建筑結構試驗串講

1、建筑結構試驗串講講義 第二、三、四、五、八章是重點章節(jié)第一章 結構試驗概論一、復習建議 本章為概述性內容，主要介紹了結構試驗的任務、目的、分類，歷年考題不多，考試題型以填空題、選擇題、簡答題為主，沒有計算題。內容相對較少，要求在復習時對基本概念的掌握一定要準確，盡可能用書中原話答題。二、本章重要知識點第一節(jié) 結構試驗的任務 結構試驗是一門試驗學科 為了進行合理的設計，必須掌握結構在各種作用下的實際反應、應力分布和所處的工作狀態(tài)，了解結構構件的剛度、抗裂性能以及實際所具有的承載力和安全儲備。 在結構分析工作中可使用哪些方法和手段來解決問題？（2011.10） 在結構分析工作中，一方面可

2、以應用傳統(tǒng)和現代的設計理論、現代的計算技術和計算方法；另一方面也可以應用實驗和檢測的手段，通過結構試驗、實驗應力分析的方法來解決。 電子計算機技術的發(fā)展對結構試驗科學的影響 電子計算機技術的發(fā)展，不僅為用數學模型方法進行計算分析提供了條件，同時使以有限元方法為代表的數值方法得到了空前的發(fā)展。在傳統(tǒng)的理論與試驗之間提供了一條以通過計算（2010.01）建立聯系的新途徑 ，使結構工程學科由理論與試驗（包括實踐與觀察）的兩極構成變?yōu)槔碚?、試驗和計算的三足鼎立的新學科結構。 建筑結構試驗的任務是什么（2011.10） 建筑結構試驗的任務就是在結構物或試驗對象（實物或模型）上，以儀器設備為工具，利用各種

3、實驗技術為手段，在荷載（重力、機械擾動力、地震力、風力等）或其他因素（溫度、變形沉降等）作用下，通過測試與結構工作性能有關的各種參數（變形、撓度、位移、應變、振幅、頻率等），從強度（穩(wěn)定）、剛度、抗裂性以及結構的破壞形態(tài)等各個方面來判斷結構的實際工作性能，估計結構的承載能力，確定結構對使用要求的符合程度，并用以檢驗和發(fā)展結構的計算理論。第二節(jié) 結構試驗的目的一、生產性試驗1.綜合鑒定重要工程和建筑物的設計與施工質量。2.鑒定預制構件的產品質量。3.已建結構的可靠性檢驗，推斷和估計結構的剩余壽命。4.工程改建或加固，通過試驗判斷具體結構的實際承載能力。5.處理受災結構和工程事故，通過試

4、驗鑒定提供技術依據。二、科學性試驗1.驗證結構計算理論的假定。2.為制定設計規(guī)范提供依據。3.為發(fā)展和推廣新結構、新材料和新工藝提供實踐經驗。第三節(jié) 結構試驗的分類一、按試驗對象尺寸分類 1.原型試驗（一般用于生產性試驗）2.模型試驗模型 ：仿照原型（真實結構）并按照一定比例關系復制而成的試驗代表物，它具有實際結構的全部或部分特征，但大部分結構模型是尺寸比原型小得多的縮尺模型(1)相似模型試驗：幾何相似、力學相似、材料相似(2)縮尺模型試驗：不須遵循嚴格的相似條件(3)足尺模型試驗：尺寸、材料、受力特性與原型結構相同二、按試驗荷載性質分類1.結構靜力試驗（最大量最常見）加載過程：指荷

5、載從零開始逐步遞增一直加到試驗某一預定目標或結構破壞為止，即在一個不長的時間段內完成試驗加載的過程。簡述靜力試驗的最大優(yōu)點（2012.10）：設備相對簡單，荷載可逐步施加，還可以停下來仔細觀測結構變形的發(fā)展，給人以最明確和清晰的破壞概念。在實際工作中，即使是承受動力荷載的結構，在試驗過程中為了了解靜力荷載下的工作特性，在動力試驗前往往也先進行靜力試驗 。2.結構動力試驗 根據試驗荷載的性質，結構動力試驗主要分為哪幾類？（2012.01）(1)結構動力特性試驗：測量結構自身所固有的動力性能(2)結構動力反應試驗：量測結構或其特定部位動力性能參數和動態(tài)反應(3)結構疲勞試驗：測試結構疲勞性能3.結

6、構抗震試驗(1)低周反復加載靜力試驗(2)擬動力試驗(3)地震模擬振動臺試驗三、按試驗時間長短分類（2010.01）1.短期荷載試驗2.長期荷載試驗。四、按試驗所在場地分類1.實驗室結構試驗2.現場結構試驗。五、按試驗是否破壞分類1.結構破壞試驗（科研性試驗較多采用）2.結構非破壞試驗（生產性試驗較多采用）剛度檢驗法：以30%60%的設計荷載進行加載，測得結構變形和材料的應變，判斷試驗結構和材料的可靠性。第二章 結構試驗的加載設備和試驗裝置一、復習建議 本章在歷年考試中，處于比較重要的地位，分值比較大，建議學員全面掌握,重點復習。從題型來講包括單項選擇題、填空題、名詞解釋題、簡答題，需要準確掌

