建筑結(jié)構(gòu)試驗課件第一章-工程結(jié)構(gòu)試驗概論

1、土木工程結(jié)構(gòu)試驗授課教師 韓瑞芳課程性質(zhì)？ 土木工程結(jié)構(gòu)試驗是一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程（32學(xué)時，理論24學(xué)時，試驗8學(xué)時），是電學(xué)、光學(xué)、光電子學(xué)、力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等學(xué)科相互交叉的、實用性很強的一門學(xué)科，是用試驗的方法研究和測量建筑結(jié)構(gòu)的強度、結(jié)構(gòu)受荷載作用后的反應(yīng)及評估建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量的一門學(xué)科。土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程的學(xué)習(xí)應(yīng)達(dá)到的基本要求是什么？ 通過本課程的學(xué)習(xí)應(yīng)達(dá)到的基本要求是:1掌握經(jīng)常使用的各種測試方法的基本原理和測量技術(shù)，結(jié)合土木工程專業(yè)的特點，培養(yǎng)建筑結(jié)構(gòu)試驗的試驗技能，使之具有從事一般建筑結(jié)構(gòu)的檢測能力，為進(jìn)行現(xiàn)場結(jié)構(gòu)檢測和科學(xué)研究的試驗打下良好的基礎(chǔ)。2掌握建筑結(jié)

2、構(gòu)試驗的前期準(zhǔn)備工作程序，為結(jié)構(gòu)試驗的順利進(jìn)行準(zhǔn)備測試方案。3掌握典型建筑結(jié)構(gòu)試驗的測試內(nèi)容、測試方法、數(shù)據(jù)處理及書寫測試報告的全過程。4熟練掌握建筑結(jié)構(gòu)無損檢測的原理和檢測方法。土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程內(nèi)容體系土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程主要是講述建筑結(jié)構(gòu)試驗中的試驗準(zhǔn)備工作，加載方法的選擇，測點和測試方法的選擇，試驗過程、數(shù)據(jù)處理及測試報告的書寫等內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容按教材的章節(jié)的模塊化進(jìn)行設(shè)計:建筑結(jié)構(gòu)試驗準(zhǔn)備工作、試驗裝置和加載設(shè)備、測試技術(shù)、試驗設(shè)計、典型試驗、無損檢測技術(shù)、試驗數(shù)據(jù)的處理等。學(xué)習(xí)參考書：第一章 土木工程結(jié)構(gòu)試驗概述本章提要： 一、土木工程結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)二、土木工程結(jié)構(gòu)試驗的作用三、土

3、木工程結(jié)構(gòu)試驗的目的四、土木工程結(jié)構(gòu)試驗的分類五、土木工程結(jié)構(gòu)試驗的發(fā)展建筑結(jié)構(gòu)：不同類型的承重構(gòu)件（梁、板、柱等）相互連接而形成的結(jié)構(gòu)體系，在規(guī)定的使用期內(nèi)能安全有效的承受外部及內(nèi)部形成的各種作用，滿足結(jié)構(gòu)使用功能的要求。結(jié)構(gòu)分析：各種作用下的實際應(yīng)力分布和工作狀態(tài)，了解構(gòu)件的剛度、抗裂性能以及實際所具有的強度和安全儲備. 結(jié)構(gòu)分析方法：傳統(tǒng)和現(xiàn)代的設(shè)計理論和計算方法、結(jié)構(gòu)試驗。 結(jié)構(gòu)試驗是研究和發(fā)展工程結(jié)構(gòu)新材料、新體系、新工藝以及探索工程結(jié)構(gòu)計算分析、設(shè)計理論的重要手段，在工程結(jié)構(gòu)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新等方面起著重要作用。 結(jié)構(gòu)試驗是一門試驗科學(xué) 土木工程結(jié)構(gòu)試驗是一項科學(xué)實踐性很強的活動，

4、是研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)新材料、新體系、新工藝以及探索結(jié)構(gòu)設(shè)計新理論的重要手段。同時，也可通過試驗對具體結(jié)構(gòu)作出正確的技術(shù)結(jié)論。 實踐性: 結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，工程技術(shù)人員必須掌握在各種作用下結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)，了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力、剛度、受力性能以及實際所具有的安全儲備。 1）傳統(tǒng)的理論計算方法； 2）結(jié)構(gòu)試驗應(yīng)力分析方法。一、結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù) 電子計算機技術(shù)的應(yīng)用 1）數(shù)學(xué)模型方法計算分析技術(shù)； 2）計算機控制的結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)。900(2700)方向來流時風(fēng)壓云圖 重慶大劇院模型 結(jié)構(gòu)試驗技術(shù) 1）工程結(jié)構(gòu)靜力試驗和動力試驗的加載模擬技術(shù)； 2）工程結(jié)構(gòu)變形參數(shù)的量測技術(shù)； 3）試驗數(shù)據(jù)的采集、信號分析及

