第4章 工程结构模型试验

工程结构试验课程设计一、教学目标本课程旨在通过工程结构试验的学习，使学生掌握工程结构试验的基本原理、方法和过程，培养学生运用试验方法解决工程问题的能力。

具体目标如下：1.掌握工程结构试验的基本概念、分类和特点；2.熟悉常见工程结构试验的方法和步骤；3.了解工程结构试验设备的使用和维护。

4.能够正确选择和使用工程结构试验设备；5.能够独立完成常见工程结构试验的操作；6.能够分析试验数据，得出合理的结论。

情感态度价值观目标：1.培养学生的动手能力和实践能力，提高学生对工程结构试验的兴趣；2.培养学生严谨的科学态度和团队协作精神；3.培养学生关注工程安全、质量和环保的意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.工程结构试验的基本概念、分类和特点；2.常见工程结构试验的方法和步骤；3.工程结构试验设备的使用和维护；4.工程结构试验数据的处理和分析；5.工程结构试验案例分析。

教学大纲安排如下：第一章：工程结构试验概述1.1 工程结构试验的概念和作用1.2 工程结构试验的分类和特点1.3 工程结构试验方法的选择第二章：工程结构试验设备及操作2.1 常用工程结构试验设备及功能2.2 工程结构试验设备的选用原则2.3 工程结构试验设备的使用和维护第三章：工程结构试验数据的处理和分析3.1 试验数据的基本处理方法3.2 试验数据的统计分析3.3 试验结果的判断与评价第四章：工程结构试验案例分析4.1 案例一：桥梁荷载试验4.2 案例二：高层建筑结构试验4.3 案例三：隧道工程试验三、教学方法针对本课程的特点和学生实际情况，采用以下教学方法：1.讲授法：讲解工程结构试验的基本概念、原理和方法，引导学生掌握相关知识；2.讨论法：学生针对试验案例进行讨论，提高学生的思考和分析能力；3.案例分析法：通过分析实际工程案例，使学生了解工程结构试验在实际工程中的应用；4.实验法：学生动手进行工程结构试验，培养学生的实践能力和团队合作精神。

