工程結(jié)構(gòu)試驗課件

1、土木工程結(jié)構(gòu)試驗與檢測第1頁，共21頁。課前動員（“磨刀”）一、課程是否重要？1、“思想決定行動”，一旦認(rèn)識出現(xiàn)了偏差，其結(jié)果就不言而喻。2、判別標(biāo)準(zhǔn)是什么？興趣、盲從、無奈？3、學(xué)校為什么開這門課？4、本課程的作用：用試驗的方法驗證理論、施工工藝符合性，鑒于剩余價值。二、學(xué)習(xí)態(tài)度和目的思考1、換位思考對比2、主觀為社會，客觀是為自己。父母得到了什么？三、介紹與體會四、要求1、課堂紀(jì)律：聽講、筆記、不講話、不無故曠課，沒通知一直在此上課。2、平時成績：按考勤（每次班長點名我抽查）；試驗成績：考勤+試驗報告；平時作業(yè)：自己做每章節(jié)后的思考題。3、教學(xué)方法：根著“目的”和我的思路走，“重點”我會提

2、示，做好記錄。第2頁，共21頁。本門課程授課的主要內(nèi)容是：第一章：緒論介紹課程的主要內(nèi)容（2學(xué)時）第二章：結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計介紹如何進(jìn)行試驗（4學(xué)時）第三章：加載設(shè)備與試驗裝置介紹如何進(jìn)行加載（2學(xué)時）第四章：介紹量測儀器（4學(xué)時）第五章：靜力試驗（4學(xué)時）第六章：動力試驗（2學(xué)時）第七章：模型試驗（4學(xué)時）第3頁，共21頁。這門課講的主要內(nèi)容是什么？ 是：如何進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)的試驗。 若要使試驗結(jié)果能反映實際狀況，試驗對象必須和實際結(jié)構(gòu)一樣，承受相同的荷載、具有相同的邊界條件等； 要使試驗數(shù)據(jù)能進(jìn)行比對，必須遵照相同的試驗規(guī)程； 如何開展試驗？如何正確地施加荷載？如何選擇儀器設(shè)備？如何量取試驗參數(shù)

3、？如何分析試驗數(shù)據(jù)等等。 上述都是正確進(jìn)行試驗的基礎(chǔ)，也是今后學(xué)習(xí)的內(nèi)容。第一章 工程結(jié)構(gòu)試驗概論第4頁，共21頁。 為什么要試驗？ 因為實踐（驗）是檢驗真理（理論）的唯一標(biāo)準(zhǔn)。沒有被證明的理論只是一種猜想！如：新的理論如何建立？理論是否可靠？施工質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求？一些涉及重大安全的項目是否安全？災(zāi)后結(jié)構(gòu)能否繼續(xù)使用等等？暗物質(zhì)、暗能量、量子糾纏等第5頁，共21頁。為什么要對工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)件做試驗？ 1、檢驗結(jié)構(gòu)能否安全有效地承受外部及內(nèi)部形成的各種（荷載）作用。包括：建造階段可能產(chǎn)生的各種施工荷載；正常使用階段可能遭遇的各種外界作用，特別是自然和人為災(zāi)害的作用；老化階段可能經(jīng)歷的各種損傷的

4、累積（裂、銹、碳化等）和正常抗力的喪失（徐變、應(yīng)力松弛）等。 2、是否滿足功能及使用上的要求。 3、結(jié)構(gòu)是否經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、合理，既要保證在它在使用期限內(nèi)安全同時還要經(jīng)濟(jì)。第6頁，共21頁。 問題：1、如何證明結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)？ -計算公式？沒有計算理論怎么辦？2、計算理論如何建立？ -建立計算模型，通過大量試驗數(shù)據(jù)修正得到。 3、已有結(jié)構(gòu)工作性能狀況（施工工藝是否滿足要求？或剩余價值如何）？ 4、新材料、新體系、新工藝如何運用等？ 答案： 用結(jié)構(gòu)試驗的方法進(jìn)行探索、證明。 因此，用試驗的方法驗證結(jié)構(gòu)是否安全、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)是工程結(jié)構(gòu)試驗的主要目的，它為工程結(jié)構(gòu)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新等方面的發(fā)展起著重

5、要作用。第7頁，共21頁。結(jié)構(gòu)試驗是指： 在實際結(jié)構(gòu)物或試驗對象(桿件、構(gòu)件、子結(jié)構(gòu)或其模型)上： 以儀器設(shè)備為工具， 以各種試驗技術(shù)為手段， 在施加各種作用(荷載、機械擾動力、模擬的地震作用、力、溫度、變形)的工況下， 量測與試驗對象工作性能有關(guān)的各種參數(shù)(應(yīng)變、變形、振幅、頻率)和試驗對象的實際破壞形態(tài)， 評定試驗對象的剛度、抗裂度、裂縫狀態(tài)、強度、承載力、穩(wěn)定和耗能能力等，確定工程結(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。由此可以看出，今后本課程的學(xué)習(xí)重點是：如何開展試驗？如何選用、使用儀器設(shè)備？如何進(jìn)行測點布置和量測？如何評價“試件”的狀態(tài)？第8頁，共21頁。 如何正確