7、握基本概念。二、本章重要知識點通過本章學習，要求學生掌握實驗室和現場試驗常用的加載方法和試驗裝置，正確選擇和使用各種方法進行加載設計。重點掌握液壓加載方法。對于電液伺服系統(tǒng)加載方法、模擬地震振動臺和環(huán)境隨機激振方法等有一般了解。第一節(jié) 概述結構的荷載試驗是結構試驗的基本方法。 試驗用的荷載形式、大小、加載方式等都是根據試驗的目的要求，以如何能更好的模擬原有荷載等因素來選擇的。 在進行結構的動力試驗時，對于荷載激振設備或加載方法的選擇主要決定于試驗的任務與試驗對象的性質；正確的荷載設計和選擇適合于試驗目的需要的加載設備是保證整個試驗工作順利進行的關鍵之一；（一）結構試驗荷載的類別靜力加載：重力加

8、載方法；液壓加載方法；機械加載法；氣壓加載法等。動力加載：利用慣性力或電磁系統(tǒng)激振；電液伺服加載系統(tǒng)和地震模擬振動臺加載；人工爆炸和利用環(huán)境隨機激振(脈動法)加載。（二）結構試驗對加載設備的要求？（2008.01） 1.選用的試驗的加載設備和試驗裝置應滿足結構設計計算荷載圖示的要求。 2.荷載傳力方式和作用點明確，產生的荷載數值要穩(wěn)定，特別是靜力荷載要不隨加載時間、外界環(huán)境和結構的變形而變化。 3.荷載分級的分度值要滿足試驗量測的精度要求，加載設備要有足夠的強度儲備。4.加載裝置本身要安全可靠，不僅要滿足強度要求，還應滿足剛度要求。5.加載設備要操作方便，便于加載和卸載，并能控制加載速度，又能

9、適應同步加載或先后加載和恒載等不同要求。 6試驗加載方法要力求采用現代化先進技術，減輕體力勞動，提高試驗質量。第二節(jié) 重力加載法 （一）重力加載的概念重力加載就是利用物體本身的重量加于結構上作為荷載。加載方式： 直接加載將重物直接施加于試驗結構或構件上； 間接加載通過杠桿原理將荷載放大作用在結構上； 注意事項：使用砂石等松散材料顆粒材料加載時，如果將材料直接堆放于結構表面，將會造成荷載材料本身的起拱，而對結構產生卸荷（2011.01）作用，為此，最好將顆粒材料置于一定容量的無底箱框中，然后疊加于結構之上，在試驗構件跨度方向施加的箱框數量不應少于兩個；若采用型體較為規(guī)則的塊狀材料加載，

10、如磚石、鑄鐵塊、鋼錠等，則要求疊放整齊，每堆重物的寬度 £ L/6 (L為試驗結構的跨度)，堆與堆之間應有一定的間隔（約50100mm）。利用水作為重力荷載進行加載的特點：利用水作為重力加載用的荷載，是一個簡易方便且甚為經濟的方案。水可以盛在水桶內用吊桿作用于結構上，作為集中荷載；也可以采用特殊的盛水裝置作為均布荷載直接加于結構表面。在加載時可以利用進水管，卸載時則利用虹吸原理，可以減少大量運輸、加載的勞動力。當利用吊桿荷載盤施加集中荷載時，每個荷載盤應分開或通過靜定的分配梁體系作用于試驗的對象上，使結構所受荷載明確。（二）重力直接加載和杠桿加載的特點和使用注意事項重力加載法的優(yōu)點是

11、試驗用的重物容易取得，并可重復使用，但加載過程中需要花費較大的勞動力。杠桿制作方便，荷載值穩(wěn)定不變，當結構有變形時，荷載可以保持恒定，對于作持久荷載試驗尤為適合。第三節(jié) 液壓加載法（一）液壓加載器加載液壓加載（2010.01選擇題）是目前結構試驗中應用比較普遍和理想的一種加載方法。簡述液壓加載的優(yōu)點（2011.10）液壓加載的最大優(yōu)點是利用油壓（2011.01）使液壓加載器產生較大的荷載，試驗操作安全方便。特別是對于大型結構構件試驗，它不受加載點數的多少、加載點的距離和高度的限制，并能適應均布和非均布、對稱和非對稱加載的需要。尤其是電液伺服系統(tǒng)在試驗加載設備重得到了廣泛應用，此法為結

12、構動力試驗模擬地震荷載、海浪波動等不同特性的動力荷載創(chuàng)造了有利條件，使動力加載技術發(fā)展到了一個新的高度。液壓加載的原理：用高壓油泵將具有一定壓力的液壓油壓入液壓加載器的工作油缸使之推動活塞，對結構施加荷載。液壓加載器的類型：手動液壓加載器、單向作用及雙向作用的液壓加載器。 液壓加載的試驗裝置：普通手動液壓加載器、加荷承力架和靜力試驗臺座。液壓加載荷載值的確定：應按事先做好的標定曲線來確定荷載量。注意事項：量測荷載值優(yōu)先采用荷載傳感器；荷載傳感器的精度不應低于C級；指示儀表的最小分度值不宜大于被測力值總量的1.0%；示值誤差應為±1.0%（全刻度量程）；油壓表精度不應低于1.5級（20

13、10.01）； 在選擇量程時，應使其使用狀態(tài)試驗荷載值所對應的油壓表讀數大致為油壓表量程的1/3； 由于液壓加載器內部摩阻力的影響，會出現荷載量和油壓間不呈嚴格的線性關系的狀況，應采用事先制作的標定曲線確定荷載量；液壓加載器的標定：將加載器安置在荷載支承裝置內，用力值量測儀表測定加載器的作用力。力值量測儀表（優(yōu)先采用）采用試驗機標定液壓加載器時，按照加載器使用時的實際工況，必須采用加載器的活塞頂升試驗機的主動加載方式。在制作標定曲線時，至少加載器在不同行程位置上重復循環(huán)三次去平均值來繪制標定曲線，任一次測量值和曲線上對應點的力值偏差不應大于±5%（二）液壓加載系統(tǒng)加載系統(tǒng)由儲油箱、高

