同濟大學(xué)《建筑結(jié)構(gòu)試驗》課件.ppt

《同濟大學(xué)《建筑結(jié)構(gòu)試驗》課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《同濟大學(xué)《建筑結(jié)構(gòu)試驗》課件.ppt（197頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、,,,1,建筑結(jié)構(gòu)試驗,建 筑 結(jié) 構(gòu) 試 驗,任課教師：薛偉辰,,,,2,建筑結(jié)構(gòu)試驗,建筑結(jié)構(gòu)試驗課程介紹,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)。,建筑結(jié)構(gòu)試驗是工業(yè)與民用建筑專業(yè)的一門專業(yè)技 術(shù)課程。本課程的任務(wù)是使學(xué)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。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3,建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計,試件設(shè)計,加載方案 荷載設(shè)備,測試方案 數(shù)據(jù)采集和測 量儀器,,,,4,建筑結(jié)構(gòu)試驗 課 時 安 排,第一

2、章 結(jié)構(gòu)試驗概論 第三章 結(jié)構(gòu)試驗的荷載設(shè)備,（2課時） （2課時）,第四章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器 （2課時）,第二章 結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計 第五章 結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗 第六章 結(jié)構(gòu)低周反復(fù)靜力加載試驗 第九章 結(jié)構(gòu)試驗現(xiàn)場檢測技術(shù) 第十章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)處理,（4課時） （2課時） （2課時） （2課時） （2課時）,,,,5,建筑結(jié)構(gòu)試驗,第一章,結(jié)構(gòu)試驗概論,,,,6,建筑結(jié)構(gòu)試驗,結(jié)構(gòu)試驗與理論分析的關(guān)系：,作為一門試驗科學(xué)，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)； 當(dāng)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；,當(dāng)計算理論有待完善

3、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。,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,,,,7,建筑結(jié)構(gòu)試驗,簡支受彎梁試驗：（著名的路標(biāo)試驗）,研究簡支受彎梁截面應(yīng)力分布。,,,,8,建筑結(jié)構(gòu)試驗,簡支受彎梁試驗：（路標(biāo)試驗）,17世紀(jì)初，伽利略提出截面應(yīng)力均勻分布； 17世紀(jì)中，有人將其修正為三角形分布；,1713年，巴朗（法國）提出正確的應(yīng)力分布型式， 但未能進行試驗驗證；,1767年，容格密理（法國）提出路標(biāo)試驗；,1821年，拿維葉（法國科學(xué)院院士）推導(dǎo)了受彎構(gòu) 件應(yīng)力分布的計算公式；,1850年，阿莫歷思（法國科學(xué)院院士）完成了試驗 驗證。

4、,,,,9,建筑結(jié)構(gòu)試驗,結(jié)構(gòu)試驗在我國的發(fā)展歷史：,解放前，結(jié)構(gòu)試驗在我國幾乎是空白；,1953年，長春市25.3m輸電塔原型檢驗性試驗； 1957年，武漢長江大橋靜載和動載試驗；,1959年，北京火車站35m35m雙曲薄殼靜力試驗； 70年代后，上海體育館、南京五臺山體育館網(wǎng)架模型,試驗；,1977年，“建筑結(jié)構(gòu)測試技術(shù)的研究”八年規(guī)劃； 上世紀(jì)80年代以來，隨著大型高精度試驗裝置和數(shù)采,系統(tǒng)的應(yīng)用，標(biāo)志著我國結(jié)構(gòu)試驗達(dá)到一個新水平。,,,,10,建筑結(jié)構(gòu)試驗,結(jié)構(gòu)試驗的發(fā)展趨勢：,大型化、體系化；,精密性，包括試件設(shè)計、加載、測試； 計算機聯(lián)機試驗。,我校的結(jié)構(gòu)試驗建設(shè)情況：,共有六個試

5、驗室；,靜力、擬動力、振動臺、抗火、風(fēng)洞、耐久性。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)： 定義：課本P12,P,,P 應(yīng)變片,P曲線（構(gòu)件） M關(guān)系（截面） 承載力、撓度、裂縫 平截面假定驗證 11,,,,12,建筑結(jié)構(gòu)試驗,結(jié)構(gòu)試驗的目的：,生產(chǎn)性試驗（又稱鑒定性試驗或檢驗性試驗）,科研性試驗,,,,13,建筑結(jié)構(gòu)試驗 生產(chǎn)性試驗

6、： 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 應(yīng)用場合：, ,檢驗結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量； 檢驗已有建筑物的可靠性，推斷剩余壽命； 鑒定加固，改造工程的實際受力性能； 為工程事故鑒定處理提供技術(shù)依據(jù)； 檢驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件或部位的受力性能。,,,,14,建筑結(jié)構(gòu)試驗 科研性試驗： 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)。 應(yīng)用場合：, ,驗證結(jié)構(gòu)計算理論及有關(guān)假定、推斷等； 為編制有關(guān)設(shè)計規(guī)范提供依據(jù)； 推廣應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝。,,,,15,建筑結(jié)構(gòu)試驗,建筑結(jié)構(gòu)試驗的分類：,按試驗對象：真型試驗、模型試驗； 按荷載性質(zhì)：靜力試驗、動力試驗；,按試驗

7、時間：短期荷載試驗、長期荷載試驗； 按試驗場合：試驗室試驗、現(xiàn)場試驗；,按破壞程度：破壞性試驗與非破壞性試驗。,,,,16,建筑結(jié)構(gòu)試驗 真型試驗與模型試驗： 真型試驗, ,試驗對象：實際結(jié)構(gòu)或按比例復(fù)制的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件 優(yōu)點：完全反映真實結(jié)構(gòu)受力特性，試驗結(jié)論可靠 缺點：費用高，加載難度大，試驗周期長,模型試驗, ,試驗對象：縮尺試件 優(yōu)點：實施方便，費用低，多參數(shù)、多試件 缺點：嚴(yán)格相似條件難實現(xiàn)，尺寸效應(yīng),,,,17,建筑結(jié)構(gòu)試驗 靜力試驗與動力試驗： 靜力試驗, ,單調(diào)靜力試驗、低周反復(fù)靜力試驗等 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、

8、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應(yīng) 缺點：加載設(shè)備和測試手段復(fù)雜,,,,18,建筑結(jié)構(gòu)試驗 短期荷載試驗與長期荷載試驗： 短期荷載試驗,,一般試驗全過程持續(xù)幾分鐘到幾天,長期荷載試驗, ,試驗全過程持續(xù)幾個月、幾年到數(shù)十年 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(yù)應(yīng)力筋的松弛，結(jié)構(gòu)的耐久性能 等）,,,,19,建筑結(jié)構(gòu)試驗 試驗室試驗與現(xiàn)場試驗： 試驗室試驗, ,適用于科研性試驗 是今后結(jié)構(gòu)試驗的主要發(fā)展方向,現(xiàn)場試驗,,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,,,,20,建筑結(jié)構(gòu)試驗,破壞性試驗與非破壞性試驗：,現(xiàn)場試驗和

9、長期荷載試驗多為非破壞性試驗,試驗室試驗與短期荷載試驗多為破壞性試驗,,,,21,建筑結(jié)構(gòu)試驗,思考題：,1、簡述結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)。,2、按試驗?zāi)康牡牟煌?，結(jié)構(gòu)試驗可分為哪兩類？ 3、簡述生產(chǎn)性試驗的目的。 4、簡述科研性試驗的目的。,5、試對比真型試驗與模型試驗。,6、簡述靜力試驗與動力試驗的不同。 7、闡述短期試驗與長期試驗的區(qū)分。 8、說明試驗室試驗與現(xiàn)場試驗的不同。,,,,22,建筑結(jié)構(gòu)試驗,第三章,結(jié)構(gòu)試驗的荷載設(shè)備,,,,23,建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗中的加載方法：,重力加載法； 液壓加載法； 慣性力加載法； 機械力加載法；,氣壓加載法； 電磁加載法； 人激振動加載法； 環(huán)境隨機振動

