結(jié)構(gòu)試驗原理

建筑結(jié)構(gòu)試驗第一章一、結(jié)構(gòu)試驗的任務結(jié)構(gòu)試驗是一門試驗科學土木工程結(jié)構(gòu)試驗是一項科學實踐性很強的活動，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)作出正確的技術結(jié)論。實踐性：結(jié)構(gòu)設計過程中，工程技術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)試驗應力分析方法。電子計算機技術的應用1）數(shù)學模型方法計算分析技術；2）計算機控制的結(jié)構(gòu)試驗技術。結(jié)構(gòu)試驗主要內(nèi)容1）工程結(jié)構(gòu)靜力試驗和動力試驗的加載模擬技術；2）工程結(jié)構(gòu)變形參數(shù)的量測技術；3）試驗數(shù)據(jù)的采集、信號分析及處理技術；4）對試驗對象作出科學的技術評價或理論分析。結(jié)構(gòu)試驗的任務工程結(jié)構(gòu)試驗的任務就是在結(jié)構(gòu)物或試驗對象（實物或模型）上，利用設備儀器為工具，采用各種實驗技術為手段，在荷載（重力、機械擾動力、地震作用、風力.??.）或其他因素（溫度、變形）作用下，通過量測與結(jié)構(gòu)工作性能有關的各種參數(shù)（變形、撓度、應變、振幅、頻率），從強度（穩(wěn)定性）、剛度和抗裂性以及結(jié)構(gòu)實際破壞形態(tài)來判斷結(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。二、工程結(jié)構(gòu)試驗的目的科學研究性試驗目的：驗證結(jié)構(gòu)設計的某一理論，或驗證各種科學的判斷、推理、假設及概念的正確性，或者是為了創(chuàng)造某種新型結(jié)構(gòu)體系及其計算理論。對象：對象即試件，具體結(jié)構(gòu)或抽象模型。研究問題：1）驗證結(jié)構(gòu)計算理論的假定。2）為制訂設計規(guī)范提供依據(jù)。3）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。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)果作出技術結(jié)論。對象：一般是真實的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。應用：1）檢驗結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，說明工程的可靠性。2）檢驗構(gòu)件或部件的結(jié)構(gòu)性能，判定構(gòu)件的設計及制作質(zhì)量。3）判斷舊結(jié)構(gòu)的實際承載力，為改造、擴建工程提供數(shù)據(jù)。4）檢驗和鑒定已建結(jié)構(gòu)物的可靠性。5）為處理工程事故提供依據(jù)。三、工程結(jié)構(gòu)試驗分類按試驗對象分類原型試驗：實際結(jié)構(gòu)或是按實物結(jié)構(gòu)足尺復制的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。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?！瞿Ｐ驮囼災Ｐ褪欠抡赵筒凑找欢ū壤P系復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。模型的設計制作及試驗是根據(jù)相似理論、用適當?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。按荷載性質(zhì)分類靜力試驗和動力試驗。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。四、工程結(jié)構(gòu)試驗設計第二章結(jié)構(gòu)試驗荷載模擬技術作用于工程結(jié)構(gòu)上的荷載荷載又稱為作用，可分為直接作用和間接作用。直接作用（結(jié)構(gòu)自重，建筑物面的活荷載，機械設備的振動荷載，地震等荷載）間接作用（溫度變化，混凝土收縮，支座沉降等）荷載模擬技術通過一定的設備與儀器，以最接近真實的模擬荷載再現(xiàn)各種荷載結(jié)構(gòu)的作用。荷載模擬方法主要有重物直接加載法、液壓加載法、機械加載法、慣性力加載和電磁激振加載方法等。加載設備基本要求1）試驗荷載的作用，應符合實際荷載作用的傳遞方式，能使被試驗結(jié)構(gòu)、構(gòu)件再現(xiàn)其實際工作狀態(tài)的邊界條件，使截面或部位產(chǎn)生的內(nèi)力與設計計算等效。2）產(chǎn)生的荷載值應當明確，滿足試驗的準確度，除模擬動力作用之外，荷載值應能保持相對穩(wěn)定，不會隨時間、環(huán)境條件的改變和結(jié)構(gòu)的變形而變化。3）加載設備本身應有足夠的承載力和剛度，并有足夠的儲備，保證使用安全可靠。4）加載設備不應參與結(jié)構(gòu)工作，以致改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)或使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次應力。5）應能方便調(diào)節(jié)和分級加（卸）載，易于控制加（卸）載速率，分級值應能滿足精度要求。6）盡量采用先進技術，滿足自動化的要求，減輕勞動強度，方便加載，提高試驗效率和質(zhì)量。二、重力模擬荷載重力加載利用物體本身的重量施加于結(jié)構(gòu)作為荷載，又分為直接重力加載和間接重力加載。加載物體1）實驗室：標準鑄鐵砝碼、混凝土立方試塊、水等；2）現(xiàn)場：砂、石、磚塊等或鋼錠、鑄鐵、廢構(gòu)件等。直接重力加載法1）直接放在結(jié)構(gòu)表面上形成均布荷載；2）重物置于荷載盤上，通過吊盤形成集中荷載；3）借助鋼索和滑輪導向，對結(jié)構(gòu)施加水平荷載；4）大面積平板結(jié)構(gòu)，可采用水作試驗荷載。間接重力加載法利用杠桿將荷重放大后作用在結(jié)構(gòu)上。重力加載系統(tǒng)優(yōu)缺點：優(yōu)點：設備簡單、取材方便、荷載恒定及加載形式靈活。缺點：荷載量不能很大，操作笨重而費工。三、液壓模擬加載組成加荷千斤頂（加載器）、油泵控制臺和荷載架等。液壓加載器液壓加載系統(tǒng)（試驗機，千斤頂加載系統(tǒng)）1、千斤頂液壓加載系統(tǒng)1）手動液壓加載系統(tǒng)2）同步（異荷）液壓加載系統(tǒng)2、試驗機加載系統(tǒng)1）材料萬能試驗機2）結(jié)構(gòu)長柱試驗機組成：液壓操縱臺、大噸位液壓加載器和試驗機架。3）臥式結(jié)構(gòu)試驗機4）結(jié)構(gòu)疲勞試驗機組成：脈動發(fā)生系統(tǒng)控制系統(tǒng)和千斤頂工作系統(tǒng)。脈動工作原理：飛輪帶動曲柄動作時，使脈動器上下移動而產(chǎn)生脈動油壓。電液伺服液壓加載系統(tǒng)1）系統(tǒng)工作原理組成：液壓源、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。系統(tǒng)可將荷載、應變和位移等物理量作為控制參數(shù)，實行自動控制。液壓加載器：單缸雙油腔結(jié)構(gòu)，尾座內(nèi)腔和活塞前端分別裝有位移和荷載傳感器，能自動記量和發(fā)出反饋信號。2）電液伺服閥的工作原理電液伺服閥直接安裝于液壓加載器上。當電液伺服閉環(huán)回路中的電信號輸入線圈時，銜鐵發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動一擋板偏移，兩邊噴嘴油流量失去平衡，壓力改變，高壓油進入加載器的油腔使活塞工作，滑閥的移動帶動反饋桿偏轉(zhuǎn)，使另一擋板反方向偏轉(zhuǎn)，同時產(chǎn)生恢復力，當偏轉(zhuǎn)力和恢復力相等時，滑閥停止移動。