14、壓油泵、測力裝置和各類閥門組成的操縱臺，通過高壓油管同時并聯連接若干個液壓加載器組成。特點：液壓加載試驗系統(tǒng)可完成各類建筑結構的靜載試驗，尤其對大噸位、大跨度、大撓度的結構更為適用，它不受加載點數的多少、加載點的距離和高度的限制，并能適應均布和非均布、對稱和非對稱加載的需要。承力架試件液壓加載器操作臺管路系統(tǒng)試驗臺座（三）結構試驗機加載大型結構試驗機由液壓操縱臺、大噸位的液壓加載器和試驗機架三部分組成。大型結構試驗機的精度不應低于2級結構疲勞試驗機由液壓脈動器、控制系統(tǒng)和液壓加載脈動器組成。液壓脈動器：疲勞試驗機的核心部分，是產生脈動負荷的主要機構；脈動加載器：施加負荷的執(zhí)行機構；液壓控制系統(tǒng)

15、：試驗機的操縱控制中心，脈動頻率可根據試驗的不同要求在100150次/分（2011.01、2010.01）范圍內任意調節(jié)選用；結構疲勞試驗機應滿足2級試驗機的精度要求，測力示值相對誤差應為±2.0%（2010.10）；（四）電液伺服加載系統(tǒng)加載電液伺服加載系統(tǒng)由電液伺服加載器、控制系統(tǒng)和液壓源等三部分組成。電液伺服系統(tǒng)的工作原理是利用自動控制和液壓技術相結合的電液伺服閉環(huán)系統(tǒng)控制試驗加載。電液伺服閥是電液伺服液壓加載系統(tǒng)中的心臟部分，它安裝于液壓加載器上，根據指令發(fā)生器發(fā)出的信號經放大（2010.10）后輸入伺服閥，轉換成大功率的液壓信號，將來自液壓源的液壓油輸入加裁器，使加載器按輸

16、入信號的規(guī)律產生振動對結構施加荷載。（五）地震模擬振動臺加載地震模擬振動臺由振動臺臺體結構、液壓驅動和動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測試和分析系統(tǒng)組成。振動臺必須安裝在質量很大的基礎上（2010.10），這樣可以改善系統(tǒng)的高頻特性，并減小對周圍建筑和其他設備的影響。使用頻率范圍由所做試驗模型的第一頻率而定，整個系統(tǒng)的頻率范圍應該大于10 Hz。第四節(jié) 機械力加載法（一）機械力加載使用的機具種類吊鏈、卷揚機、絞車、花籃螺絲、螺旋干斤頂及彈簧等。（二）利用機具對結構施加拉力的試驗裝置與特點 吊鏈，卷揚機，絞車和花籃螺絲等主要是配合鋼絲或繩索對結構施加拉力，還可與滑輪組聯合使用，改變作用力的方向和拉

17、力大小。拉力的大小通常用拉力測力計測定，按測力計的量程有兩種裝置方式。螺旋千斤頂是利用齒輪及螺桿式蝸輪蝸桿機構傳動的原理，當搖動手柄時，就帶動螺旋桿頂升，對結構施加頂推壓力，用測力計測定加載值。（三）彈簧加載的特點與注意事項彈簧加載法常用于構件的持久荷載試驗。用彈簧作持久荷裁時，應布先估計到由于結構徐變使彈簧壓力變小時，其變化值是否在彈簧變形的允許范圍內。（四）機械力加載的優(yōu)缺點是什么？機械力加載的優(yōu)點是設備簡單，容易實現，當通過索具加載時，很容易改變荷載作用的方向，故在建筑物、柔性構筑物(桅桿、塔架等)的實測或大尺寸模型試驗中，常用此法施加水平集中荷載。其缺點是荷載值不大，當結構在荷載作用點

18、產生變形時，會引起荷載值的改變。第五節(jié) 氣壓加載法（一）氣壓加載法（正壓或負壓加載）的工作原理氣壓加載法主要是利用空氣壓力對試件施加荷載。氣壓加載產生的是均布荷載。（二）氣壓加載的試驗裝置與特點優(yōu)點是加載、卸載方便，荷載穩(wěn)定。缺點是試件受力載面無法觀測，利用真空加載時試件周邊密封要求較高。第六節(jié) 慣性力加載法（一）慣性力加載法的含義、分類（2010.10） 在結構動力試驗中，利用物體質量在運動時產生的慣性力對結構施加動力荷載的方法稱之為慣性力加載法；根據荷載作用方法不同，分為沖擊力加載和離心力加載兩種。（二）沖擊力加載方法的特點與注意事項沖擊力加載：荷載作用時間極為短促，通

19、過突加荷載或張拉卸載，使被加荷載結構產生自由振動，適用于進行結構動力特性的試驗；沖擊力加載包括初位移加載法（張拉突卸法）、初速度加載法（突加荷載法）。初位移加載法（張拉突卸法） 加載原理：在結構上拉一鋼絲纜繩，使結構變形而產生一個人為的初始強迫位移，然后突然釋放，使結構在靜力平衡位置附近作自由振動。加載時為防止結構產生較大的變形，加載的數量必須正確控制，經常是按所需的最大振幅計算求得。初速度加載法（突加荷載法）加載原理：利用擺錘或落重的方法使結構在瞬時內受到水平或垂直的沖擊，產生初速度，同時使結構獲得所需的沖擊荷載。利用垂直落重沖擊時，為防止重物回彈再次撞擊和結構局部受損，擬在落點處鋪設100