10、激振法。,,,,24,建筑結(jié)構(gòu)試驗,重力加載法：,包括重力直接加載法和杠桿加載法。,直接加載法,應(yīng)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。,,,,25,建筑結(jié)構(gòu)試驗,重力加載法：,預(yù)應(yīng)力鋼混凝土組合梁長期荷載試驗,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗 液壓加載法： 目前結(jié)構(gòu)試驗中最常用的加載方法； 可適用于靜、動載試驗，噸位可大、可小； 液壓加載方法 液壓加載系統(tǒng)和試驗臺座； 結(jié)構(gòu)試驗機系統(tǒng)。 液壓加載裝置, 液壓加載器； 結(jié)構(gòu)試驗機；, 地震模擬振動臺。 26, 液壓加載系統(tǒng)； 電液伺服液壓系統(tǒng)；,,,,27,建筑結(jié)構(gòu)試驗 液壓加載器：,液壓千

11、斤頂,電動泵,,,,28,建筑結(jié)構(gòu)試驗,液壓加載系統(tǒng)：,組成部分, 液壓加載器 液壓控制臺 反力架 臺座,適用于各類結(jié)構(gòu)的靜載試驗（包括擬靜力試驗）,,,,,,,,,,,,29,建筑結(jié)構(gòu)試驗,液壓加載系統(tǒng)：,5M鋼桁架結(jié)構(gòu) 靜力分析試驗,液壓千斤頂,手動油泵,豎向反力架,支墩,,,,,,,,,,,,10000kN垂 向加載油缸,建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗機： 水平伺服跟,動裝置 球鉸及微動,橫梁縮緊機 構(gòu),探測裝置 垂向伺服跟 動裝置 3000kN水 平加載裝置 橫梁升降機 構(gòu) 1500kN水 平加載裝置 10000kN大型多功能試驗機系統(tǒng)（同濟大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)試驗室） 30,,,,31,建

12、筑結(jié)構(gòu)試驗,地震模擬振動臺：,同濟大學(xué)土木工程防,災(zāi)國家重點試驗室,美國MTS公司三向六自由 度維模擬地震振動臺， 臺面尺寸4m4m，最大 試件質(zhì)量25t。,,,,32,建筑結(jié)構(gòu)試驗,慣性力加載法：,利用運動物體質(zhì)量的慣性施加動力荷載； 沖擊力加載法, 初位移加載法； 初速度加載法； 反沖激振法。 離心力加載法, 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易產(chǎn)生較大振幅和激振力； 缺點：頻率低，振幅調(diào)節(jié)難，只能產(chǎn)生簡諧荷載。,直線位移慣性力加載法, 激振力大，但頻率較小（< 1HZ），且設(shè)備笨重。,,,,33,建筑結(jié)構(gòu)試驗,慣性力加載法：,初位移加載法,初速度加載法,,,,34,建筑結(jié)構(gòu)試驗,機械力加載法：,常用機具

13、包括：吊鏈（葫蘆）、卷揚機、花籃螺 絲、螺旋千斤頂、彈簧等； 適用于施加水平荷載；,優(yōu)點：設(shè)備簡單，集中力的方向便于控制； 缺點：荷載較小，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。,,,,35,建筑結(jié)構(gòu)試驗,氣壓加載法：,利用壓縮空氣加載，利用抽真空產(chǎn)生負(fù)壓加載； 適用于平板、殼體等平面結(jié)構(gòu)施加均布荷載； 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；,缺點：加載面無法觀測。,,,,36,建筑結(jié)構(gòu)試驗,電磁加載法：,可進行靜、動載試驗； 電磁式激振器, 優(yōu)點：頻率范圍寬、重量輕、控制方便、可按給定,信號產(chǎn)生多個波形的激振力；, 缺點：激振力不大、適用于小型結(jié)構(gòu)試

14、驗。,電磁振動臺, 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； 缺點：激振力小、適用于小型結(jié)構(gòu)試驗。,,,,37,建筑結(jié)構(gòu)試驗,人激振動加載法：,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：,又稱脈動法；,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。,,,,38,建筑結(jié)構(gòu)試驗,荷載支承設(shè)備和試驗臺座：,支座；,荷載支承機構(gòu)；,結(jié)構(gòu)試驗臺座；,現(xiàn)場試驗荷載裝置。,,,,39,建筑結(jié)構(gòu)試驗,支座：,支墩：簡易支座，鋼或鋼筋砼制作，現(xiàn)場試驗多 為磚砌體；,支座作用形式：滾動鉸支座、固定鉸支座、球鉸

15、支座；,對鉸支座的基本要求（課本P5859） 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；, 構(gòu)件支座處鉸的上下墊板要有一定剛度； 滾軸長度，一般取為試件支承處截面寬度； 滾軸直徑，可按表選用，并進行強度驗算。,,,,40,建筑結(jié)構(gòu)試驗,支座：,,,,41,建筑結(jié)構(gòu)試驗,荷載支承機構(gòu)：,又稱反力架或荷載架； 試驗室試驗, 反力架（由橫梁立柱組成）；, 抗彎大梁或空間桁架式臺座（適用于中小型構(gòu)件）,、試驗臺座。,現(xiàn)場試驗, 反力支架（包括平衡重、錨固樁頭、現(xiàn)澆地梁和箍,架等）。,,,,,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗,荷載支承機構(gòu)： 試驗臺座（槽式）,豎向反力架 42,立柱,

16、橫梁,,,,43,建筑結(jié)構(gòu)試驗,荷載支承機構(gòu)：,水平反力架,,,,44,建筑結(jié)構(gòu)試驗,結(jié)構(gòu)試驗臺座：,抗彎大梁式臺座和空間桁架式臺座, 適用于中小型構(gòu)件試驗，跨度短、荷載??； 特點：自平衡式，對支座和支承條件無要求。,空間桁架式臺座,抗彎大梁式臺座,,,,45,建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗臺座：（試驗臺座） 板式試驗臺座 RC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。 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。 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(fù)困難。 箱式試驗臺座 特點：承載力高、剛度大、臺

17、座空間利用率高，但,安裝和移動設(shè)備困難。,,,,46,建筑結(jié)構(gòu)試驗,結(jié)構(gòu)試驗臺座：（試驗臺座）,抗側(cè)力試驗臺座, 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(fù)荷載，進行擬動力和 擬靜力試驗。, 試驗臺座采用RC或PC的實體墻或箱形墻，有L型、U,型等。,,,,47,建筑結(jié)構(gòu)試驗,槽式試驗臺座：,槽式試驗臺座，高出地面500mm（同濟大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)試驗室）,,,,48,建筑結(jié)構(gòu)試驗,現(xiàn)場試驗荷載裝置：,關(guān)鍵問題：如何提供支座反力。 解決方法, 平衡重式, 壓樁作為地錨 成對試驗加載,,,,49,建筑結(jié)構(gòu)試驗,思考題：,1、簡述重力加載法的特點。,2、如何避免重力加載法中

18、的拱效應(yīng)？ 3、液壓加載器有哪幾種？,4、電液伺服加載系統(tǒng)的主要功能有哪些？ 5、闡述機械力加載法的常用機具及其特點。 6、簡述氣壓加載法的優(yōu)點和缺點。 7、支座有哪幾種基本形式？,8、結(jié)構(gòu)試驗臺座的分類及其特點。,,,,50,建筑結(jié)構(gòu)試驗,第四章,結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器,,,,51,建筑結(jié)構(gòu)試驗,主要內(nèi)容,4.1 概述,4.2 傳感器 4.3 記錄器,4.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),,,,52,建筑結(jié)構(gòu)試驗,4.1 概述,數(shù)據(jù)采集：用多種儀器和裝置測量結(jié)構(gòu)試驗中的輸入 （作用）和輸出（效應(yīng)、響應(yīng)）數(shù)據(jù)。 結(jié)構(gòu)試驗數(shù)據(jù)采集的發(fā)展過程： 人工測量、人工記錄：直尺、秤等 儀器測量、人工記錄：YJ-5應(yīng)