结构试验的模型引言：结构试验是工程领域中一项重要的技术手段，通过对结构物进行实验，可以评估其力学性能和安全性能，为设计和施工提供依据。

本文将以结构试验的模型为标题，探讨结构试验的模型种类、应用范围以及其在工程实践中的重要性。

一、结构试验的模型种类1.缩尺模型试验缩尺模型试验是指将原结构按比例缩小后进行试验，一般采用模型比例尺为1:10或1:20。

这种试验方式可以在较小的空间内进行，成本相对较低。

常见的缩尺模型试验包括风洞试验、水槽试验等。

2.全尺寸模型试验全尺寸模型试验是指直接对原结构进行试验，模拟实际工况下的受力情况。

这种试验方式更加接近实际工程情况，结果更加准确可靠。

全尺寸模型试验适用于大型桥梁、高层建筑等工程结构的试验研究。

3.数字模拟试验数字模拟试验是利用计算机软件对结构进行数值模拟，通过建立结构的数学模型，模拟各种受力情况下的响应。

这种试验方式具有灵活性高、成本低等优点，适用于复杂结构的试验分析。

二、结构试验模型的应用范围1.土木工程领域结构试验模型在土木工程领域中有广泛的应用。

例如，在桥梁设计中，通过缩尺模型试验可以评估桥梁的抗风性能、抗震性能等；在地基工程中，通过全尺寸模型试验可以评估地基承载力、沉降性能等。

2.建筑工程领域结构试验模型在建筑工程领域中也有重要的应用。

例如，在高层建筑设计中，通过缩尺模型试验可以评估结构的抗风性能、抗震性能等；在节能建筑设计中，通过数字模拟试验可以评估建筑的能耗情况。

3.机械工程领域结构试验模型在机械工程领域中也有一定的应用。

例如，在汽车设计中，通过全尺寸模型试验可以评估车身刚度、碰撞安全性等；在机械设备设计中，通过数字模拟试验可以评估设备的振动性能、疲劳寿命等。

三、结构试验模型的重要性1.验证设计方案结构试验模型可以验证工程设计方案的合理性和可行性。

通过试验可以评估结构的受力情况和变形情况，发现设计中存在的问题，并进行相应的改进。

2.优化结构设计结构试验模型可以帮助优化结构设计。

第四章工程结构模型试验一、单项选择题1. 下列哪种类型的模型试验主要用于验证结构设计理论和分析方法？（）A. 等比例模型试验B. 非等比例模型试验C. 弹性模型试验D. 非线性模型试验答案：A2. 在工程结构模型试验中，下列哪个因素不影响模型与原型的相似性？（）A. 几何相似B. 材料相似C. 荷载相似D. 时间相似答案：D3. 工程结构模型试验中，相似条件的比值称为相似常数，下列哪项不属于相似常数？（）A. 长度相似常数B. 时间相似常数C. 荷载相似常数D. 位移相似常数答案：D二、填空题1. 工程结构模型试验中，相似常数包括____、____、____和____。

答案：长度相似常数、时间相似常数、荷载相似常数、材料相似常数2. 在工程结构模型试验中，为了保证模型与原型的相似性，需要满足____、____、____和____四个相似条件。

答案：几何相似、材料相似、荷载相似、边界条件相似三、名词解释1. 模型试验：指在实际工程结构建造前，通过对缩小尺度的模型进行试验，以预测和分析实际工程结构的性能和响应的一种方法。

2. 相似常数：在模型试验中，原型与模型的物理量之间的比值，用于表示原型和模型之间的相似关系。

3. 等比例模型：指模型与原型在几何尺寸、材料性能、荷载大小等方面均呈相同比例的模型。

四、简答题1. 简述工程结构模型试验的目的和意义。

答：工程结构模型试验的目的是通过对模型进行试验，以预测和分析实际工程结构的性能和响应。

其意义在于：1）验证结构设计理论和分析方法；2）指导实际工程的设计和施工；3）节省实际工程的投资和施工周期。

2. 简述工程结构模型试验的相似条件。

答：工程结构模型试验的相似条件包括以下四个方面：1）几何相似：模型与原型在几何尺寸上呈相同比例；2）材料相似：模型与原型在材料性能上呈相同比例；3）荷载相似：模型与原型在荷载大小和作用方式上呈相同比例；4）边界条件相似：模型与原型的边界条件相同。

建筑结构试验02448自考点整理知识第一章结构试验概论1、结构试验的任务建筑结构试验的任务就是在结构物或试验对象（实物或模型）上，以仪器设备为工具，利用各种实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震力、风力······）或其它因素（温度、变形沉降······）作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数（变形、绕度、位移、应变、振幅、频率······），从强度（稳定）、刚度、抗裂性以及结构的破坏形态等各个方面来判断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。

有建筑结构试验的任务可知，建筑结构试验是以实验方式测试有关数据，反应结构或构件的工作性能，承载能力以及相应的可靠度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要依据。

2结构试验的目的（A 生产性试验 B 科研性试验）A生产性试验一般用于解决一下问题：（1）综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量。