20、200mm的砂墊層。（三）離心力加載方法的特點與注意事項離心力加載的含義及特點（2011.01）：根據旋轉質量產生的離心力對結構施加簡諧振動荷載；其特點是運動具有周期性，作用力的大小和頻率按一定規(guī)律變化，使結構產生強迫振動。第七節(jié) 電磁加載法（一）電磁激振器的構造與工作原理電磁式激振器是由磁系統(tǒng)(包括勵磁線圈、鐵芯、磁極板)、動圈(工作線圈)、彈簧、頂桿等部件組成。當激振器工作時，在勵磁線圈中通入穩(wěn)定的直流電，使在鐵芯與磁極板的空隙中形成一個強大的磁場。與此同時，由低頻信號發(fā)生器輸出一交變電流，并經功率放大器放大后輸入工作線圈，這時工作線圈即按交變電流諧振規(guī)律在磁場中運動并產生一電磁

21、感應力F，使頂桿推動試件振動。（二）電磁振動臺的工作原理和組成電磁振動臺通常是由信號發(fā)生器，振動自動控制儀，功率放大器，振動臺激振器和臺面組成。電磁振動臺原理基本上與電磁激振器一樣，在構造上實際是利用電磁激振器來推動一個活動的臺面而構成。第八節(jié) 其他加載方法（了解）反沖激振器加載法的含義；人工爆炸加載法的含義；人激振動加載法的含義；環(huán)境隨機激振加載法的含義；第九節(jié) 結構試驗荷載裝置和試驗臺座（一）結構試驗荷載裝置結構試驗荷載裝置的作用和主要組成是什么？（2011.01）結構試驗荷載裝置是滿足試驗荷載設計、實現試驗荷載圖示、模擬邊界條件要求、保證試驗加載正常進行的關鍵之一。它由試件支承

22、裝置（支座、支墩）、荷載傳遞裝置、荷載支承裝置、結構試驗臺座和試驗輔助裝置等部分組成。試件支承裝置，荷載傳遞裝置，荷載支承裝置，結構試驗臺座，試驗輔助裝置。（二）試件支承裝置支座和支墩。試件支承裝置的主要作用是什么？ 支承結構構件、正確傳遞作用力、模擬實際荷載圖示（2011.01）和邊界條件。支座的形式鉸支座（滾動鉸支座、固定鉸支座）、固定端支座、受壓構件刀鉸支座、梁式受扭構件轉動支座鉸支座的劃分:按照自由度的不同劃分 滾動鉸支座和固定鉸支座按照型式的不同劃分滾軸式和刀鉸式對鉸支座的基本要求1、必須保證結構在支座處能自由水平移動和自由轉動；2、必須保證結構在支座處力的傳遞；3、如果結構在支承處

23、沒有預埋支承鋼墊板，則在試驗時必須另加墊板，墊板的尺寸滿足強度及相關的構造要求；4、滾軸的長度，一般取等于試件支承處截面寬度b；5、滾軸的直徑根據受力進行選擇，并應進行強度驗算；支墩 結構現場試驗的支墩多用磚塊砌筑或混凝土澆注而成，支墩上部應有足夠平整的支承面積，制作時要鋪以鋼板。 支墩的構造要求： 在試驗荷載作用下，支墩和地基的總壓縮變形不宜超過試件撓度（2011.01）的1/10。 支墩的高度一般在400600mm，以滿足儀表安裝、測讀、裂縫觀測和加卸荷載的要求；各支座支墩的高差不宜大于試件跨度的1/200。（三）荷載傳遞裝置杠桿，分配梁和臥梁。分配梁的構造要求和使用注意事項：分配梁一般均

24、為單跨簡支形式，不能用多跨連續(xù)梁的形式；單跨簡支分配梁均為等比例分配，即將一個集中荷載分為兩個集中力；分配梁的層次不宜大于三層；如需不等比例分配，比例不宜大于1:4，且需將荷載分配比例大的一端設置在靠近固定鉸支座的一側；（四）荷載支承裝置豎向荷載的支承裝置，水平荷載的支承裝置（水平反力梁和反力墻）。（五）結構試驗臺座（2010.10）抗彎大梁式臺座，空間桁架式臺座，槽式臺座，地錨式臺座，箱式臺座（孔式臺座）和抗側力臺座。（六）試驗輔助裝置豎向荷載的支承裝置，水平荷載的支承裝置（水平反力梁和反力墻）。（七）結構現場試荷載裝置構件試驗和整體結構試驗。第三章 結構試驗的數據采集和測量儀器一、復習建議

25、 本章在歷年考試中，處于相當重要的地位，分值比較大，建議學員重點復習，多做習題，多加練習。從題型來講包括單項選擇題、填空題、名詞解釋題、簡答題、計算題，需要準確掌握基本概念。二、本章重要知識點通過本章的學習，理解結構試驗數據采集的意義和作用，了解結構試驗數據采集的過程、測量儀器的工作原理和應用范圍。重點是電測技術的工作原理和應用，特別是電阻應變測試技術。要求學生在進行結構試驗觀測設計時，能夠根據試驗要求和實際情況選擇合適的測量儀器和正確的方法進行數據采集。第一節(jié) 概 述(一)數據采集的意義和作用數據采集的意義和作用 在結構試驗中，數據采集就是利用各種儀器和裝置，對試件所受到的荷載作用（如力、位