3）優(yōu)缺點優(yōu)點：響應快、靈敏度高、量測與控制精度好，出力大、波形多、頻帶寬、可與計算機聯(lián)機等。缺點：投資較大、維護費用高，使用受到一定限制。4）應用可以做靜態(tài)、動態(tài)、低周疲勞和地震模擬振動臺試驗及利用造波機用于海洋結(jié)構(gòu)試驗等。2.4其他加載技術機械機具加載機械加載機具：絞車、卷揚機、倒鏈、花籃螺絲、螺旋千斤頂及彈簧等。絞車、卷揚機和倒鏈葫蘆：通過繩索遠距離對高聳結(jié)構(gòu)等施加拉力?；ɑ@螺絲：加載值較小時使用。彈簧和螺旋千斤頂：適用于施加長期荷載。機械機具加載設備簡單、索具加載時易改變方向。但荷載值較小。氣壓模擬加載1）用空氣壓縮機對氣包充氣，給試件施加均勻荷載。2）用真空泵抽出試件與臺座圍成的封閉空間的空氣，形成大氣壓力差對試件施加均勻荷載。優(yōu)缺點優(yōu)點：加、卸載方便，荷載穩(wěn)定，安全構(gòu)件破壞時能自動卸載，構(gòu)件外表面便于觀察與安裝儀表。缺點：內(nèi)表面無法直接觀察。2.5結(jié)構(gòu)試驗荷載支承裝置支座與支敦1）支座：按作用方式不同可分為滾動鉸支座、固定鉸支座球鉸支座和刀口支座。鉸支座一般用鋼材制作。鉸支座的基本要求：必須保證結(jié)構(gòu)在支座處能自由轉(zhuǎn)動。必須保證結(jié)構(gòu)在支座處力的傳遞。簡支構(gòu)件和連續(xù)梁支座：一端為固定鉸支座，其它為滾動鉸支座。安裝時各支座軸線應彼此平行并垂直于試件構(gòu)件的縱軸線，各支座間的距離取為構(gòu)件的計算跨度。支敦材料：鋼材或鋼筋混凝土，現(xiàn)場常用磚砌成。反力裝置豎向反力裝置組成：垂直加荷架、千斤頂連接件和試驗臺座等。加荷架：包括立柱、橫梁、大梁、地腳錨栓等。移動式：千斤頂可掛在橫梁上，橫梁可上下移動，架子底部設置有四個滾輪，可自由行走。組合式：試驗臺座基本要求：具有足夠的強度和整體剛度。動力試驗臺座還應有質(zhì)量和耐疲勞強度。靜力臺座和動力臺座同時存在時，兩者應分離設置。按結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同分類：①槽式試驗臺座②地錨式試驗臺座③箱形試驗臺座④槽、錨式試驗臺座⑤抗彎式試驗臺座⑥空間桁架式試驗臺座加載器連接件靜力試驗時，只要使千斤頂與試件給加荷架之間保持穩(wěn)定即可?？拐鹪囼灂r，千斤頂與橫梁之間需安裝滾動輥軸。水平反力裝置組成：反力墻(架)與千斤頂水平連接件。反力墻(反力架)固定式反力墻：多采用鋼筋混凝土或預應力混凝土結(jié)構(gòu)，和試驗臺座剛性連接。移動式反力墻：一般采用鋼結(jié)構(gòu)，通過螺栓與試驗臺座的槽軌錨固。加載器與反力墻連接件連接方式：縱向滑軌式錨栓連接、螺孔式錨栓連接、縱橫向滑軌式錨栓連接。第三章結(jié)構(gòu)試驗測量技術3.1概述＞對輸入與輸出數(shù)據(jù)的量測、采集和分析處理。輸入數(shù)據(jù)：試件所受到的外部作用，如力、位移和溫度等。輸出數(shù)據(jù)：試件的反應，如應變、應力、裂縫、位移、速度、加速度等。＞數(shù)據(jù)的量測與采集方法人工測量、人工記錄；儀器測量、人工記錄；儀器測量、儀器記錄。自動化采集系統(tǒng)測量、記錄、處理＞儀器設備分類：按功能和使用情況：傳感器、放大器、顯示器、記錄儀、分析儀器、數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)等。按儀器用途：應變計、位移傳感器、測力傳感器、傾角傳感器、頻率計和測振傳感器等。量測儀表主要性能指標量程：儀表所能量測的最小至最大的量值范圍。最小分度值：儀表的指示所能指出的最小測量值。精確度：儀表的指示值與被測值的符合程度。靈敏度：被測量的單位變化引起儀表示值的變化值。滯后：恒定環(huán)境條件下，起始值到最大值來回輸出的最大偏差值。3、電阻應變片粘貼技術（1）粘貼要求：1）測點基底平整、清潔、干燥；2）粘結(jié)劑的電絕緣性、化學穩(wěn)定性及工藝性能良好，蠕變小，粘貼強度高，溫濕度影響?。?）同一組應變計規(guī)格型號應相同；4）應變片的粘貼應牢固，方位準確，不含氣泡；5）粘貼前后阻值不改變；6）粘貼干燥后，敏感柵對地絕緣電阻一般不低于500MQ；7）應變線性好，保證應變能正確傳遞。（2）應變電測法優(yōu)點：優(yōu)點：感受元件重量輕，體積??；信號傳遞迅速、靈敏度高；可遙測，便于與計算機聯(lián)用及實現(xiàn)自動化。缺點：連續(xù)長時間測量會出現(xiàn)漂移；粘貼技術比較復雜，工作量大；不能重復使用，消耗量也較大。3.3位移與變形測量結(jié)構(gòu)線性位移測量結(jié)構(gòu)位移：指構(gòu)件的撓度、側(cè)移、轉(zhuǎn)角、支座偏移等。1、接觸式位移計組成：測桿、齒輪、指針和彈簧等機械零件。性能指標：刻度值、量程和允許誤差。3.4力的測量>結(jié)構(gòu)靜載試驗所需測定的力，主要是荷載與支座反力，其次有預應力施力過程中鋼繩（絲）的張力等。>測量力的儀器分為機械式和電測式兩種。電測儀器具有體積小、反應快、適應性強等優(yōu)點。1、荷載和反力測定荷載傳感器形式：拉伸型、壓縮型和通用型。核心部件：厚壁筒放大系數(shù)：2、拉力與壓力的測定測力計基本原理：鋼制彈簧、環(huán)箍或簧片受力后產(chǎn)生彈性變形，變形通過機械放大后，用指針度盤或位移計來反應力的數(shù)值。3.5裂縫測定裂縫檢測裂縫檢測方法：1）放大鏡或肉眼觀測；2）讀數(shù)顯微鏡；3）裂縫標準寬度板；4）裂縫塞尺5）裂紋擴展片；6）脆漆涂層；7）聲發(fā)射技術；8）光彈貼片。電阻應變計型號規(guī)則類別、基底材料種類、標準電阻、敏感柵長度、敏感柵結(jié)構(gòu)形式、極限工作溫度、自補償代號（溫度和蠕變補償）及接線方式。第四章工程結(jié)構(gòu)靜載試驗4.1概述■結(jié)構(gòu)靜載試驗是用物理力學方法，測定和研究結(jié)構(gòu)在靜荷載作用下的反應，分析、判定結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)與受力情況。■靜載試驗方法不僅能為結(jié)構(gòu)靜力分析提供依據(jù)，同時也可為某些動力分析提供間接依據(jù)?！鼋Y(jié)構(gòu)靜載試驗中最常用的單調(diào)加載靜力試驗。主要用于研究承受靜載作用下構(gòu)件的承載力、剛度、抗裂性等基本性能和破壞機制?！觥痘炷两Y(jié)構(gòu)試驗方法標準》既統(tǒng)一了量大面廣的生產(chǎn)檢驗性試驗方法，又對一般性科研試驗方法提出了基本要求，對生產(chǎn)和科研有廣泛的實用性。4.2試驗前的準備試驗前的準備包括試驗規(guī)劃和準備兩個方面，主要內(nèi)容：1、調(diào)查研究、收集資料（1）鑒定性試驗中，主要向有關設計、施工和使用單位和人員收集資料。（2）科研性試驗中，主要向有關科研單位和情報檢索部門及必要的設計、施工單位，收集與本試驗有關的歷史、現(xiàn)狀和將來的發(fā)展要求。2、試驗大綱的制定（1）概述：試驗的依據(jù)及試驗的目的意義與要求等。（2）試件的設計及制作要求：設計的依據(jù)及理論分析和計算，試件的規(guī)格和數(shù)量，制作施工圖等。（3）試件的安裝與就位：包括就位的形式、支承裝置、邊界條件模擬、保證側(cè)向穩(wěn)定的措施和安裝就位的方法和機具等。（4）加載方法與設備：包括荷載種類及數(shù)量、加載設備裝置、荷載圖式及加載制度等。（5）量測方法和內(nèi)容：主要說明觀測項目、測點布置和量測儀表的選擇、標定、安裝方法及編號圖、量測順序規(guī)定和補償儀表的設置等。（6）輔助試驗。（7）安全措施：包括人身和設備、儀表等方面的安全防護措施。（8）試驗進度計劃。（9）試驗組織管理：包括技術檔案資料、原始記錄管理、人員組織和分工、任務落實、工作檢查等。（10）附錄：包括所需器材、儀表、設備及經(jīng)費清單，觀測記錄表格，加載設備、量測儀表的率定結(jié)果報告和其他必要的文件規(guī)定等。3、試件準備試件準備包括試件的設計、制作、驗收及有關測點的處理等。4、材料物理力學性能測定測定項目通常有強度、變形性能、彈性模量、泊松比、應力應變關系等。