建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)基本知識(shí)

1、土木工程試驗(yàn)一、基本知識(shí)1、靜力試驗(yàn)：缺點(diǎn)：不能反映應(yīng)變速度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響2、動(dòng)力試驗(yàn)：抗震動(dòng)力試驗(yàn)一般用電液伺服加載設(shè)備或地震模擬振動(dòng)臺(tái)等設(shè)備來(lái)進(jìn)行。注意：對(duì)每個(gè)試驗(yàn)、每次加載、每個(gè)測(cè)點(diǎn)、每個(gè)儀表都應(yīng)該有十分明確的 目的性和針對(duì)性，切忌盲目追求試驗(yàn)次數(shù)多，儀表測(cè)點(diǎn)多，以及不切實(shí)際 的提高量測(cè)精度。3、試驗(yàn)大綱是指導(dǎo)整個(gè)試驗(yàn)的技術(shù)文件，包含：（1）試驗(yàn)?zāi)康模?）試件設(shè)計(jì)與制作要求（3）試件的支撐要求與加載方法（4）量測(cè)要求（5）安全措施（6）實(shí)驗(yàn)人員的組織分工，試驗(yàn)進(jìn)度計(jì)劃的制定（7）經(jīng)費(fèi)預(yù)算及消耗性材料的用量，實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀表清單（8）輔助試驗(yàn)內(nèi)容注意：制定大綱時(shí)，一定要對(duì)試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行充分的研究，

2、對(duì)試驗(yàn)對(duì)象作出 初步的理論計(jì)算分析。試件的制作：制作尺寸偏差應(yīng)控制在5鳩內(nèi)試件的制作過(guò)程中應(yīng)記施工記錄日志，注明試件澆筑日期、原材料情 況、配比、振搗養(yǎng)護(hù)情況、箍筋實(shí)際尺寸、保護(hù)層厚度、預(yù)埋件位帶等， 凡制作過(guò)程中的一切變動(dòng)，均應(yīng)詳細(xì)如實(shí)的記錄。在準(zhǔn)備工作階段和試驗(yàn) 階段每天記工作日志。4、模型或小試件試驗(yàn)對(duì)于微型混凝土截面在4cmnK 6cm或5cmX 5cm以內(nèi)或微型砌體（磚塊 尺寸為1.5cm x 3cmx 6cm），普通混凝土截面小于10cmix 10cm磚砌 體小于74cmx 36cm砌塊砌體小于60cmx 120cm的試件都有尺寸效應(yīng)，必須加以考慮。當(dāng)砌塊砌體試件大到120cmX

3、244cm尺寸效應(yīng)才不顯著。因此普通混凝土試件截面邊長(zhǎng)在12c m以上，砌體墻最好是真型的1/4以上。但是，在滿足構(gòu)造模型要求的條件下太大的試件尺寸也沒(méi)有必要。因此，局部性的試件尺寸可取真型的1/41,整體性的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)試件可取1/101/2.作為基本構(gòu)件性能研究，壓彎構(gòu)件的截面尺寸為16cmx 16cm35cmx 35cm，短柱（偏壓剪）為15cmX 15cm- 50cmX 50cm,雙向受力構(gòu)件為 10cmX 10cm30cmX 30cm。國(guó)內(nèi)試驗(yàn)研究框架截面大約為真型 的1 /4 1/2 ;框架節(jié)點(diǎn)，為真型比例的1/21。剪力墻方面單層墻體的外形尺寸為80cmX 100cnr178cnX

4、274cm,多 層的剪力墻為真型的1/101/3cm。磚石和砌塊一般取真型的1/41/2。動(dòng)力試驗(yàn)，一般在現(xiàn)場(chǎng)真型結(jié)構(gòu)上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)室內(nèi)，可以對(duì)足尺構(gòu)件 進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。振動(dòng)臺(tái)上試驗(yàn)，已完成1/501/4。5、試驗(yàn)數(shù)量設(shè)計(jì)方法 （1 ）、優(yōu)選設(shè)計(jì)法利用數(shù)學(xué)原理合理安排試驗(yàn)點(diǎn)（2）、因子設(shè)計(jì)法（不常采用）試驗(yàn)數(shù)=水平數(shù)因子數(shù)（3）、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法主要是應(yīng)用均衡分散、整齊可比性的設(shè)計(jì)原則， 合理安排試驗(yàn)。（4）、均勻設(shè)計(jì)法6、儀器的選擇使儀器的最小刻度值不大于5%的最大被測(cè)值。最大被測(cè)值宜在滿量程的 1/5 2/3范圍內(nèi)，一般最大被測(cè)者不宜大于選用儀表最大量程的80%。 注意：在進(jìn)行科研型試驗(yàn)中，