19、變儀等, 儀器測量、儀器記錄：傳感器 + X-Y記錄儀等 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：輸力強數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗,傳感器 感受部分 顯示、記錄部分,放大器 放大部分 分析儀器,顯示器 記錄器 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 53,,,,54,建筑結(jié)構(gòu)試驗,結(jié)構(gòu)靜力試驗：主要測量局部纖維應(yīng)變和整體變形， 多使用復(fù)合式儀表。,結(jié)構(gòu)動力試驗：量測結(jié)構(gòu)動力特征和動態(tài)反應(yīng)，使用 動態(tài)模擬儀器。,數(shù)據(jù)采集的儀器設(shè)備（按功能與使用情況分）：傳感 器、放大器、顯示器、記錄器、分析儀器等。,4.1 概述（續(xù)）,,,,55,建筑結(jié)構(gòu)試驗,測量儀器設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)：, 刻度值（最小

20、分度值）：指示或顯示裝置所能指示的最,小量測值。, 量程：儀器可以測量的最大范圍。, 靈敏度：儀器對被測物理量變化的反應(yīng)能力。 分辨率：測量被測物理量最小變化值的能力。, 線性度：儀器校準(zhǔn)曲線對理想擬合直線的接近程度。 穩(wěn)定性：規(guī)定時間內(nèi)保持示值與特性參數(shù)不變的能力。 重復(fù)性：重復(fù)測試同一數(shù)值時保持示值一致的能力。 頻率響應(yīng)：動測儀器輸出信號隨輸入信號變化的特性。,4.1 概述（續(xù)）,,,,56,建筑結(jié)構(gòu)試驗,結(jié)構(gòu)試驗對儀器設(shè)備的使用要求, 自重輕、尺寸小，不影響結(jié)構(gòu)工作與受力； 合適的靈敏度和量程；, 安裝使用方便，穩(wěn)定性和重復(fù)性好；, 價廉耐用，可重復(fù)使用，安全可靠，維修容易；

21、 多功能，多用途，適應(yīng)多方面需要。 數(shù)據(jù)采集應(yīng)遵循同時性和客觀性原則。,為確定儀器設(shè)備的靈敏度和精確度、確定試驗數(shù)據(jù)的 誤差，應(yīng)在試驗前后對儀器設(shè)備進行標(biāo)定。,4.1 概述（續(xù)）,,,,57,建筑結(jié)構(gòu)試驗,4.2 傳感器,（一）基本原理：（教材P70-71）,機械式傳感器：利用機械原理進行工作，包括感受機 構(gòu)、轉(zhuǎn)換機械、顯示裝置和附屬裝置四部分。,電測傳感器：利用某種特殊材料的電學(xué)性能、或某種 裝置的電學(xué)原理，把所需測量的非電物理量變化轉(zhuǎn)換 成電量變化，主要包括感受部分、轉(zhuǎn)換部分、傳輸部 分和附屬裝置四部分。,其他傳感器：包括紅外線傳感器、激光傳感器、光纖 傳感器和超聲波傳感器等。,,,,建筑

22、結(jié)構(gòu)試驗 （二）電阻應(yīng)變計 工作原理：利用某種金屬絲導(dǎo)體的“應(yīng)變電阻效應(yīng)”。,構(gòu)造組成： 引出線 覆蓋層 電阻柵 基底材料 58,dR R,= K,K：靈敏系數(shù) ：應(yīng)變,單位應(yīng)變引起的 相對電阻變化,,,,59,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（二）電阻應(yīng)變計（續(xù)）,電阻應(yīng)變計的特點：靈敏度高，應(yīng)變片尺寸小（應(yīng)力 集中區(qū)密集貼片），質(zhì)量輕，粘貼牢固，適用于高、 低溫環(huán)境（-50100）。 主要技術(shù)指標(biāo), 電阻值 R：120。, 標(biāo)距 l：即電阻柵的有效長度。鋼筋片21、32等,，砼片804、1005等（大于4倍最大粗骨料粒徑， 還與應(yīng)變梯度有關(guān)）。, 靈敏度系數(shù) K：即單位應(yīng)變引起應(yīng)變計的電阻變化。,

23、應(yīng)與應(yīng)變儀的靈敏度系數(shù)設(shè)置相協(xié)調(diào)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （二）電阻應(yīng)變計（續(xù)） 電阻應(yīng)變儀的分類 按電阻柵的種類分：絲繞式、 短接式、箔式、半導(dǎo)體式、焊 接式； 按電阻柵的形狀分：單向應(yīng)變 片、應(yīng)變花（雙向、三向）；, 按基底材料分：紙基、膠基；, 按使用極限溫度分：低溫、常 溫、高溫。 60,三向應(yīng)變花,61,建筑結(jié)構(gòu)試驗 電阻應(yīng)變計的粘貼方法：,順,序,工作內(nèi)容,方法,要求,外觀檢,借助放大鏡肉眼檢查,應(yīng)變片應(yīng)無氣泡、霉變、銹點、,1,應(yīng)變片檢查 分選擇,查 阻值檢 查 測點檢,查,用萬用表檢

24、查 用單臂電橋測量電阻值并分 組 檢查測點處表面狀況,柵級應(yīng)平直、整齊均勻 應(yīng)無短路或斷路 同一測區(qū)應(yīng)用阻值基本一致的應(yīng) 變計，相差不大于 0.5% 測點應(yīng)平整、無缺陷、無裂縫,打磨,用砂布或磨光機,平整、無浮漿、并不使斷面減少,用丙酮或酒精清洗,清洗 打底,棉花干擦是無污染 膠層厚度 0.05-0.1mm 左右，硬后 用砂布打磨,2,測點處理,測線定 位,上膠,用鑷子夾應(yīng)變計引出線，在,縱線與應(yīng)變方向一致 測點上十字中心與應(yīng)變計上的標(biāo),擠壓,背面上一層薄膠，測點也涂 上薄膠，將片對準(zhǔn)放上 在應(yīng)變計上蓋一小片玻璃,擠出多余膠水,志對準(zhǔn) 膠層應(yīng)盡量薄，并注意應(yīng)變計位,紙，用手指沿一個方向滾壓，置

25、不滑動。,3,應(yīng)變計粘貼,加壓,快干膠粘貼，用手指輕壓 1-2,分鐘，其它膠則適當(dāng)方法加 壓 1-2 小時,膠層應(yīng)盡量薄，并注意應(yīng)變計位,置不滑動。,,,,62,建筑結(jié)構(gòu)試驗,電阻應(yīng)變計的粘貼方法（續(xù)）：,,,,63,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（三）應(yīng)變測量,電阻應(yīng)變計測量應(yīng)變, 采用惠斯登電橋（1/4電橋接法、半橋接法、全橋接,法），將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，使信號 放大，從而進行測量；, 讀數(shù)：零位讀數(shù)法（電阻）、偏位讀數(shù)法（電壓）,惠斯登電橋,,,,64,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（三）應(yīng)變測量（續(xù)）,電阻應(yīng)變計測量應(yīng)變, 溫度補償技術(shù)：粘貼在試件測點上的應(yīng)變計所反映的,應(yīng)變值，除了試件受力的變形外，還