5、處理技術(shù)； 4）對試驗對象作出科學(xué)的技術(shù)評價或理論分析。1）工程結(jié)構(gòu)靜力試驗動力試驗的加載模擬技術(shù)； 工程結(jié)構(gòu)變形參數(shù)的量測技術(shù)； 3）試驗數(shù)據(jù)的采集、信號分析及處理技術(shù)；4）對試驗對象作出科學(xué)的技術(shù)評價或理論分析。結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)建筑結(jié)構(gòu)試驗研究對象：建設(shè)工程的結(jié)構(gòu)物建筑結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)： 在試驗研究對象上應(yīng)用科學(xué)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、 剛度和抗裂度以及結(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。幾個典型實例： 1

6、、鋼筋混凝土簡支梁在靜力集中荷載作用下，可以通過測得梁在不同受力階段的撓度、角變位、截面應(yīng)變和裂縫寬度等參數(shù)，來分析梁的整個受力過程以及結(jié)構(gòu)的強度、撓度和抗裂性能。 適筋受彎構(gòu)件截面受力的幾個階段:第一階段截面開裂前階段（抗裂驗算）第二階段從截面開裂到受拉區(qū)縱向鋼筋開始 屈服階段（變形和裂縫寬度驗算）第三階段破壞階段（承載力計算） 2、動力試驗：測量結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼系數(shù)、振幅和動應(yīng)變等，研究結(jié)構(gòu)的動力特性和結(jié)構(gòu)對動力荷載的反應(yīng)。3、結(jié)構(gòu)抗震試驗：在低周反復(fù)荷載作用下，獲得應(yīng)力-變形關(guān)系滯回曲線，分析抗震結(jié)構(gòu)的強度、剛度、延性、剛度退化及變形能力。結(jié) 論建筑結(jié)構(gòu)試驗是以實驗方式測定有關(guān)數(shù)據(jù)，

7、由此反映結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的工作性能、承載能力和相應(yīng)的安全度，為結(jié)構(gòu)的安全使用和設(shè)計理論的建立提供重要根據(jù)的學(xué)科。二 結(jié)構(gòu)試驗的作用1、建筑結(jié)構(gòu)試驗是發(fā)展結(jié)構(gòu)理論和計算方法的重要途徑2、建筑結(jié)構(gòu)試驗是發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計誤區(qū)的主要手段3、建筑結(jié)構(gòu)試驗是驗證結(jié)構(gòu)理論的唯一方法4、建筑結(jié)構(gòu)試驗是建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量鑒定的直接方式5、建筑結(jié)構(gòu)試驗是制定各類技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)（1）結(jié)構(gòu)試驗是發(fā)展結(jié)構(gòu)理論和計算方法的重要途徑 17世紀(jì)初伽利略（1564-1642）在1638年錯誤地提出：受彎梁的斷面應(yīng)力為均勻受拉。 46年后法國物理學(xué)家馬里奧脫和德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲對這個假設(shè)提出了修正,認(rèn)為：斷面應(yīng)力不是均勻分布，是三角形

8、分布。后來胡克和伯努里又建立了平面假設(shè)。 1713年法國巴郎提出了中和層理論：認(rèn)為一邊受拉，一邊受壓，但該理論無法用試驗驗證，而未被人們接受。 1767年法國科學(xué)家容格密里用簡單的試驗驗證了巴郎理論中一邊受拉，一邊受壓的結(jié)論。后人把該試驗譽為“路標(biāo)試驗”。 1821年法國科學(xué)院院士拿維葉從理論上導(dǎo)出了受彎構(gòu)件斷面應(yīng)力計算公式，20年后該公式被法國另一位院士阿莫列思用試驗方法驗證了。框架結(jié)構(gòu)矩形截面柱和圓形截面柱：拉壓型破壞異型截面柱：剪切型破壞混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 （2）結(jié)構(gòu)試驗是發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計誤區(qū)的主要手段斜撐幾乎不起作用；斜撐交點首先出現(xiàn)塑性角而破壞。 通過多次改進(jìn)：

9、有如一些特殊結(jié)構(gòu)的研究，需要做大量的結(jié)構(gòu)試驗，如混凝土-復(fù)合結(jié)構(gòu)：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土-鋼，籠式結(jié)構(gòu)等。 （3）結(jié)構(gòu)試驗是驗證結(jié)構(gòu)理論的唯一方法受彎桿件截面應(yīng)力分布的平截面假定 彈性力學(xué)的平面應(yīng)力問題應(yīng)力集中現(xiàn)象的計算理論復(fù)雜的結(jié)構(gòu)平面分析理論結(jié)構(gòu)空間分析理論隔震結(jié)構(gòu)、消能結(jié)構(gòu)設(shè)計理論（4）結(jié)構(gòu)試驗是建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量鑒定的直接方式； 如災(zāi)害或事故后建筑工程的評估、鑒定（5）結(jié)構(gòu)試驗是制定各類技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)； 不但總結(jié)大量已有科學(xué)實驗的成果和經(jīng)驗，還進(jìn)行了大量鋼筋砼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的梁、柱、節(jié)點、框架、墻板等實體或縮尺模型的試驗以及實體建筑物的試驗研究?？茖W(xué)研究性試驗和生產(chǎn)鑒定

