結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)緒論

1、第一章第一章 緒論緒論結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)Structural Testing Technology 陳再現(xiàn)陳再現(xiàn) 副教授、博士副教授、博士上課了上課了！第一章第一章 緒論緒論 結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)技是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)課術(shù)課。與材料力學、結(jié)構(gòu)力學、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)與材料力學、結(jié)構(gòu)力學、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、地基基礎和橋梁結(jié)構(gòu)等課程直接有關(guān)，構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、地基基礎和橋梁結(jié)構(gòu)等課程直接有關(guān)，并涉及物理學、機械與電子測量技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計分析并涉及物理學、機械與電子測量技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計分析等內(nèi)容。等內(nèi)容。1 1 課程的課程的定位定位第一章第一章 緒論緒論 在在結(jié)構(gòu)物結(jié)

2、構(gòu)物（原型或模型）上，使用（原型或模型）上，使用儀器設備儀器設備為工為工具，利用各種具，利用各種實驗技術(shù)實驗技術(shù)手段，在手段，在荷載荷載或其他或其他因素因素（溫（溫度等）作用下，通過度等）作用下，通過量測量測與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)參數(shù)（變形、應變、振幅、頻率等）（變形、應變、振幅、頻率等）,從從強度、剛度和強度、剛度和抗裂性以及結(jié)構(gòu)實際破壞形態(tài)抗裂性以及結(jié)構(gòu)實際破壞形態(tài)來判明建筑結(jié)構(gòu)的來判明建筑結(jié)構(gòu)的實際實際工作性能工作性能，了解并掌握了解并掌握結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的力學性能力學性能，對，對結(jié)構(gòu)或構(gòu)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件件的承載能力和使用性能做出的承載能力和使用性能做出評估評估，為驗證

3、和發(fā)展結(jié)，為驗證和發(fā)展結(jié)構(gòu)理論提供構(gòu)理論提供試驗依據(jù)試驗依據(jù)。2 2 課程的課程的主要環(huán)節(jié)主要環(huán)節(jié)第一章第一章 緒論緒論結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)構(gòu)件設計構(gòu)件設計加載方案加載方案測試方案測試方案加載設備加載設備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)采集、測量儀器測量儀器第一章第一章 緒論緒論 通過這門課程的學習，通過這門課程的學習，掌握結(jié)構(gòu)動載和靜載的加掌握結(jié)構(gòu)動載和靜載的加載方法，測量方法以及數(shù)據(jù)處理方法，掌握常用儀器載方法，測量方法以及數(shù)據(jù)處理方法，掌握常用儀器的工作原理和使用方法，的工作原理和使用方法，在結(jié)構(gòu)試驗中，進一步認識在結(jié)構(gòu)試驗中，進一步認識結(jié)構(gòu)性能并培養(yǎng)進行結(jié)構(gòu)試驗的能力。結(jié)構(gòu)性能并培養(yǎng)進行結(jié)構(gòu)試驗的能

4、力。3 3 課程的課程的需要掌握的內(nèi)容需要掌握的內(nèi)容第一章第一章 緒論緒論掌握結(jié)構(gòu)動載和靜載的加載方法掌握結(jié)構(gòu)動載和靜載的加載方法第一章第一章 緒論緒論常規(guī)試驗機常規(guī)試驗機第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論氣囊加載裝置氣囊加載裝置氣壓表氣壓表氣囊加載設備氣囊加載設備第一章第一章 緒論緒論建研式四連桿擬靜力試驗加載系統(tǒng)建研式四連桿擬靜力試驗加載系統(tǒng)第一章第一章 緒論緒論內(nèi)藏鋼板剪力墻擬靜力試驗內(nèi)藏鋼板剪力墻擬靜力試驗第一章第一章 緒論緒論底部框支剪力墻擬動力子結(jié)構(gòu)試驗底部框支剪力墻擬動力子結(jié)構(gòu)試驗第一章第一章 緒論緒論中國恐龍塔振動臺試驗中國恐龍塔振動臺試驗第一章第一章 緒論緒論電阻應

