)分析工作中可使用哪些方法和手段來解決問題？（2011.10） 在結(jié)構(gòu)分析工作中，一方面可

2、以應(yīng)用傳統(tǒng)和現(xiàn)代的設(shè)計理論、現(xiàn)代的計算技術(shù)和計算方法；另一方面也可以應(yīng)用實驗和檢測的手段，通過結(jié)構(gòu)試驗、實驗應(yīng)力分析的方法來解決。 電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展對結(jié)構(gòu)試驗科學(xué)的影響 電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不僅為用數(shù)學(xué)模型方法進(jìn)行計算分析提供了條件，同時使以有限元方法為代表的數(shù)值方法得到了空前的發(fā)展。在傳統(tǒng)的理論與試驗之間提供了一條以通過計算（2010.01）建立聯(lián)系的新途徑 ，使結(jié)構(gòu)工程學(xué)科由理論與試驗（包括實踐與觀察）的兩極構(gòu)成變?yōu)槔碚?、試驗和計算的三足鼎立的新學(xué)科結(jié)構(gòu)。 建筑結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)是什么（2011.10） 建筑結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)就是在結(jié)構(gòu)物或試驗對象（實物或模型）上，以儀器設(shè)備為工具，利用各種

3、實驗技術(shù)為手段，在荷載（重力、機(jī)械擾動力、地震力、風(fēng)力等）或其他因素（溫度、變形沉降等）作用下，通過測試與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)（變形、撓度、位移、應(yīng)變、振幅、頻率等），從強(qiáng)度（穩(wěn)定）、剛度、抗裂性以及結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)等各個方面來判斷結(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。第二節(jié) 結(jié)構(gòu)試驗的目的一、生產(chǎn)性試驗1.綜合鑒定重要工程和建筑物的設(shè)計與施工質(zhì)量。2.鑒定預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量。3.已建結(jié)構(gòu)的可靠性檢驗，推斷和估計結(jié)構(gòu)的剩余壽命。4.工程改建或加固，通過試驗判斷具體結(jié)構(gòu)的實際承載能力。5.處理受災(zāi)結(jié)構(gòu)和工程事故，通過試

4、驗鑒定提供技術(shù)依據(jù)。二、科學(xué)性試驗1.驗證結(jié)構(gòu)計算理論的假定。2.為制定設(shè)計規(guī)范提供依據(jù)。3.為發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝提供實踐經(jīng)驗。第三節(jié) 結(jié)構(gòu)試驗的分類一、按試驗對象尺寸分類 1.原型試驗（一般用于生產(chǎn)性試驗）2.模型試驗?zāi)Ｐ?：仿照原型（真實結(jié)構(gòu)）并按照一定比例關(guān)系復(fù)制而成的試驗代表物，它具有實際結(jié)構(gòu)的全部或部分特征，但大部分結(jié)構(gòu)模型是尺寸比原型小得多的縮尺模型(1)相似模型試驗：幾何相似、力學(xué)相似、材料相似(2)縮尺模型試驗：不須遵循嚴(yán)格的相似條件(3)足尺模型試驗：尺寸、材料、受力特性與原型結(jié)構(gòu)相同二、按試驗荷載性質(zhì)分類1.結(jié)構(gòu)靜力試驗（最大量最常見）加載過程：指荷

5、載從零開始逐步遞增一直加到試驗?zāi)骋活A(yù)定目標(biāo)或結(jié)構(gòu)破壞為止，即在一個不長的時間段內(nèi)完成試驗加載的過程。簡述靜力試驗的最大優(yōu)點（2012.10）：設(shè)備相對簡單，荷載可逐步施加，還可以停下來仔細(xì)觀測結(jié)構(gòu)變形的發(fā)展，給人以最明確和清晰的破壞概念。在實際工作中，即使是承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，在試驗過程中為了了解靜力荷載下的工作特性，在動力試驗前往往也先進(jìn)行靜力試驗 。2.結(jié)構(gòu)動力試驗 根據(jù)試驗荷載的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)動力試驗主要分為哪幾類？（2012.01）(1)結(jié)構(gòu)動力特性試驗：測量結(jié)構(gòu)自身所固有的動力性能(2)結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)試驗：量測結(jié)構(gòu)或其特定部位動力性能參數(shù)和動態(tài)反應(yīng)(3)結(jié)構(gòu)疲勞試驗：測試結(jié)構(gòu)疲勞性能3.結(jié)

6、構(gòu)抗震試驗(1)低周反復(fù)加載靜力試驗(2)擬動力試驗(3)地震模擬振動臺試驗三、按試驗時間長短分類（2010.01）1.短期荷載試驗2.長期荷載試驗。四、按試驗所在場地分類1.實驗室結(jié)構(gòu)試驗2.現(xiàn)場結(jié)構(gòu)試驗。五、按試驗是否破壞分類1.結(jié)構(gòu)破壞試驗（科研性試驗較多采用）2.結(jié)構(gòu)非破壞試驗（生產(chǎn)性試驗較多采用）剛度檢驗法：以30%60%的設(shè)計荷載進(jìn)行加載，測得結(jié)構(gòu)變形和材料的應(yīng)變，判斷試驗結(jié)構(gòu)和材料的可靠性。第二章 結(jié)構(gòu)試驗的加載設(shè)備和試驗裝置一、復(fù)習(xí)建議 本章在歷年考試中，處于比較重要的地位，分值比較大，建議學(xué)員全面掌握,重點復(fù)習(xí)。從題型來講包括單項選擇題、填空題、名詞解釋題、簡答題，需要準(zhǔn)確掌

7、握基本概念。二、本章重要知識點通過本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握實驗室和現(xiàn)場試驗常用的加載方法和試驗裝置，正確選擇和使用各種方法進(jìn)行加載設(shè)計。重點掌握液壓加載方法。對于電液伺服系統(tǒng)加載方法、模擬地震振動臺和環(huán)境隨機(jī)激振方法等有一般了解。第一節(jié) 概述結(jié)構(gòu)的荷載試驗是結(jié)構(gòu)試驗的基本方法。 試驗用的荷載形式、大小、加載方式等都是根據(jù)試驗的目的要求，以如何能更好的模擬原有荷載等因素來選擇的。 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動力試驗時，對于荷載激振設(shè)備或加載方法的選擇主要決定于試驗的任務(wù)與試驗對象的性質(zhì)；正確的荷載設(shè)計和選擇適合于試驗?zāi)康男枰募虞d設(shè)備是保證整個試驗工作順利進(jìn)行的關(guān)鍵之一；（一）結(jié)構(gòu)試驗荷載的類別靜力加載：重力加