26、包含試件與應(yīng)變 計受溫度影響而產(chǎn)生的變形和由于試件材料與應(yīng)變計 的溫度線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的變形等。這種變形不 是荷載效應(yīng)，一般采用溫度補償方法加以消除。, 消除溫度影響的方法：溫度補償法。,,,,65,建筑結(jié)構(gòu)試驗,溫度補償應(yīng)變計法,,,,66,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（三）應(yīng)變測量（續(xù)）,其他方法測量應(yīng)變, 位移法：, 用兩點之間的相對位移近似表示兩點之間的平均應(yīng)變, 小標(biāo)距（50mm250mm）：手持應(yīng)變儀（引申儀）、,杠桿引申儀、百分表、位移傳感器； 大標(biāo)距：收斂儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀。, 光測法：多用于結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力分析（云紋法、激光衍,射法、光彈法）。, = l /l,,,,67,建筑結(jié)構(gòu)試驗,

27、（四）力傳感器和壓力傳感器,主要有機械式傳感器和電測式傳感器兩類；,機械式：拉力測力計、壓力測力計、拉壓力測力計； 電測式（應(yīng)變式）：壓力傳感器、拉壓傳感器（較為 常見，采用應(yīng)變計量測方法，可自制）。,電測式荷載傳感器,,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （五）線位移傳感器 簡稱位移傳感器； 機械式百分表、電子百分表、千分表、位移計、,量程13mm,量程1030mm 水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀 等。 機械式百分表,量程50、100、 200、300mm 電子百分表 68,,,,69,千分表,經(jīng)緯儀,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （五）線位移傳感器（續(xù)） 位移計,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （六）角位移傳感器 傾角儀、傾角

28、傳感器等。 （七）裂縫測量儀器 裂縫測量的兩項內(nèi)容：開裂時刻與位置、裂縫寬度與 長度； 判斷裂縫是否出現(xiàn)的方法, 目測 應(yīng)變 曲線,試件表面刷白，裂縫一般與主拉應(yīng)力垂直； 通過鋼筋應(yīng)變和砼應(yīng)變綜合判定； 通過P、P曲線拐點判定。,常用裂縫寬度測量儀器：讀數(shù)顯微鏡、裂縫標(biāo)尺。 70,,,,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （八）測振傳感器 基本原理：測量結(jié)構(gòu)振動參數(shù)（位移、速度、加速度 等）的儀器, 利用相對運動原理,手持式測振儀；,慣性式測振傳感器。, 利用慣性原理 傳感器的頻率特性,應(yīng)盡可能大 應(yīng)盡可能大, 位移傳感器： w wn 加速度傳感器： wn w,w 為振動體的頻率 wn 為傳感器固

29、有頻率 71,,,,72,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（八）測振傳感器（續(xù)）,磁電式速度傳感器（教材P84-85）, 靈敏度高、性能穩(wěn)定,壓電式加速度傳感器（教材P86）, 優(yōu)點：動態(tài)范圍大（可達(dá)105g），頻率范圍寬，穩(wěn)定,性好，機械強度高，溫度范圍寬；, 缺點：靈敏度較低。,壓電傳感器,,,,73,建筑結(jié)構(gòu)試驗,4.3 記錄器,（一）概況（教材P70-71）,數(shù)據(jù)的記錄方式：模擬式、數(shù)字式。,常用記錄器：光線示波器、磁帶記錄儀、磁盤驅(qū)動器 、XY記錄儀。,（二）XY記錄儀,模擬式記錄器；,可記錄一個X軸（荷載）、二三個Y軸（位移、應(yīng)變 等）；,多用于靜力測試。,,,,74,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（三）光線示波

30、器,模擬式記錄器；,可同時記錄多條曲線； 主要用于振動測試。,（四）磁帶記錄儀,有模擬式和數(shù)字式兩種； 多用于測量振動參數(shù)；,特點：工作頻帶寬、同時多通道記錄、錄放速度可調(diào) 、可將磁信號還原為電信號。,,,,75,建筑結(jié)構(gòu)試驗,4.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),（一）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成（教材P90 圖4-23）,傳感器部分：包含電測傳感器,數(shù)據(jù)采集部分：掃描傳感器，對數(shù)據(jù)進行采集 計算機部分：控制數(shù)據(jù)采集儀，并進行數(shù)據(jù)處理 按系統(tǒng)組成模式分：, 大型專用系統(tǒng) 分散式系統(tǒng), 小型專用系統(tǒng) 組合系統(tǒng),,,,76,建筑結(jié)構(gòu)試驗,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

31、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,77,（二）數(shù)據(jù)采集過程,（教材P90-92）,結(jié)構(gòu)試驗的原始數(shù)據(jù)；力、線位移、角位移、 應(yīng)變和溫度等物理量,A/D轉(zhuǎn)換 掃描采集 把物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?傳感器 感受各種物理量,實時屏幕圖象顯示 存入文件 計算處理 從數(shù)據(jù)采集儀讀入數(shù)據(jù) 打印輸出、存入磁盤 放入內(nèi)存 系數(shù)換算,計算機 數(shù)據(jù)采集儀,建筑結(jié)構(gòu)試驗 數(shù)據(jù)后處理,打印輸出,數(shù)據(jù)流通過程圖,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（二）數(shù)據(jù)采集過程（續(xù)）,（教材P90-92）,數(shù)據(jù)采集程序框圖,啟,動,處理測試參數(shù)文件 儀器狀態(tài)的診斷測試 建立存放數(shù)據(jù)的文件

32、 設(shè)置屏幕曲線顯示的坐標(biāo)系 采集初讀數(shù) 采集待命，可選擇下一步操作 如：一次采集；連續(xù)采集；終止運行,一次采集 a)掃描采集； b)存入文件； c)屏幕曲線顯示； d)打印輸出,終止,連續(xù)采集 a)掃描采集； b)存入文件； c)屏幕曲線顯示；,準(zhǔn) 備 階 段,集 階 段 78,正 式 采,,,,79,建筑結(jié)構(gòu)試驗,思考題：,1、數(shù)據(jù)采集應(yīng)遵循的兩個原則是什么？ 2、傳感器的功能是什么？,3、簡述電阻應(yīng)變計的工作原理。,4、簡述電阻應(yīng)變計的主要粘貼步驟。,5、何謂1/4電橋、半橋接法以及全橋接法。 6、簡述電阻應(yīng)變計的構(gòu)造組成。 7、常用的位移傳感器有哪些？,8、裂縫測量主要有哪兩項內(nèi)容，

33、常用方法是什么？ 9、常用的數(shù)據(jù)記錄器有包括哪些？ 10、簡述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成。,,,,80,建筑結(jié)構(gòu)試驗,第二章,結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計,,,,81,建筑結(jié)構(gòu)試驗,主要內(nèi)容,2.1 概述,2.2 試件設(shè)計,2.3 結(jié)構(gòu)試驗的模型設(shè)計 2.4 結(jié)構(gòu)試驗荷載設(shè)計 2.5 結(jié)構(gòu)試驗的觀測設(shè)計,2.6 材料的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)試驗的關(guān)系 2.7 結(jié)構(gòu)試驗大綱和試驗基本文件,,,,82,建筑結(jié)構(gòu)試驗,2.1 概述,結(jié)構(gòu)試驗全過程包括：試驗設(shè)計、試驗準(zhǔn)備、試驗實 施和試驗分析等幾部分。 結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計定義(P9)：,對結(jié)構(gòu)試驗進行全面的設(shè)計與規(guī)劃；, 設(shè)計的計劃和試驗大綱對試驗起著統(tǒng)管全局和具體指,導(dǎo)的作用。,,