5、變儀電阻應變儀線性差動電感式位移傳感器（線性差動電感式位移傳感器（LVDT）壓電式加速度計壓電式加速度計國產(chǎn)力傳感傳感器國產(chǎn)力傳感傳感器進口力傳感傳感器進口力傳感傳感器機械式百分表機械式百分表掌握常用儀器的工作原理和使用方法掌握常用儀器的工作原理和使用方法第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒論緒論第一章第一章緒緒 論論1.1 結(jié)構(gòu)試驗與理論分析的關(guān)系結(jié)構(gòu)試驗與理論分析的關(guān)系1.2 結(jié)構(gòu)試驗分類結(jié)構(gòu)試驗分類1.3 結(jié)構(gòu)試驗發(fā)展趨勢結(jié)構(gòu)試驗發(fā)展趨勢1.4 學習內(nèi)容學習內(nèi)容 第一章第一章 緒論緒論第一章第一章緒緒 論論1.1 結(jié)構(gòu)試驗與理論分析的關(guān)系結(jié)構(gòu)試驗與理論分析的關(guān)系 當當計算理論比較完善計

6、算理論比較完善，足以分析結(jié)構(gòu)物的受，足以分析結(jié)構(gòu)物的受力特性時，則結(jié)構(gòu)試驗只是起到驗證和演示的目力特性時，則結(jié)構(gòu)試驗只是起到驗證和演示的目的；的； 當計算理論有待完善或分析對象為當計算理論有待完善或分析對象為新材料、新材料、新工藝或新型結(jié)構(gòu)新工藝或新型結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)試驗則起到?jīng)Q定性的時，結(jié)構(gòu)試驗則起到?jīng)Q定性的作用。作用。第一章第一章 緒論緒論受彎構(gòu)件截面應力分布研究進程受彎構(gòu)件截面應力分布研究進程1638年，伽利略提出了截面應力為年，伽利略提出了截面應力為均勻拉應力均勻拉應力1684年，德國數(shù)學家萊布尼茲提出年，德國數(shù)學家萊布尼茲提出三角形分布的拉應力三角形分布的拉應力1713年，法國巴郎提出中

7、性層分布，年，法國巴郎提出中性層分布，認為截面上同時存在拉應力和壓應力認為截面上同時存在拉應力和壓應力第一章第一章 緒論緒論1767年，法國科學家榮格密里首次試驗證明了梁年，法國科學家榮格密里首次試驗證明了梁斷面上壓應力的存在，人們譽稱斷面上壓應力的存在，人們譽稱“路標試驗路標試驗”硬木墊塊硬木墊塊1821年，法國科學院院士拿維葉理論推導出了受年，法國科學院院士拿維葉理論推導出了受彎構(gòu)件應力分布的公式彎構(gòu)件應力分布的公式第一章第一章 緒論緒論 目前，理論分析只能解決一些有限的簡單的問題，目前，理論分析只能解決一些有限的簡單的問題，對于復雜結(jié)構(gòu)、復雜荷載、應力集中和非均質(zhì)材料下對于復雜結(jié)構(gòu)、復雜

8、荷載、應力集中和非均質(zhì)材料下的一些問題，靠理論分析解決往往是非常困難的，有的一些問題，靠理論分析解決往往是非常困難的，有時基本是不可能的，很多情況下需要借助試驗來解決時基本是不可能的，很多情況下需要借助試驗來解決這些困難。這些困難。第一章第一章 緒論緒論1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 試驗目的：試驗目的：生產(chǎn)鑒定性和科學研究性生產(chǎn)鑒定性和科學研究性試驗對象：試驗對象：模型試驗和真型試驗模型試驗和真型試驗荷載性質(zhì)：荷載性質(zhì)：靜載試驗和動載試驗靜載試驗和動載試驗作用時間：作用時間：短期荷載試驗和長期荷載試驗短期荷載試驗和長期荷載試驗試驗場地：試驗場地：試驗室試驗和現(xiàn)場試驗試驗室試驗和現(xiàn)場試驗