測定方法有直接測定法和間接測定法。直接測定法：在制作結(jié)構(gòu)和構(gòu)件時留下小試件，按有關標準方法在材料試驗機上測定。間接測定法：通常采用非破損試驗法，即用專門儀器對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件進行試驗，測定與材料有關的物理量，進而推算材料性質(zhì)參數(shù)，而不破壞結(jié)構(gòu)、構(gòu)件。5、試驗設備與試驗場地的準備加載設備和量測儀表，試驗之前應進行檢查、修整和必要的率定。試件進場前，場地也應進行清理和安排。6、試件安裝就位按試驗大綱的規(guī)定和試件設計要求，將試件安裝就位。7、加載設備和量測儀表安裝加載設備根據(jù)其特點按照大綱設計要求進行安裝。儀表安裝按觀測設計確定。8、試驗控制特征值的計算根據(jù)材性試驗數(shù)據(jù)和設計計算圖式，計算出各個荷載階段的荷載值和各特征部位的內(nèi)力、變形值等，作為試驗時控制與比較的依據(jù)。4.3加載與測量方案的設計一、加載方案■加載方案：根據(jù)試件的結(jié)構(gòu)形式、荷載的作用形式、加載設備的類型、加載制度的技術要求、場地的大小、以及試驗經(jīng)費等確定?！黾虞d程序：試驗期間荷載與時間的關系。一般靜載試驗加載程序分為預載、標準荷載、破壞荷載三個階段?！龇旨壖樱ㄐ叮┹d目的：1）控制加載速度2）觀察和分析結(jié)構(gòu)變形3）統(tǒng)一各點加載步調(diào)1、預載1）目的：（1）使試件各部接觸良好（2）檢驗試驗裝置的可靠性（3）檢驗觀測儀表的工作是否正常（4）檢查現(xiàn)場組織工作及人員工作情況2）解決問題：（1）確定預載值：標準荷載的60%（2）確定分級數(shù)及其加（卸）載值：加載分3級（每級加載值為標準荷載的20%）；卸載分2?3級。（3）確定級間停歇時間：10min2、正式加載1）荷載分級標準荷載之前，每級荷載值為標準荷載的20%。標準荷載之后，每級不宜大于標準荷載的10%。荷載加至計算破壞荷載的90%后，每級荷載不宜大于標準荷載的5%?？沽褭z測結(jié)構(gòu)，荷載加至計算開裂荷載的90%后，每級荷載不宜大于標準荷載的5%。級間停留時間：鋼結(jié)構(gòu)310min；鋼筋混凝土和木結(jié)構(gòu)315min。試驗結(jié)構(gòu)同時還須施加水平荷載時，按規(guī)定比例同步施加豎向和水平荷載。2）滿載時間對需要進行變形和裂縫寬度試驗的結(jié)構(gòu)，在標準荷載作用下的持續(xù)時間：鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土330min木結(jié)構(gòu)360min拱或砌體結(jié)構(gòu)3180min預應力混凝土結(jié)構(gòu)：滿載30min后加致開裂，開裂荷載下再持續(xù)30min。對于采用新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，跨度較大（大于12m）的屋架、桁架等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，要求在使用狀態(tài)短期試驗荷載作用下的持續(xù)時間312h。3）空載時間受載結(jié)構(gòu)卸載后到下一次重新開始受載之間的間歇時間。鋼筋混凝土：45min鋼結(jié)構(gòu)：30min較重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和跨度大于12m的結(jié)構(gòu)：18h3、卸載一般可按加載級距，也可放大1倍或分兩次卸完。二、量測方案1、確定觀測項目1）整體變形如梁的最大撓度及整體撓曲曲線；拱式結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的最大垂直和水平位移及整體變形曲線；桿塔結(jié)構(gòu)的整體水平位移及基礎轉(zhuǎn)角等。2）局部變形量測如局部纖維變形、裂縫及局部擠壓變形等。量測結(jié)果可直接說明結(jié)構(gòu)（鋼混）的抗裂性能、推斷結(jié)構(gòu)應力狀態(tài)或驗證設計與計算方法等。2、測點的選擇與布置原則1）在滿足試驗目的的前提下，測點宜少不宜多；2）測點位置必須具有代表性；3）應布置一定的校核性測點；4）對試驗工作安全和方便。3、儀器選擇與測讀原則1）選擇原則：（1）必須滿足試驗所需的精度與量程要求；（2）現(xiàn)場試驗時，由于條件和環(huán)境復雜，選擇儀表時應作具體分析和技術比較；（3）測讀方便、省時；（4）型號、規(guī)格盡可能一致，種類愈少愈好。2）測讀原則（1）按一定的時間間隔進行；（2）測讀時間選擇在恒載間歇時間內(nèi)；（3）恒載時間較長時，應測取恒載下變形隨時間的變化。空載時，應測取變形隨時間的恢復情況；（4）記錄儀表讀數(shù)時，應該同時記下周圍的氣象資料如溫度和濕度等。（5）對重要數(shù)據(jù)，應將結(jié)果隨時與預計理論值進行比較。端為設計提供依據(jù)的試驗樁，應加載至破壞；當樁的承載力以樁身強度控制時，可按設計要求的加載量進行。端對工程樁抽樣檢測時，加載量不應小于設計要求的單樁承載力特征值的2.0倍。贛試驗加載宜采用油壓千斤頂。當采用兩臺及兩臺以上千斤頂加載時應并聯(lián)同步工作，且應符合下列規(guī)定：1采用的千斤頂型號、規(guī)格應相同。2千斤頂?shù)暮狭χ行膽c樁軸線重合。端加載反力裝置可根據(jù)現(xiàn)場條件選擇錨樁橫梁反力裝置、壓重平臺反力裝置、錨樁壓重聯(lián)合反力裝置、地錨反力裝置。端為設計提供依據(jù)的豎向抗壓靜載試驗應采用慢速維持荷載法。慢速維持荷載法試驗步驟應符合下列規(guī)定：1、每級荷載施加后按第5、15、30、45、60min測讀樁頂沉降量，以后每隔30min測讀一次。2、試樁沉降相對穩(wěn)定標準：每一小時內(nèi)的樁頂沉降量不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次（從分級荷載施加后第30min開始，按1.5h連續(xù)三次每30min的沉降觀測值計算）。3、當樁頂沉降速率達到相對穩(wěn)定標準時，再施加下一級荷載。4、卸載時，每級荷載維持1h，按第15、30、60min測讀樁頂沉降量后，即可卸下一級荷載。卸載至零后，應測讀樁頂殘余沉降量，維持時間為3h，測讀時間為第15、30min，以后每隔30min測讀一次。曲確定單樁豎向抗壓承載力時，應繪制豎向荷載-沉降（Q-s）、沉降-時間對數(shù)（s-lgt）曲線，需要時也可繪制其他輔助分析所需曲線。4.4常見結(jié)構(gòu)構(gòu)件的靜載試驗一、受彎構(gòu)件的試驗典型受彎構(gòu)件：單向板、梁。1、試件的安裝和加載方法1）安裝方法：（1）簡支，多采用正位試驗，一端采用固定鉸支承另一端采用滾動鉸支承。（2）支敦與鋼板、鋼板與構(gòu)件之間應用砂漿找平。（3）對于板一類寬度較大的試件，要防止支承面產(chǎn)生翹曲。2）加載方法：（1）重力加載：杠桿重力加載或重力直接加載。（2）液壓加載器加載：分配梁或多臺加載器直接加載。構(gòu)件試驗時的荷載圖式應符合設計規(guī)定和實際受載情況，常采用等效加載圖式。受彎構(gòu)件試驗中常利用集中荷載來代替均布荷載。2、試驗項目和測點布置生產(chǎn)鑒定性試驗:測定構(gòu)件的承載力、抗裂度和各級荷載作用下的撓度和裂縫開展情況?？茖W研究性試驗：除上述項目外，還需測量構(gòu)件某些部位的應變。1）撓度的測量主要測定梁跨中fmax及彈性撓度曲線。跨度較大梁（大于6000）測點應增加至5?7個。寬度較大梁（大于600）必要時在截面的兩側(cè)布置測定。寬度較大的板，均需在板寬的兩側(cè)布點。預應力混凝土受彎構(gòu)件，需考慮構(gòu)件在預應力作用下的反拱值。2）應變測量測點布置：正負彎矩最大截面、彎矩有突變的截面及截面突變處。3、裂縫測量測定鋼筋混凝土梁的抗裂性能。測量項目：裂縫出現(xiàn)時間、裂縫寬度。垂直裂縫測定：一般產(chǎn)生在彎矩最大受拉區(qū)段，在該區(qū)段連續(xù)布置測點。