8、載方法；液壓加載方法；機(jī)械加載法；氣壓加載法等。動力加載：利用慣性力或電磁系統(tǒng)激振；電液伺服加載系統(tǒng)和地震模擬振動臺加載；人工爆炸和利用環(huán)境隨機(jī)激振(脈動法)加載。（二）結(jié)構(gòu)試驗對加載設(shè)備的要求？（2008.01） 1.選用的試驗的加載設(shè)備和試驗裝置應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計計算荷載圖示的要求。 2.荷載傳力方式和作用點明確，產(chǎn)生的荷載數(shù)值要穩(wěn)定，特別是靜力荷載要不隨加載時間、外界環(huán)境和結(jié)構(gòu)的變形而變化。 3.荷載分級的分度值要滿足試驗量測的精度要求，加載設(shè)備要有足夠的強(qiáng)度儲備。4.加載裝置本身要安全可靠，不僅要滿足強(qiáng)度要求，還應(yīng)滿足剛度要求。5.加載設(shè)備要操作方便，便于加載和卸載，并能控制加載速度，又能

9、適應(yīng)同步加載或先后加載和恒載等不同要求。 6試驗加載方法要力求采用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)，減輕體力勞動，提高試驗質(zhì)量。第二節(jié) 重力加載法 （一）重力加載的概念重力加載就是利用物體本身的重量加于結(jié)構(gòu)上作為荷載。加載方式： 直接加載將重物直接施加于試驗結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上； 間接加載通過杠桿原理將荷載放大作用在結(jié)構(gòu)上； 注意事項：使用砂石等松散材料顆粒材料加載時，如果將材料直接堆放于結(jié)構(gòu)表面，將會造成荷載材料本身的起拱，而對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生卸荷（2011.01）作用，為此，最好將顆粒材料置于一定容量的無底箱框中，然后疊加于結(jié)構(gòu)之上，在試驗構(gòu)件跨度方向施加的箱框數(shù)量不應(yīng)少于兩個；若采用型體較為規(guī)則的塊狀材料加載，

10、如磚石、鑄鐵塊、鋼錠等，則要求疊放整齊，每堆重物的寬度 £ L/6 (L為試驗結(jié)構(gòu)的跨度)，堆與堆之間應(yīng)有一定的間隔（約50100mm）。利用水作為重力荷載進(jìn)行加載的特點：利用水作為重力加載用的荷載，是一個簡易方便且甚為經(jīng)濟(jì)的方案。水可以盛在水桶內(nèi)用吊桿作用于結(jié)構(gòu)上，作為集中荷載；也可以采用特殊的盛水裝置作為均布荷載直接加于結(jié)構(gòu)表面。在加載時可以利用進(jìn)水管，卸載時則利用虹吸原理，可以減少大量運(yùn)輸、加載的勞動力。當(dāng)利用吊桿荷載盤施加集中荷載時，每個荷載盤應(yīng)分開或通過靜定的分配梁體系作用于試驗的對象上，使結(jié)構(gòu)所受荷載明確。（二）重力直接加載和杠桿加載的特點和使用注意事項重力加載法的優(yōu)點是

11、試驗用的重物容易取得，并可重復(fù)使用，但加載過程中需要花費(fèi)較大的勞動力。杠桿制作方便，荷載值穩(wěn)定不變，當(dāng)結(jié)構(gòu)有變形時，荷載可以保持恒定，對于作持久荷載試驗尤為適合。第三節(jié) 液壓加載法（一）液壓加載器加載液壓加載（2010.01選擇題）是目前結(jié)構(gòu)試驗中應(yīng)用比較普遍和理想的一種加載方法。簡述液壓加載的優(yōu)點（2011.10）液壓加載的最大優(yōu)點是利用油壓（2011.01）使液壓加載器產(chǎn)生較大的荷載，試驗操作安全方便。特別是對于大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗，它不受加載點數(shù)的多少、加載點的距離和高度的限制，并能適應(yīng)均布和非均布、對稱和非對稱加載的需要。尤其是電液伺服系統(tǒng)在試驗加載設(shè)備重得到了廣泛應(yīng)用，此法為結(jié)

12、構(gòu)動力試驗?zāi)M地震荷載、海浪波動等不同特性的動力荷載創(chuàng)造了有利條件，使動力加載技術(shù)發(fā)展到了一個新的高度。液壓加載的原理：用高壓油泵將具有一定壓力的液壓油壓入液壓加載器的工作油缸使之推動活塞，對結(jié)構(gòu)施加荷載。液壓加載器的類型：手動液壓加載器、單向作用及雙向作用的液壓加載器。 液壓加載的試驗裝置：普通手動液壓加載器、加荷承力架和靜力試驗臺座。液壓加載荷載值的確定：應(yīng)按事先做好的標(biāo)定曲線來確定荷載量。注意事項：量測荷載值優(yōu)先采用荷載傳感器；荷載傳感器的精度不應(yīng)低于C級；指示儀表的最小分度值不宜大于被測力值總量的1.0%；示值誤差應(yīng)為±1.0%（全刻度量程）；油壓表精度不應(yīng)低于1.5級（20

13、10.01）； 在選擇量程時，應(yīng)使其使用狀態(tài)試驗荷載值所對應(yīng)的油壓表讀數(shù)大致為油壓表量程的1/3； 由于液壓加載器內(nèi)部摩阻力的影響，會出現(xiàn)荷載量和油壓間不呈嚴(yán)格的線性關(guān)系的狀況，應(yīng)采用事先制作的標(biāo)定曲線確定荷載量；液壓加載器的標(biāo)定：將加載器安置在荷載支承裝置內(nèi)，用力值量測儀表測定加載器的作用力。力值量測儀表（優(yōu)先采用）采用試驗機(jī)標(biāo)定液壓加載器時，按照加載器使用時的實際工況，必須采用加載器的活塞頂升試驗機(jī)的主動加載方式。在制作標(biāo)定曲線時，至少加載器在不同行程位置上重復(fù)循環(huán)三次去平均值來繪制標(biāo)定曲線，任一次測量值和曲線上對應(yīng)點的力值偏差不應(yīng)大于±5%（二）液壓加載系統(tǒng)加載系統(tǒng)由儲油箱、高

14、壓油泵、測力裝置和各類閥門組成的操縱臺，通過高壓油管同時并聯(lián)連接若干個液壓加載器組成。特點：液壓加載試驗系統(tǒng)可完成各類建筑結(jié)構(gòu)的靜載試驗，尤其對大噸位、大跨度、大撓度的結(jié)構(gòu)更為適用，它不受加載點數(shù)的多少、加載點的距離和高度的限制，并能適應(yīng)均布和非均布、對稱和非對稱加載的需要。承力架試件液壓加載器操作臺管路系統(tǒng)試驗臺座（三）結(jié)構(gòu)試驗機(jī)加載大型結(jié)構(gòu)試驗機(jī)由液壓操縱臺、大噸位的液壓加載器和試驗機(jī)架三部分組成。大型結(jié)構(gòu)試驗機(jī)的精度不應(yīng)低于2級結(jié)構(gòu)疲勞試驗機(jī)由液壓脈動器、控制系統(tǒng)和液壓加載脈動器組成。液壓脈動器：疲勞試驗機(jī)的核心部分，是產(chǎn)生脈動負(fù)荷的主要機(jī)構(gòu)；脈動加載器：施加負(fù)荷的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；液壓控制系統(tǒng)