34、,,83,建筑結(jié)構(gòu)試驗,2.1 概述（續(xù)）,試驗設(shè)計的主要內(nèi)容（以簡支梁試件設(shè)計為對象）,(1) 確定試驗參數(shù)，結(jié)合試驗經(jīng)費與時間，進行試件設(shè)計 如適筋梁試驗：強剪弱彎原則、板的抗剪問題、梁截面,尺寸的確定、經(jīng)濟配筋率問題。,(2) 加載設(shè)計, 支承條件、加載方式（等彎矩段）、加載設(shè)備、加載制,度（荷載與位移混合控制）。,(3) 觀測設(shè)計, P-、撓度、裂縫、應(yīng)變、曲率等。盡可能多地測量內(nèi),容，充分利用試驗。,,,,84,建筑結(jié)構(gòu)試驗,2.2 試件設(shè)計,縮尺模型與足尺模型, 縮尺模型必須滿足嚴(yán)格的相似條件。,試件設(shè)計的內(nèi)容及要求, 內(nèi)容：試件形狀的選擇、試件尺寸與數(shù)量的確定、,構(gòu)造措施等；,

35、要求：結(jié)構(gòu)與受力的邊界條件、試驗的破壞特征、,試驗的加載條件。,,,,85,建筑結(jié)構(gòu)試驗 2.2 試件設(shè)計（續(xù)） （一）試件形狀 基本原則：受力條件和邊界條件的模擬。 如框架節(jié)點的試驗方案，板柱結(jié)構(gòu)的受力特征（板帶 寬度的選取）。 （二）試件尺寸 尺寸效應(yīng)（構(gòu)件與結(jié)構(gòu)）；,混凝土抗壓強度試驗 100100100 150150150 200200200,0.95 1.0 1.05,,,,86,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（三）試件數(shù)量,生產(chǎn)性試驗：按試驗任務(wù)的要求來確定試件數(shù)量。 科研性試驗：,(1) 單因素 根據(jù)因素的水平數(shù)來確定試件數(shù)量； (2) 多因素 采用正交試驗設(shè)計法來進行試驗設(shè)計,并對試驗結(jié)果進

36、行科學(xué)分析。,多因素試驗存在的問題：,(1) 全面試驗的次數(shù)（試件數(shù)量）與實際可行的試驗次數(shù) 之間的矛盾。n個因素，m個水平，則全面試驗次數(shù)mn。 (2) 實際所做的少數(shù)試驗與全面掌握內(nèi)在規(guī)律的要求之間 的矛盾。,,,,87,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（三）試件數(shù)量（續(xù)）,正交試驗設(shè)計：指利用事先制好的正交表來安排多 因素試驗，并進行試驗結(jié)果分析的一種試驗設(shè)計方 法。, 正交表是正交試驗設(shè)計法中合理安排試驗并對試,驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析的一種特殊表格。, 常用正交表有 L4(23)、L9(34)、L12(3124)等。,試驗次數(shù) 因素的水平數(shù) 因素數(shù),,,,88,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（三）試件數(shù)量（續(xù)）,正交表的特

37、點（凡符合下列兩個特點的表均稱為正 交表）：,(1) 每一列中，不同的數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)相等； (2) 任意兩列中，將同一橫行的數(shù)字看成有序數(shù)對 （左列的數(shù)放在前，右列的數(shù)放在后）則每種 數(shù)對出現(xiàn)的次數(shù)相等。如（1、2）（1、1）,（2、1）（2、2）各出現(xiàn)一次。,,,,,,,,,89,3 1 2 2 1,2 1 2 1 2,1 1 1 2 2,因素,水平 試件 1 2 3 4,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （三）試件數(shù)量（續(xù)） L4(23)正交表,,,,,,,,90,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （三）試件數(shù)量（續(xù)） 完全試驗的試件數(shù)量,2 3 4 5,5 32 243 1024 3125,4 16 81 256 625,

38、3 8 27 64 125,2 4 9 16 25,1 2 3 4 5,因素,水平,,,,,,,,,91,1 2 3 4 5 6 7 8 9,4 1 2 3 3 1 2 2 3 1,3 1 2 3 2 3 1 3 1 2,2 1 2 3 1 2 3 1 2 3,1 1 1 1 2 2 2 3 3 3,因素,水平 試件,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （三）試件數(shù)量（續(xù)） L9(34)正交表,,,,,,,,,92,建筑結(jié)構(gòu)試驗,2,2,2,2,3,12,2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1,1 2 2 1 2 2 1 1 1 1 2,1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2,1 2 1 2 1 2 1 2

39、 1 2 1,2 2 2 2 1 1 1 1 3 3 3,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11,5,4,3,2,1,因素,水平,試件,（三）試件數(shù)量（續(xù)） L12(3124)正交表,,,,,,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（三）試件數(shù)量（續(xù)） 正交試驗結(jié)果分析直觀分析法 目的： (1) 確定各因素的主次關(guān)系； (2) 確定各影響因素的最佳水平。 具體步驟：,(1) 填寫評價指標(biāo)，將每個試件的試驗結(jié)果填入正交表 的右欄內(nèi)； (2) 計算各因素的水平效應(yīng)值Kmf、Kmf和極差Rm值。 (3) 比較各因素的極差R值，根據(jù)其大小，列出各因素的 主次關(guān)系。R值較大者，即對試驗結(jié)果的影響較大、即主要 因素

40、。 (4) 比較同一因素下各水平的效應(yīng)值Kmf，能使指標(biāo)達(dá)到 滿意值的為較理想的水平值。 93,Kmf 正交表中m列第f水平 相應(yīng)的指標(biāo)值之和 Kmf Kmf，m列第f水平的 重復(fù)次數(shù) Rm m列中Kmf的極大值與 極小值之差,,,,94,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（四）結(jié)構(gòu)試驗加載與測試對試件設(shè)計的要求 試件支承條件的要求：支承點的水平、局壓、支承點 的明確（跨度）。,試件加載點的要求：分配梁（簡支梁型式）、局壓。 試件破壞型式和破壞機制的要求：如 彎與剪的破壞 問題、節(jié)點與梁柱構(gòu)件的強度問題、防止粘結(jié)滑移的 措施。,試驗測量的要求：預(yù)埋件、預(yù)留孔道、預(yù)貼應(yīng)變片。 輔助試件的要求：試件材料的材性試件、節(jié)

41、點或局部 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的單體試件。,,,,95,建筑結(jié)構(gòu)試驗,2.3 結(jié)構(gòu)試驗的模型設(shè)計,結(jié)構(gòu)模型設(shè)計要求按相似理論進行設(shè)計，以保證 “試驗過程與試驗結(jié)果相似”, 幾何相似 材料相似 物理相似 荷載相似,科研性試驗中常采用小型試件，即縮尺模型。,,,,96,建筑結(jié)構(gòu)試驗,2.3 結(jié)構(gòu)試驗的模型設(shè)計（續(xù)）,相似原理,相似原理是研究自然界相似現(xiàn)象的性質(zhì)和鑒別相似現(xiàn),象的基本原理，由三個相似定理組成：, 第一相似定理：彼此相似的現(xiàn)象，單值條件相同，其相似準(zhǔn),數(shù)也相同，由牛頓在1786年首先提出，它確定了相似現(xiàn)象的 性質(zhì)。, 第二相似定理：某一現(xiàn)象各物理量之間的關(guān)系方程式，都可,表示為相似準(zhǔn)數(shù)之間的

42、函數(shù)關(guān)系。相似準(zhǔn)數(shù)常用表示。第 二相似定理也稱定理，為模型設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。, 第三相似定理：現(xiàn)象的單值條件相同，并且由單值條件導(dǎo)出,的相似準(zhǔn)數(shù)相等，是現(xiàn)象彼此相似的充要條件。,,,,97,建筑結(jié)構(gòu)試驗 2.3 結(jié)構(gòu)試驗的模型設(shè)計（續(xù)） （一）模型的相似要求和相似常數(shù) 相似常數(shù)的獨立性 幾何相似 要求模型和真型之間所有對應(yīng)部分尺寸成比例。Sl（長 度）、SA（面積）、Sw（抗彎模量），SI（慣性矩），Sx （位移）、S（應(yīng)變）。 質(zhì)量相似 Sm（質(zhì)量）、S（比重）。 荷載相似,SP（集中力）、Sw（面力）、Sq（體力）、SM（彎矩）。,,,,98,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（一）模型的相似要求和相似常數(shù)

