實驗力學II之建筑結(jié)構(gòu)試驗1-2

1、實驗力學II之建筑結(jié)構(gòu)試驗主 講：趙衛(wèi)E-mail： Tel：85220476-2009 (理工樓502-1)筑結(jié)構(gòu)試驗課程介紹v 建筑結(jié)構(gòu)試驗是以實驗技術(shù)為手段，測量能反映結(jié)構(gòu)或構(gòu)件實際工作性能的有關(guān)參數(shù)，為判斷結(jié)構(gòu)的承載能力和安全儲備提供重要根據(jù)。v 建筑結(jié)構(gòu)試驗是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)課程。本課程的任務是使學生獲得建筑結(jié)構(gòu)試驗方面的基礎(chǔ)知識和基本技能，能夠進行一般建筑結(jié)構(gòu)試驗的設(shè)計與實施。課時安排v 第一章 結(jié)構(gòu)試驗概述(2課時)v 第三章 結(jié)構(gòu)試驗的荷載設(shè)備(2課時)v 第四章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器(2課時)v 第二章 結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計(4課時)v 第

2、五章 結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(2課時)v 第六章 結(jié)構(gòu)低周反復靜力加載試驗(2課時)v 第九章 結(jié)構(gòu)試驗現(xiàn)場檢測技術(shù)(2課時)v 第十章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)處理(2課時)第一章 結(jié)構(gòu)試驗概述結(jié)構(gòu)試驗與理論分析的關(guān)系v 作為一門試驗科學，目的是對結(jié)構(gòu)物的受力性能作出評價，并為驗證和發(fā)展計算理論提供依據(jù);v 當計算理論比較完善，足以分析結(jié)構(gòu)物的受力特性時，則無須進行結(jié)構(gòu)試驗;結(jié)構(gòu)試驗與理論分析的關(guān)系v 當計算理論有待完善或分析對象為新材料、新工藝或新型結(jié)構(gòu)時，則需要進行結(jié)構(gòu)試驗。u如結(jié)構(gòu)的彈性內(nèi)力計算與塑性承載力設(shè)計方法、長期性能、耐久性等v 簡支受彎梁試驗:(著名的路標試驗)v 研究簡支受彎梁截面應力

3、分布簡支受彎梁試驗:( :(路標試驗) )v 17世紀初，伽利略提出截面應力均勻分布;v 17世紀中，有人將其修正為三角形分布;v 1713年，巴朗(法國)提出正確的應力分布型式，v 但未能進行試驗驗證;v 1767年，容格密理(法國)提出路標試驗;v 1821年，拿維葉(法國科學院院士)推導了受彎構(gòu)v 件應力分布的計算公式;v 1850年，阿莫歷思(法國科學院院士)完成了試驗v 驗證。結(jié)構(gòu)試驗在我國的發(fā)展歷史v 解放前，結(jié)構(gòu)試驗在我國幾乎是空白;v 1953年，長春市25.3m輸電塔原型檢驗性試驗;v 1957年，武漢長江大橋靜載和動載試驗;v 1959年，北京火車站35m X 35m雙曲薄

4、殼靜力試驗;v 70年代后，上海體育館、南京五臺山體育館網(wǎng)架模型v 試驗;v 1977年，“建筑結(jié)構(gòu)測試技術(shù)的研究”八年規(guī)劃;v 上世紀80年代以來，隨著大型高精度試驗裝置和數(shù)采v 系統(tǒng)的應用，標志著我國結(jié)構(gòu)試驗達到一個新水平。結(jié)構(gòu)試驗的發(fā)展趨勢v 大型化、體系化;v 精密性，包括試件設(shè)計、加載、測試;v 計算機聯(lián)機試驗。結(jié)構(gòu)試驗的任務v 這門學科的任務是在試驗研究對象上應用科學的試驗組織程序，使用儀器設(shè)備為工具，利用各種實驗為手段，在荷載或其它因素作用下，通過量測與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)，從強度、剛度和抗裂性以及結(jié)構(gòu)實際破壞形態(tài)來判明結(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

5、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。（P1）結(jié)構(gòu)試驗的目的v 生產(chǎn)性試驗(又稱鑒定性試驗或檢驗性試驗)v 科研性試驗生產(chǎn)性試驗v 特點:非探索性、有比較成熟的計算理論、針對實際結(jié)構(gòu)或構(gòu)件v 應用場合:u檢驗結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量;u檢驗已有建筑物的可靠性，推斷剩余壽命;u鑒定加固，改造工程的實際受力性能;u為工程事故鑒定處理提供技術(shù)依據(jù);u檢驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件或部位的受力性能?？蒲行栽囼瀡 特點:具有研究、探索、開發(fā)的性質(zhì)，針對試件而不一定是具體結(jié)構(gòu)。v 應用場合:u驗證結(jié)構(gòu)計算理論及有關(guān)假定u為編制有關(guān)設(shè)計規(guī)范提供依據(jù)、推斷等u推廣應用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝。建筑結(jié)構(gòu)試驗的分類v 按試驗對象