15、：試驗機(jī)的操縱控制中心，脈動頻率可根據(jù)試驗的不同要求在100150次/分（2011.01、2010.01）范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)選用；結(jié)構(gòu)疲勞試驗機(jī)應(yīng)滿足2級試驗機(jī)的精度要求，測力示值相對誤差應(yīng)為±2.0%（2010.10）；（四）電液伺服加載系統(tǒng)加載電液伺服加載系統(tǒng)由電液伺服加載器、控制系統(tǒng)和液壓源等三部分組成。電液伺服系統(tǒng)的工作原理是利用自動控制和液壓技術(shù)相結(jié)合的電液伺服閉環(huán)系統(tǒng)控制試驗加載。電液伺服閥是電液伺服液壓加載系統(tǒng)中的心臟部分，它安裝于液壓加載器上，根據(jù)指令發(fā)生器發(fā)出的信號經(jīng)放大（2010.10）后輸入伺服閥，轉(zhuǎn)換成大功率的液壓信號，將來自液壓源的液壓油輸入加裁器，使加載器按輸

16、入信號的規(guī)律產(chǎn)生振動對結(jié)構(gòu)施加荷載。（五）地震模擬振動臺加載地震模擬振動臺由振動臺臺體結(jié)構(gòu)、液壓驅(qū)動和動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測試和分析系統(tǒng)組成。振動臺必須安裝在質(zhì)量很大的基礎(chǔ)上（2010.10），這樣可以改善系統(tǒng)的高頻特性，并減小對周圍建筑和其他設(shè)備的影響。使用頻率范圍由所做試驗?zāi)Ｐ偷牡谝活l率而定，整個系統(tǒng)的頻率范圍應(yīng)該大于10 Hz。第四節(jié) 機(jī)械力加載法（一）機(jī)械力加載使用的機(jī)具種類吊鏈、卷揚(yáng)機(jī)、絞車、花籃螺絲、螺旋干斤頂及彈簧等。（二）利用機(jī)具對結(jié)構(gòu)施加拉力的試驗裝置與特點 吊鏈，卷揚(yáng)機(jī)，絞車和花籃螺絲等主要是配合鋼絲或繩索對結(jié)構(gòu)施加拉力，還可與滑輪組聯(lián)合使用，改變作用力的方向和拉

17、力大小。拉力的大小通常用拉力測力計測定，按測力計的量程有兩種裝置方式。螺旋千斤頂是利用齒輪及螺桿式蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳動的原理，當(dāng)搖動手柄時，就帶動螺旋桿頂升，對結(jié)構(gòu)施加頂推壓力，用測力計測定加載值。（三）彈簧加載的特點與注意事項彈簧加載法常用于構(gòu)件的持久荷載試驗。用彈簧作持久荷裁時，應(yīng)布先估計到由于結(jié)構(gòu)徐變使彈簧壓力變小時，其變化值是否在彈簧變形的允許范圍內(nèi)。（四）機(jī)械力加載的優(yōu)缺點是什么？機(jī)械力加載的優(yōu)點是設(shè)備簡單，容易實現(xiàn)，當(dāng)通過索具加載時，很容易改變荷載作用的方向，故在建筑物、柔性構(gòu)筑物(桅桿、塔架等)的實測或大尺寸模型試驗中，常用此法施加水平集中荷載。其缺點是荷載值不大，當(dāng)結(jié)構(gòu)在荷載作用點

18、產(chǎn)生變形時，會引起荷載值的改變。第五節(jié) 氣壓加載法（一）氣壓加載法（正壓或負(fù)壓加載）的工作原理氣壓加載法主要是利用空氣壓力對試件施加荷載。氣壓加載產(chǎn)生的是均布荷載。（二）氣壓加載的試驗裝置與特點優(yōu)點是加載、卸載方便，荷載穩(wěn)定。缺點是試件受力載面無法觀測，利用真空加載時試件周邊密封要求較高。第六節(jié) 慣性力加載法（一）慣性力加載法的含義、分類（2010.10） 在結(jié)構(gòu)動力試驗中，利用物體質(zhì)量在運(yùn)動時產(chǎn)生的慣性力對結(jié)構(gòu)施加動力荷載的方法稱之為慣性力加載法；根據(jù)荷載作用方法不同，分為沖擊力加載和離心力加載兩種。（二）沖擊力加載方法的特點與注意事項沖擊力加載：荷載作用時間極為短促，通

19、過突加荷載或張拉卸載，使被加荷載結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動，適用于進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力特性的試驗；沖擊力加載包括初位移加載法（張拉突卸法）、初速度加載法（突加荷載法）。初位移加載法（張拉突卸法） 加載原理：在結(jié)構(gòu)上拉一鋼絲纜繩，使結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生一個人為的初始強(qiáng)迫位移，然后突然釋放，使結(jié)構(gòu)在靜力平衡位置附近作自由振動。加載時為防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形，加載的數(shù)量必須正確控制，經(jīng)常是按所需的最大振幅計算求得。初速度加載法（突加荷載法）加載原理：利用擺錘或落重的方法使結(jié)構(gòu)在瞬時內(nèi)受到水平或垂直的沖擊，產(chǎn)生初速度，同時使結(jié)構(gòu)獲得所需的沖擊荷載。利用垂直落重沖擊時，為防止重物回彈再次撞擊和結(jié)構(gòu)局部受損，擬在落點處鋪設(shè)100

20、200mm的砂墊層。（三）離心力加載方法的特點與注意事項離心力加載的含義及特點（2011.01）：根據(jù)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的離心力對結(jié)構(gòu)施加簡諧振動荷載；其特點是運(yùn)動具有周期性，作用力的大小和頻率按一定規(guī)律變化，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動。第七節(jié) 電磁加載法（一）電磁激振器的構(gòu)造與工作原理電磁式激振器是由磁系統(tǒng)(包括勵磁線圈、鐵芯、磁極板)、動圈(工作線圈)、彈簧、頂桿等部件組成。當(dāng)激振器工作時，在勵磁線圈中通入穩(wěn)定的直流電，使在鐵芯與磁極板的空隙中形成一個強(qiáng)大的磁場。與此同時，由低頻信號發(fā)生器輸出一交變電流，并經(jīng)功率放大器放大后輸入工作線圈，這時工作線圈即按交變電流諧振規(guī)律在磁場中運(yùn)動并產(chǎn)生一電磁

21、感應(yīng)力F，使頂桿推動試件振動。（二）電磁振動臺的工作原理和組成電磁振動臺通常是由信號發(fā)生器，振動自動控制儀，功率放大器，振動臺激振器和臺面組成。電磁振動臺原理基本上與電磁激振器一樣，在構(gòu)造上實際是利用電磁激振器來推動一個活動的臺面而構(gòu)成。第八節(jié) 其他加載方法（了解）反沖激振器加載法的含義；人工爆炸加載法的含義；人激振動加載法的含義；環(huán)境隨機(jī)激振加載法的含義；第九節(jié) 結(jié)構(gòu)試驗荷載裝置和試驗臺座（一）結(jié)構(gòu)試驗荷載裝置結(jié)構(gòu)試驗荷載裝置的作用和主要組成是什么？（2011.01）結(jié)構(gòu)試驗荷載裝置是滿足試驗荷載設(shè)計、實現(xiàn)試驗荷載圖示、模擬邊界條件要求、保證試驗加載正常進(jìn)行的關(guān)鍵之一。它由試件支承