26、移、溫度等）以及結構的反應（如位移、速度、加速度、應力、應變、裂縫等）等數據進行測量和記錄(二)數據采集的方法數據分析、處理始采集的數據 試驗結果數據采集得到的數據，是數據處理的原始資料。數據采集是結構試驗的重要步驟，是結構試驗成功的必要條件之一。數據采集的方法1.用最簡單的量測工具進行人工測量、人工記錄（直尺測量）2.用一般的量測儀器進行測量、人工記錄（百分表測量）3.用儀器進行測量、記錄（傳感器、X-Y函數記錄儀）4.用數據采集系統(tǒng)進行測量和記錄（傳感器、數據采集儀、計算機） 數據采集方法的選用原則:用最經濟合理的代價來獲取最多的有用數據(三)數據流通的過程和數據采集的原則數據的采集原則

27、同時性：要求一次采集（或一次測量）得到的所有數據是同一時刻試件受到的作用和試件的反應 ,這些同一時刻的數據才能正確的反映和描述某一時刻試件的作用和試件的反應之間的關系。 客觀性：要求按照客觀事實進行數據采集，并把所有關于試驗實際情況的數據都加以測量和記錄，使采集得到的數據能夠客觀、完整的反映和描述整個試驗過程。(四)數據采集的儀器分類按功能和使用情況分類 傳感器（感受各種物理量，并將其轉換成電信號或其他容易處理的信號 放大器（把傳感器傳來的信號進行放大，使之可以顯示和記錄） 顯示器 (把信號用可見的形式顯示出來) 記錄儀（將采集得到的數據記錄下來，作長期保存） 分析儀器（對采集得到的數據進行分

28、析處理） 數據采集儀（用于自動掃描和采集數據） 完整的數據采集系統(tǒng)（集成式儀器，包括傳感器、數據采集儀和計算機或其他記錄器、顯示器等，可用于進行自動掃描、采集及數據處理） 按功能分類 單件式 （單件式儀器是指一個儀器只有一種單一的功能） 集成式 （集成式儀器是指那些把多種功能集中在一起的儀器）按工作原理分類 機械式儀器 電測儀器 光學測量儀器 復合式儀器 伺服式儀器按測量用途分類 測力儀器 位移儀器 應變計 傾角儀器 頻率計 測振儀器按與結構試件的關系分類（2010.10）附著式和非附著式、接觸式和非接觸式按顯示和記錄方式分類直讀式和自動記錄式、模擬式和數字式(五)測量儀器的技術指標最小分度值

29、（刻度值）（2011.01）儀器的指示部分或顯示部分所能指示的最小測量值，即每一最小刻度所表示的被測量的數值。量程（2011.01）儀器可以測量的最大范圍。靈敏度被測量的單位物理量所引起儀器輸出或顯示裝置示值的大小，即儀器對被測物理量變化的反應能力。分辨率儀器測量被測物理量最小變化值的能力。線性度儀器校準曲線對理想擬合直線的接近程度。穩(wěn)定性當被測物理量不變，儀器在規(guī)定的時間內保持示值與特性參數不變的能力。重復性（2010.10）在同一工作條件下，儀器多次重復測量同一數值的被測量時，保持示值一致的能力。頻率響應動測儀器輸出信號的幅值和相位隨輸入信號的頻率而變化的特性。精確度（精度）儀器指示值與被

30、測值的符合程度。目前常以最大量程時的相對誤差來代表精度，并以此相對誤差值來判定儀表的精度等級。如精度為0.2級的儀表,其測定值的誤差不超過最大量程的±0.2%。 (六)結構試驗對測量儀器的要求和儀器標定結構試驗對測量儀器的要求1.測量儀器不應該影響結構的工作，要求儀器自重輕，尺寸小，尤其是對模型結構試驗，還要考慮儀器的附加質量和儀器對結構的作用力。2.測量儀器具有合適的靈敏度和量程。3.安裝使用方便，穩(wěn)定性和重復性好，有較好的抗干擾能力。4.價廉耐用，可重復使用，安全可靠。維修容易。5.在達到上述要求的條件下盡量要求多功能、多用途，適應多方面的需要。 儀器的標定 含義：為了確定儀器設

31、備的精確度和靈敏度，確定試驗數據的誤差，而將儀表指示值和標準量進行比較的過程。 單件標定 確定某一件儀器的靈敏度和精確度； 系統(tǒng)標定 確定某些儀器組成的系統(tǒng)的靈敏度和精確度；第二節(jié) 儀器的工作原理(一)傳感器和放大器的工作原理機械式傳感器的組成部分有哪些（2010.01） 感受機構 直接感受被測量的變化 轉換機械 將被測量的變化轉換成長度或角度等的變化，并加以放大或轉換等； 顯示裝置 用來顯示被測量的大小，通常由指針或度盤等組成； 附屬裝置 如外殼、裝夾具等，使儀器成為整體，并便于安裝使用 機械式傳感器是帶有顯示器的傳感器電測式傳感器的組成部分有哪些（2011.10） 感受部分 直接感受被測量

32、的變化 轉換部分 把感受到的物理量變化轉換成電量變化 傳輸部分 把電量變化的信號傳輸到放大器或記錄器和顯示器的導線和相應的接插件等 附屬裝置 如傳感器的外殼、支架等(二)記錄器的工作原理記錄器的功能：把放大部分傳來的量測結果按照一定的方式記錄在某種介質上，需要時可以把這些數據讀出或輸送到其他分析儀器進行處理。模擬式記錄器 將模擬量直接記錄在介質上，數據一般是連續(xù)的；數字式記錄器 將模擬量轉換成數字量后再記錄在介質上，數據一般是間斷的；第三節(jié) 應變測量儀器基本概念：應變（2011.10）：單位長度內的變形（拉伸、壓縮和剪切變形） 線應變：單位長度內的直線變形 剪應變：單位長度內的剪切變形測量應變