斜截面裂縫測定斜截面上的主拉應力裂縫，經(jīng)常出現(xiàn)在剪力較大的區(qū)域內(nèi)，箱型截面或工字形截面，腹板的中和軸或腹板與翼緣相交接的腹板常是主拉應力較大的部位。二、壓桿和柱的試驗柱是工程結(jié)構(gòu)中的基本承重構(gòu)件，鋼筋混凝土柱大多數(shù)屬偏心受壓構(gòu)件。1、試件的安裝和加載方法采用正位或臥位試驗。高大的柱子正位試驗時安裝和觀測均較費力，該用臥位試驗方案比較安全，但需考慮臥位試驗時結(jié)構(gòu)自重所產(chǎn)生的影響。柱與壓桿縱向彎曲系數(shù)試驗時，構(gòu)件兩端均應采用比較靈活的可動鉸支座形式（刀口鉸支座或圓球形鉸支座）。中心受壓柱安裝時先對構(gòu)件進行幾何對中，加載達20%?40%時，在進行物理對中。對于偏壓試件，在物理對中后，沿加力線量出偏心距離，再把加載點移至偏心距位置上進行試驗。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)僅需保證幾何對中即可。2、試驗項目和測點布置試驗項目：破壞荷載、各級荷載下的側(cè)向撓度值、控制截面或區(qū)域的應力變化規(guī)律以及裂縫開展情況。4.4.3屋架試驗1）屋架特點是跨度大，只能在自身平面內(nèi)承受荷載，而出平面剛度很小，在建筑物中要依靠側(cè)向支撐體系形成整體剛度。2）屋架主要受作用于節(jié)點的集中荷載，大部分桿件受軸力作用。上弦有節(jié)間荷載作用時，上弦桿受壓彎作用。3）跨度較大的屋架，下弦一般采用預應力拉桿。1、試件的安裝和加載方法1）一般采用正位試驗，但需設置側(cè)向支撐。施工現(xiàn)場進行屋架試驗時可以采用兩棉屋架對頂臥位試驗。2）屋架試驗的支承方式與梁試驗相同。3）屋架試驗的加載方式可以采用重力加載，但采用液壓同步加載是最理想的方案。4）同步異荷液壓系統(tǒng)可以實現(xiàn)加幾組不同集中荷載的要求。2、試件項目和測點布置鋼筋混凝土屋架試驗，一般試驗量測項目有：1）屋架上下弦桿的撓度；2）屋架主要構(gòu)件的內(nèi)力；3）屋架節(jié)點變形及節(jié)點剛度對屋架桿件次應力的影響；4）屋架端節(jié)點的應力分布；5）預應力鋼筋張拉力和對相關部位混凝土的預應力；6）屋架下弦預應力鋼筋對屋架的反拱作用；7）預應力錨頭工作性能。（1）屋架撓度和節(jié)點位移的測量1）屋架僅承受節(jié)點荷載時，測點布置在相應節(jié)點之下；2）跨度較大屋架，測量桿件相對其兩端節(jié)點的最大位移；3）支座沉陷與局部受壓引起的變位測量；4）水平位移測量。（2）屋架桿件內(nèi)力測量1）一般情況，在一個截面上引起的內(nèi)力最多是三個，即軸向力N,彎矩Mx,My,對于薄壁桿件則可能有四個，再增加扭矩。2）鋼筋混凝土整體澆搗的屋架，節(jié)點實際上為剛接，測點所在截面應盡量離節(jié)點遠一些。（3）屋架端節(jié)點的應力分析為了測量端節(jié)點的應力分布規(guī)律，要求布置較多的三向應變網(wǎng)絡，一般由電阻應變計組成。從三向小應變網(wǎng)絡各點測得的應變量，通過計算或圖解法求得端節(jié)點的剪應力、正應力及主應力的數(shù)值與分布規(guī)律。為了量測上下弦桿交接豁口應力情況，可沿豁口周邊布置單向應變測點。（4）預應力錨頭性能測量在屋架端節(jié)點的混凝土表面沿自錨頭長度方向布置若干應變測點，量測自錨頭部位端節(jié)點混凝土的橫向受拉變形；縱向布置測點時，同時可以測得錨頭對外框混凝土的壓縮變形。（5）屋架下弦預應力鋼筋張拉應力測量測點位置通常布置在屋架跨中及兩端部位；如屋架跨度較大時，則在1/4跨度的截面上可增加測點；如有需要時預應力鋼筋上測點位置可以屋架下弦桿上的測點部位相一致。（6）裂縫測量預應力鋼筋混凝土屋架的裂縫測量，通常要實測預應力桿件的開裂荷載值；量測使用狀態(tài)荷載作用下的最大裂縫寬度及各級荷載作用下的主要裂縫寬度。屋架中由于端節(jié)點的構(gòu)造與受力復雜，經(jīng)常會引起斜裂縫，腹桿與下弦拉桿以及節(jié)點的交匯之處，將會較早開裂?？臻g薄殼結(jié)構(gòu)受力特點：曲面形板與邊緣構(gòu)件（梁、拱或桁架）組成的空間結(jié)構(gòu)。能以較薄的板面形成承載力高、剛度大的承重結(jié)構(gòu)?？臻g網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力特點：多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式通過節(jié)點連接而成的空間結(jié)構(gòu)。具有空間受力合理、重量輕、剛度大，跨度大、抗震性能好等優(yōu)點。1、試件的安裝和加載方法薄殼結(jié)構(gòu)不論是筒殼、扁殼或者扭殼等一般均有側(cè)邊構(gòu)件，結(jié)構(gòu)的支承可由固定鉸、活動鉸及滾軸等組成。薄殼結(jié)構(gòu)是空間受力體系，在一定的曲面形式下，荷載主要靠軸向力承受。殼體結(jié)構(gòu)由于具有較大的平面尺寸，所以單位面積荷載量不會太大。一般情況可以用重力直接加載。4.5量測數(shù)據(jù)整理量測數(shù)據(jù)包括準備階段和正式試驗階段采集到的全部數(shù)據(jù)。其中一部分是對試驗起控制作用的數(shù)據(jù)，如最大撓度控制點、最大側(cè)向位移控制點、控制截面上的鋼筋應變屈服點及混凝土極限拉、壓應變等等。起控制作用的參數(shù)應在試驗過程中隨時整理，以便指導整個試驗過程的進行。對實測數(shù)據(jù)進行整理，一般均應算出各級荷載作用下儀表讀數(shù)的遞增值和累計值，必要時還應進行換算和修正，用曲線、圖表或方程式進行表達。在原始記錄數(shù)據(jù)整理過程中，應特別注意讀數(shù)及讀數(shù)值的反常情況，如儀表指示值與理論計算值相差很大，甚至出現(xiàn)正負號顛倒的情況，這時應對出現(xiàn)這些現(xiàn)象的規(guī)律性進行分析，判斷原因所在。一般可能的原因有兩個方面，一是由于結(jié)構(gòu)本身發(fā)生裂縫、節(jié)點松動、支座沉降或局部應力達到屈服而引起數(shù)據(jù)突變；另一方面也可能是測試儀表安裝不當所造成。4.5.4試驗曲線的圖表繪制1、荷載一變形曲線荷載變形曲線有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體變形曲線，控制節(jié)點或截面上的荷載轉(zhuǎn)角曲線，鉸支座和滑動支座的荷載側(cè)移曲線，以及荷載時間曲線，荷載撓度曲線等。變形時間曲線，表明結(jié)構(gòu)在某一恒定荷載作用下變形隨時間增長的規(guī)律。2、構(gòu)件裂縫及破壞特征圖試驗過程中，應在構(gòu)件上按裂縫開展跡線畫出裂縫開展過程，并標注出現(xiàn)裂縫時的荷載等級及裂縫的走向和寬度。待試驗結(jié)束后，用方格紙按比例描繪裂縫和破壞特征，必要時應照相記錄。根據(jù)試驗研究的結(jié)構(gòu)類型、荷載性質(zhì)及變形特點等，還可繪出一些其它的特征曲線，如超靜定結(jié)構(gòu)的荷載反力曲線，某些特定結(jié)點上的局部擠壓和滑移曲線等。4.6結(jié)構(gòu)性能的檢測與評定作為結(jié)構(gòu)性能檢驗的預制構(gòu)件主要是混凝土構(gòu)件。結(jié)構(gòu)性能檢驗的方法有兩種：一是以結(jié)構(gòu)設計規(guī)范規(guī)定的允許值作檢驗依據(jù)；另一種是以構(gòu)件實際的設計值為依據(jù)進行檢驗。4.6.1構(gòu)件承載力檢驗對做承載力檢驗的構(gòu)件應進行破壞性試驗，以判定達到極限狀態(tài)標志時的承載力試驗荷載值。1、按混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的允許值進行檢驗：2、按構(gòu)件實配鋼筋的承載力進行檢驗：3、承載力極限標志結(jié)構(gòu)承載力的檢驗荷載實測值是根據(jù)各類結(jié)構(gòu)達到各自承載力檢驗標志時作出的。