（2）鉴定预制构件的产品质量。

（3）已建结构可靠性检验，推断和估计结构的剩余寿命。

（4）工程改建或加固，通过实验判断具体结构的实际承载能力。

（5）处理受灾结构或工程质量事故，通过试验鉴定提供技术依据。

B科研性试验（1）验证结构计算理论的假定；（2）为制定设计规范提供依据；（3）为发展和推广新结构、新材料和新工艺提供实践经验。

2、结构试验的分类A按试验对象的尺寸分类（1）原型试验：原型试验的对象是实际结构（实物）或者是实际的结构构件。

（2）模型试验：模型是仿照原型（真实结构）并按照一定比例关系复制而成的试验代表物，它具有实际结构的全部或部分特征，但大部分结构模型是尺寸比原型小得多的缩尺结构。

（a）相似模型试验：按照相似理论进行模型设计、制作与试验。

建筑设计中的建筑结构模型实验研究建筑设计中的建筑结构模型实验研究一直是一个重要且关键的领域。

通过构建和测试建筑结构模型，设计师能够评估建筑物的稳定性、强度和振动响应等性能，并优化设计方案。

本文将讨论建筑结构模型实验研究的意义、常见的实验方法以及应用案例。

一、实验研究的意义1. 评估结构性能：通过建筑结构模型实验，可以直观地观察和评估建筑物的结构性能，包括承载力、刚度、稳定性和振动等方面。

这有助于设计师了解结构的可靠性和安全性，并在设计过程中进行优化。

2. 验证建筑理论：通过实验验证实施了理论计算和分析方法，以确保建筑结构设计中涉及的假设和参数的准确性。

实验证实了理论与实际之间的一致性，并减少在实际施工中出现的可能性。

3. 提供设计指导：实验研究可以为建筑设计提供有价值的指导。

通过模型实验，可以快速获得数据和反馈，帮助设计师更好地理解结构响应，改进设计策略，以及探索新的结构系统和材料。

二、常见的实验方法1.缩尺模型实验：建筑结构模型实验通常采用缩尺模型进行。

通过缩小建筑物的尺寸，可以在实验室环境中模拟实际的结构行为。

常见的缩尺比例包括1:10、1:20等，根据实验需要和可行性进行选择。

2.静载实验：静载实验主要用于评估建筑结构的承载力和刚度。

通过施加垂直荷载或水平荷载来模拟实际使用情况下的结构行为，观察结构变形和破坏形态，并进行性能评估。

3.动力实验：动力实验用于评估建筑结构的振动响应特性。

通过施加振动源或激励，记录结构的振动响应数据，如加速度、位移和应变等，用于评估结构的动力特性和自振频率。

三、实验应用案例1.桥梁结构实验：建筑结构模型实验在桥梁设计中得到广泛应用。

通过模拟桥梁的结构和荷载，可以评估桥梁的承载性能、刚度和振动响应等，为桥梁结构的设计和施工提供重要参考。

2.高层建筑实验：高层建筑的结构稳定性和抗风性能是设计中的重点考虑因素。

通过模型实验，可以评估高层建筑的抗风能力、抗震能力和整体稳定性，提供科学依据和建议。

第一章结构试验概论第一节结构试验的任务•★建筑结构试验的任务是什么（2011.10）建筑结构试验的任务就是在结构物或试验对象（实物或模型）上，以仪器设备为工具，利用各种实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震力、风力等）或其他因素（温度、变形沉降等）作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数（变形、挠度、位移、应变、振幅、频率等），从强度（稳定）、刚度、抗裂性以及结构的破坏形态等各个方面来判断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。

第二节结构试验的目的★、生产性试验1.综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量。

2.鉴定预制构件的产品质量。

3.已建结构的可靠性检验，推断和估计结构的剩余寿命。

4.工程改建或加固，通过试验判断具体结构的实际承载能力。

5.处理受灾结构和工程事故，通过试验鉴定提供技术依据。

★二、科学性试验1.验证结构计算理论的假定。

2.为制定设计规范提供依据。

3.为发展和推广新结构、新材料和新工艺提供实践经验。

第三节结构试验的分类一、按试验对象尺寸分类★1.原型试验（一般用于生产性试验）2.模型试验模型：仿照原型（真实结构）并按照一定比例关系复制而成的试验代表物，它具有实际结构的全部或部分特征，但大部分结构模型是尺寸比原型小得多的缩尺模型(1)相似模型试验：几何相似、力学相似、材料相似(2)缩尺模型试验：不须遵循严格的相似条件(3)足尺模型试验：尺寸、材料、受力特性与原型结构相同二、按试验荷载性质分类1.结构静力试验（最大量最常见）加载过程：指荷载从零开始逐步递增一直加到试验某一预定目标或结构破坏为止，即在一个不长的时间段内完成试验加载的过程。

、简述静力试验的最大优点（2012.10）：设备相对简单，荷载可逐步施加，还可以停下来仔细观测结构变形的发展，给人以最明确和清晰的破坏概念。

在实际工作中，即使是承受动力荷载的结构，在试验过程中为了了解静力荷载下的工作特性，在动力试验前往往也先进行静力试验。

精选全文完整版第一章1.土木工程结构试验的一般过程：1) 制定试验规划；2) 试验准备；3) 试验加载；4) 试验资料整理分析和提出试验结论2土木工程结构试验的分类－依据试验目的分类研究性试验、生产性试验；按试验荷载的性质分为静力试验和动力试验；按实验对象尺寸可分为原型试验和模型试验；按试验时间长短分为短期试验和长期试验；按试验所在场地分为实验室试验和现场试验；按试验是否破坏分为破坏试验和非破坏试验。