22、裝置（支座、支墩）、荷載傳遞裝置、荷載支承裝置、結(jié)構(gòu)試驗臺座和試驗輔助裝置等部分組成。試件支承裝置，荷載傳遞裝置，荷載支承裝置，結(jié)構(gòu)試驗臺座，試驗輔助裝置。（二）試件支承裝置支座和支墩。試件支承裝置的主要作用是什么？ 支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件、正確傳遞作用力、模擬實際荷載圖示（2011.01）和邊界條件。支座的形式鉸支座（滾動鉸支座、固定鉸支座）、固定端支座、受壓構(gòu)件刀鉸支座、梁式受扭構(gòu)件轉(zhuǎn)動支座鉸支座的劃分:按照自由度的不同劃分 滾動鉸支座和固定鉸支座按照型式的不同劃分滾軸式和刀鉸式對鉸支座的基本要求1、必須保證結(jié)構(gòu)在支座處能自由水平移動和自由轉(zhuǎn)動；2、必須保證結(jié)構(gòu)在支座處力的傳遞；3、如果結(jié)構(gòu)在支承處

23、沒有預(yù)埋支承鋼墊板，則在試驗時必須另加墊板，墊板的尺寸滿足強(qiáng)度及相關(guān)的構(gòu)造要求；4、滾軸的長度，一般取等于試件支承處截面寬度b；5、滾軸的直徑根據(jù)受力進(jìn)行選擇，并應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗算；支墩 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場試驗的支墩多用磚塊砌筑或混凝土澆注而成，支墩上部應(yīng)有足夠平整的支承面積，制作時要鋪以鋼板。 支墩的構(gòu)造要求： 在試驗荷載作用下，支墩和地基的總壓縮變形不宜超過試件撓度（2011.01）的1/10。 支墩的高度一般在400600mm，以滿足儀表安裝、測讀、裂縫觀測和加卸荷載的要求；各支座支墩的高差不宜大于試件跨度的1/200。（三）荷載傳遞裝置杠桿，分配梁和臥梁。分配梁的構(gòu)造要求和使用注意事項：分配梁一般均

24、為單跨簡支形式，不能用多跨連續(xù)梁的形式；單跨簡支分配梁均為等比例分配，即將一個集中荷載分為兩個集中力；分配梁的層次不宜大于三層；如需不等比例分配，比例不宜大于1:4，且需將荷載分配比例大的一端設(shè)置在靠近固定鉸支座的一側(cè)；（四）荷載支承裝置豎向荷載的支承裝置，水平荷載的支承裝置（水平反力梁和反力墻）。（五）結(jié)構(gòu)試驗臺座（2010.10）抗彎大梁式臺座，空間桁架式臺座，槽式臺座，地錨式臺座，箱式臺座（孔式臺座）和抗側(cè)力臺座。（六）試驗輔助裝置豎向荷載的支承裝置，水平荷載的支承裝置（水平反力梁和反力墻）。（七）結(jié)構(gòu)現(xiàn)場試荷載裝置構(gòu)件試驗和整體結(jié)構(gòu)試驗。第三章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器一、復(fù)習(xí)建議

25、 本章在歷年考試中，處于相當(dāng)重要的地位，分值比較大，建議學(xué)員重點復(fù)習(xí)，多做習(xí)題，多加練習(xí)。從題型來講包括單項選擇題、填空題、名詞解釋題、簡答題、計算題，需要準(zhǔn)確掌握基本概念。二、本章重要知識點通過本章的學(xué)習(xí)，理解結(jié)構(gòu)試驗數(shù)據(jù)采集的意義和作用，了解結(jié)構(gòu)試驗數(shù)據(jù)采集的過程、測量儀器的工作原理和應(yīng)用范圍。重點是電測技術(shù)的工作原理和應(yīng)用，特別是電阻應(yīng)變測試技術(shù)。要求學(xué)生在進(jìn)行結(jié)構(gòu)試驗觀測設(shè)計時，能夠根據(jù)試驗要求和實際情況選擇合適的測量儀器和正確的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。第一節(jié) 概 述(一)數(shù)據(jù)采集的意義和作用數(shù)據(jù)采集的意義和作用 在結(jié)構(gòu)試驗中，數(shù)據(jù)采集就是利用各種儀器和裝置，對試件所受到的荷載作用（如力、位

26、移、溫度等）以及結(jié)構(gòu)的反應(yīng)（如位移、速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變、裂縫等）等數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和記錄(二)數(shù)據(jù)采集的方法數(shù)據(jù)分析、處理始采集的數(shù)據(jù) 試驗結(jié)果數(shù)據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)處理的原始資料。數(shù)據(jù)采集是結(jié)構(gòu)試驗的重要步驟，是結(jié)構(gòu)試驗成功的必要條件之一。數(shù)據(jù)采集的方法1.用最簡單的量測工具進(jìn)行人工測量、人工記錄（直尺測量）2.用一般的量測儀器進(jìn)行測量、人工記錄（百分表測量）3.用儀器進(jìn)行測量、記錄（傳感器、X-Y函數(shù)記錄儀）4.用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行測量和記錄（傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、計算機(jī)） 數(shù)據(jù)采集方法的選用原則:用最經(jīng)濟(jì)合理的代價來獲取最多的有用數(shù)據(jù)(三)數(shù)據(jù)流通的過程和數(shù)據(jù)采集的原則數(shù)據(jù)的采集原則

27、同時性：要求一次采集（或一次測量）得到的所有數(shù)據(jù)是同一時刻試件受到的作用和試件的反應(yīng) ,這些同一時刻的數(shù)據(jù)才能正確的反映和描述某一時刻試件的作用和試件的反應(yīng)之間的關(guān)系。 客觀性：要求按照客觀事實進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并把所有關(guān)于試驗實際情況的數(shù)據(jù)都加以測量和記錄，使采集得到的數(shù)據(jù)能夠客觀、完整的反映和描述整個試驗過程。(四)數(shù)據(jù)采集的儀器分類按功能和使用情況分類 傳感器（感受各種物理量，并將其轉(zhuǎn)換成電信號或其他容易處理的信號 放大器（把傳感器傳來的信號進(jìn)行放大，使之可以顯示和記錄） 顯示器 (把信號用可見的形式顯示出來) 記錄儀（將采集得到的數(shù)據(jù)記錄下來，作長期保存） 分析儀器（對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分