9、第一章第一章 緒論緒論1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 試驗目的：試驗目的：生產(chǎn)鑒定性和科學研究性生產(chǎn)鑒定性和科學研究性試驗目的試驗目的科學研究性試驗科學研究性試驗生產(chǎn)性試驗生產(chǎn)性試驗基于科研目的基于科研目的驗證結(jié)構(gòu)設計理論的假定；驗證結(jié)構(gòu)設計理論的假定；制定或修訂各種技術(shù)規(guī)范；制定或修訂各種技術(shù)規(guī)范；發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)，新材料，發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)，新材料，新工藝提供試驗基礎；新工藝提供試驗基礎；基于生產(chǎn)目的基于生產(chǎn)目的檢驗結(jié)構(gòu)設計和施工質(zhì)量；檢驗結(jié)構(gòu)設計和施工質(zhì)量；檢驗已有建筑物的可靠性，檢驗已有建筑物的可靠性，推斷剩余壽命；推斷剩余壽命；為處理工程事故提供技術(shù)依為處理工程事故提供技術(shù)依據(jù)據(jù)

10、第一章第一章 緒論緒論PPaabHBbBH0H1深梁的平截面假定深梁的平截面假定科學研究性試驗（科學研究性試驗（1 1）：）：驗證設計理論的假定驗證設計理論的假定平截面假定：深梁、剪力墻等等平截面假定：深梁、剪力墻等等1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點模型桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點模型計算模型計算模型科學研究性試驗（科學研究性試驗（1 1）：）：驗證設計理論的假定驗證設計理論的假定1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論鋼材的拉伸彈塑性模型鋼材的拉伸彈塑性模型 鋼材的拉伸試驗曲線鋼材的拉伸試驗曲線本構(gòu)關(guān)系本構(gòu)關(guān)系科學研究性試驗（科學研究性試驗（1 1

11、）：）：驗證設計理論的假定驗證設計理論的假定1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設計規(guī)范除了總結(jié)已有大量科學我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設計規(guī)范除了總結(jié)已有大量科學實驗的成果和經(jīng)驗外，還進行了大量的結(jié)構(gòu)、實驗的成果和經(jīng)驗外，還進行了大量的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和節(jié)點試驗，為我國編制各類結(jié)構(gòu)設計規(guī)構(gòu)件和節(jié)點試驗，為我國編制各類結(jié)構(gòu)設計規(guī)范提供了依據(jù)范提供了依據(jù)每次規(guī)范修訂之前都進行了大量的試驗，每一每次規(guī)范修訂之前都進行了大量的試驗，每一個微小進步都離不開試驗個微小進步都離不開試驗科學研究性試驗（科學研究性試驗（2 2）：）：為編制設計規(guī)范提供依據(jù)為編制設計規(guī)范提供依據(jù)1.2 結(jié)構(gòu)試驗的

12、分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論 住宅產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)科學研究性試驗（科學研究性試驗（3 3）：）：-為發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)、新材料與新工藝提供基礎為發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)、新材料與新工藝提供基礎1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論住宅產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論住宅產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論未來建筑未來建筑 法國設計師文森特法國設計師文森特卡勒卡勒波特波特 設計設計“未來版諾亞未來版諾亞方舟方舟” -LILYPADS1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的

13、分類 第一章第一章 緒論緒論未來建筑未來建筑1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論生產(chǎn)鑒定性試驗生產(chǎn)鑒定性試驗u施工現(xiàn)場檢測，以工程質(zhì)量檢測報告形式施工現(xiàn)場檢測，以工程質(zhì)量檢測報告形式u工程質(zhì)量驗收時缺少必要的原始內(nèi)業(yè)資料工程質(zhì)量驗收時缺少必要的原始內(nèi)業(yè)資料（設計圖紙，施工隱蔽記錄等）；（設計圖紙，施工隱蔽記錄等）；1）檢驗結(jié)構(gòu)設計和施工質(zhì)量）檢驗結(jié)構(gòu)設計和施工質(zhì)量1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論生產(chǎn)鑒定性試驗生產(chǎn)鑒定性試驗2）檢驗已有建筑物的可靠性，推斷剩余壽命；）檢驗已有建筑物的可靠性，推斷剩余壽命；u各種災害（火、爆炸和地震等因素）后的各