33、的儀器和方法（2010.01、2011.10） 1.電阻應變儀（結構試驗中用來測量試件應變的最常用儀器） 2.手持應變儀 3位移計方法 4.光測法（云紋法、激光衍射法、光彈法）有些儀器和方法可以直接測量應變，另一些儀器和方法只能測量相對位移（2010.01），需要通過換算得到應變。(一)電阻應變儀(應變測量電橋)和電阻應變計的工作原理、構造和使用技術電阻應變儀利用電阻應變計作為應變傳感器，和應變儀中的電阻元件（2011.01）組成測量電橋，進行應變測量，還可以用電阻應變儀配合各種電阻應變式傳感器，測量其他物理量的變化。電阻應變計的工作原理利用某種金屬絲導體的“應變電阻效應”，即此金屬絲的電阻值

34、隨著其機械變形而變化的物理特性。電阻應變計的構造在拷貝紙或薄膠膜等基底與覆蓋層之間粘貼合金敏感器（電阻柵），敏感柵的兩端焊上引出線。主要技術指標 電阻值R：選用時應考慮與應變儀配合，一般電阻值為120; 標距 L：敏感柵的有效長度，根據試件測點處應變梯度的大小來進行選擇; 靈敏系數K （2011.01）：表示單位應變引起應變計的相對電阻變化;電阻應變計的粘貼要求（2011.01）測點基底平整，清潔、干燥；粘結劑的電絕緣性、化學穩(wěn)定性和工藝性能良好，以及蠕變小、粘貼強度高，溫濕度影響??；同一組應變計規(guī)格型號應相同；粘貼牢固、方位準確、不含氣泡；在應變計粘貼完成后，有時還需對應變計作防潮絕緣處理；

35、應變測量電橋試件受力變形時，應變計將試件的應變轉換成電阻變化。采用惠斯頓電橋（1/4電橋、半橋接法、全橋接法），將電阻變化轉換為電壓或電流的變化，使信號得以放大，并可以解決溫度補償等問題。 1 /4電橋 僅連接一個應變計（R1為應變計） 半橋接法 連接二個應變計（R1、R2為應變計） 全橋接法 連接四個應變計（R1、R2、R3 、R4 均為應變計）注意事項：1、輸出電壓和四個橋臂的應變的代數和呈線性關系2、相鄰橋臂的應變符號相反，相對橋臂的應變符號相同應變測量的溫度補償 試驗過程中，設法去除由于溫度變化所引起的應變。溫度補償片的布置方法在試件旁邊，與試件同樣的溫度環(huán)境中，放置一與試件同樣材料的

36、物體，此物體僅受溫度作用，它的應變即代表試件由于溫度引起的應變。在試件的零應力部位布置應變測點，該測點的應變僅受溫度影響，與荷載作用無關，該測點的應變可用于溫度補償。(二)其他方法測量應變手持應變儀，位移計方法，光測法。手持應變儀工作原理：在標距兩端粘結兩個腳標（每邊各一個），通過測量結構變形前后兩個腳標之間距離的改變，求得標距內的平均應變。位移計方法工作原理：利用位移計測量一條直線上兩點之間的相對位移來表示兩點之間的平均應變。光測法（云紋法、激光衍射法、光彈法）常用于測量平面應變，較多應用于節(jié)點或構件的局部應力分析第四節(jié) 位移測量儀器(一)線位移傳感器的工作原理和構造(百分表、千分表、電阻應

37、變式位移傳感器、滑阻式位移傳感器和差動式位移傳感器) 線位移傳感器（位移傳感器）測量內容：測點相對于位移傳感器支架固定點的位移。工作原理：利用一可滑動的測桿去感受線位移，然后把這個位移量用各種方法轉換成表盤讀數或各種電量。 通常把傳感器支架固定在試驗臺或地面的不動點（2011.10）上，這時的所測得的位移表示測點相對于試驗臺座或地面的位移。 常用的位移測量儀器及其構造 （機械式）百分表：由測桿、彈簧、外殼、指針、齒輪、刻度盤等構成； 電子百分表：由測桿、彈簧、外殼、刻度盤、電阻應變計、電纜等構成； 滑阻式位移傳感器：由測桿、彈簧、外殼、電纜、電阻絲等構成； 差動式位移傳感器：由測桿、線圈等構成

38、；(二)角位移傳感器的工作原理和構造(水準管式傾角儀、電阻應變式傾角傳感器及DC一1 0水準式角度傳感器)角位移傳感器 測量內容：測量一個截面相對于另一個截面的相對角位移；或一個截面相對于某一物體的角位移。 工作原理 ：將角位移傳感器附著在結構上，以重力作用線為參考，以感受元件相對于重力線的某一狀態(tài)為初值，當傳感器隨測量截面一起發(fā)生角位移后，其感受元件相對于重力線的狀態(tài)也隨之改變，將這個相應的變化量用各種方法轉換成表盤讀數或各種電量。 常用的角位移測量儀器及其對應的感受元件 水準管式傾角儀 利用水準管作為感受元件 電阻應變式傾角傳感器 利用梁式擺作為感受元件 DC-10水準式角度傳感器 利用液

