《土木工程结构试验》第二章结构模型试.pptx

6.3.2 钢筋混凝土框架节点组合体的抗震性能试 验
试件型式：十字梁柱节点、梁柱板节点（中柱、边柱、 角柱）
试件材料：高强混凝土，型钢混凝土、组合混凝土、 预应力混凝土等
研究目的：新型材料、新型结构、新型构造、加固性 能
加固方法及材料：扩大截面加固法、外包型钢加固法， 粘贴钢板加固法，复合材料加固法（碳纤维、钢纤维 片材、布等）
一加载间隔的恢复刚度值由试验实测和计算机分析 得到，以确定下一步加载值大小的试验方法，能模 拟地震作用下结构物的响应，是一种半数值半实测 的非线性地震反应试验研究方法。
第七章 结构动力特性试验（测试）
7.1 概述
7.1.1 结构动力特性参数：自振频率、阻尼系数、振型 结构动力特性参数与外荷载无关，便受外载作用
2.4 结构试验荷载设计
2.4.1 集中力 千斤顶、砝码、砖块、黄沙包
2.4.2 线荷载 多点集中力模拟（各点荷载大小相同、通过刚性 梁传递）
2.4.3 面荷载 多点集中力模拟（通过多级分配梁） 气囊加载 黄砂、水等堆载
2.4.4 反复或疲劳荷载
电液伺服作动器、疲劳机等
2.4.5 模拟地震作用
3.1.2 选用合适加载方法和设备的原则 （1） 选用的和计算的相一致 （2） 加荷大小在加载设备能力的20~80%之间 （3） 等效模拟加载应按观测参数考虑，如：挠度、应
变、弯矩、…
3.2 重力加载法
3.2.1 重力直接加载法：堆载、吊载 3.2.2 杠杆加载方法：荷载值稳定
3.3 液压加载法
3.3.1 普通液压千斤顶 单向作用（单顶式）、双向作用（推、拉式）、
几个概念介绍：
加载制度：试验进行期间荷载的时间过程 基本构件：梁、柱、板、墙 扩大构件：由若干基本构件组成的，如框架、连续

第二章 土木工程结构试验设计
2.1 土木工程结构试验的一般过程 2.2 土木工程结构试验的试件设计 2.3 试验荷载方案设计 2.4 结构试验观测方案设计 2.5 结构试验与材料力学性能的关系 2.6 试验大纲及其他文件
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• 讨论： • 1、结构试验包括哪些主要环节？ • 2、结构试验设计的定义为？ • 3、生产性试验的试件数目的确定原则是什么？ • 4、采用什么方法确定多因素科研试验的试件参数？ • 5、简述模型设计中主要的相似要求。 • 6、确定相似条件的方法有哪两种，试对比分析。 • 7、试列出不考虑自重荷载的静力试验模型的相似条件。 • 8、阐述结构试验荷载的分类。 • 9、何谓结构试验的加载制度。 • 10、简述试验测点选择与布置的原则。
不少工厂在配比配方、工艺操作条件等方面，用0.618 法解决了优选问题，从而提高了质量，增加了产量，降低了 消耗，取得了很好的经济效益。例如，粮食加工通过优选加 工工艺，一般可以提高出米率1～3。
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2.因子设计法
因子是对试验研究内容有影响的发生着变化的因素， 因子数则为可变化因素的个数，水平即为因子可改变的 试验档次，水平数则为档次数。
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1.优选设计法
③第三次试验点：比较两次试验结果，如果第二点比第一点 好，则去掉1618克以上的部分；如果第一点较好，则去掉 1382克以下部分。假定试验结果第二点较好，那么去掉1618 克以上的部分，在留下部分找出第二点的对称点做第三次试 验． 第三点=1618-1382+1000=1236（克）。图下图
因子设计法 均匀设计法
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1.优选设计法
针对不同的试验内容，利用数学原理合理地安排试验 点，用步步逼近，层层选优的方式以求迅速找到最佳试验 点的试验方法叫优选法。