6、:真型試驗、模型試驗;v 按荷載性質(zhì):靜力試驗、動力試驗;v 按試驗時間:短期荷載試驗、長期荷載試驗；v 按試驗場合:試驗室試驗、現(xiàn)場試驗;v 按破壞程度:破壞性試驗與非破壞性試驗。真型試驗與模型試驗v 真型試驗u 試驗對象:實際結(jié)構(gòu)或按比例復制的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件u 優(yōu)點:完全反映真實結(jié)構(gòu)受力特性，試驗結(jié)論可靠u 缺點:費用高，加載難度大，試驗周期長v 模型試驗u 試驗對象:縮尺試件u 優(yōu)點:實施方便，費用低，多參數(shù)、多試件u 缺點:嚴格相似條件難實現(xiàn)，尺寸效應靜力試驗與動力試驗v 靜力試驗u單調(diào)靜力試驗、低周反復靜力試驗等u優(yōu)點:加載設(shè)備簡單，試驗觀測方便u缺點:不能反映結(jié)構(gòu)動力性能v 動力試驗u

7、振動臺試驗、疲勞試驗、風載試驗等u優(yōu)點:能真實反映結(jié)構(gòu)的動力特性和動力u缺點:加載設(shè)備和測試手段復雜短期荷載試驗與長期荷載試驗v 短期荷載試驗u一般試驗全過程持續(xù)幾分鐘到幾天v 長期荷載試驗u試驗全過程持續(xù)幾個月、幾年到數(shù)十年u主要研究與時間有關(guān)的結(jié)構(gòu)特性(如:混凝土的收縮、徐變，預應力筋的松弛，結(jié)構(gòu)的耐久性能等)試驗室試驗與現(xiàn)場試驗v 試驗室試驗u適用于科研性試驗u是今后結(jié)構(gòu)試驗的主要發(fā)展方向v 現(xiàn)場試驗u試件或結(jié)構(gòu)的工作條件、結(jié)構(gòu)型式等完全反映工程實際情況破壞性試驗與非破壞性試驗v 現(xiàn)場試驗和長期荷載試驗多為非破壞性試驗v 試驗室試驗與短期荷載試驗多為破壞性試驗擬靜力試驗與擬動力試驗v 擬

8、靜力試驗u為了探索抗震性能u低周反復靜力加載驗證結(jié)構(gòu)部分動力性能v 擬動力試驗u模擬某地震力慢作用于試驗對象上的過程v 區(qū)別：見課本P6思考題v 1、簡述結(jié)構(gòu)試驗的任務。v 2、按試驗目的的不同，結(jié)構(gòu)試驗可分為哪兩類?v 3、簡述生產(chǎn)性試驗的目的。v 4、簡述科研性試驗的目的。v 5、試對比真型試驗與模型試驗。v 6、簡述靜力試驗與動力試驗的不同。v 7、闡述短期試驗與長期試驗的區(qū)分。v 8、說明試驗室試驗與現(xiàn)場試驗的不同。第三章結(jié)構(gòu)試驗的荷載設(shè)備結(jié)構(gòu)試驗中的加載方法v 重力加載法;v 液壓加載法;v 慣性力加載法;v 機械力加載法;v 氣壓加載法;v 電磁加載法;v 人激振動加載法;v 環(huán)境

9、隨機振動激振法重力加載法v 包括重力直接加載法和杠桿加載法。直接加載法應注意避免因荷重塊產(chǎn)生拱作用而改變荷載分布。杠桿加載法結(jié)構(gòu)變形后荷載不改變，但無法自行卸載。重力加載法預應力鋼一混凝土組合梁長期荷載試驗液壓加載法v 目前結(jié)構(gòu)試驗中最常用的加載方法;v 可適用于靜、動載試驗，噸位可大、可小;v 液壓加載方法u 液壓加載系統(tǒng)和試驗臺座;u 結(jié)構(gòu)試驗機系統(tǒng)。v 液壓加載裝置u 液壓加載器;令液壓加載系統(tǒng);u 結(jié)構(gòu)試驗機;令電液伺服液壓系統(tǒng); u 地震模擬振動臺。液壓加載器液壓千斤頂電動泵液壓加載系統(tǒng)v 組成部分u液壓加載器u液壓控制臺u反力架u臺座v 適用于各類結(jié)構(gòu)的靜載試驗(包括擬靜力試驗)液