14、種災害（火、爆炸和地震等因素）后的結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估；結(jié)構(gòu)質(zhì)量評估；u正常使用達到設計基準周期（正常使用達到設計基準周期（50年），既年），既有建筑評估；有建筑評估；u服役結(jié)構(gòu)在設計基準周期內(nèi)，遭受到復雜服役結(jié)構(gòu)在設計基準周期內(nèi)，遭受到復雜的環(huán)境（酸堿等介質(zhì)）作用；的環(huán)境（酸堿等介質(zhì)）作用；1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論生產(chǎn)鑒定性試驗生產(chǎn)鑒定性試驗1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論生產(chǎn)鑒定性試驗生產(chǎn)鑒定性試驗1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論試驗對象：試驗對象：原型試驗和模型試驗原型試驗和模型試驗 原型試驗原型試驗試驗

15、對象：實際結(jié)構(gòu)或復制的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件試驗對象：實際結(jié)構(gòu)或復制的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件優(yōu)點：完全反映真實結(jié)構(gòu)受力特性，試驗結(jié)論可靠優(yōu)點：完全反映真實結(jié)構(gòu)受力特性，試驗結(jié)論可靠缺點：費用高，加載難度大，試驗周期長缺點：費用高，加載難度大，試驗周期長模型試驗模型試驗試驗對象：縮尺試件試驗對象：縮尺試件優(yōu)點：實施方便，費用低，多參數(shù)、多試件優(yōu)點：實施方便，費用低，多參數(shù)、多試件缺點：嚴格相似條件難實現(xiàn)，尺寸效應缺點：嚴格相似條件難實現(xiàn)，尺寸效應1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論荷載性質(zhì)：荷載性質(zhì)：靜力試驗和動力試驗靜力試驗和動力試驗 靜力試驗靜力試驗單調(diào)靜力試驗、低周反復靜力試驗、擬動力試驗

16、等單調(diào)靜力試驗、低周反復靜力試驗、擬動力試驗等優(yōu)點：加載設備簡單，試驗觀測方便優(yōu)點：加載設備簡單，試驗觀測方便缺點：不能反映結(jié)構(gòu)動力性能缺點：不能反映結(jié)構(gòu)動力性能動力試驗動力試驗振動臺試驗、疲勞試驗、風洞試驗等振動臺試驗、疲勞試驗、風洞試驗等優(yōu)點：能真實反映結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響應優(yōu)點：能真實反映結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響應缺點：加載設備和測試手段復雜缺點：加載設備和測試手段復雜1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論作用時間：作用時間：短期荷載試驗和長期荷載試驗短期荷載試驗和長期荷載試驗 短期荷載試驗短期荷載試驗 一般試驗全過程持續(xù)幾分鐘到幾天：動力試驗和大部一般試驗全過程持

17、續(xù)幾分鐘到幾天：動力試驗和大部分的靜力試驗分的靜力試驗 長期荷載試驗長期荷載試驗 試驗全過程持續(xù)幾個月、幾年到數(shù)十年：混凝試驗全過程持續(xù)幾個月、幾年到數(shù)十年：混凝土的收縮、徐變，預應力筋的松弛，結(jié)構(gòu)的耐土的收縮、徐變，預應力筋的松弛，結(jié)構(gòu)的耐久性能等久性能等1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論試驗場地：試驗場地：試驗室試驗和現(xiàn)場試驗試驗室試驗和現(xiàn)場試驗 試驗室由于可以獲得良好的工作條件，可以應用精試驗室由于可以獲得良好的工作條件，可以應用精密和靈敏的儀器設備進行試驗，具有較高的準確度。密和靈敏的儀器設備進行試驗，具有較高的準確度。甚至可以人為的創(chuàng)造一個適宜的工作環(huán)境，以