吊车梁的疲劳强度与疲劳寿命问题； 多层厂房由于机器设备上楼后产生的振动影响； 高层建筑和高耸构筑物在风荷载作用下的动力问题； 结构抗爆炸、抗冲击问题; 抗震动力试验采用电液伺服加载设备或地震模拟振动台
动力试验的特点：由于荷载特性不同，动力试验的加载设备
和测试手段与静力试验有很大的差别，而
且要比静力试.验复杂得多。
▪ (1). 结构静力单调加载试验：
▪ 结构加载过程从零开始逐步递增一直到结构破 坏。即在一个不长的时间内试验加载全过程。
▪ ⑵．结构低周反复静力加载试验：
▪ 也称伪静力试验，是以静力的方式模拟地震作用的 试验，它是一种控制荷载或控制变形的周期性反复 静力试验。
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28
工程材料
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29
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30
▪ 建筑结构试验研究对象：建设工程的结构物
▪ 建筑结构试验的任务：
在试验研究对象上应用科学的试验组织程序，使用仪 器设备为工具，利用各种实验为手段，在荷载或其它因 素作用下，通过量测与结构工作性能有关的各种参数， 从强度、 刚度和抗裂度以及结构实际破坏形态来判明结 构的实际工作性能，估计结构的承载能力 确定结构对使 用要求的符合程度，并用以检验和发展结构的计算理论。
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（2）结构试验是发现结构设计问题的主要手段
①斜撑几乎不起作用；②斜撑交点首先出现塑性角而破坏。
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▪ 通过多次改进：
▪ 有如一些特殊结构的研究，需要做大量的结 构试验，如混凝土-复合结构：钢管混凝土结 构，钢筋混凝土-钢，笼式结构等。
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（3）结构试验是验证结构理论的唯一方法
▪ 如爱因斯坦的相对论 ▪ 如歌德巴赫猜想 ▪ 负物质理论等各种科学猜想和预言

»结构试验的试件可以分真型和模型两大类，试件的 尺寸和大小应根据试验目的加以确定。
»试件尺寸受到尺寸效应、构造要求、试验设备和经 费条件等因素的制约。
研究性试验：采用缩尺模型。对于局部性试件： 1/4～1；整体结构：1/10～1/2。 生产性试验：选用原型构件，如屋架、吊车梁和屋面 板。
2.2.2 试件尺寸
► 试件设计时必须要将它们相互组合起来，才能研 究各个参数与其相应各种状态对试验问题的影响。 因此参数与备种状态愈多，即因子数与水平数愈 多，则要求的试件数量也就自然增加。
2、试验设计
► 试件设计：试件形状的选择、试件尺寸与数量的确定以 及构造措施的设置，同时必须满足受力边界条件、破坏 特征、试件加载条件的要求，以最少的试件数量获得最 多的试验数据，满足试验任务的要求。
► 荷载设计：荷载图式、加载装置、试验方法与设备、加 载制度
► 观测设计：观测项目、测点部位与数目、测试仪器
► 试验资料整理
试验资料整理是将所有的原始资料整理完善，其中 特别要注意的是试验量测数据记录和记录曲线，都 作为原始数据经负责记录人员签名后，不得随便涂 改。
5、试验分析 ►数据的处理 ►结构性能参数 ►结构破坏机理 ►结构性能评价
举例说明：
► 试验数据处理
因为从各个仪表获得的测量数据和记录曲线一般不能 直接解答试验任务所提出的问题，它们只是试验的原始 数据，需对原始数据进行科学的运算处理才能得出试验 结果。
十字形试件：如图（f）。节点两侧梁柱的长度一般均取 1／2梁跨和1／2柱高，即按框架承受水平荷载时产生弯 矩的反弯点(M=0)的位置来决定。边柱节点可采用T字 形试件。 X形试件：如图（g）。为了解初始设计应力状态下的性 能并与理论对比。
砖石与砌块结构墙体试验

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4.2 加载方案的设计
（3）试验荷载的计算
确定相应于各种受力状态的试验荷载
例如： 承载力极限状态试验 承载力试验荷载 刚度、裂缝宽度试验正常使用极限状态试验荷载
抗裂性能开裂荷载
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4.2 加载方案的设计
（3）试验荷载的计算 检验性试验 根据结构功能的两种极限状态，试验
（3）试验荷载的计算 研究性试验
控制截面上的正常使用极限状态短期效应计算值：
SSC
SuC
0 [ u ]
R(
fC0
,
f
0 S
,
a0 ,......)
0 [ u ]
各系数涵义见P95
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4.2 加载方案的设计
（3）试验荷载的计算 P96例题4-1
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4.2 加载方案的设计
荷载计算的基准有两个：
[承载力极限状态] Qd GGK QQK
[正常使用极限状态] Qs GK QK
G 1.2 Q 1.4 GK---永久荷载标准值
QK---可变荷载标准值
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4.2 加载方案的设计
（3）试验荷载的计算 检验性试验
若采用集中荷载，依据上述公式计算的Qd或QS，应 进一步转化为集中力
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The effect of surface roughness on the drag coefficient of a sphere.
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4.4 测量数据的整理
试验图线、表格绘制：
(1)荷载-变形、荷载-应变、荷载-应力曲线等
钢筋混凝土梁跨中弯矩-挠度曲线
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• 5)砖石或砌体结构，一般在其上下预先浇注混 凝土垫梁，模拟基础梁和圈梁;
• 6) 在钢筋混凝土偏心受压构件试验时，将试件 制成牛腿，并布置钢筋网。
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第二节 结构试验的试件设计
在构造设计时，要充分考虑：
①附加构造强度必须大于结构本身安全储备强度 ②为测局部试验数据，考虑对局部加固。 ③为安装测试仪器仪表，须在构件上安装预埋件
• 一般破坏性试验能充分说明问题，观测项目 和测点可以少些；
• 非破坏性试验观测项目和测点布置，必须满 足分析和推断结构工作状态的最低需要。
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• 2.测点的选择和布置：
• ①在满足试验目的前提下，测点宜少不宜多。 测点的数量和布置必须合理，同时是足够的。
• ②对新型结构或科研性课题，可以先定性， 后定量，由粗到细的逼近。
17.8
9.2
16.8
4.2
13.0
2.2
17
• (3) 外加剂对混凝土拌合物坍落度损失影响程 度最大, 掺合料对混凝土拌合物坍落度损失影 响程度最小。
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第二节 结构试验的试件设计
4.结构试验对试件设计的要求
• 构件的设计和制造要满足试件的安装、加载和量 测的需要，在试件上作出必要的构造措施：
• 1)混凝土承受集中荷载处，支点处预埋钢板，以 防混凝土局部破坏;
• 2)试件加载面为斜面时，做成凸缘，保证加载的 稳定性;
• 3)在反复荷载试验时，应作预埋件与加载器或传
感器连接;
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第二节 结构试验的试件设计
4.结构试验对试件设计的要求
• 4)框架结构，为保证柱与底座固结，一般设置 大截面基础梁;
• 正交试验法与全面试验法比较：下表中括号 内为正交试验次数。