28、析處理） 數(shù)據(jù)采集儀（用于自動掃描和采集數(shù)據(jù)） 完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（集成式儀器，包括傳感器、數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)或其他記錄器、顯示器等，可用于進(jìn)行自動掃描、采集及數(shù)據(jù)處理） 按功能分類 單件式 （單件式儀器是指一個儀器只有一種單一的功能） 集成式 （集成式儀器是指那些把多種功能集中在一起的儀器）按工作原理分類 機(jī)械式儀器 電測儀器 光學(xué)測量儀器 復(fù)合式儀器 伺服式儀器按測量用途分類 測力儀器 位移儀器 應(yīng)變計 傾角儀器 頻率計 測振儀器按與結(jié)構(gòu)試件的關(guān)系分類（2010.10）附著式和非附著式、接觸式和非接觸式按顯示和記錄方式分類直讀式和自動記錄式、模擬式和數(shù)字式(五)測量儀器的技術(shù)指標(biāo)最小分度值

29、（刻度值）（2011.01）儀器的指示部分或顯示部分所能指示的最小測量值，即每一最小刻度所表示的被測量的數(shù)值。量程（2011.01）儀器可以測量的最大范圍。靈敏度被測量的單位物理量所引起儀器輸出或顯示裝置示值的大小，即儀器對被測物理量變化的反應(yīng)能力。分辨率儀器測量被測物理量最小變化值的能力。線性度儀器校準(zhǔn)曲線對理想擬合直線的接近程度。穩(wěn)定性當(dāng)被測物理量不變，儀器在規(guī)定的時間內(nèi)保持示值與特性參數(shù)不變的能力。重復(fù)性（2010.10）在同一工作條件下，儀器多次重復(fù)測量同一數(shù)值的被測量時，保持示值一致的能力。頻率響應(yīng)動測儀器輸出信號的幅值和相位隨輸入信號的頻率而變化的特性。精確度（精度）儀器指示值與被

30、測值的符合程度。目前常以最大量程時的相對誤差來代表精度，并以此相對誤差值來判定儀表的精度等級。如精度為0.2級的儀表,其測定值的誤差不超過最大量程的±0.2%。 (六)結(jié)構(gòu)試驗對測量儀器的要求和儀器標(biāo)定結(jié)構(gòu)試驗對測量儀器的要求1.測量儀器不應(yīng)該影響結(jié)構(gòu)的工作，要求儀器自重輕，尺寸小，尤其是對模型結(jié)構(gòu)試驗，還要考慮儀器的附加質(zhì)量和儀器對結(jié)構(gòu)的作用力。2.測量儀器具有合適的靈敏度和量程。3.安裝使用方便，穩(wěn)定性和重復(fù)性好，有較好的抗干擾能力。4.價廉耐用，可重復(fù)使用，安全可靠。維修容易。5.在達(dá)到上述要求的條件下盡量要求多功能、多用途，適應(yīng)多方面的需要。 儀器的標(biāo)定 含義：為了確定儀器設(shè)

31、備的精確度和靈敏度，確定試驗數(shù)據(jù)的誤差，而將儀表指示值和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過程。 單件標(biāo)定 確定某一件儀器的靈敏度和精確度； 系統(tǒng)標(biāo)定 確定某些儀器組成的系統(tǒng)的靈敏度和精確度；第二節(jié) 儀器的工作原理(一)傳感器和放大器的工作原理機(jī)械式傳感器的組成部分有哪些（2010.01） 感受機(jī)構(gòu) 直接感受被測量的變化 轉(zhuǎn)換機(jī)械 將被測量的變化轉(zhuǎn)換成長度或角度等的變化，并加以放大或轉(zhuǎn)換等； 顯示裝置 用來顯示被測量的大小，通常由指針或度盤等組成； 附屬裝置 如外殼、裝夾具等，使儀器成為整體，并便于安裝使用 機(jī)械式傳感器是帶有顯示器的傳感器電測式傳感器的組成部分有哪些（2011.10） 感受部分 直接感受被測量

32、的變化 轉(zhuǎn)換部分 把感受到的物理量變化轉(zhuǎn)換成電量變化 傳輸部分 把電量變化的信號傳輸?shù)椒糯笃骰蛴涗浧骱惋@示器的導(dǎo)線和相應(yīng)的接插件等 附屬裝置 如傳感器的外殼、支架等(二)記錄器的工作原理記錄器的功能：把放大部分傳來的量測結(jié)果按照一定的方式記錄在某種介質(zhì)上，需要時可以把這些數(shù)據(jù)讀出或輸送到其他分析儀器進(jìn)行處理。模擬式記錄器 將模擬量直接記錄在介質(zhì)上，數(shù)據(jù)一般是連續(xù)的；數(shù)字式記錄器 將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后再記錄在介質(zhì)上，數(shù)據(jù)一般是間斷的；第三節(jié) 應(yīng)變測量儀器基本概念：應(yīng)變（2011.10）：單位長度內(nèi)的變形（拉伸、壓縮和剪切變形） 線應(yīng)變：單位長度內(nèi)的直線變形 剪應(yīng)變：單位長度內(nèi)的剪切變形測量應(yīng)變

33、的儀器和方法（2010.01、2011.10） 1.電阻應(yīng)變儀（結(jié)構(gòu)試驗中用來測量試件應(yīng)變的最常用儀器） 2.手持應(yīng)變儀 3位移計方法 4.光測法（云紋法、激光衍射法、光彈法）有些儀器和方法可以直接測量應(yīng)變，另一些儀器和方法只能測量相對位移（2010.01），需要通過換算得到應(yīng)變。(一)電阻應(yīng)變儀(應(yīng)變測量電橋)和電阻應(yīng)變計的工作原理、構(gòu)造和使用技術(shù)電阻應(yīng)變儀利用電阻應(yīng)變計作為應(yīng)變傳感器，和應(yīng)變儀中的電阻元件（2011.01）組成測量電橋，進(jìn)行應(yīng)變測量，還可以用電阻應(yīng)變儀配合各種電阻應(yīng)變式傳感器，測量其他物理量的變化。電阻應(yīng)變計的工作原理利用某種金屬絲導(dǎo)體的“應(yīng)變電阻效應(yīng)”，即此金屬絲的電阻值

34、隨著其機(jī)械變形而變化的物理特性。電阻應(yīng)變計的構(gòu)造在拷貝紙或薄膠膜等基底與覆蓋層之間粘貼合金敏感器（電阻柵），敏感柵的兩端焊上引出線。主要技術(shù)指標(biāo) 電阻值R：選用時應(yīng)考慮與應(yīng)變儀配合，一般電阻值為120; 標(biāo)距 L：敏感柵的有效長度，根據(jù)試件測點處應(yīng)變梯度的大小來進(jìn)行選擇; 靈敏系數(shù)K （2011.01）：表示單位應(yīng)變引起應(yīng)變計的相對電阻變化;電阻應(yīng)變計的粘貼要求（2011.01）測點基底平整，清潔、干燥；粘結(jié)劑的電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和工藝性能良好，以及蠕變小、粘貼強(qiáng)度高，溫濕度影響??；同一組應(yīng)變計規(guī)格型號應(yīng)相同；粘貼牢固、方位準(zhǔn)確、不含氣泡；在應(yīng)變計粘貼完成后，有時還需對應(yīng)變計作防潮絕緣處理；