3重物加载法：利用物体本身的重量施加在结构上作为载荷。

特点：荷载稳定，不会因结构变形而减小，不影响结构的自由变形，特别适用于作长期荷载和均布荷载试验。

实验室试验：常用标准铸铁砝码、混凝土块、水箱。

现场试验：就地取材，常用砂、石、砖块等建筑材料，或是钢锭、铸铁、废构件等。

重物可以直接施加或者通过杠杆间接施加于试验结构或构件上。

用块状材料做均布加载装置：块状材料直接分垛堆放，垛宽度≤l/6,垛间距50—100mm；颗粒材料装袋或装无底箱；用水做均布加载的试验装置；4重物加载注意事项：1当采用铸铁砝码、砖块、袋装水泥等作均布荷载时应注意重物尺寸和堆放距离。

以防止试件变形后引起拱作用而产生卸载影响；2当采用砂、石等松散颗粒材料作为均布荷载时，宜采用袋装堆放，以防止砂石材料摩擦角引起拱作用而产生卸载影响以及砂石重量随环境湿度不同而引起的含水率变化，造成荷载不稳定；3利用水作均布荷载试验，当结构产生较大变形时，要注意水荷载的不均匀所产生的影响；4采用杠杆加载方法时，杠杆应保证有足够的刚度，杠杆比一般不宜大于5。

三个支点应在同一直线上，避免因结构变形杠杆倾斜而导致杠杆放大，比例失真，保持荷载稳定、准确；6用重物加载进行破坏试验时，在加载试验结构的底部均应有保护措施，防止倒塌造成事故。

5静力加载方法：重力加载法：重物直接加载法（水、砂、石、砖块、砝码、混凝土块）；杠杆加载法；液压加载法；机械加载法；气压加载法；14动力加载方法：1惯性力加载（冲击力加载（初位移加载法、初速度加载法、反冲激振法）2离心力加载法原理）3电磁加载法、4人激振动加载5环境随机振动激振6离心力加载的原理：根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载。

第一章结构试验概论一、名词解释1、相似模型试验：是指用适当的比例尺和相似材料制成与原型几何相似的试验对象，在模型上施加相似力系，使模型受力后重演原模型结构的实际工作状态，最后按相似条件由模型试验的结果推算实际结构的工作。

2、结构动力试验：是研究结构在不同性质动力作用下结构动力特性和动力反应的试验。

3、结构动力特性试验：是指结构在受动力荷载激励时，在结构自由振动或强迫振动情况下测量结构自身所固有的动力性能的试验。

4、结构动力反应试验：指结构在动力荷载作用下，量测结构的动力性能参数和动态反应的试验。

5、结构疲劳试验：指结构构件在等幅稳定，多次重复荷载的作用下，哦测试结构疲劳性能而进行的动力试验。

6、刚度检验法：是以30%-60%的设计荷载进行加载，测得结构变形和材料的应变与理论计算对比，如果符合得较好，可以承认试验结构和材料的可靠性。

7、承载力检验：一般加载到小于极限荷载的某一预定荷载值，检测结构受载后的反应。

8、缩尺模型试验：是原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物。

二、问答题1、生产性试验一般用来解决哪些问题？答：生产性试验一般用来解决：○1综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量○2鉴定预制构件的产品质量○3对已建结构进行可靠度检验，推断和估计结构的剩余寿命○4对工程改建或加固，通过试验判断结构的实际承载能力○5对受灾结构和工程质量事故，通过试验提供技术依据。

2、结构静力试验有什么特点？答：结构静力试验的特点：○1加载设备相对简单○2荷载可以逐步施加○3可以停下来仔细观测结构变形的发展，给人们以最明确和清晰的破坏概念。

3、试举出常用于动力试验中的方法有哪几种？答：常用于动力试验中的方法有：○1结构动力特性试验○2结构动力反应试验○3结构疲劳试验。

4、结构试验按试验荷载的性质不同可以分为哪几类？答：结构试验按试验荷载的性质不同可以分为：○1结构静力试验○2结构动力试验○3结构抗震试验。

6、科研性试验的目的是什么？答：科研性试验的目的是：○1验证结构计算理论的假定○2为制定设计规范提供依据○3为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验。