6、地開展試驗？首先，試驗的進(jìn)行要滿足以下基本條件： 1、“試件”（試驗對象）的量測項目能滿足試驗?zāi)康?，且邊界條件滿足計算簡圖； 2、加荷、承荷（承受反力）裝置滿足試驗要求，滿足計算簡圖和邊界條件； 3、試驗方法滿足相應(yīng)規(guī)程； 4、量測儀器滿足試驗要求；其次，掌握基本的試驗技術(shù)，包括量測技術(shù)（怎么量測等）；再次，了解常規(guī)儀器設(shè)備性能、使用方法；最后，了解量測數(shù)據(jù)或狀態(tài)的評價方法；第9頁，共21頁。第一節(jié) 工程結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)工程結(jié)構(gòu)試驗任務(wù)是：根據(jù)不同的試驗?zāi)康?，用試驗方式，測定結(jié)構(gòu)在各種作用下的相關(guān)數(shù)據(jù)，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

7、要的依據(jù)。第10頁，共21頁。第二節(jié) 工程結(jié)構(gòu)試驗的目的工程結(jié)構(gòu)試驗的目的有：（本課程的作用）一、生產(chǎn)鑒定性試驗試驗對象：實際結(jié)構(gòu)或構(gòu)件；試驗?zāi)康模簷z驗產(chǎn)品是否符合結(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；該類試驗的應(yīng)用包括：對結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工進(jìn)行簽定（重要或新型或新工藝結(jié)構(gòu)）；判斷改建和加固的工程結(jié)構(gòu)的實際承載能力為工程事故鑒定提供技術(shù)根據(jù)；對巳建結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性檢驗、推斷和估計結(jié)構(gòu)的剩余壽命；鑒定預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品的質(zhì)量；第11頁，共21頁。二、科學(xué)研究性試驗 試驗對象：實際構(gòu)件（節(jié)點）或結(jié)構(gòu)與構(gòu)件模型； 試驗?zāi)康模候炞C結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的各種假定；制定各種設(shè)計規(guī)范，發(fā)展新的設(shè)計理論，改

8、進(jìn)設(shè)計計算方法；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。該類試驗的應(yīng)用包括：驗證結(jié)構(gòu)計算理論的假定；為制定或修訂設(shè)計規(guī)范提供依據(jù)；為發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)、新材料與新工藝提供實踐經(jīng)驗； 從以上二類試驗情況分析，無論大家今后從事哪方面的土木專業(yè)工作，本門課程的知識都能用上。第12頁，共21頁。第三節(jié) 工程結(jié)構(gòu)試驗的分類一、根據(jù)試驗?zāi)康牟煌煞郑?生產(chǎn)性試驗和科研性試驗二、根據(jù)試驗荷載性質(zhì)不同可分： 靜力試驗和動力試驗，其中 靜力試驗指：試驗過程中，結(jié)構(gòu)本身運動的加速度效應(yīng)(慣性力效應(yīng))可以忽略不計。 靜力試驗又可分：單調(diào)靜力荷載試驗、擬靜力試驗和擬動力試驗。單調(diào)靜力荷載試驗是指試驗荷載

9、逐漸單調(diào)增加到結(jié)構(gòu)破壞或預(yù)定的狀態(tài)目標(biāo)，研究結(jié)構(gòu)受力性能的試驗。 第13頁，共21頁。擬靜力試驗也稱低周期反復(fù)荷載試驗或偽靜力試驗。它是利用加載系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)施加逐漸增大的反復(fù)作用荷載或交替變化的位移，使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力的歷程與結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力歷程基本相似，屬于結(jié)構(gòu)抗震試驗方法，但其加載速度遠(yuǎn)低于實際結(jié)構(gòu)在地震作用下所經(jīng)歷的變形速度。 擬動力試驗也是一種結(jié)構(gòu)抗震試驗方法，是將地震實際反應(yīng)所產(chǎn)生的慣性力作為荷載加在試驗結(jié)構(gòu)上，使結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的非線性力學(xué)特征與結(jié)構(gòu)在實際地震動作用下所經(jīng)歷的真實過程完全一致。由于這種試驗是用靜力方式進(jìn)行的而不是在振動過程中完成的，故稱擬動力試驗。動力試驗的內(nèi)容包括：動

10、荷載的特性試驗；結(jié)構(gòu)的動力特性試驗；結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的動力反應(yīng)試驗。其中：第14頁，共21頁。1、動荷載的特性試驗包括： 動荷載的特性包括作用力的大小、方向、頻率及其作用規(guī)律等量測內(nèi)容：動荷載自身參數(shù)和主振源的測定試驗；2、結(jié)構(gòu)動力特性試驗包括： 結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼比、振型等參數(shù)。這些參數(shù)取決于結(jié)構(gòu)的形式、剛度、質(zhì)量分布、材料特性及構(gòu)造連接等因素，與外載無關(guān)。 結(jié)構(gòu)的動力特性參數(shù)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震計算、解決結(jié)構(gòu)共振問題及診斷結(jié)構(gòu)累積損傷的基本依據(jù)。是動力試驗的最基本內(nèi)容。試驗對象：以整體結(jié)構(gòu)為主，可以在現(xiàn)場測試實體(原型)結(jié)構(gòu)的動力特性，也可以在實驗室對模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力特性試驗。第15頁，共2