试验目的
查阅文献 收集资料
设计阶段
试件设计 加载方案 量测方案 试验安全
准备阶段
试件制作 试件安装 仪器调试 材料性能
实施阶段
试验加载 观察记录 数据采集 变形裂缝
总结阶段
数据处理 试验分析 结构参数 承载力分析 试验报告
试件形状 试件尺寸 试件数量 构造措施
荷载设计 加载装置 试验方法 加载制度
观测项目 布点位置 布点数量 测量仪器
3、反位试验 为了便于观察裂缝、读 取裂缝宽度值，可以将试 件倒过来安装。 4、原位试验 对已经建成的结构进行 现场试验时，均采用原位 试验。与实际的工作状况 一致。
1-承压板；2-千斤顶；3-木垛； 4-钢梁；5-钢锭；6-百分表；
锚桩法反力装置
（a） 俯视图 （b） 侧面图 1-锚梁；2-试桩；3-横梁；4-锚桩；5-千斤顶；6-百分表
• 试验设备：净空尺寸；起重能力；加载设备
• 经费条件：大试件，消耗材料多。
综合各方面因素，确定合理的试件尺寸，以满足多 方面的要求。
常用的试件比例
静力试验：
框架整体结构中的截面尺寸：1/4~1/2 框架节点: 1/2~1（须反映配筋） 剪力墙: 1/10~1/3 砌体: 1/4~1/2 局部试件: 1/4~1 整体性结构试件: 1/10~1/2 疲劳试验可采用足尺构件（实验室内） 振动台试验： 1/50~1/4
• 在每批中应随机抽取一个构件作为试件进行检验。（同类
2.2.3 试件数量
研究性试件的数量直接关系到能否满足试验目的 以及整个试验的工作量问题，同时也受试验研究、经 费预算和时间期限的限制。 因子设计法（全面试验法 -- 遍历）： 因子数是对试验研究内容有影响因素的个数，比 如抗压强度、配筋率、轴压比、偏心强度 等级，二者决定试件数量： 试验数=水平数因子数

运用准确、简练、生动的语言描述试 验结果和分析过程，避免出现歧义和
误解。
结果分析逻辑
按照试验目的、数据处理、性能评估 、安全性判定等逻辑顺序，组织试验 结果的分析和阐述。
汇报演示准备
准备好汇报所需的PPT或讲义，熟悉 汇报内容和流程，提前进行演练和调 试，确保汇报顺利进行。
01
土木工程结构试验案例与 实战
学习内容
本课程将涵盖土木工程结构试验的基本原理、静力试验、动力试验、非破损检测 、数值模拟等方面的内容。通过理论学习和实践操作相结合的方式，使学生深入 理解并掌握土木工程结构试验的相关知识和技能。
01
土木工程结构试验基础
结构试验的静力学基础
01
02
03
静力学基本概念
介绍静力学中的基本概念 ，如力、力矩、平衡等， 为后续的结构试验提供理 论基础。
非破坏试验方法与技术
总结词
通过非破坏性手段评估结构性能。
VS
描述
非破坏试验方法是在不破坏结构的情况下 ，通过一系列非破坏性手段对结构性能进 行评估的一种试验技术。这类试验方法具 有无损、可重复等优点，可用于结构的健 康监测和损伤诊断。常用的非破坏试验方 法包括超声检测、射线检测、电磁检测等 。
结构模型试验技术与方法
动态试验方法与技术
总结词
通过模拟动态荷载研究结构动力响应。
描述
动态试验方法是通过模拟动态荷载作用，研究结构在动力作用下的响应和性能的一种试验技术。动态 试验可以揭示结构在地震、风荷载等动力作用下的行为，为结构的抗震、抗风设计提供基础数据。常 用的动态试验方法包括振动台试验、激振器试验和冲击试验等。
验、压缩试验、弯曲试验等。
材料力学在结构试验中的应用