5、要求同一型號(hào)的試件與試件之間，結(jié)構(gòu)構(gòu)件 與材性之間要保證做到嚴(yán)格的材料性質(zhì)的一致性、施工工藝的一致性和 養(yǎng)護(hù)條件的一致性。這就要求對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件澆筑時(shí)要用同批攪拌的混凝土、同樣條件 的成型和養(yǎng)護(hù)、同時(shí)進(jìn)行測(cè)壓的條件。對(duì)于鋼筋骨架要在同一根鋼筋上 截取材性試件，有時(shí)甚至在構(gòu)件試驗(yàn)破壞后，從被破壞的試件中敲出鋼 筋取樣進(jìn)行材料試驗(yàn)。用砌石或砌塊砌體砌筑時(shí)，要求用同一工人、用 同批磚塊或砌塊和同批拌制的砂漿去砌筑同一砌體試件，這 樣才可能消 除誤差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。7、試驗(yàn)報(bào)告一般包括：（1）試驗(yàn)?zāi)康模?）試驗(yàn)對(duì)象的簡(jiǎn)介和考察（3）試驗(yàn)方法和依據(jù)（4）試驗(yàn)情況及存在問(wèn)題（5）試驗(yàn)成果的處理與分析

6、（6）結(jié)束結(jié)論（7）附錄二、工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)量測(cè)技術(shù)量測(cè)內(nèi)容：外部條件（主要為外荷載及支座反力等）、結(jié)構(gòu)變形（位移、 應(yīng)變、曲率等）、內(nèi)力（應(yīng)力）、裂縫以及自振頻率、振型、阻尼 比等一 系列動(dòng)力特性?；緶y(cè)量方法：偏位測(cè)定法和零位測(cè)定法。偏位測(cè)定法根據(jù)量測(cè)儀器放大 部分產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)或位移量定出預(yù)測(cè)參數(shù)的大小。百分表、雙杠桿應(yīng)變儀； 零位測(cè)定法是用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去抵消未知物理量對(duì)儀表產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，使被 測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量對(duì)儀器的指示裝銘的效應(yīng)經(jīng)常保持相等，指示裝銘指零時(shí)的 標(biāo)準(zhǔn)量。如靜態(tài)電子應(yīng)變儀。1、應(yīng)變電測(cè)法一般分為應(yīng)變機(jī)械測(cè)法和應(yīng)變電測(cè)法。電阻應(yīng)變片的性能：（1）標(biāo)距I；（2）使用面積IX b;（3）電阻

7、值R,一般為120門(mén)；（4）靈敏系數(shù)K,通常K=2. 0左右；（5）應(yīng)變極限，一般為1%3%左右；（6）機(jī)械 滯 后；（7）疲勞壽命；（8）零漂；（9）蠕變；（10 ）絕緣電阻；（11） 溫度適用范圍，可溶性粘合劑工作溫度約為-2060C;經(jīng)化學(xué)作用而固化 的粘合劑，工作溫度約為-60200C; （12）橫向靈敏度系數(shù)、溫度特征、頻響特性。敏感柵的結(jié)構(gòu)形狀有單軸和多軸之分。單軸應(yīng)變片一般指一片只有一個(gè)敏 感柵，多用于測(cè)量單軸應(yīng)變；多軸應(yīng)變片指一片有幾個(gè)敏感柵組成，也稱 應(yīng)變化。應(yīng)變片的粘貼技術(shù)：（1）選擇應(yīng)變片。應(yīng)注意試件的材質(zhì)性質(zhì)和試件的應(yīng)力狀態(tài)。均質(zhì)材料或應(yīng)變場(chǎng)的應(yīng)變變化較大時(shí)，應(yīng)采用小標(biāo)