39、體擺作為感受元件第五節(jié) 力值測量儀器 力傳感器和液壓傳感器的工作原理、構造和使用(機械式測力傳感器、電阻應變式測力傳感器及液壓傳感器)力傳感器和液壓傳感器的類型：機械式和電測式兩種 工作原理 ：利用彈性元件感受力或液壓，使彈性元件發(fā)生與外力或液壓成對應關系的變形，測量此變形值并作適當轉換后即可得到作用力的數值。 機械式傳感器： 利用機械裝置對變形進行放大和顯示的裝置 機械式傳感器為直讀儀器，可直接從傳感器上讀取力值； 應變式傳感器： 利用電阻應變計將變形轉變成電阻變化后進行測量的裝置； 應變式傳感器需后接應變儀或數據采集儀等設備，將應變值進行相應轉換；第六節(jié) 裂縫測量 (一)裂縫測量的內容和方

40、法結構試驗中，結構或構件的裂縫發(fā)生和發(fā)展，裂縫的位置和分布及長度和寬度是反應結構性能（2010.10）的重要指標。裂縫的測量內容（2010.01） 開裂 ，即裂縫發(fā)生的時刻和位置； 度量 ，即裂縫的寬度和長度； 裂縫測量儀器的類型：裂縫測量儀器有放大鏡、讀數顯微鏡等，放大鏡用于觀察發(fā)現開裂，讀數顯微鏡用于測量裂縫寬度。 最常用的發(fā)現開裂的簡便方法是借助放大鏡用肉眼觀察(二)裂縫測量的儀器(讀數顯微鏡、裂縫標尺和塞尺) 第七節(jié) 振動測量儀器(一)測振傳感器的基本原理測振傳感器的基本原理：由慣性質量、阻尼和彈簧組成一個動力系統(tǒng)，此動力系統(tǒng)固定在振動體上（即傳感器的外殼固定在振動體上），與振動體一起

41、振動，通過測量慣性質量相對于傳感器外殼的運動，來獲得振動體的振動規(guī)律。(二)測振傳感器的頻率特性當ww / wn 較大，即振動體振動頻率較之傳感器的固有頻率大很多時，不管阻尼比D的大小如何，U 0 / X0趨近于1，j趨近于180。，表示質量塊的位移振幅和振動體的位移振幅趨近于相等，而它們的相位趨于相反； 當 w / wn接近于1時，U 0 / X0值隨阻尼比的變化而發(fā)生很大的變化，此時的j同樣在發(fā)生變化，穩(wěn)定性較差，表示儀器測出的波形有畸變。 當w / wn較小趨近于零時，U 0 / X0數值趨近于零,表示傳感器難以反映所要量測的振動。注：w振動體振動的圓頻率；wn 傳感器彈簧質量彈簧系統(tǒng)的

42、固有頻率。(三)磁電式速度傳感器的工作原理、構造和特性主要技術指標：靈敏度、頻率響應、阻尼(四)壓電式加速度傳感器的工作原理、構造和特性壓電式加速度傳感器的構造和特點 構造：壓電式加速度傳感器是由外殼、硬彈簧、質量塊、壓電晶體、輸出端等構成。 特點：電式加速度傳感器是利用晶體的壓電效應而制成的，其特點是穩(wěn)定性高，機械強度高及能在很寬的溫度范圍內使用，但靈敏度較低。主要技術指標：靈敏度、安裝諧振頻率、頻率響應、橫向靈敏度比、幅值范圍第8節(jié) 數據采集系統(tǒng)(一)數據采集系統(tǒng)的組成數據采集系統(tǒng)的組成及各部分的作用1. 傳感器部分 組成：各種電測傳感器等 作用：感受各種物理變量，如線位移、角位移等，并把

43、這些物理量轉變?yōu)殡娦盘枴?2. 數據采集儀 組成：包括與各種傳感器相對應的接線模塊和多路開關、A/D轉換器、主機、儲存器、其他輔助部件。 作用：對所有的傳感器通道進行掃描，把掃描得到的電信號進行A/D轉換，轉換成數字量，再根據傳感器特性對數據進行傳感器系數換算（如把電壓數換算成應變、溫度、等等），然后將這些數據傳送給計算機，或者將這些數據打印輸出，存入磁盤。 3.計算機（控制器） 組成：主機、顯示器、存儲器、打印機、繪圖儀和鍵盤等 作用：作為整個數據采集系統(tǒng)的控制器，控制整個數據采集過程；且在試驗結束后，對數據進行分析處理。(二)數據采集的過程第四章 結構試驗設計一、復習建議 本章在歷年考試中

44、，也處于相當重要的地位，分值比較大，需要記憶、領會的知識點比較多。從題型來講包括單項選擇題、填空題、名詞解釋題、簡答題、計算題，需要準確掌握基本概念。二、本章重要知識點通過本章學習，培養(yǎng)學生具有試驗設計和組織結構試驗的初步能力，要求理解和掌握試驗設計中試件設計(包括試件選擇)、荷載設計和觀測設計三個主要部分的內容和它們之間的相互關系，以及如何控制結構試驗可能產生的各種誤差。對結構試驗的模型設計應有一般的了解。第一節(jié) 概 述(一) 結構試驗的程序和主要環(huán)節(jié)(二)結構試驗的總體設計結構試驗的總體設計主要是根據結構試驗的目的對試驗工作進行全面規(guī)劃與設計，它起著統(tǒng)管全局和具體指導的作用，是結構試驗中極