35、應(yīng)變測量電橋試件受力變形時，應(yīng)變計將試件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化。采用惠斯頓電橋（1/4電橋、半橋接法、全橋接法），將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，使信號得以放大，并可以解決溫度補(bǔ)償?shù)葐栴}。 1 /4電橋 僅連接一個應(yīng)變計（R1為應(yīng)變計） 半橋接法 連接二個應(yīng)變計（R1、R2為應(yīng)變計） 全橋接法 連接四個應(yīng)變計（R1、R2、R3 、R4 均為應(yīng)變計）注意事項：1、輸出電壓和四個橋臂的應(yīng)變的代數(shù)和呈線性關(guān)系2、相鄰橋臂的應(yīng)變符號相反，相對橋臂的應(yīng)變符號相同應(yīng)變測量的溫度補(bǔ)償 試驗過程中，設(shè)法去除由于溫度變化所引起的應(yīng)變。溫度補(bǔ)償片的布置方法在試件旁邊，與試件同樣的溫度環(huán)境中，放置一與試件同樣材料的

36、物體，此物體僅受溫度作用，它的應(yīng)變即代表試件由于溫度引起的應(yīng)變。在試件的零應(yīng)力部位布置應(yīng)變測點，該測點的應(yīng)變僅受溫度影響，與荷載作用無關(guān)，該測點的應(yīng)變可用于溫度補(bǔ)償。(二)其他方法測量應(yīng)變手持應(yīng)變儀，位移計方法，光測法。手持應(yīng)變儀工作原理：在標(biāo)距兩端粘結(jié)兩個腳標(biāo)（每邊各一個），通過測量結(jié)構(gòu)變形前后兩個腳標(biāo)之間距離的改變，求得標(biāo)距內(nèi)的平均應(yīng)變。位移計方法工作原理：利用位移計測量一條直線上兩點之間的相對位移來表示兩點之間的平均應(yīng)變。光測法（云紋法、激光衍射法、光彈法）常用于測量平面應(yīng)變，較多應(yīng)用于節(jié)點或構(gòu)件的局部應(yīng)力分析第四節(jié) 位移測量儀器(一)線位移傳感器的工作原理和構(gòu)造(百分表、千分表、電阻應(yīng)

37、變式位移傳感器、滑阻式位移傳感器和差動式位移傳感器) 線位移傳感器（位移傳感器）測量內(nèi)容：測點相對于位移傳感器支架固定點的位移。工作原理：利用一可滑動的測桿去感受線位移，然后把這個位移量用各種方法轉(zhuǎn)換成表盤讀數(shù)或各種電量。 通常把傳感器支架固定在試驗臺或地面的不動點（2011.10）上，這時的所測得的位移表示測點相對于試驗臺座或地面的位移。 常用的位移測量儀器及其構(gòu)造 （機(jī)械式）百分表：由測桿、彈簧、外殼、指針、齒輪、刻度盤等構(gòu)成； 電子百分表：由測桿、彈簧、外殼、刻度盤、電阻應(yīng)變計、電纜等構(gòu)成； 滑阻式位移傳感器：由測桿、彈簧、外殼、電纜、電阻絲等構(gòu)成； 差動式位移傳感器：由測桿、線圈等構(gòu)成

38、；(二)角位移傳感器的工作原理和構(gòu)造(水準(zhǔn)管式傾角儀、電阻應(yīng)變式傾角傳感器及DC一1 0水準(zhǔn)式角度傳感器)角位移傳感器 測量內(nèi)容：測量一個截面相對于另一個截面的相對角位移；或一個截面相對于某一物體的角位移。 工作原理 ：將角位移傳感器附著在結(jié)構(gòu)上，以重力作用線為參考，以感受元件相對于重力線的某一狀態(tài)為初值，當(dāng)傳感器隨測量截面一起發(fā)生角位移后，其感受元件相對于重力線的狀態(tài)也隨之改變，將這個相應(yīng)的變化量用各種方法轉(zhuǎn)換成表盤讀數(shù)或各種電量。 常用的角位移測量儀器及其對應(yīng)的感受元件 水準(zhǔn)管式傾角儀 利用水準(zhǔn)管作為感受元件 電阻應(yīng)變式傾角傳感器 利用梁式擺作為感受元件 DC-10水準(zhǔn)式角度傳感器 利用液

39、體擺作為感受元件第五節(jié) 力值測量儀器 力傳感器和液壓傳感器的工作原理、構(gòu)造和使用(機(jī)械式測力傳感器、電阻應(yīng)變式測力傳感器及液壓傳感器)力傳感器和液壓傳感器的類型：機(jī)械式和電測式兩種 工作原理 ：利用彈性元件感受力或液壓，使彈性元件發(fā)生與外力或液壓成對應(yīng)關(guān)系的變形，測量此變形值并作適當(dāng)轉(zhuǎn)換后即可得到作用力的數(shù)值。 機(jī)械式傳感器： 利用機(jī)械裝置對變形進(jìn)行放大和顯示的裝置 機(jī)械式傳感器為直讀儀器，可直接從傳感器上讀取力值； 應(yīng)變式傳感器： 利用電阻應(yīng)變計將變形轉(zhuǎn)變成電阻變化后進(jìn)行測量的裝置； 應(yīng)變式傳感器需后接應(yīng)變儀或數(shù)據(jù)采集儀等設(shè)備，將應(yīng)變值進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換；第六節(jié) 裂縫測量 (一)裂縫測量的內(nèi)容和方

40、法結(jié)構(gòu)試驗中，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的裂縫發(fā)生和發(fā)展，裂縫的位置和分布及長度和寬度是反應(yīng)結(jié)構(gòu)性能（2010.10）的重要指標(biāo)。裂縫的測量內(nèi)容（2010.01） 開裂 ，即裂縫發(fā)生的時刻和位置； 度量 ，即裂縫的寬度和長度； 裂縫測量儀器的類型：裂縫測量儀器有放大鏡、讀數(shù)顯微鏡等，放大鏡用于觀察發(fā)現(xiàn)開裂，讀數(shù)顯微鏡用于測量裂縫寬度。 最常用的發(fā)現(xiàn)開裂的簡便方法是借助放大鏡用肉眼觀察(二)裂縫測量的儀器(讀數(shù)顯微鏡、裂縫標(biāo)尺和塞尺) 第七節(jié) 振動測量儀器(一)測振傳感器的基本原理測振傳感器的基本原理：由慣性質(zhì)量、阻尼和彈簧組成一個動力系統(tǒng)，此動力系統(tǒng)固定在振動體上（即傳感器的外殼固定在振動體上），與振動體一起