43、（續(xù)）,物理相似,S（應(yīng)力）、S（剪力）、S（剪切角）、SE（彈性模,量）。,時間相似,St，時間相似不是指時刻相似，而是指時刻的間隔相似。,邊界條件相似,指模型的支承與約束條件相似。 初始條件相似,針對動力問題，包括初始位置、位移、速度、加速度等。,,,,,,,99,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（二）模型設(shè)計的相似條件（教材P19-25）,按模型設(shè)計的相似理論確定相似條件的方法有：方程 式分析法、量綱分析法。,方程式分析法：已知各參數(shù)與物理量的函數(shù)關(guān)系，并 有顯式表達(dá)式時。適用于較簡單的物理現(xiàn)象。,量綱分析法：對較復(fù)雜的物理現(xiàn)象，不能用顯式表達(dá) 來描述各參數(shù)與物理量之間的函數(shù)關(guān)系。此時，物理 參數(shù)的合理選

44、擇對模型設(shè)計具有決定性的作用。,取決于對該物理現(xiàn)象的正確認(rèn)識程度,,,,,,,,=1,, 2 l S S, l E f S S S,100,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（二）模型設(shè)計的相似條件（續(xù)） 1、靜力試驗?zāi)Ｐ偷南嗨茥l件（P20）,可見，相似常數(shù)的數(shù)目多于相似條件的數(shù)目，模型 設(shè)計時須預(yù)先假設(shè)幾個相似常數(shù)，一般假設(shè)幾何相,似常數(shù)Sl和材料相似常數(shù)SE。, =1, =1, S p, S p, S p Sl,SM,,,,,,,, S,,S S l, S, S Sl, S S l,建筑結(jié)構(gòu)試驗 1、靜力試驗?zāi)Ｐ偷南嗨茥l件（續(xù)） 考慮自重荷載的模型相似條件,=

45、1 =1 =1,M 4 S f SE 2,，此時模型材料很難實現(xiàn)，,1 Sl,當(dāng) m = p，S =1 ，S =,只能采用附加質(zhì)量方法，但強度與剛度須保持不變。 ，須提高測量精 2 度。 101,S 為材料容重的相似 常數(shù),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,dt,md x/dt,md x/dt,102,建筑結(jié)構(gòu)試驗 2、動力試驗?zāi)Ｐ偷南嗨茥l件（教材P22-23） 單自由度體系受迫振動的振動方程,dx dt,d 2x 2,m,d 2xg dt2,+kx = m,+c,2,2,kx 2,d 2xg /dt2 d 2x/dt2,= ,+,cdx/dt 2,1+,即：,x 為未知量

46、, 動力模型的相似條件為 Sc St /Sm =1 ,Sk Sm,Sm Sk,Sw =,此外，自頻及周期的相似常數(shù)為： ST =,運動初始條件的相似：,Sl St,Sl St &,S & x & =,Sx & =,Sx = Sl,,,,,,)之間，SE/S 2,, 6,模型試驗中的相似關(guān)系：,= Sl,SE Sg S, 當(dāng)選用Sg=1，而Sl一般(,,1 2,1 ， 6,1,1,這在模型選用材料時很難實現(xiàn)，通常需對材料試級配。 當(dāng)選用材料相同，SES1，則Sg1/Sl，采用附 加質(zhì)量法。 103,建筑結(jié)構(gòu)試驗 2、動力試驗?zāi)Ｐ偷南嗨茥l件（續(xù)） 關(guān)于重力加速度的相似常數(shù)Sg,,,,104,

47、建筑結(jié)構(gòu)試驗,4、模型材料,模型材料的要求, 相似要求：材料的基本性質(zhì)相似。, 測量要求：為便于測量儀表有足夠的讀數(shù)，彈性,模量應(yīng)適當(dāng)?shù)鸵恍? 材料性能穩(wěn)定，受環(huán)境溫度、濕度的影響較小。 加工制作方便,3、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)試驗?zāi)Ｐ偷南嗨茥l件（,教材P24-25）,,,,105,建筑結(jié)構(gòu)試驗 4、模型材料（續(xù)） 模型材料的種類 金屬（一般鋼材和鋁合金）：彈性好、變形量大、泊松比與 鋼筋砼相似。 塑料和有機玻璃：強度大、彈性模量低、各向同性、加工方 便、但徐變較大、熱穩(wěn)定性較差。 石膏：加工容易、成本低、泊松比與砼十分接近、彈性模量 可人為調(diào)整、但抗拉強度低、較脆。石膏被廣泛用于制作彈

48、性模型，也可大致模擬砼的塑性性能。 水泥砂漿：相比上述三種材料，最接近混凝土，常用于制作 砼薄壁結(jié)構(gòu)，此時采用的鋼筋為鋼絲或鉛絲。 細(xì)石混凝土：非彈性性能較難模擬，縮尺比例不宜太小。主,要缺點是粘結(jié)應(yīng)力模擬不好，不適用于研究Wmax、f等。,,,,106,建筑結(jié)構(gòu)試驗,2.4 結(jié)構(gòu)試驗荷載設(shè)計,結(jié)構(gòu)試驗荷載的分類, 按作用形式, 集中荷載、分布荷載。, 按作用方向, 垂直荷載、水平荷載、任意方向荷載。, 單調(diào)荷載、重復(fù)荷載、反復(fù)荷載。, 動力荷載、靜力荷載。,,,,107,建筑結(jié)構(gòu)試驗,2.4 結(jié)構(gòu)試驗荷載設(shè)計（續(xù)）,（一）試驗加載圖式（教材P25）,定義：,試驗荷載在試驗結(jié)構(gòu)上的布置形式（包

49、括荷載,類型與分布情況）,試驗加載圖式要與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時荷載圖式一致,,,,108,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （二）試驗加載裝置的設(shè)計 試驗加載裝置包括 豎向加載裝置：荷載架 水平加載裝置：反力架、反力墻（砼制） 其他加載裝置：,(1) 荷載傳遞裝置 (2) 荷載支承裝置, ,分配梁、墊塊或墊梁、滑動 軸承等； 支座（固定式、滑動式、鉸 接式、滾動式）、支墩。,,,,109,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （二）試驗加載裝置的設(shè)計（續(xù)） 試驗加載裝置的基本要求, ,滿足最大試驗荷載的要求，并有一定的安全儲備 50100； 滿足自身剛度的要求； 符合試驗結(jié)構(gòu)的受力條件，能模擬試驗結(jié)構(gòu)的邊 界條件和

50、變形條件； 滿足試件的支承條件：如支承點的摩擦力影響使 實際彎矩減??； 構(gòu)造簡單，加工、組裝方便。,,,,110,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （三）試驗的加載制度 定義：結(jié)構(gòu)試驗中控制荷載與加載時間的關(guān)系。 結(jié)構(gòu)試驗的加載制度分類： 單調(diào)靜力加載：預(yù)加載、預(yù)定荷載、破壞荷載 偽靜力加載：荷載與位移混合的低周反復(fù)加載（見 后圖） 偽動力加載：由計算控制，按地震位移反應(yīng)時程曲 線加載 抗震動力加載：按模擬地震時地面運動加速度地震 波加載 混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)(GB5015292),建筑抗震試驗方法規(guī)程(JGJ101-96),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