結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到或超過承載力極限狀態(tài)的標志，主要取決于結(jié)構(gòu)受力狀況、受力鋼筋的種類和觀察到的承載力檢驗標志。軸心受拉、偏心受拉、受彎、大偏心受壓構(gòu)件軸心受壓或小偏心受壓構(gòu)件受彎構(gòu)件的剪切破壞4.6.2構(gòu)件的撓度檢驗1、按混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范規(guī)定的撓度允許值進行檢驗：2、按實配鋼筋確定的構(gòu)件撓度值進行檢驗，或僅作剛度、抗裂或裂縫寬度檢驗的構(gòu)件：4.6.5構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能評定宴式抽樣襁的條件a4-6檢驗項目標準要求二次抽樣檢驗指標相對放寬承載力仙ulo.?7o[r.]15%撓度[0』1.100]|10%抗裂[/?]0.95[/,]5%裂縫寬度3皿]0當結(jié)構(gòu)性能檢驗的全部檢驗結(jié)果均符合規(guī)定的標準要求時，該批構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能應評為合格；當?shù)谝淮螛?gòu)件的檢驗結(jié)果不能全部符合表中的標準要求，但又能符合第二次檢驗要求時，可再抽兩個試件進行檢驗。第二次檢驗時，對承載力和抗裂檢驗要求降低5%；對撓度檢驗提高10%。對裂縫寬度不允許再作第二次抽樣。對第二次抽取的第一個試件檢驗時，若都能滿足標準要求，則可直接評為合格。若不能滿足標準要求，但又能滿足第二次檢驗指標時，則應繼續(xù)對第二次抽取的另一個試件進行檢驗，檢驗結(jié)果只要滿足第二次檢驗的要求，該批構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能仍可評為合格。對每一個試件，均應完整地取得三項檢驗指標。只有三項指標均合格時，該批構(gòu)件的性能才能評為合格。在任何情況下，只要出現(xiàn)低于第二次抽樣檢驗指標的情況，即當判為不合格。第五章工程結(jié)構(gòu)動載試驗概述結(jié)構(gòu)動載試驗是結(jié)構(gòu)試驗工作的一個重要組成部分。通過動力加載設備直接對結(jié)構(gòu)施加動力荷載，可以了解結(jié)構(gòu)的動力特性，研究結(jié)構(gòu)在一定動荷載下的動力反應，評估結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的承載力及疲勞壽命等特性。土木工程中需要研究和解決的動力問題包括以下幾個方面：1、抗震理論分析和研究，為地震設防和抗震設計提供依據(jù)，提高各類工程結(jié)構(gòu)的抗震能力。2、設計和建筑工業(yè)廠房時要考慮生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的振動對廠房結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的影響。3、高層建筑和高聳構(gòu)筑物設計時要解決風荷載所引起的振動問題。4、橋梁設計與建設中需要考慮車輛運動對橋梁的振動及危害問題。5、海洋采油平臺設計中需要解決海浪的沖擊對海洋采油平臺等不利影響問題。6、研究建筑物如何抵抗爆炸等所產(chǎn)生的瞬時沖擊荷載對結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)構(gòu)動載試驗的基本內(nèi)容1、結(jié)構(gòu)動力特性試驗結(jié)構(gòu)的動力特性包括結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼、振型等參數(shù)。這些參數(shù)決定與結(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，而與外載無關。結(jié)構(gòu)的動力特性是進行結(jié)構(gòu)抗震計算、解決工程共振問題及診斷結(jié)構(gòu)累積損傷的基本依據(jù)。2、結(jié)構(gòu)動力反應測試測定實際結(jié)構(gòu)在實際工作時的振動水平(振幅、頻率)及性狀，例如：動力機器作用廠房結(jié)構(gòu)的振動反應移動荷載作用下橋梁的振動反應地震時建筑結(jié)構(gòu)的振動反應振動臺模型試驗。地震對結(jié)構(gòu)的作用是由于地面運動引起的一種慣性力。通過振動臺對結(jié)構(gòu)輸入正弦波或?qū)崪y地震波，可以較準確地模擬結(jié)構(gòu)的地震反應。3、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞試驗確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多次重復荷載作用下的疲勞強度。土木工程結(jié)構(gòu)中遇到的振動形式有些是確定性振動，但大多數(shù)情況則屬于隨機振動。動載試驗荷載模擬技術5.2.1慣性力加載慣性力加載是利用運動物體的慣性力，對結(jié)構(gòu)施加動荷載。按產(chǎn)生慣性力的方法可分為沖擊力、離心力及直線位移慣性力加載等。1、沖擊荷載沖擊荷載作用于試件上的時間較短，屬于突然加載，一般用于測定試驗在沖擊荷載作用下的承載力、抗裂性能等；也用于測定結(jié)構(gòu)本身的各種動力特性，如固有頻率等。突加荷載法優(yōu)點：用較小的荷載可以產(chǎn)生較大的振幅。缺點：加上的重物隨結(jié)構(gòu)一起振動，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響；重物落下時的撞擊也會引起結(jié)構(gòu)的局部破壞。2、離心力加載離心力加載是根據(jù)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生離心力的原理對結(jié)構(gòu)施加簡諧振動。3、曲柄連桿式機械振動臺曲柄連桿帶動臺面作水平振動，臺面振幅由偏心距e的大小調(diào)節(jié)，臺面振動頻率由變速箱調(diào)整，因而振動臺的臺幅與頻率變化無關。機械振動臺結(jié)構(gòu)簡單，容易產(chǎn)生較大的振動力和振幅；缺點是頻率范圍較小，振幅調(diào)節(jié)比較困難，機械摩擦影響大，波形失真也大。電磁加載通電導體在磁場中，會受到與磁場方向相垂直的作用力。根據(jù)這一原理，在磁場中放入動圈，通以交變電流，則可以使固定于動圈上的頂桿等部件往復運動，產(chǎn)生動載。目前常見的電磁加載設備為電磁式激振器與振動臺。電磁式激振器頻率范圍較寬；重量輕，控制方便，按給定信號可產(chǎn)生各種波形的激振力。但激振力不大，僅適用于小型結(jié)構(gòu)或小模型試驗。電磁式振動臺是利用電磁式激振器來推動一個活動臺面構(gòu)成的。但由于振動臺的激振器輸入勵磁線圈和活動線圈的電流都比較大，工作時間長了易發(fā)熱，故附有冷卻系統(tǒng)。電磁式振動臺操作方便；振動波形好，頻率范圍廣，但激振力較小，僅幾百N至幾十kN。液壓振動臺液壓振動臺有單向運動、雙向運動和三向運動等幾種，振動臺多采用電液伺服系統(tǒng)推動。在各種結(jié)構(gòu)模型（或足尺）動力試驗中，模擬地震振動臺是最理想的結(jié)構(gòu)抗震設備。模擬地震振動臺系統(tǒng)包括：臺面及基礎、泵源及油壓分配系統(tǒng)、加振器、模控、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；此外還有與?？丶皵?shù)據(jù)采集系統(tǒng)相接的計算機。動載試驗量測設備振動參量量測方法有振動測量法、光學測量法和電測法等。電測法將振動參量（位移、速度、加速度）轉(zhuǎn)換成電量，而后用電子儀器放大、顯示或記錄。電測法靈敏度高，且便于遙控、遙測，是目前最常用的方法。振動測量系統(tǒng)由拾振器、測振放大器和記錄儀等部分組成。5.3.2測振傳感器拾振器除應正確反映振動體的振動外，尚應不失真地將位移、速度及加速度等振動參量轉(zhuǎn)換為電量，以便用量電器進行測量。