41、振動，通過測量慣性質(zhì)量相對于傳感器外殼的運(yùn)動，來獲得振動體的振動規(guī)律。(二)測振傳感器的頻率特性當(dāng)ww / wn 較大，即振動體振動頻率較之傳感器的固有頻率大很多時，不管阻尼比D的大小如何，U 0 / X0趨近于1，j趨近于180。，表示質(zhì)量塊的位移振幅和振動體的位移振幅趨近于相等，而它們的相位趨于相反； 當(dāng) w / wn接近于1時，U 0 / X0值隨阻尼比的變化而發(fā)生很大的變化，此時的j同樣在發(fā)生變化，穩(wěn)定性較差，表示儀器測出的波形有畸變。 當(dāng)w / wn較小趨近于零時，U 0 / X0數(shù)值趨近于零,表示傳感器難以反映所要量測的振動。注：w振動體振動的圓頻率；wn 傳感器彈簧質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的

42、固有頻率。(三)磁電式速度傳感器的工作原理、構(gòu)造和特性主要技術(shù)指標(biāo)：靈敏度、頻率響應(yīng)、阻尼(四)壓電式加速度傳感器的工作原理、構(gòu)造和特性壓電式加速度傳感器的構(gòu)造和特點 構(gòu)造：壓電式加速度傳感器是由外殼、硬彈簧、質(zhì)量塊、壓電晶體、輸出端等構(gòu)成。 特點：電式加速度傳感器是利用晶體的壓電效應(yīng)而制成的，其特點是穩(wěn)定性高，機(jī)械強(qiáng)度高及能在很寬的溫度范圍內(nèi)使用，但靈敏度較低。主要技術(shù)指標(biāo)：靈敏度、安裝諧振頻率、頻率響應(yīng)、橫向靈敏度比、幅值范圍第8節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(一)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成及各部分的作用1. 傳感器部分 組成：各種電測傳感器等 作用：感受各種物理變量，如線位移、角位移等，并把

43、這些物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?2. 數(shù)據(jù)采集儀 組成：包括與各種傳感器相對應(yīng)的接線模塊和多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、主機(jī)、儲存器、其他輔助部件。 作用：對所有的傳感器通道進(jìn)行掃描，把掃描得到的電信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再根據(jù)傳感器特性對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳感器系數(shù)換算（如把電壓數(shù)換算成應(yīng)變、溫度、等等），然后將這些數(shù)據(jù)傳送給計算機(jī)，或者將這些數(shù)據(jù)打印輸出，存入磁盤。 3.計算機(jī)（控制器） 組成：主機(jī)、顯示器、存儲器、打印機(jī)、繪圖儀和鍵盤等 作用：作為整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制器，控制整個數(shù)據(jù)采集過程；且在試驗結(jié)束后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。(二)數(shù)據(jù)采集的過程第四章 結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計一、復(fù)習(xí)建議 本章在歷年考試中

44、，也處于相當(dāng)重要的地位，分值比較大，需要記憶、領(lǐng)會的知識點比較多。從題型來講包括單項選擇題、填空題、名詞解釋題、簡答題、計算題，需要準(zhǔn)確掌握基本概念。二、本章重要知識點通過本章學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生具有試驗設(shè)計和組織結(jié)構(gòu)試驗的初步能力，要求理解和掌握試驗設(shè)計中試件設(shè)計(包括試件選擇)、荷載設(shè)計和觀測設(shè)計三個主要部分的內(nèi)容和它們之間的相互關(guān)系，以及如何控制結(jié)構(gòu)試驗可能產(chǎn)生的各種誤差。對結(jié)構(gòu)試驗的模型設(shè)計應(yīng)有一般的了解。第一節(jié) 概 述(一) 結(jié)構(gòu)試驗的程序和主要環(huán)節(jié)(二)結(jié)構(gòu)試驗的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)試驗的總體設(shè)計主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)試驗的目的對試驗工作進(jìn)行全面規(guī)劃與設(shè)計，它起著統(tǒng)管全局和具體指導(dǎo)的作用，是結(jié)構(gòu)試驗中極

45、為重要的一項工作。第二節(jié) 結(jié)構(gòu)試驗的試件設(shè)計(一)結(jié)構(gòu)試件設(shè)計的內(nèi)容當(dāng)不能用原型或足尺模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗時，也可采用它的縮尺比例的模型結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，這時試驗的模型應(yīng)考慮與原型之間的相似關(guān)系（2013.01）。結(jié)構(gòu)試驗對試件設(shè)計的要求科研性試驗的試件設(shè)計應(yīng)包括試件形狀的設(shè)計、尺寸和數(shù)量的確定、構(gòu)造措施、同時必須滿足結(jié)構(gòu)和受力的邊界條件的要求。生產(chǎn)性試驗按照試驗任務(wù)的要求通常有明確的試驗對象，一般不存在試件設(shè)計問題。試件設(shè)計要求考慮的具體內(nèi)容有哪些？試件的形狀、試件的尺寸、試件的數(shù)量、結(jié)構(gòu)試驗加載和測試對試件設(shè)計的要求。(二)試件的形狀試件的形狀設(shè)計，主要是要求滿足在試驗時形成和實際工作相一致的應(yīng)力狀

46、態(tài)。當(dāng)從整體結(jié)構(gòu)中取出部分構(gòu)件單獨(dú)進(jìn)行試驗時，特別是對在比較復(fù)雜的超靜定體系中的構(gòu)件，必須要注意其邊界條件（2011.10）的模擬，使其能如實反映該部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際工作。試件形狀和結(jié)構(gòu)邊界條件模擬的相互關(guān)系： 若對框架柱進(jìn)行剪切性能的探討時，需設(shè)計成適于反對稱加載（2011.01）的試件。 在研究框架的梁柱連接的節(jié)點試驗時，較多采用十字形試件，邊柱節(jié)點可采用T字型試件。 如果要研究框架節(jié)點的空間工作，則可設(shè)計成雙向十字形節(jié)點；為了研究樓板參與節(jié)點共同工作的性能，也可以設(shè)計成帶板的雙向節(jié)點。(三)試件的尺寸1、結(jié)構(gòu)試驗所用試件的尺寸和大小，總體上分為原型和模型兩類。2、基本構(gòu)件性能研究的試件大

47、部分是采用縮尺模型，對預(yù)制構(gòu)件鑒定都是選用原型構(gòu)件。3、對于局部性的試件尺寸，比例可為原型的1/41;而整體結(jié)構(gòu)的模型試驗的試件，比例可為原型的1/101/2。 屋架試驗一般采用原型試件（構(gòu)件實物）或足尺模型； 框架試件截面尺寸為原型的1/41/2； 框架節(jié)點一般為原型比例的1/21； 剪力墻單層墻體的外形尺寸為0.8×1.0m1.78×2.74m，多層剪力墻為原型的1/101/3； 磚石及砌塊的墻體試件一般取為原型的1/41/2； 對于薄殼和網(wǎng)架等空間結(jié)構(gòu)，較多采用比例為1/51/20（2011.10）的模型試驗；控制試件尺寸的因素。結(jié)構(gòu)試驗對試件尺寸的制約因素有哪些？實