51、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,N 111,y=屈服位移,P,Pcr,變形控制,1y,2y,3y,4y,Pcr 荷載控制,P 0.75P ,0.75P 預(yù)加載,建筑結(jié)構(gòu)試驗 低周反復(fù)加載制度,,,,112,建筑結(jié)構(gòu)試驗,2.5 結(jié)構(gòu)試驗的觀測設(shè)計,觀測設(shè)計的內(nèi)容,確定測試項目、選擇測點位置、選擇測試儀器和測 試方法。,（一）觀測項目的確定,試件在荷載作用下的變形分為以下兩類, 整體變形：能夠反映試件的整體工作性能，如P-,、P-曲線, 局部變形：、max、f、-s曲線等。,,,,113,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（二

52、）測點的選擇與布置,測點的布置原則, 滿足試驗要求為目的，宜少不宜多； 測點的位置要有一定的代表性；, 應(yīng)布置一定量的校核性測點（受力明確的部位）； 測點的布置應(yīng)便于試驗時操作和測讀。,（三）儀器的選擇與測讀的原則（教材P30-31）,,,,,,114,建筑結(jié)構(gòu)試驗 2.6 材料的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)試驗的關(guān)系 （一）概述 結(jié)構(gòu)設(shè)計中最基本的公式 RS,,,抗震試驗中尚需要考慮周期性反復(fù)荷載下的材料本構(gòu)關(guān) 系（見下圖）。,R需要試件材料的基本力學(xué)性能數(shù)據(jù)：fc fcu Ec f y fu Es,,砼反復(fù)本構(gòu),預(yù)應(yīng)力筋反復(fù)本構(gòu),,,,115,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（一）概述（續(xù)）,包興格效應(yīng)：,鋼材在拉（

53、壓）超過彈性極限后、反面彈性極限會 明顯降低。1887年，德國包興格提出。,測定試件材料力學(xué)性能的方法： 直接試驗法，同條件試件；, 間接測定法（非破損試驗法或半破損試驗法），,回彈儀、超聲波法 等。,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （二）材料試驗結(jié)果對結(jié)構(gòu)試驗的影響 真正的試件材性很難準(zhǔn)確測得。 （三）試驗方法對材料強度指標(biāo)的影響 試件尺寸與形狀的影響：尺寸效應(yīng)（加載面的約束 及內(nèi)部缺陷）,fc = 0.76 fcu,2 3 cu,ft = 0.76 f,f c = 0.83fcu,試驗加載速度的影響（教材P3234） 2.7 結(jié)構(gòu)試驗大綱和試驗基本文件 （教材P35-36） 116,,,,117,

54、建筑結(jié)構(gòu)試驗,1、結(jié)構(gòu)試驗包括哪些主要環(huán)節(jié)？ 2、結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計的定義為？,3、生產(chǎn)性試驗的試件數(shù)目的確定原則是什么？ 4、采用什么方法確定多因素科研試驗的試件參數(shù)？ 5、簡述模型設(shè)計中主要的相似要求。,6、確定相似條件的方法有哪兩種，試對比分析。,7、試列出不考慮自重荷載的靜力試驗?zāi)Ｐ偷南嗨茥l件。 8、闡述結(jié)構(gòu)試驗荷載的分類。 9、何謂結(jié)構(gòu)試驗的加載制度。,10、簡述試驗測點選擇與布置的原則。,思考題：,,,,118,建筑結(jié)構(gòu)試驗,第五章,結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗,,,,119,建筑結(jié)構(gòu)試驗,主要內(nèi)容,5.1 概述,5.2 結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗的加載制度 5.3 基本構(gòu)件的單調(diào)加載靜力試驗 5.4

55、 擴大構(gòu)件的單調(diào)加載靜力試驗,5.5 建筑物或其部件的單調(diào)加載靜力試驗,,,,120,建筑結(jié)構(gòu)試驗,5.1 概述,定義：單調(diào)加載靜力試驗是指在短時期內(nèi)對試驗對象 進行平穩(wěn)的一次連續(xù)施加荷載，荷載從“零”開始一直,加到結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞，或是在短時期內(nèi)平穩(wěn)地施加若干 次預(yù)定的重復(fù)荷載后，再連續(xù)增加荷載直到結(jié)構(gòu)構(gòu)件 破壞。,單調(diào)加載靜力試驗是最普遍的試驗類型。,單調(diào)加載靜力試驗主要用于模擬結(jié)構(gòu)承受靜荷載作用 下觀測和研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度、剛度、抗裂性等基本 性能和破壞機制。,,,,121,建筑結(jié)構(gòu)試驗,5.2 結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗的加載制度,定義：試驗進行期間荷載與時間的關(guān)系。,試驗加載應(yīng)與結(jié)構(gòu)的實際受力

56、情況吻合，如三種荷 載組合（短期、長期、基本）情況。,典型的單調(diào)加載靜力試驗的加載程序(見后圖，教 材P94)。,預(yù)加載試驗, 預(yù)加載荷載值為開裂荷載的70左右，一般為開裂,荷載的30-70。,,,,122,建筑結(jié)構(gòu)試驗,續(xù),單調(diào)靜力試驗的加載程序,,,,,123,建筑結(jié)構(gòu)試驗,5.2 結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗的加載制度（續(xù)）,荷載量分級要求, 開裂前，在達(dá)到開裂荷載計算值的90以前，按荷,載短期效應(yīng)組合的20分級；, 開裂前，達(dá)到開裂荷載計算值的90后，按荷載短,期效應(yīng)組合的5分級；, 開裂后，直至達(dá)到荷載短期效應(yīng)組合值，仍按20,分級；,、4y分級。,荷載值下降, 對非線性 超過荷載短期效應(yīng)

57、組合值后，直到結(jié)構(gòu)屈服前，按,分析重要； 10分級； 按荷載加,難以控制。 結(jié)構(gòu)屈服后，按y的倍數(shù)施加荷載，按2y、3y,,,,124,建筑結(jié)構(gòu)試驗,5.2 結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗的加載制度（續(xù)）,分級加載級間間歇時間t1（卸載級間間歇時間t3）, 砼結(jié)構(gòu)10min，鋼結(jié)構(gòu)略少；, 基本原則：變形、應(yīng)變等基本穩(wěn)定。,恒載持續(xù)時間t2, 一般科研性試驗30min 生產(chǎn)鑒定性試驗10min 新結(jié)構(gòu)和大跨結(jié)構(gòu)12h,空載持續(xù)時間t4：1.5t2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,125,建筑結(jié)構(gòu)試驗,5.3 基本構(gòu)件的單調(diào)加載靜力試驗,（一

58、）受彎構(gòu)件的試驗 試件的安裝和加載方法 簡支座與固定支座的實現(xiàn) (1), (2) 應(yīng)盡量保證加載面與支承面平整（砂漿、墊,沙層、橡膠+鋼板）, 加載方法：千斤頂+分配梁 最常見, 一般采用等效荷載的加載圖式（按照所研究的界,面位置）,梁下部會伸長,,,,126,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（一）受彎構(gòu)件的試驗（續(xù)）,試驗項目和測點布置 (1) 撓度測量, 梁的撓度f，Pf曲線、框架的P曲線、節(jié)點,的P曲線, 梁的真實撓度f, a) 剔除支座位移；, b) 對寬度較大的梁，兩邊對稱貼片，以消除扭轉(zhuǎn),的影響（支座偏心、加載點偏心）；, c) 撓度的預(yù)計大?。ㄟx擇儀器的量程）。,,,,,,,,,,127,建筑結(jié)構(gòu)