18、減少甚至可以人為的創(chuàng)造一個適宜的工作環(huán)境，以減少或消除各種不利因素對試驗的影響。所以適宜于進或消除各種不利因素對試驗的影響。所以適宜于進行研究性試驗。行研究性試驗。 現(xiàn)場試驗與室內(nèi)試驗相比，由于客觀環(huán)境條件的影現(xiàn)場試驗與室內(nèi)試驗相比，由于客觀環(huán)境條件的影響，不宜使用高精度的儀器設備來進行觀測，相對響，不宜使用高精度的儀器設備來進行觀測，相對來看，進行試驗的方法也可能比較簡單粗糙，所以來看，進行試驗的方法也可能比較簡單粗糙，所以試驗精度和準確度較差。試驗精度和準確度較差。1.2 結(jié)構(gòu)試驗的分類結(jié)構(gòu)試驗的分類 第一章第一章 緒論緒論1.3 結(jié)構(gòu)試驗的發(fā)展趨勢結(jié)構(gòu)試驗的發(fā)展趨勢 大型化大型化第一章第

19、一章 緒論緒論大型化大型化 60年代開始建設：地震局工力所年代開始建設：地震局工力所（1.2m3.3m） 80年代大量建設：中科院年代大量建設：中科院（3m3m）、同濟大、同濟大學學（4m4m ）、哈工大、哈工大（3m4m） 90年代開始改造：水平單向或雙向年代開始改造：水平單向或雙向 三向三向21世紀向大臺面、臺振發(fā)展世紀向大臺面、臺振發(fā)展 第一章第一章 緒論緒論大型化大型化 第一章第一章 緒論緒論大型化大型化 http:/www.bosai.go.jp第一章第一章 緒論緒論大型化大型化 第一章第一章 緒論緒論大型化大型化 第一章第一章 緒論緒論大型化大型化 第一章第一章 緒論緒論網(wǎng)絡化網(wǎng)絡

20、化 2001年美國啟動年美國啟動“NEES”計劃，將把美國全國計劃，將把美國全國范圍的范圍的地震工程研究團體和地震工程研究團體和20個實驗室鏈接到一起，通過個實驗室鏈接到一起，通過Internet實現(xiàn)試驗設備的遠程操作和遠程監(jiān)測，提供實現(xiàn)試驗設備的遠程操作和遠程監(jiān)測，提供試驗設備和數(shù)據(jù)的接口，以及實現(xiàn)模型模擬和數(shù)值模試驗設備和數(shù)據(jù)的接口，以及實現(xiàn)模型模擬和數(shù)值模擬相結(jié)合的混合操作擬相結(jié)合的混合操作 歐洲建立了歐洲建立了“減輕地震風險的歐洲網(wǎng)絡減輕地震風險的歐洲網(wǎng)絡” 臺灣地區(qū)建立地震工程研究平臺臺灣地區(qū)建立地震工程研究平臺ISEE 內(nèi)地內(nèi)地2004年啟動了國家自然科學基金資助的重點項目年啟動了國家自然科學基金資助的重點項目“現(xiàn)代結(jié)構(gòu)擬動力地震模擬協(xié)同試驗方法與系統(tǒng)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)擬動力地震模擬協(xié)同試驗方法與系統(tǒng)”，由湖南大學、哈工大和清華合作完成由湖南大學、哈工大和清華合作完成第一章第一章 緒論緒論數(shù)字化數(shù)字化 離開了計算機，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)不復存在。離開了計算機，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)不復存在。測測量及采集設備由原始的人工記錄到全部計算機數(shù)量及采集設備由原始的人工記錄到全部計算機數(shù)據(jù)采集并處理分析；據(jù)采集并處理分析；特