48、踐證明，試件尺寸將受到尺寸效應(yīng)、構(gòu)造要求、試驗設(shè)備和經(jīng)費(fèi)條件等因素的制約。對于結(jié)構(gòu)動力試驗，試件尺寸常常受試驗加載條件（2011.10）等因素的限制。 尺寸效應(yīng) 反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件和材料的強(qiáng)度隨試件尺寸的改變而變化的性質(zhì)。試件尺寸過小，將表現(xiàn)出相對強(qiáng)度提高和強(qiáng)度離散性過大的特征。 構(gòu)造要求 小尺寸試件難以滿足構(gòu)造上的要求，如鋼筋砼構(gòu)件的鋼筋錨固長度等； 設(shè)備條件 指的是實驗室的凈空尺寸、吊車起重能力、試驗加載設(shè)備的容量（最大試驗荷載量）等，以此控制試件尺寸、重量和試件的抗力。 經(jīng)費(fèi)條件 原型或足尺模型試驗耗費(fèi)的經(jīng)費(fèi)和人力很高，但具有反應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造和實際工作的突出優(yōu)點； 小比例尺寸試件，在同樣的經(jīng)費(fèi)和人

49、力條件下，可大大增加試件的數(shù)量和類型，而且在實驗室內(nèi)可改善試驗條件，提高測試數(shù)據(jù)的可信度。(四)試件的數(shù)量控制試件數(shù)量的因素和正交試驗設(shè)計法。 生產(chǎn)性試驗試件號截面面積砂漿強(qiáng)度垂直應(yīng)力抗剪強(qiáng)度10.20.50.0640.0920.20.50.3020.2430.22.50.0640.16940.22.50.3020.40750.70.50.0640.06460.70.50.3020.16070.72.50.0640.11180.72.50.3020.275 按照預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，確定試件數(shù)量；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：成批生產(chǎn)的構(gòu)件，應(yīng)按同一工藝、正常生產(chǎn)的1000個構(gòu)件，但不超過三個月的

50、同類型產(chǎn)品為一批（不足1000件者亦為一批），在每批中隨機(jī)抽取一個構(gòu)件作為試件進(jìn)行檢驗。 科研性試驗 試驗按照研究目的而設(shè)計，試件的數(shù)量和參與的各種影響因素相關(guān)； 如研究磚砌體的抗剪強(qiáng)度 砌體截面 0.2 0.7 砂漿強(qiáng)度 0.5MPa 2.5MPa 垂直應(yīng)力 0.064MPa 0.032MPa注：由右表可知，抗剪強(qiáng)度隨砌體截面的增大而降低，隨砂漿強(qiáng)度提高而增大；并隨垂直應(yīng)力的增加而提高。 試件的設(shè)計必須嚴(yán)格控制主要參數(shù)（分析因子）和各種試驗狀態(tài)（水平數(shù)）的數(shù)量?？蒲行栽囼炘嚰?shù)量：全面試驗的次數(shù)（試件數(shù)量）與實際可行的試驗次數(shù)之間的矛盾。n個因素，m個水平，則全面試驗次數(shù)mnL4(23)正交

51、表 (五)結(jié)構(gòu)試驗加載和測試對試件設(shè)計的要求1、為滿足試件安裝、加載、量測的需要，試件設(shè)計同時應(yīng)考慮必要的構(gòu)造措施。2、科研性試驗時，為了保證試件在某一預(yù)定的部位破壞，以期得到必要的測試數(shù)據(jù)，試件設(shè)計就需要對其他部位事先加強(qiáng)或進(jìn)行局部加固。3、為了保證試驗量測的可靠性和安裝儀表的方便，在試件特定的部位必須預(yù)設(shè)埋件或預(yù)留孔洞。第三節(jié) 結(jié)構(gòu)試驗的模型設(shè)計(一)結(jié)構(gòu)模型按相似理論設(shè)計的要求結(jié)構(gòu)模型: 按照原型的整體、部件或構(gòu)件復(fù)制的試驗代表物，較多采用的是縮小比例的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行試驗。結(jié)構(gòu)模型按相似理論設(shè)計的要求 幾何相似：模型和原型的幾何尺寸相似并保持一定的比例； 材料相似：模型和原型的材料相似或具

52、有某種相似關(guān)系； 荷載相似：施加于模型的荷載和原型荷載方向一致，且按照某一比例縮小或放大； 物理相似：確定模型結(jié)構(gòu)試驗過程中各參與的物理量的相似常數(shù)，并由此求得反映相似模型整個物理過程的相似條件；(二)結(jié)構(gòu)模型的相似要求和相似常數(shù)相似常數(shù)：模型和原型結(jié)構(gòu)之間對應(yīng)參數(shù)的比例關(guān)系； 幾何相似：模型和原型結(jié)構(gòu)之間所有對應(yīng)部分尺寸成比例關(guān)系； 質(zhì)量相似：模型和原型結(jié)構(gòu)之間對應(yīng)部分的質(zhì)量成比例關(guān)系； 荷載相似：模型和原型在各對應(yīng)點所受的荷載方向一致，荷載大小成比例關(guān)系； 物理相似(2010.10)：模型和原型的各相應(yīng)點的應(yīng)力和應(yīng)變、剛度和變形間的關(guān)系相似； 時間相似(2011.01) ：模型和原型的各對

53、應(yīng)的時間成比例關(guān)系； 邊界條件相似(2010.01) ：模型和原型在與外界接觸區(qū)域內(nèi)的各種條件保持相似；也即要求支承條件相似、約束情況相似以及邊界上的受力情況相似； 初始條件相似：模型和原型結(jié)構(gòu)初始時刻的各運(yùn)動參數(shù)相似；運(yùn)動的初始條件包括初始狀態(tài)下的初始幾何位置、質(zhì)點的位移、速度和加速度等。(三)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計的相似條件 相似條件：模型和原型結(jié)構(gòu)之間相似常數(shù)所應(yīng)滿足的一定關(guān)系； 在a截面處的彎矩為： 截面上的正應(yīng)力為： 截面處的撓度為 模型和原型間的相似條件為 、 、結(jié)構(gòu)模型設(shè)計的程序 根據(jù)力學(xué)及設(shè)計理論推導(dǎo)原型和模型結(jié)構(gòu)的相似條件； 確定幾何比例，即幾何相似系數(shù)，還可以設(shè)計確定幾個物理量的相似常數(shù)； 確定模型材料，并由此確定材料相似系數(shù)； 根據(jù)模型和原型的相似條件推導(dǎo)出其他物理量的相似常數(shù)的數(shù)值。結(jié)構(gòu)動力模型試驗解決重力失真的處理方法 在模型上附加適當(dāng)?shù)姆植假|(zhì)量，即 采用高密度材料來增加結(jié)構(gòu)上有效的模型材料密度。第四節(jié) 結(jié)構(gòu)試驗的荷載設(shè)計(一)結(jié)構(gòu)試驗荷載設(shè)計的內(nèi)容結(jié)構(gòu)試驗中，影響荷載設(shè)計的主要因素有哪些？結(jié)構(gòu)試驗的荷載設(shè)計主要取決于結(jié)構(gòu)試