8、距應(yīng)變片。對(duì)非勻質(zhì) 材料（如混凝土、鑄鐵等）應(yīng)采用大標(biāo)距應(yīng)變片。在混凝土上使用 應(yīng)變，其標(biāo)距應(yīng)大于混凝土粗骨料最大粒徑的3倍。處于平面應(yīng)變狀態(tài)下測(cè)點(diǎn)應(yīng)選用應(yīng)變花。在分選應(yīng)變片時(shí)，應(yīng) 逐片 進(jìn)行外觀檢查，應(yīng)變片絲柵應(yīng)平直，片內(nèi)無(wú)氣泡、霉斑、銹點(diǎn)等缺 陷，不合格的片應(yīng)剔除；然后用電橋逐片測(cè)定阻值并以阻值分成若 干組。同一組應(yīng)變片的阻值偏差不得超過(guò)應(yīng)變儀可調(diào)平衡的允許范 圍，一般在0.5門(mén)以內(nèi)。（2）選擇黏結(jié)劑。分為水膠和膠劑兩類。選擇時(shí)候視應(yīng)變片基底材 料 和試件材料的不同而異。一般要求黏結(jié)劑具有足夠的抗拉強(qiáng)度和抗 剪強(qiáng)度，蠕變小和絕緣性能好。目前在勻質(zhì)材料粘貼應(yīng)變片常采用 氤基丙烯酸累水劑黏結(jié)劑

9、；在混凝土等非勻質(zhì)材料上常用環(huán)氧樹(shù)脂 膠。（3）測(cè)點(diǎn)表面處理。先用工具或化學(xué)試劑清除貼片處的漆層、油污、 銹層等污垢，然后用鋰刀鋰平，在用0號(hào)砂紙?jiān)谠嚰砻娲虺?5 度的斜紋，吹去浮塵并用丙酮、四氯化碳等溶劑擦洗干凈。應(yīng)變片的粘貼與干燥。選擇膠劑，在試件上畫(huà)出測(cè)點(diǎn)的定向標(biāo)記。用氤基丙烯酸類水劑貼片時(shí)，先在試件表面的定向標(biāo)記處和應(yīng) 變片基底上分別涂一層均勻膠層，待膠層發(fā)黏迅速將應(yīng)變片按正確 的位銘就位，并取一塊聚乙烯薄膜蓋在應(yīng)變片上，用手指稍加壓力 后即可等待其干燥。在混凝土或砌塊等表面貼片時(shí)，一般應(yīng)先用環(huán) 氧樹(shù)脂膠做找平層，待膠層完全固化后再用砂紙打磨，擦洗后方可 貼片。焊接導(dǎo)線。先在離應(yīng)變片

10、3 5mn處粘貼接線端子。應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量檢查。用兆歐表量測(cè)應(yīng)變片的絕緣電阻；觀 察應(yīng) 變片的零點(diǎn)漂移，若漂移值小于5，(4min之內(nèi))認(rèn)為合格；將應(yīng) 變片接入應(yīng)變儀，檢查其工作的穩(wěn)定性。若漂移值過(guò)大，工作穩(wěn)定 性差，則應(yīng)鏟除重貼。防潮和防水處理。防潮措施必須在檢查應(yīng)變片貼片質(zhì)量合格后立即進(jìn)行。防潮的簡(jiǎn)便方法是用松香石蠟合劑或凡士林涂于應(yīng)變片 表面，使應(yīng)變片與空氣隔離達(dá)到防潮目的。防水處理一般 都采用環(huán) 氧樹(shù)脂膠。2、鋼弦式傳感器優(yōu)點(diǎn)：輸出的是頻率而不是電壓埋入式應(yīng)變計(jì)。又稱埋入式應(yīng)變傳感器，多埋于混凝土、鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)物中。主要用于結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(yīng)變(應(yīng)力)的長(zhǎng)期觀 測(cè)；也可用于病害工程，采

11、取鑿孔(槽)的方式埋入混凝土中，便 于觀測(cè)病害的發(fā)展情況。（2）表面式應(yīng)變計(jì)。安裝在建筑物的表面，用于結(jié)構(gòu)物應(yīng)變或混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的觀測(cè)。（3）鋼筋應(yīng)力計(jì)。也稱鋼筋應(yīng)力傳感器，常用于量測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 中的鋼筋應(yīng)力，亦可將其串接起來(lái)用于量測(cè)隧道及地下工程 錨桿的 應(yīng)力分布。3、光纖光柵法。系統(tǒng)主要由光纖光柵傳感器、傳輸信號(hào)用的光纖和光 纖光柵解調(diào)設(shè)備組成。主要用于獲取溫度、應(yīng)變、位移等 物理量的 值。特別適用于：室外、大型結(jié)構(gòu)（如橋梁、公路、水壩等）的應(yīng) 變測(cè)試即安全檢測(cè)。4、位移測(cè)量（1） 線位移測(cè)量。線位移傳感器（簡(jiǎn)稱位移傳感器）可用來(lái)測(cè)量結(jié) 構(gòu) 的位移，包括結(jié)構(gòu)的反應(yīng)和對(duì)結(jié)構(gòu)的作用、支座位