1、磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器的特點是靈敏度高、性能穩(wěn)定、輸出阻抗低、頻率響應范圍有一定寬度，通過對質(zhì)量彈簧系統(tǒng)參數(shù)的不同設計，可以使傳感器既能量測非常微弱的振動，也能量測較強的振動，是工程振動測量中最常用的拾振儀器。建筑工程中常需10Hz以下甚至1Hz以下的低頻振動，這時常采用擺式測振傳感器，這種類型的傳感器將質(zhì)量彈簧系統(tǒng)設計成轉(zhuǎn)動的形式，因而可以獲得更低的儀器固有頻率。根據(jù)所測振動是垂直方向還是水平方向，擺式傳感器有垂直擺、倒立擺和水平擺等。輸出電壓也與振動速度成正比。磁電式傳感器的主要技術指標有：（1）固有頻率：傳感器質(zhì)量彈簧系統(tǒng)本身的固有頻率是傳感器的一個重要參數(shù)。（2）靈敏度：傳感器的拾振方向感受到一個單位振動速度時，傳感器的輸出電壓。頻率響應：靈敏度隨所測頻率不同有所變化，這個變化的規(guī)律就是傳感器的頻率響應。對于阻尼值固定的傳感器，頻率響應曲線只有一條。如傳感器阻尼可選擇和調(diào)整，則阻尼不同，傳感器頻率響應曲線也不同。阻尼系數(shù)：磁電式測振傳感器質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的阻尼比，通常磁電式測振傳感器的阻尼比設計為0.5?0.7。2、壓電式加速度傳感器壓電式拾振器是利用壓電晶體材料具有的壓電效應制成。當壓電晶片電軸方向受到外力而產(chǎn)生壓縮或拉伸變形時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其相應的兩個表面上出現(xiàn)異號電荷，形成電場。當外力去掉后，又重新回到不帶電狀態(tài)。這種將機械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象，稱為“正壓電效應”。壓電晶體受外力產(chǎn)生的荷載為：壓電式加速傳感器具有動態(tài)范圍大、頻率范圍寬、重量輕、體積小等特點。其主要技術指標有：靈敏度、安裝諧振頻率、頻率響應、橫向靈敏度比和幅值范圍等。5.4結(jié)構(gòu)動力特性試驗結(jié)構(gòu)的動力特性包括結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼、振型等參數(shù)。這些參數(shù)是結(jié)構(gòu)的固有參數(shù)，決定與結(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，而與處載無關。結(jié)構(gòu)物的固有頻率及相應的振型雖然可以由結(jié)構(gòu)動力學原理計算，但經(jīng)過簡化計算得出的理論數(shù)值一般誤差較大，而阻尼系數(shù)則只能通過試驗來確定。因此，采用試驗手段研究各種結(jié)構(gòu)物的動力特性具有重要的實際意義。5.4.1自由振動法使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動，通過記錄儀器記下有衰減的自由振動曲線，由此求出結(jié)構(gòu)的基本頻率和阻尼系數(shù)。5.4.2簡諧強迫振動法利用專門的激振器，對結(jié)構(gòu)施加簡諧動荷載，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的簡諧強迫振動，借助對結(jié)構(gòu)受迫振動的測定，求得結(jié)構(gòu)動力特性的基本參數(shù)。5.4.3脈動法工程結(jié)構(gòu)脈動來自兩個方面，一方面是地面脈動；另一方面是大氣變化即風和氣壓等引起的微幅振動。脈動能夠明顯反映出結(jié)構(gòu)的固有頻率。從脈動信號中可識別出結(jié)構(gòu)物的固有頻率、阻尼比、振型等多種模態(tài)參數(shù)。測量脈動信號要使用低噪聲、高靈敏度的拾振器和放大器，并應配有記錄儀器和信號分析儀。脈動法測量的記錄波形圖分析通常采用以下幾種方法：1、主諧量法2、頻譜分析法3、功率譜分析法4、統(tǒng)計法1、主諧量法建筑物的固有頻率的諧量是脈動信號中最主要的成份，在實測脈動波形記錄上可直接反映出來。凡是振幅大，“拍”現(xiàn)象尤為明顯，其波形光滑處的頻率總是多次重復出現(xiàn)。如果建筑物各部位在同一頻率的相位和振幅符合振型規(guī)律，就可以確定該頻率就是建筑物的固有頻率?；l出現(xiàn)的機會最多，比較容易確定。對一些較高的建筑、斜拉橋等，有時第二、第三頻率也可能出現(xiàn)，但相對基頻出現(xiàn)次數(shù)少。在記錄比較規(guī)則的部分，確定是某一固有頻率后，就可分析出頻率對應的振型。2、頻譜分析法一般工程結(jié)構(gòu)的脈動記錄波形應看成是各種頻率的諧量的合成的結(jié)果，而建筑物固有頻率的諧量和脈動源卓越頻率處的諧量為其主要成分。應用富里哀級數(shù)積分方法將脈動信號分解并作出其頻譜圖，在頻譜圖上建筑物固有頻率處和脈動源的振動頻率處必然出現(xiàn)突出的峰，一般基頻處更為突出，第二、第三頻率處有時也較明顯。3、功率譜分析法如果建(構(gòu))筑物的脈動是一種平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程，且結(jié)構(gòu)各階阻尼比很小，各階固有頻率相隔較遠。則可以利用脈動振幅譜確定建(構(gòu))筑物的固有頻率和振型，并用各峰值處的半功率帶寬確定阻尼比。5.5.3強震觀測地震發(fā)生時，特別是強地震發(fā)生時，以儀器為手段觀測地面運動過程中工程結(jié)構(gòu)的動力反應的工作稱為強震觀測。強震觀測能夠為地震工程科學研究和抗震設計提供確切數(shù)據(jù)，并用來驗證抗震理論和抗震措施是否符合實際。強震觀測一般采用加速度計測量。5.5.4模擬地震振動臺試驗試驗可以再現(xiàn)各種形式地震波輸入后的反應和地震震害發(fā)生的過程，觀測試驗結(jié)構(gòu)在相應各個階段的力學性能，進行隨機振動分析，研究新型結(jié)構(gòu)計算理論的正確性，有助于建立力學計算模型。1、試驗模型基本要求2、輸入地震波。常見輸入波：強震實際記錄、人工地震波。3、試驗方法輸入運動的選擇：一般采用加速度控制振動臺面的運動。加載過程：分一次性加載和多次性加載。5.6結(jié)構(gòu)疲勞試驗結(jié)構(gòu)或材料受重復荷載作用后，其強度極限將低于相同荷載作用下的極限值，這種現(xiàn)象稱為結(jié)構(gòu)或材料的疲勞。5.6.1結(jié)構(gòu)疲勞試驗的目的直接目的：確定結(jié)構(gòu)的疲勞極限，測定結(jié)構(gòu)達到疲勞破壞時荷載的重復次數(shù)。結(jié)構(gòu)所能承受的荷載重復次數(shù)及應力達到的最大值均與應力的變化幅度有關。當疲勞應力小于某一應力值后，荷載重復次數(shù)的增加不會在引起結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。該疲勞應力值稱疲勞極限應力，結(jié)構(gòu)設計時必須嚴格按照疲勞極限應力設計。1、鑒定性疲勞試驗。在重復荷載標準值作用下，在規(guī)定的荷載重復次數(shù)內(nèi)，對下列內(nèi)容進彳丁檢驗：抗裂性及其開裂荷載；裂縫寬度及其發(fā)展；最大撓度及其變化幅度；疲勞極限強度。2、科研性疲勞試驗。一般有以下內(nèi)容：鋼筋及混凝土的應力隨荷載重復次數(shù)的變化；開裂荷載及開裂情況；裂縫的寬度、長度、間距及其隨荷載重復次數(shù)的變化；疲勞破壞荷載及承受疲勞的重復次數(shù)；最大撓度及其變化規(guī)律；疲勞破壞特征。5.6.2疲勞試驗的步驟1、疲勞試驗前預加靜載試驗荷載：不大于上限荷載的20%；次數(shù)：1~2次2、正式疲勞試驗第一步：疲勞前的靜載試驗。荷載分級加到疲勞上限荷載。分級荷載可取上限荷載的20%，臨近開裂荷載時適當加密，每級荷載加完后停歇10?15分鐘，加滿后分兩次或一次卸載。第二步：疲勞試驗。第三步：破壞試驗。兩種方法：一種是繼續(xù)施加疲勞荷載直至破壞，得到承受疲勞荷載的次數(shù)；另一種是作靜載破壞試驗。