第四章工程结构模型试验一、单项选择题1. 模型试验的主要目的是什么？A. 研究结构的破坏机理B. 测试材料的性能C. 优化施工工艺D. 验证设计理论2. 下列哪一项不是模型试验的优点？A. 成本低B. 安全性高C. 可重复性强D. 实验周期长3. 在相似模型试验中，几何相似指的是什么？A. 模型和原型的形状相同B. 模型和原型的尺寸比例相同C. 模型和原型的材料相同D. 模型和原型的应力相同4. 选择模型材料时，应考虑的因素不包括以下哪一项？A. 材料的强度B. 材料的加工性能C. 材料的成本D. 材料的颜色5. 在模型试验中，加载方式的选择主要取决于什么？A. 模型的尺寸B. 模型的材料C. 试验的目的D. 试验设备的限制二、填空题1. 模型试验的两种主要分类是______和______。

2. 相似理论中的三个基本相似条件是几何相似、______和______。

3. 常用的模型材料有石膏、______和______。

4. 模型试验的设计步骤包括模型尺寸的确定、______和______。

5. 模型试验结果的分析方法主要包括______和______。

三、名词解释1. 模型试验2. 相似理论3. 动力相似四、简答题1. 请简述模型试验的主要步骤。

2. 为什么在模型试验中要选择合适的模型材料？3. 请列举三种常用的模型试验加载方式，并简要说明其适用场合。

五、设计与计算题（2道）1. 设计一个桥梁模型试验，桥长10米，模型比例为1:10，模型材料为石膏。

请计算模型的长度，并确定加载方式和测量方法。

2. 一个高层建筑模型试验，原型高度为100米，模型比例为1:20，模型材料为塑料。

假设原型在风荷载作用下的最大位移为0.1米，计算模型的最大位移，并说明如何验证模型的相似性。

第四章工程结构模型试验答案解析一、单项选择题（5道）1. 【答案】D【解析】模型试验的主要目的是验证设计理论，通过实验数据来验证理论模型的正确性和可靠性。

第四章工程结构模型试验一、单项选择题1. 在工程结构模型试验中，以下哪个参数是确保模型试验有效性的关键参数？（）A. 模型的成本B. 模型的制作时间C. 模型的相似常数D. 模型的外观设计答案：C2. 在进行模型试验时，若原型结构为钢筋混凝土结构，以下哪种材料最适合用于模型的制作？（）A. 玻璃钢B. 聚乙烯C. 钢筋混凝土D. 木材答案：A3. 工程结构模型试验中，以下哪个因素不会影响模型与原型的相似性？（）A. 几何尺寸的比例B. 材料性质的比例C. 加载速率D. 模型的制作工艺答案：D二、填空题1. 工程结构模型试验中，相似准则包括____相似、____相似、____相似和____相似。

答案：几何相似、材料相似、荷载相似、边界条件相似2. 在模型试验中，相似常数的倒数称为____，它表示原型与模型之间的____。

答案：相似比、比例关系三、名词解释1. 动力放大系数：在动态模型试验中，用于描述模型结构在动力荷载作用下响应放大程度的系数。

2. 模型律：指导模型设计和试验的一系列原则和规则，以确保模型试验结果的可靠性。

3. 荷载传递装置：在模型试验中，用于模拟原型结构中荷载传递机制的装置。

四、简答题1. 简述在工程结构模型试验中，如何确保材料相似性。

答：确保材料相似性通常需要以下步骤：1）分析原型结构的材料特性，如弹性模量、泊松比、屈服强度等；2）选择与原型材料相似性的模型材料，并测试其材料特性；3）调整模型材料的比例，使其与原型材料的特性相匹配；4）通过材料相似常数来验证模型材料的相似性。

2. 简述在工程结构模型试验中，如何处理原型中的非线性因素。

答：处理原型中的非线性因素通常需要以下步骤：1）识别原型中的非线性特性，如材料的非线性、结构的几何非线性等；2）在模型设计中引入相应的非线性模拟，如使用非线性材料或采用特殊的加载方式；3）通过模型试验验证非线性因素对结构响应的影响；4）根据试验结果调整模型，以确保能够准确反映原型结构的非线性行为。