12、移等，它測(cè)得的 位移是某一點(diǎn)相對(duì)另一點(diǎn)的位移，即測(cè)點(diǎn)相對(duì)于位移傳感器支架固 定點(diǎn)的位移。通常把傳感器支架固定在試驗(yàn)臺(tái)或地 面的不動(dòng)點(diǎn)上， 這時(shí)所測(cè)到的位移表示測(cè)點(diǎn)相對(duì)于試驗(yàn)臺(tái)座或地面的位移。常用的 位移傳感器有：機(jī)械式百分表、電子百分表、滑阻式傳感器和差動(dòng) 電感式傳感器。（2）角位移測(cè)量。主要有以下類型：水準(zhǔn)式測(cè)角儀、表式測(cè)角儀、電 子測(cè)角儀。5、光電撓度計(jì)。是一種光電圖像式橋梁撓度檢測(cè)儀，檢測(cè)頻率范圍達(dá) 到020Hz,每秒采樣達(dá)40200個(gè)點(diǎn)。所以，它是橋梁 工程檢測(cè)工 作中用來(lái)檢測(cè)撓度、位移、變形的一種新型儀器。6、應(yīng)變場(chǎng)的應(yīng)變及裂縫測(cè)定。電阻應(yīng)變片的測(cè)量結(jié)果代表的是應(yīng)變片 柵長(zhǎng)內(nèi)的平均應(yīng)

13、變,絕不是柵長(zhǎng)中點(diǎn)處的應(yīng)變；對(duì)鋼筋混凝土和磚 石、砌體等結(jié)構(gòu)，在試驗(yàn)過(guò)程中必須測(cè)定裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展。采用 振弦式裂縫計(jì)用于測(cè)量裂縫的開(kāi)度，例如：建筑、橋梁、管道、大 壩等內(nèi)部的施工縫；土體內(nèi)的張拉縫與巖石和 混凝土內(nèi)的接縫；采 用裂縫擴(kuò)展片以測(cè)定裂紋是否已達(dá)到該柵 條處；采用石灰漿涂層來(lái) 發(fā)現(xiàn)裂縫，是在構(gòu)件表面刷一薄層石 灰漿后借助放大鏡用肉眼查找 裂縫，為便于記錄和描述裂縫的發(fā)展部位，在構(gòu)件表面劃出5cmK 5cm左右的方格。當(dāng)需要更精 確的確定開(kāi)裂荷載時(shí)，在拉區(qū)連續(xù)搭接 安裝應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)第一批 裂縫的出現(xiàn)。7、測(cè)溫元件。是橋梁工程檢測(cè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,用于橋梁結(jié)構(gòu) 溫度 測(cè)試的常用元件有熱電

14、阻、熱敏電阻、熱電偶等。8、測(cè)振傳感器。又稱為拾振器，是將機(jī)械振動(dòng)信號(hào)變換成電參量的一 種敏感元件。種類繁多，按測(cè)量參數(shù)可分為位移式、速度式和加速 度式；按構(gòu)造原理可分為磁電式、壓電式和應(yīng)變式；從使用角度出 發(fā)又可分為絕對(duì)式（或稱慣性式）和相對(duì)式、接觸式和非接觸式 等。三、工程結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)1、加載方案設(shè)計(jì)。正位試驗(yàn)、異位試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行稱為成對(duì)試驗(yàn)。2、測(cè)點(diǎn)的選擇和布資。主要測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)能控制結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力（應(yīng)變）和最大撓度（位移）。一般情況下，對(duì)撓度測(cè)點(diǎn)的布設(shè)要求能夠 測(cè)量 結(jié)構(gòu)的豎向撓度、側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)變形，應(yīng)能給出受檢跨及相鄰 跨的撓曲值和最大撓度。每跨一般需要布設(shè)35個(gè)測(cè)點(diǎn)。應(yīng)力應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的