10、性試驗科研性試驗?zāi)康模候炞C、改進(jìn)和發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的理論和方法主要表現(xiàn)： （1）驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的各種假定； （2）制定各種設(shè)計規(guī)范； （3）發(fā)展新的設(shè)計理論； （4）為發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)、新材料及新工藝 提供理論與實踐的經(jīng)驗。三、結(jié)構(gòu)試驗的目的鋼管混凝土索膜結(jié)構(gòu) 生產(chǎn)鑒定性試驗 目的：檢驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否符合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范及施工驗收規(guī)范的要求，并對檢驗結(jié)果作出技術(shù)結(jié)論。 對象：一般是真實的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。 應(yīng)用： 1）鑒定結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量的可靠程度。 2）鑒定預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量。 3）工程改建或加固，通過試驗判斷結(jié)構(gòu)的實際承載力。 4）為處理受災(zāi)結(jié)構(gòu)和工程事故，提供技術(shù)依據(jù)。 5）已建結(jié)構(gòu)可靠性檢驗，

11、推定結(jié)構(gòu)剩余壽命。 生產(chǎn)鑒定性試驗 生產(chǎn)鑒定性試驗 生產(chǎn)鑒定性試驗 四、工程結(jié)構(gòu)試驗分類 按試驗對象的尺寸分類 原型試驗：實際結(jié)構(gòu)或是按實物結(jié)構(gòu)足尺復(fù)制的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。一般用于生產(chǎn)性試驗，例如秦山核電站安全殼加壓整體性能試驗、工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的剛度試驗、樓蓋承載能力試驗、高層建筑上的風(fēng)振測試、環(huán)境隨機振動測定結(jié)構(gòu)動力特性。 模型試驗：按原型結(jié)構(gòu)縮小的模型，又分為相似模型試驗和縮尺模型試驗。 相似模型試驗 模型是仿照原型并按照一定比例關(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。模型的設(shè)計制作及試驗是根據(jù)相似理論、用適當(dāng)?shù)谋壤拖嗨撇牧现瞥膳c原型幾何相似的試驗對象，在模型上施加相似力系，使

12、模型受力后重演原型結(jié)構(gòu)的實際工作，最后按照相似理論由模型試驗結(jié)果推算實際結(jié)構(gòu)工作?？s尺模型試驗 即小構(gòu)件試驗，不需依靠相似理論，無須考慮相似比例對試驗結(jié)果的影響，是用試驗結(jié)果與理論計算進(jìn)行對比校核的方法研究結(jié)構(gòu)的性能，驗證設(shè)計假定與計算方法的正確性，并認(rèn)為這些結(jié)果所證實的一般規(guī)律與計算理論可以推廣到實際結(jié)構(gòu)中去。原型試驗?zāi)Ｐ驮囼炘驮囼炘驮囼災(zāi)Ｐ驮囼災(zāi)Ｐ驮囼災(zāi)Ｐ驮囼烇L(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ驮囼烇L(fēng)洞試驗按試驗荷載性質(zhì)分類靜力試驗單調(diào)靜力試驗、低周反復(fù)靜力試驗（偽靜力試驗）優(yōu)點：加載設(shè)備簡單，試驗觀測方便缺點：不能反映結(jié)構(gòu)動力性能動力試驗振動臺試驗、疲勞試驗、風(fēng)載試驗等優(yōu)點：能真實反映結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響

13、應(yīng)缺點：加載設(shè)備和測試手段復(fù)雜靜力試驗單調(diào)靜力試驗靜力試驗低周反復(fù)靜力試驗低周反復(fù)靜力試驗又稱偽靜力試驗鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)擬靜力倒塌試驗靜力試驗擬動力試驗靜力試驗觀測方便，可人工讀數(shù) 鋼筋混凝土梁受彎試驗觀測項目： 應(yīng)力、撓度、裂縫、破壞形態(tài)動力試驗結(jié)構(gòu)動力特性試驗動力試驗地震模擬振動臺試驗動力試驗風(fēng)洞試驗動力試驗疲勞試驗、抗爆試驗、沖擊試驗、耐火試驗 按試驗時間分類 短期荷載試驗和長期荷載試驗。 按試驗場合分類 試驗室試驗和現(xiàn)場試驗。五、建筑結(jié)構(gòu)試驗的發(fā)展加載設(shè)備大型，超大型（50000kN）電液壓力伺服機；復(fù)雜多向加載系統(tǒng)；大型風(fēng)洞、大型離心機、火災(zāi)實驗室測試儀器高精度、高靈敏度、強抗干擾；智能傳感器、高速采樣計算機應(yīng)用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)控制、數(shù)值模擬加載設(shè)備250kN2000kN加載設(shè)備10000kN22.5m（寬）4.5m（高）36m（長），位居世界第一 轉(zhuǎn)動半經(jīng)5.03m，最大加速度300g，有效負(fù)載1.5t 測試儀器測試儀器結(jié)構(gòu)試驗課程的特點專