10、壓加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試驗機10000KN大型多功能試驗機系統(tǒng)地震模擬振動臺:美國MTS公司三向六自由度維模擬地震振動臺，臺面尺寸4m X 4m，最大試件質(zhì)量25t。慣性力加載法v 利用運動物體質(zhì)量的慣性施加動力荷載;v 沖擊力加載法u初位移加載法u初速度加載法u反沖激振法。v 離心力加載法u優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易產(chǎn)生較大振幅和激振力;u缺點：頻率低，振幅調(diào)節(jié)難，只能產(chǎn)生簡諧荷載v 直線位移慣性力加載法u激振力大，但頻率較小( 1HZ )，且設(shè)備笨重。慣性力家加載法 初速度加載法 初位移加載法機械力加載法v 常用機具包括:吊鏈(葫蘆)、卷揚機、花籃螺v 絲、螺旋千斤頂、彈簧等;v 適用于施加水平荷載;u

11、 優(yōu)點：設(shè)備簡單，荷載較小，集中力的方向便于控制;u 缺點：加卸載速度慢，荷載作用點的變形會引起荷載值的較大改變。氣壓加載法v 利用壓縮空氣加載，利用抽真空產(chǎn)生負壓加載;v 適用于平板、殼體等平面結(jié)構(gòu)施加均布荷載;u優(yōu)點:加、卸載方便，荷載穩(wěn)定、安全，結(jié)構(gòu)破壞時能夠自動卸載;u缺點:加載面無法觀測。電磁加載法v 可進行靜、動載試驗;v 電磁式激振器u優(yōu)點:頻率范圍寬、重量輕、控制方便、可按給定u信號產(chǎn)生多個波形的激振力u缺點:激振力不大、適用于小型結(jié)構(gòu)試驗。v 電磁振動臺u優(yōu)點:頻率范圍寬、振動穩(wěn)定、波形失真小、振幅和頻率的調(diào)節(jié)較為方便、容易實現(xiàn)自動控制u缺點:激振力小、適用于小型結(jié)構(gòu)試驗。人

12、激振動加載法v 人身體有規(guī)律的運動，在共振情況下可產(chǎn)生較大的激振力(有阻尼自由振動)。環(huán)境隨機振動激振法v 又稱脈動法;v 由地面脈動產(chǎn)生建筑物脈動，再對其進行模態(tài)參數(shù)識別。荷載支承設(shè)備和試驗臺座v 支座;v 荷載支承機構(gòu);v 結(jié)構(gòu)試驗臺座;v 現(xiàn)場試驗荷載裝置。支座v 支墩:簡易支座，鋼或鋼筋硅制作，現(xiàn)場試驗多為磚砌體;v 支座作用形式:滾動鉸支座、固定鉸支座、球鉸支座;v 對鉸支座的基本要求(課本P62一64 )u 必須保證結(jié)構(gòu)在支座處能自由轉(zhuǎn)動;u 必須保證結(jié)構(gòu)在支座處力的傳遞;u 構(gòu)件支座處鉸的上下墊板要有一定剛度;u 滾軸長度，一般取為試件支承處截面寬度;u 滾軸直徑，可按表選用，并

13、進行強度驗算。支座荷載支承機構(gòu)v 又稱反力架或荷載架;v 試驗室試驗u反力架(由橫梁立柱組成)u抗彎大梁或空間析架式臺座(適用于中小型構(gòu)件)、試驗臺座。v 現(xiàn)場試驗u反力支架(包括平衡重、錨固樁頭、現(xiàn)澆地梁和箍架等)荷載支承機構(gòu)荷載支承機構(gòu)結(jié)構(gòu)試驗臺座v 抗彎大梁式臺座和空間桁架式臺座u適用于中小型構(gòu)件試驗，跨度短、荷載小;u特點:自平衡式，對支座和支承條件無要求結(jié)構(gòu)試驗臺座( (試驗臺座) )v 板式試驗臺座uRC板或PC板(厚板)，由結(jié)構(gòu)自重和剛度來平衡所施加的荷載。u槽式試驗臺座:加載點可沿臺座縱向移動，但由于地腳螺絲較松，不適用于動力荷載試驗。u地腳螺絲式試驗臺座:可適用于靜力試驗和動力試驗，但試件就位靈活性差，螺絲受損后修復困難。v 箱式試驗臺座u特點:承載力高、剛度大、臺座空間利用率高，但 安裝和移動設(shè)備困難。結(jié)構(gòu)試驗臺座( (試驗臺座) )v 抗側(cè)力試驗臺座u作用: 通過拉壓千斤頂或電液伺服加載系統(tǒng)對試件施加模擬地震作用的低周反復荷載，進行擬動力和擬靜力試驗。u試驗臺座采用RC或PC的實體墻或箱