15、布設(shè)應(yīng) 測(cè)出內(nèi)力控制截面沿豎向、橫向的應(yīng)力分布狀態(tài)。對(duì)組 合構(gòu)件應(yīng)測(cè)出組 合構(gòu)件的結(jié)合面上下緣應(yīng)變。梁的每個(gè)截面的豎向測(cè)點(diǎn)沿截面高度應(yīng)不 少于5個(gè)測(cè)點(diǎn)，包括上、下緣和截面突變處，應(yīng)能說(shuō)明平截面假設(shè)是否 成立。橫向截面抗彎應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布設(shè)在截面橫橋向應(yīng)力可能分布較大的部 位，沿截面上下緣布設(shè)，橫橋向布設(shè)一般不少于3處，以控制最大應(yīng)力的 分布，寬翼緣構(gòu)件應(yīng)能給出剪力滯效應(yīng)的大小。對(duì)于箱型斷面，頂板和 底板測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)“十”字應(yīng)變花，而腹 板測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)45。應(yīng)變花，T形 斷面下翼緣可用單向應(yīng)變片。剪切應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的布設(shè)一般采用設(shè)谿應(yīng)變花 的方法進(jìn)行觀測(cè)。溫度測(cè)點(diǎn)的布設(shè)在于大多數(shù)測(cè)點(diǎn)較接近的部位設(shè)資12處氣溫觀

16、測(cè)點(diǎn)。常用橋梁的主要 測(cè)點(diǎn)布資應(yīng)能控制結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力（應(yīng)變）和最大撓度（或位移），測(cè) 點(diǎn)的布資不宜過(guò)多，但要保證質(zhì)量，常用的如下：（1）簡(jiǎn)支梁橋：跨中撓度，支點(diǎn)沉降，跨中截面應(yīng)變。（2）連續(xù)梁橋：跨中撓度，支 點(diǎn)沉降，跨中和支點(diǎn)截面應(yīng)變。（3）懸臂梁橋：懸臂端部撓度，支點(diǎn) 沉降，支點(diǎn)截面應(yīng)變。（4）拱橋：跨中與L/4處撓度，拱頂，L/4和拱 腳截面應(yīng)變。四、工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)。歸納起來(lái)大概有以下幾個(gè)方面：（1）工程結(jié)構(gòu)的抗震問(wèn)題。（2）工業(yè)廠房生產(chǎn)過(guò)程中的振動(dòng)問(wèn)題。（3）高層建筑 與高聳構(gòu)筑物（如電視塔、輸電線架空塔架、斜拉橋和懸索橋的索塔 等）設(shè)計(jì)時(shí)需要解決風(fēng)荷載所引起的振動(dòng)問(wèn)題。（4）橋梁設(shè)

17、計(jì)與建設(shè) 中需要考慮車輛運(yùn)動(dòng)對(duì)橋梁的振動(dòng)、流水浮冰對(duì)橋墩的沖刷和沖擊、大雨 使斜拉橋的斜拉索產(chǎn)生雨震和索塔產(chǎn)生振動(dòng)等問(wèn)題。（5）近海結(jié)構(gòu)物 設(shè)計(jì)中需要解決海浪拍擊、風(fēng)暴、浮冰沖擊等引起的振動(dòng)問(wèn)題。（6）國(guó) 防建設(shè)中需要研究建筑物的抗爆問(wèn)題，研究如何抵抗核爆炸等所產(chǎn)生的瞬 時(shí)沖擊荷載（即沖擊波）對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)可分為結(jié)構(gòu)動(dòng)力特 性基本參數(shù)（如自振頻率、阻尼系數(shù)、振型等）和結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的測(cè) 定，結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)疲勞性能試驗(yàn) 等。通常有如下幾項(xiàng)基本內(nèi)容：（1）結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)試，是反映結(jié)構(gòu)本身國(guó)有的動(dòng)力性能，而與外荷載 無(wú)關(guān)。（2）振源識(shí)別和動(dòng)荷載特性測(cè)定。振源識(shí)別就是尋找對(duì)結(jié)構(gòu)振 動(dòng)起主導(dǎo)作用且危害最大的主振源，這是振動(dòng)環(huán)境治理的前提。動(dòng)荷載特 性測(cè)定包括：測(cè)定結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載的大小、方向、頻率及其作用規(guī)律等。（3）結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)測(cè)試。（4）振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)。（5）結(jié)構(gòu)構(gòu)件疲勞試 驗(yàn)。風(fēng)洞試驗(yàn)：采用縮小模型或相似模型在專門(mén)的試驗(yàn)裝銘內(nèi)模擬風(fēng)力試 驗(yàn)，即風(fēng)洞試驗(yàn)。風(fēng)洞是產(chǎn)生不同速度和不