第六章結(jié)構(gòu)可靠性檢測與鑒定6.1概述1、結(jié)構(gòu)可靠性鑒定的目的驗證和鑒定結(jié)構(gòu)的設計與施工質(zhì)量；為處理工程質(zhì)量事故和受災結(jié)構(gòu)提供技術依據(jù)；為使用舊建筑物普查、檢測與鑒定以及為其加固或改建提供合理的方案；>為現(xiàn)場預制構(gòu)件產(chǎn)品作檢驗合格與否的質(zhì)量評定。2、結(jié)構(gòu)可靠性鑒定的特點1）、結(jié)構(gòu)可靠性鑒定與結(jié)構(gòu)設計的區(qū)別：結(jié)構(gòu)設計是在結(jié)構(gòu)可靠性與經(jīng)濟之間選擇一種合理的平衡，使所建造的建筑物能滿足各種預定的功能。結(jié)構(gòu)可靠性鑒定則是對結(jié)構(gòu)的作用、結(jié)構(gòu)抗力及其相互關系進行檢查、測定、分析判斷并取得結(jié)論的過程。2）、結(jié)構(gòu)可靠性鑒定和結(jié)構(gòu)設計的不同點主要有：（1）基準期和目標使用期：設計基準期為編制規(guī)范采用的基準期；鑒定基準期以下一個目標使用期為基礎。（2）設計荷載和驗算荷載：結(jié)構(gòu)設計時采用的荷載值；舊建筑物承載力驗算時采用的荷載值（3）抗力計算依據(jù)：設計抗力根據(jù)規(guī)范規(guī)定計算；抗力驗算要反應真實性（4）可靠性控制級別：設計可靠性控制現(xiàn)行設計規(guī)范為準；鑒定可靠性控制是以某個等級指標給出；根據(jù)生產(chǎn)安排、建筑物的技術狀況和工藝更新等綜合確定3、結(jié)構(gòu)可靠性檢測方法結(jié)構(gòu)檢驗方法（1）實驗室檢測方法（2）現(xiàn)場試驗檢測方法（1、荷載試驗2、非破損或半破損檢測）6.2混凝土結(jié)構(gòu)的檢測與鑒定1、混凝土結(jié)構(gòu)的特點材料強度特點：混凝土強度、密實性等性能離散性大；混凝土強度及其老化；鋼筋混凝土的鋼筋數(shù)量、規(guī)格和品種不能一目了然等。歷史條件特點：質(zhì)量受各時期技術政策及國情的影響。地區(qū)特點：配置混凝土的材料為地方性材料，其配置的混凝土其性能也呈現(xiàn)出某些差異。因此，對工程結(jié)構(gòu)的鑒定，需要對該工程建造時期的技術政策和形式特點及材料供應條件等作詳細分析，以便確定工作重點，準確找出結(jié)構(gòu)物存在問題的癥結(jié)，作出恰當?shù)脑u定。2、混凝土強度檢測常用方法：回彈法；超聲法；取芯法；拔出法。1）、回彈法：使用回彈儀通過測定混凝土表面的硬度以確定混凝土的強度。2）、超聲法利用混凝土強度與超聲波在混凝土中的傳播參數(shù)（聲速、衰減等）之間的相關關系檢測混凝土的強度。超聲法反映了混凝土材料的彈性性質(zhì)及內(nèi)部構(gòu)造的有關信息；回彈法反映了混凝土材料的彈性性質(zhì)和塑性性質(zhì)，但僅能反應表層的狀態(tài)。超聲回彈綜合法的測量精度優(yōu)于超聲或回彈單一方法，減少了量測誤差。3）、取芯法在結(jié)構(gòu)上直接鉆取芯樣，加工后進行抗壓強度試驗。屬于半破損檢測方法，檢測結(jié)果比較準確。由于在結(jié)構(gòu)上鉆取芯樣數(shù)量數(shù)量上受到限止，可取一定數(shù)量的芯樣與其它檢測方法的結(jié)果相互校核，綜合確定混凝土強度。4）、拔出法用一金屬錨固件預埋入未硬化的混凝土澆筑構(gòu)件內(nèi)（預埋法），或在已硬化的混凝土構(gòu)件上埋入一膨脹螺栓（后裝法），通過測試錨固件或膨脹螺栓被拔出時的拉力和被拔出的錐臺形混凝土塊的投影面積，確定混凝土的拔出強度，由此推算混凝土的立方抗壓強度。屬半破損試驗檢測方法。預埋法常用于確定混凝土停止養(yǎng)護、撤模時間及施加后張法預應力的時間；后裝法則較多用于已建結(jié)構(gòu)混凝土強度的現(xiàn)場檢測。3、混凝土破損及內(nèi)部缺陷檢測破損：環(huán)境溫濕度影響及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力產(chǎn)生的裂縫，以及由于化學侵蝕、凍融和火災引起的損傷。內(nèi)部缺陷：由于技術管理不善和施工疏忽，在結(jié)構(gòu)施工過程中因澆搗不密實造成的內(nèi)部疏松、蜂窩及孔洞等。一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破損及缺陷可通過目測、敲擊、卡尺及放大鏡等進行測量；對于體積較大的混凝土結(jié)構(gòu)則需通過專門的儀器進行測量。超聲波檢測是目前應用最廣的檢測方法。1）、混凝土裂縫檢測根據(jù)裂縫在結(jié)構(gòu)中的部位及走向，對裂縫產(chǎn)生的原因進行判斷與分析；其次對裂縫的形狀及幾何尺寸應進行量測。（1）淺裂縫檢測：開裂深度小于或等于500mm的裂縫，可用平測法或斜測法檢測。（2）深裂縫檢測開裂深度大于500mm的裂縫，可用鉆孔法檢測。鉆孔探測法還可用于混凝土鉆孔灌注樁的質(zhì)量檢測。2）、混凝土內(nèi)部空洞缺陷檢測根據(jù)各測點的聲時（或聲速）、波幅或頻率值的相對變化，確定異常測點的坐標位置，從而判定缺陷的范圍。4、混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋檢測1）鋼筋位置檢測：鋼筋位置檢測儀是利用電磁感應原理進行檢測。混凝土是帶弱磁性的材料，而結(jié)構(gòu)內(nèi)配置的鋼筋是帶有強磁性的材料。2）鋼筋銹蝕檢測：混凝土中鋼筋的銹蝕是一個電化學過程。鋼筋因銹蝕表面有腐蝕電流存在，使電位發(fā)生變化。鋼筋銹蝕測量儀可測量鋼筋表面與探頭之間的電位差，利用鋼筋銹蝕程度與測量電位間建立的一定關系，由電位高低變化的規(guī)律，可判斷鋼筋銹蝕的可能性及其銹蝕程度。3）、鋼筋材質(zhì)檢測：A、分析原始資料；B、構(gòu)件內(nèi)截取試樣4）、鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)承載力的影響：鋼筋極限拉（壓）力=銹蝕后的鋼筋面積X原材料強度5、承載能力驗算評級＞計算簡圖和有關的幾何尺寸：結(jié)構(gòu)驗算的計算簡圖應符合結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)與構(gòu)造情況。＞材料強度取值和作用效應：材質(zhì)性能符合原設計要求，取原設計的材料強度值。否則以現(xiàn)場實測材料強度為依據(jù)確定設計取值。＞結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力驗算和評級。＞連接與構(gòu)造的承載力及其評級。6.3鋼結(jié)構(gòu)的檢測與鑒定1、鋼結(jié)構(gòu)檢測要點＞鋼結(jié)構(gòu)特點：強度大，制成的構(gòu)件具有薄、細、長、柔等特點；連接構(gòu)造傳遞應力大，結(jié)構(gòu)對附加的局部應力、殘余應力、幾何偏差、裂縫、腐蝕、振動撞擊效應等也較敏感。＞檢測要點：結(jié)構(gòu)布置、連接構(gòu)造及變形等；必要時測定結(jié)構(gòu)材料強度及個別構(gòu)件的實際應力。2、鋼材強度測定1對已建鋼結(jié)構(gòu)鑒定時，由于在結(jié)構(gòu)上截取試樣會損傷結(jié)構(gòu)，一般采用表面硬度法間接推斷鋼材強度。2、表面硬度法主要利用布氏硬度計測定。3、測定鋼材極限強度后，可依據(jù)同種材料的屈強比計算得到鋼材的屈服強度。3、連接構(gòu)造和腐蝕的檢查＞連接構(gòu)造的檢查應根據(jù)不同的構(gòu)件有所側(cè)重。＞腐蝕檢查應注意檢查構(gòu)件及連接點處容易積灰和積水的部位；經(jīng)常漏水和干濕交替的部位；有腐蝕介質(zhì)作用的構(gòu)件以及不易油漆的組合截面和節(jié)點的腐蝕狀況等。第七章工程結(jié)構(gòu)模型試驗7.1概述模型試驗一般包括模型設計、模型制作、模型測試和模型分析等幾個方面，其中模型設計最為重要。7.1.1模型試驗的特點口經(jīng)濟性好：制作容易，節(jié)省材料、勞力和時間等。