59、試驗 （一）受彎構(gòu)件的試驗（續(xù)） (2) 應(yīng)變測量 一般在以下幾個截面上：M+max、M-max、l、y 或彎 矩突變處； 貼片的原則：按應(yīng)變梯度；受拉區(qū)少、壓區(qū)密（ 如采用引伸儀則不用）；一般情況下多采用不均勻 布置的方法。 a)單向應(yīng)力測定：單向片, b)平面應(yīng)力測定：多個單向片、應(yīng)變花 c)箍筋和彎筋應(yīng)力測量：預(yù)埋式和表面開槽式 d)翼緣與孔邊應(yīng)力測量：連續(xù)貼片（力學(xué)分析結(jié)果）,可確定有效 翼緣寬度 孔邊最大應(yīng),力，孔邊跨度 e)校核測點：不受力位置，檢驗系統(tǒng)誤差,,,,128,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（一）受彎構(gòu)件的試驗（續(xù)）,裂縫測量, 裂縫包括：彎曲裂縫、剪切裂縫、彎剪裂縫。 基于力學(xué)分析

60、，在裂縫位置的垂直方向布置測點。, 裂縫永遠(yuǎn)與l垂直（事故處理常用原則）。, 裂縫出現(xiàn)的判別方法：目測；P曲線；,應(yīng)變值。, 最大裂縫寬度的測量方法：等彎矩段選取3條，在,縱筋水平位置處采用讀數(shù)放大鏡或裂縫標(biāo)尺。 裂縫的標(biāo)注方法：試驗完畢后繪制裂縫開展圖。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,129,建筑結(jié)構(gòu)試驗,裂縫的標(biāo)注方法,1.5T,續(xù),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,建筑結(jié)構(gòu)試驗 （一）受彎構(gòu)件

61、的試驗（續(xù)） 受彎塑性鉸測量 測量內(nèi)容：塑性鉸的出現(xiàn)、長度，鋼筋及砼的應(yīng)變 情況、裂縫情況。, 延性系數(shù), 鋼筋在塑性鉸區(qū)的連續(xù)貼片（教材P102-103）。 130,Pu Py 0.85Pu = u / y, y, u,P,,,,,131,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（二）壓桿和柱的試驗,主要研究軸壓比和長細(xì)比的影響。,試件的安裝和加載方法, 正位試驗（試驗機上或大型荷載架上進行）、臥位,試驗（大型試件）兩端采用可動鉸支座（反彎點截 取試件模型），可考慮P效應(yīng)。, 對受壓構(gòu)件的安裝就位，關(guān)鍵在于對中：首先進行,幾何對中，再進行物理對中（通過應(yīng)變測量，施加 20-40試驗荷載）。,,,,132,建筑結(jié)構(gòu)試

62、驗,（二）壓桿和柱的試驗（續(xù)）,試驗項目和測點布置, 試驗項目：P曲線、s、c、max等，注意需,要成對測量。, 為研究混凝土受壓區(qū)的實際應(yīng)力圖形，可采用測力,板進行測定（教材P105，類似自制傳感器）, (1)將測力板澆筑在棱柱體試件中進行標(biāo)定； (2)將測力板澆筑在試件中進行測量。,,,,133,建筑結(jié)構(gòu)試驗,5.4 擴大構(gòu)件的單調(diào)加載靜力試驗,（教材P106120）,一、鋼筋混凝土平面樓蓋試驗,樓蓋包括板、次梁、主梁三個部分，試驗?zāi)康氖?研究活荷載的作用。,5.5 建筑物或其部件的單調(diào)加載靜力試驗,,,,134,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（一）試驗荷載布置,對于連續(xù)梁，活荷載最不利布置的原則, 跨

63、中Mmax：該跨布置，左右隔跨布置, 支座Mmax：該支座左、右跨布置，左右隔跨布置 支座最大剪力：同支座Mmax,可從彎矩圖、撓曲線來理解,試驗中為簡化，可忽略較遠(yuǎn)跨的影響或僅在荷載數(shù),值上考慮其影響,板的試驗, 確保為單向板,,,,135,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（一）試驗荷載布置（續(xù)）,次梁的試驗, 當(dāng)主梁支承次梁時，可將次梁視為連續(xù)梁 當(dāng)柱支承次梁時，將次梁視為固支梁, 實際上結(jié)構(gòu)中均為彈性支座，無絕對意義上的鉸,支、固支,主梁的試驗, 同次梁的試驗,柱的試驗, Nmax：柱相鄰跨滿布, Mmax：同梁端Mmax時布置方案,,,,136,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（二）試驗觀測,平面樓蓋試驗一般為非破壞性，

64、這是由于T形梁（ 強度大），多梁式經(jīng)常為現(xiàn)場試驗,板、梁撓度的觀測, 工程中：精密水準(zhǔn)儀、引出法 消除支座的影響,混凝土梁、板中混凝土及鋼筋的原始應(yīng)力測定, 卸載法,荷載的施加一般采用成袋砂、石、水泥,,,,137,建筑結(jié)構(gòu)試驗,二 單層工業(yè)廠房整體結(jié)構(gòu)空間工作試驗,單層工業(yè)廠房由排架、屋蓋系統(tǒng)、山墻等組成，由 于屋蓋系統(tǒng)和山墻對各榀平面排架的約束作用，從 而形成空間結(jié)構(gòu)。,試驗?zāi)康模捍_定廠房整體空間作用性質(zhì)及具體分配 系數(shù)。,,,,138,建筑結(jié)構(gòu)試驗,（一）試驗荷載布置,采用機械力加載的方式,加載方法,（二）試驗觀測,主要測量加載柱列各柱柱頂?shù)臋M向水平位移，從而 可確定分配系數(shù)。,,,,

65、139,建筑結(jié)構(gòu)試驗,三 足尺房屋結(jié)構(gòu)的整體試驗,一般花費巨大，試驗設(shè)備、臺座、荷載架等的要求 都很高，但能反映真實結(jié)構(gòu)的實際工作性能，通常 用作模擬試驗基礎(chǔ)上的驗證性試驗。,五層中型砌塊建筑足尺結(jié)構(gòu)抗震靜力試驗（教材 P129-134）, 足尺試驗意義及特點（教材P133）,,,,140,建筑結(jié)構(gòu)試驗,1、簡述單調(diào)加載靜力試驗的定義。,2、繪出闡述結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗的加載制度。,3、試根據(jù)彎矩和剪力等效原則繪出均布荷載下簡支梁的,等效荷載加載圖式。,4、如何布置測量簡支梁彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力分布的應(yīng)變測,點？,5、混凝土梁裂縫的測量有幾種方法？,6、柱的安裝和加載方案有哪兩種，特點是什么？,7

66、、何謂幾何對中與物理對中，在柱的試驗中如何實現(xiàn)？ 8、如何布置測量柱的側(cè)向位移和變形曲線的測點？ 9、屋架安裝和加載方法有幾種，特點是什么？,思考題：,,,,141,建筑結(jié)構(gòu)試驗,第六章,結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗,,,,142,建筑結(jié)構(gòu)試驗,主要內(nèi)容,6.1 概述,6.2 結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗的加載制度,6.3 結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗,6.4 計算機加載器聯(lián)機試驗,,,,143,建筑結(jié)構(gòu)試驗,6.1 概述,建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本概念：抗震延性的保證，包 括抗震設(shè)計計算和抗震構(gòu)造措施兩部分。 三個水準(zhǔn)的抗震要求，二階段的抗震驗算。,結(jié)構(gòu)抗震性能研究的主要內(nèi)容：地震荷載作用下結(jié)構(gòu) 的破壞機制、破壞形態(tài)、延性、耗能、強度等。 結(jié)構(gòu)抗震性能研究的主要試驗手段：, 偽靜力試驗 偽動力試驗 振動臺試驗,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,144,建筑結(jié)構(gòu)試驗 6.1 概述（續(xù)） 結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗的主要研究內(nèi)容, 恢復(fù)力模型：相當(dāng)于,結(jié)構(gòu)的物理方程，常,用M-N-方程、M-,方程表示,RE