11、1頁。3、結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)試驗 測定結(jié)構(gòu)在實際工作（或荷載作用）時的振動參數(shù)(振幅、頻率等)及性狀； 模擬地震振動臺試驗 對振動臺輸入各種形式地震波后，量測臺上結(jié)構(gòu)模型的反應(yīng)和地震震害發(fā)生的過程； 有助于力學(xué)計算模型的建立； 風(fēng)洞試驗（模擬風(fēng)力試驗） 量測模擬建筑周圍氣流對結(jié)構(gòu)的作用 疲勞試驗 了解在重復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能及變化規(guī)律 第16頁，共21頁。三、根據(jù)試驗對象不同可分：實體試驗：試驗對象一般是實際結(jié)構(gòu)或構(gòu)件；模型試驗： 模型是仿照原型(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；四、按試驗場合不同可分：實驗室試驗：實驗室試驗可獲得良好的工作條件，

12、可應(yīng)用精密和靈敏的儀器設(shè)備進(jìn)行試驗，具有較高的準(zhǔn)確度，減少或消除各種不利因素對試驗的影響，常用于研究性試驗。 現(xiàn)場試驗：在生產(chǎn)和施工現(xiàn)場進(jìn)行的試驗。與實驗室試驗相比，由于客觀環(huán)境條件的影響，加載方法和量測方法受到了一定的限制，所以應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臋z測試驗方法以提高試驗的準(zhǔn)確度。第17頁，共21頁。五、根據(jù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞與否可分：非破壞性試驗：指使用性能檢驗和承載力檢驗。證實結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在規(guī)定荷載的作用下不出現(xiàn)過大的變形和損傷；或承載力達(dá)到設(shè)計承載力（試驗最大荷載為設(shè)計要求荷載）；檢驗的對象可以是實際的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，也可以是足尺的模型。破壞性試驗：為了掌握試驗結(jié)構(gòu)或構(gòu)件由彈性進(jìn)入塑性甚至破壞階段時的結(jié)構(gòu)

13、性能和破壞形態(tài)等試驗資料；常用于確定結(jié)構(gòu)或模型的實際承載力；六、按荷載作用時間的長短可分：短期荷載試驗：限于試驗條件、時間和基于解決問題的步驟，一般情況下，都是采用短期荷載試驗，即荷載從零開始一直施加到結(jié)構(gòu)破壞或到某階段進(jìn)行卸載，荷載作用時間短 ；第18頁，共21頁。嚴(yán)格地講，這種短期荷載試驗不能代替長年累月進(jìn)行的長期荷載試驗，在分析試驗結(jié)果時必須加以修正； 長期荷載試驗：研究結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下的性能，如混凝土結(jié)構(gòu)的徐變、裂縫開展與剛度退化，預(yù)應(yīng)力鋼筋的松弛等 它將連續(xù)進(jìn)行幾個月甚至數(shù)年；通過試驗以獲得結(jié)構(gòu)的變形隨時間變化的規(guī)律；為了保證試驗的精度，需要對試驗環(huán)境有嚴(yán)格的控制，如保持恒溫恒濕

14、，防止振動影響等 第四節(jié) 結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展與結(jié)構(gòu)試驗的關(guān)系隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，試驗技術(shù)水平（包括儀器設(shè)備）和相關(guān)理論、方法得以迅速發(fā)展。一旦科學(xué)技術(shù)包括試驗技術(shù)（設(shè)備、方法）的突破，向人們揭示新的事實、提出新的問題、導(dǎo)致新的假設(shè)、新的學(xué)說出現(xiàn)。過去的發(fā)展史就是這樣：第19頁，共21頁。如：1638年“伽里略”（意）認(rèn)為：受彎梁截面應(yīng)力分布均勻且受拉。1684年（46年后）“馬里奧脫”（德）和“萊布尼茲”（法）認(rèn)為應(yīng)力是三角形分布。1713年（19年后）（法）“巴朗”提出應(yīng)力是以中和層為界、上壓、下拉。由于該假說未被試驗證實，因此不被人們接受。1716年（54年后）法“容格蜜里”用一根木梁證明了“巴朗”的假定，該實驗被當(dāng)時的科學(xué)界譽為“路標(biāo)試驗”，即給一佰多年來摸索結(jié)構(gòu)強度計算理論指明了方向和方法。1821年（54年后）（德）“納維葉”從理論上推導(dǎo)出 二十多年后（德）“阿莫列恩”用試驗的方法對上式進(jìn)行了證明。至此二佰多年不斷探索才告一段落。由此可以看出：未被實踐證明的理論是難以被人們所接受。大家的研究成果也一樣要