结构试验2(新)
水平反力装置
水平反力装置
3.6.3竖向反力装置


竖向反力装置主要由荷载架、千斤顶连接杆件组成。 在实验室内荷载架一般是由横梁、立柱组成的反力架和试验台 座等组成,也可利用适宜于试验中小型构件的抗弯大梁或空间析 了架式台座。在现场试验时则通过反力架用平衡重块、锚固桩 头或专门为试验浇筑的钢筋混凝土地梁平衡试件的荷载。 荷载架主要是由立柱和横梁组成。它可以用型钢制成,特点是制 作简单,取材方便,可按钢结构的柱与横梁设计，横梁与柱的连 接采用精制螺栓或圆销。对荷载架的承载力、刚度要求较高,能 满足大型结构试验的要求。荷载架的高度和承载力可按试验需 要设计,可成为实验室内固定的大型试验台座上的竖向加载架。 如图3.6.8所示。

在进行柱与压杆试验时,试件应分别设置球形支座或双层正交刀口 支座。如图3.6.10、图3.6.14、图3.6.15所示。球铰中心与加载 点重合，双层刀口的支点应落在加载点上 。
受压试件两端的支座
受压试件两端的支座
2、支墩



支墩本身的承载力必须进行计算,以保证试 验时不致发生过度变形。 在现场多用砖块临时砌成,支墩上部应有足 够大的平整支承面,最好在顶部铺钢板,支承 面积要按地耐力复核。 在实验室内一般用钢或混凝土制成的专用器与数据采集系统
4.1概述
量测仪器从最简单的逐个读数、手工记 录数据的仪表到计算机快速、自动采集数据 并进行处理的复杂系统，种类繁多,原理各 异。本章重点阐述常用量测仪器的原理、功 能和使用要求。
4.1.1量测仪器的组成


无论是一个简单的量具还是一套高度自动化的量测系统，尽管在 外形、内部结构、量测原理及量测精度等方面有很大差别,但作为 量测仪器,都应具备感受、放大和显示记录三个基本部分。其中,感 受部分直接与被测对象相连,感受被测参数的变化并转换和传递给 放大部分。放大部分将感受部分传来的被测参数通过各种方式(如 机械式的齿轮、杠杆、电子放大线路或光学放大等)进行放大。显 示记录部分是将放大部分传来的量测结果通过指针、电子数码器、 屏幕等显示出来,或通过各种记录设备将试验数据或曲线记录下来。 机械式仪器的感受、放大和显示记录三部分都在同一个仪器内， 而电测仪器三部分常常是开的,分别为传感器、放大器和记录仪器。

整体结构试验：1/10~1/2 动力试验：1/50~1/4
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土木工程结构试验与检测
三．试件数量
生产性试验：按试验任务的要求来确定试件数量。 科研性试验： ������ (1) 单因素根据因素的水平数来确定试件数量； ������ (2) 多因素采用正交试验设计法来进行试验设计并对试验结果
正交试验设计：指利用事先制好的正交表来安排多因素试验， 并进行试验结果分析的一种试验设计方法。 正交表是正交试验设计法中合理安排试验并对试验结果进行 统计分析的一种特殊表格。 常用正交表有L4 (23 )、L9 (34 )、L12 (31 ×24 )等。
试验次数
因素数
因素的水平数
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土木工程结构试验与检测
一．模型的相似要求和相似常数
相似常数的独立性与相关性
几何相似
������ 要求模型和真型之间所有对应部分尺寸成比例。
Sl （长度）、SA （面积）、Sw （抗弯模量），SI （惯性
矩），Sx（位移m bp

lm lp
SA

S
试件制作与安装
试验人员组织分工
仪器设备的检测与率定
材料力学性能的试验与确定
试验加载 试验反应观测与数据采集 试件变形、裂缝与破坏形态记录
数据处理 结构破坏机制分析 结构性能与承载能力分析
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试件设计 试件加载方案设计 试验观察、量测方案设计
土木工程结构试验与检测
设计试件的形状和尺寸 确定试件的数量 设计构造措施
土木工程结构试验与检测
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土木工程结构试验与检测
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土木工程结构试验与检测
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