口針對性強：突出主要因素，簡略次要因素?？跀?shù)據(jù)準確：可在試驗環(huán)境條件較好的室內(nèi)進行。7.1.2模型試驗的應用口代替大型結(jié)構(gòu)試驗或作為大型結(jié)構(gòu)試驗的輔助試驗?？谧鳛榻Y(jié)構(gòu)分析計算的輔助手段?？隍炞C和發(fā)展結(jié)構(gòu)計算理論。7.2模型試驗理論基礎模型試驗理論是以相似原理和量綱分析為基礎，以確定模型設計中必須遵循的相似準則為目標。7.2.1模型的相似要求和相似常數(shù)相似：指模型和原型相對應的物理量的相似，即除了幾何相似外，還有物理過程的似。幾個主要物理量的相似：幾何相似：模型和原型結(jié)構(gòu)之間對應部分尺寸成比例，模型比例即為幾何相似數(shù)。質(zhì)量相似：模型和原型結(jié)構(gòu)之間對應部分質(zhì)量成比例。荷載相似：模型和原型在對應點所受的荷載方向一致，荷載大小成比例。物理相似：模型和原型的相應點的應力和應變、剛度和變形間的關系相似。時間相似：對于結(jié)構(gòu)動力問題，模型和原型的相對應的時間成比例。邊界條件相似：模型和原型在與外界接觸的區(qū)域內(nèi)的各種條件保持相似。初始條件相似：對于結(jié)構(gòu)動力問題，模型和原型初始時刻運動相對應的參數(shù)相似。7.2.2相似原理與量綱分析1、相似原理第一相似定理：彼此相似的現(xiàn)象，單值條件相同，其相似準數(shù)的數(shù)值也相同。相似常數(shù)：兩個相似現(xiàn)象中，兩個相對應的物理量始終保持的常數(shù)。相似準數(shù)：表示相似現(xiàn)象中各物理量應保持的關系，在所有互相相似的現(xiàn)象中是一個不變量。第二相似定理：某一現(xiàn)象各物理量之間的關系方程式，都可以表示為相似準數(shù)之間的函數(shù)關系。第三相似定理：現(xiàn)象的單值條件相似，并且由單值條件導出的相似準數(shù)的數(shù)值相等，是現(xiàn)象彼此相似的充分和必要條件。2、量綱分析口量綱分析法：根據(jù)描述物理過程的物理量的量綱和諧原理，尋求物理過程中各物理量的關系而建立相似準數(shù)的方法?？诮^對系統(tǒng)與相對系統(tǒng)：基本量綱：一組彼此獨立的量綱。導出量綱：其物理量的量綱由基本量綱組成。絕對系統(tǒng)：基本量綱為長度、時間和力。相對系統(tǒng)：基本量綱為長度、時間和質(zhì)量?？诹烤V的相互關系：1）兩個物理量相等，是指不僅數(shù)值相等，而且量綱也要相同。2）兩個同量綱參數(shù)的比值是無量綱參數(shù)，其值不隨所取單位的大小而變。3）一個完整的物理方程式中，各項的量綱必須相同，因而方程才能用加、減并用等號聯(lián)系起來。這一性質(zhì)稱為量綱和諧。4）導出量綱可和基本量綱組成無量綱組合，但基本量綱之間不能組成無量綱組合。5）若在一個物理方程中共有幾個物理參數(shù)x1,x2,xn和k個基本量綱，則可組成（n-k）個獨立的無量綱組合。無量綱參數(shù)組合簡稱“n”數(shù)。這一性質(zhì)又稱為n定理。7.3模型設計模型設計應綜合考慮各種因素，如模型的類型、模型材料、試驗條件以及模型的制作條件等，以確定出適當?shù)奈锢砹康南嗨瞥?shù)。7.3.1模型的類型結(jié)構(gòu)模型通常分為彈性模型、強度模型和間接模型?？趶椥阅Ｐ驮囼災康模韩@取原型結(jié)構(gòu)在彈性階段的資料。應用：常用在鋼筋（或型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)的設計過程，用以驗證新型結(jié)構(gòu)的設計計算方法是否正確或為設計計算提供某些參數(shù)。結(jié)構(gòu)動力試驗模型一般是彈性模型。制作材料要求：不必與原型結(jié)構(gòu)的材料完全相似，但在試驗過程中具有完全的彈性性質(zhì)?？趶姸饶Ｐ驮囼災康模禾接懺徒Y(jié)構(gòu)的極限強度、極限變形以及在各級荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能。應用：常用于鋼筋（或型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的彈塑性性能研究。制作材料要求：模型與原型的材料性能盡可能相似。口間接模型試驗目的：得到關于結(jié)構(gòu)支座、反力、彎矩、剪力、軸力等內(nèi)力資料。間接模型不要求與原型結(jié)構(gòu)直接相似?，F(xiàn)已很少使用而被計算機分析所取代。7.3.2模型設計的程序及模型幾何尺寸口一般程序1）根據(jù)任務明確試驗的具體目的和要求，選擇適當?shù)哪Ｐ皖愋秃湍Ｐ椭谱鞑牧稀?）針對課題所研究的對象，確定相似條件。3）根據(jù)現(xiàn)有試驗設備的條件，確定模型的幾何尺寸，即幾何相似常數(shù)。4）根據(jù)相似條件，定出其它相似常數(shù)。5）繪制模型施工圖?？谝话闱闆r，彈性模型的縮尺比例??；強度模型，尤其是鋼筋（或型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)的強度模型縮尺比例較大?？趯τ谀承┙Y(jié)構(gòu)，如薄壁結(jié)構(gòu)無法用幾何相似設計模型，而須考慮非完全幾何相似的方法設計模型，即變態(tài)模型設計。7.3.3模型設計中常見相似現(xiàn)象的相似關系口靜力彈性相似對一般靜力彈性模型，以長度及彈性模量的相似常數(shù)Sl和SE為首先確定的條件，這時，其它量的相似常數(shù)都是Sl和SE的函數(shù)或等于1?？趧恿ο嗨苿恿δＰ椭?，要考慮的基本物理量有［L］、［F］和［T］。由于動力問題中要模擬慣性力、恢復力和重力，相似常數(shù)要滿足SE/（SgSp）=Sl，通常，Sg=1。為了滿足SE/Sp=Sl的相似關系，可在模型上附加適當?shù)姆植假|(zhì)量。當重力對結(jié)構(gòu)的影響比地震等動力引起的影響小得多時，可忽略重力影響?？陟o力彈塑性相似結(jié)構(gòu)試驗研究中，應用較多的是鋼筋（或型鋼）混凝土或砌體結(jié)構(gòu)的強度模型，強度模型除應獲得彈性階段應力分析的數(shù)據(jù)資料外，還要能正確反應原型結(jié)構(gòu)的彈塑性性能，要求能給出與原型結(jié)構(gòu)相似的破壞形態(tài)，極限變形能力和極限承載能力。鋼筋（或型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)中，一般模型的混凝土和鋼筋（和型鋼）應與原型結(jié)構(gòu)的混凝土和鋼筋（或型鋼）具有相似的。-￡曲線（如圖），當模型材料滿足這些要求時，相似條件如表（a）列所示；但由于鋼材是目前能找到的唯一的適用于模型的加筋材料，此時模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)采用相同的混凝土和鋼筋（或型鋼），相似條件如表（b）列所示；混凝土的彈性模量和。-￡曲線直接受骨料及其級配的影響，模型混凝土的骨料多為中、粗砂，級配情況亦與原型結(jié)構(gòu)的不同，O-￡曲線如圖，此時需調(diào)整模型鋼筋（或型鋼）的面積，此時模型與原型不完全相似，相似關系如表（c）歹U。7.4模型材料口基本要求1、保證相似要求。2、保證量測要求。3、保證材料性能穩(wěn)定，不受溫度、濕度的變化而變化。4、保證加工制作方便。口常用模型材料簡介1、金屬優(yōu)點：力學性能大多符合彈性理論的基本假定，量測準確度較高。常用材料鋁合金和鋼材，兩者泊松比接近于混凝土材料，鋁合金應變量大、導熱性好、彈性模量較低，金屬模型中鋁合金用得較多。缺點：加工困難、彈性模量較塑料和石膏的高，荷載模擬困難。2、塑料優(yōu)點：強度高、彈性模量低，加工容易。缺點：徐變較大，彈性模量受溫度變化的影響大，泊松比比金屬和混凝土高，導熱性差。因加工容易，固大量用來制作板材、殼、框架、剪力墻及其形狀復雜的結(jié)構(gòu)模型。3、石膏優(yōu)點：加工容易，成本低，泊松比與混凝土接近，彈性模量可以改變。缺點：抗拉強度低，要獲得均勻和準確的彈性模量較困難。石膏廣泛用來制作