45、為重要的一項工作。第二節(jié) 結構試驗的試件設計(一)結構試件設計的內容當不能用原型或足尺模型結構進行試驗時，也可采用它的縮尺比例的模型結構或構件，這時試驗的模型應考慮與原型之間的相似關系（2013.01）。結構試驗對試件設計的要求科研性試驗的試件設計應包括試件形狀的設計、尺寸和數量的確定、構造措施、同時必須滿足結構和受力的邊界條件的要求。生產性試驗按照試驗任務的要求通常有明確的試驗對象，一般不存在試件設計問題。試件設計要求考慮的具體內容有哪些？試件的形狀、試件的尺寸、試件的數量、結構試驗加載和測試對試件設計的要求。(二)試件的形狀試件的形狀設計，主要是要求滿足在試驗時形成和實際工作相一致的應力狀

46、態(tài)。當從整體結構中取出部分構件單獨進行試驗時，特別是對在比較復雜的超靜定體系中的構件，必須要注意其邊界條件（2011.10）的模擬，使其能如實反映該部分結構構件的實際工作。試件形狀和結構邊界條件模擬的相互關系： 若對框架柱進行剪切性能的探討時，需設計成適于反對稱加載（2011.01）的試件。 在研究框架的梁柱連接的節(jié)點試驗時，較多采用十字形試件，邊柱節(jié)點可采用T字型試件。 如果要研究框架節(jié)點的空間工作，則可設計成雙向十字形節(jié)點；為了研究樓板參與節(jié)點共同工作的性能，也可以設計成帶板的雙向節(jié)點。(三)試件的尺寸1、結構試驗所用試件的尺寸和大小，總體上分為原型和模型兩類。2、基本構件性能研究的試件大

47、部分是采用縮尺模型，對預制構件鑒定都是選用原型構件。3、對于局部性的試件尺寸，比例可為原型的1/41;而整體結構的模型試驗的試件，比例可為原型的1/101/2。 屋架試驗一般采用原型試件（構件實物）或足尺模型； 框架試件截面尺寸為原型的1/41/2； 框架節(jié)點一般為原型比例的1/21； 剪力墻單層墻體的外形尺寸為0.8×1.0m1.78×2.74m，多層剪力墻為原型的1/101/3； 磚石及砌塊的墻體試件一般取為原型的1/41/2； 對于薄殼和網架等空間結構，較多采用比例為1/51/20（2011.10）的模型試驗；控制試件尺寸的因素。結構試驗對試件尺寸的制約因素有哪些？實

48、踐證明，試件尺寸將受到尺寸效應、構造要求、試驗設備和經費條件等因素的制約。對于結構動力試驗，試件尺寸常常受試驗加載條件（2011.10）等因素的限制。 尺寸效應 反映結構構件和材料的強度隨試件尺寸的改變而變化的性質。試件尺寸過小，將表現出相對強度提高和強度離散性過大的特征。 構造要求 小尺寸試件難以滿足構造上的要求，如鋼筋砼構件的鋼筋錨固長度等； 設備條件 指的是實驗室的凈空尺寸、吊車起重能力、試驗加載設備的容量（最大試驗荷載量）等，以此控制試件尺寸、重量和試件的抗力。 經費條件 原型或足尺模型試驗耗費的經費和人力很高，但具有反應結構構造和實際工作的突出優(yōu)點； 小比例尺寸試件，在同樣的經費和人

49、力條件下，可大大增加試件的數量和類型，而且在實驗室內可改善試驗條件，提高測試數據的可信度。(四)試件的數量控制試件數量的因素和正交試驗設計法。 生產性試驗試件號截面面積砂漿強度垂直應力抗剪強度10.20.50.0640.0920.20.50.3020.2430.22.50.0640.16940.22.50.3020.40750.70.50.0640.06460.70.50.3020.16070.72.50.0640.11180.72.50.3020.275 按照預制混凝土構件質量檢驗評定標準的規(guī)定，確定試件數量；標準規(guī)定：成批生產的構件，應按同一工藝、正常生產的1000個構件，但不超過三個月的

50、同類型產品為一批（不足1000件者亦為一批），在每批中隨機抽取一個構件作為試件進行檢驗。 科研性試驗 試驗按照研究目的而設計，試件的數量和參與的各種影響因素相關； 如研究磚砌體的抗剪強度 砌體截面 0.2 0.7 砂漿強度 0.5MPa 2.5MPa 垂直應力 0.064MPa 0.032MPa注：由右表可知，抗剪強度隨砌體截面的增大而降低，隨砂漿強度提高而增大；并隨垂直應力的增加而提高。 試件的設計必須嚴格控制主要參數（分析因子）和各種試驗狀態(tài)（水平數）的數量?？蒲行栽囼炘嚰盗浚喝嬖囼灥拇螖担ㄔ嚰盗浚┡c實際可行的試驗次數之間的矛盾。n個因素，m個水平，則全面試驗次數mnL4(23)正交

51、表 (五)結構試驗加載和測試對試件設計的要求1、為滿足試件安裝、加載、量測的需要，試件設計同時應考慮必要的構造措施。2、科研性試驗時，為了保證試件在某一預定的部位破壞，以期得到必要的測試數據，試件設計就需要對其他部位事先加強或進行局部加固。3、為了保證試驗量測的可靠性和安裝儀表的方便，在試件特定的部位必須預設埋件或預留孔洞。第三節(jié) 結構試驗的模型設計(一)結構模型按相似理論設計的要求結構模型: 按照原型的整體、部件或構件復制的試驗代表物，較多采用的是縮小比例的結構模型進行試驗。結構模型按相似理論設計的要求 幾何相似：模型和原型的幾何尺寸相似并保持一定的比例； 材料相似：模型和原型的材料相似或具

52、有某種相似關系； 荷載相似：施加于模型的荷載和原型荷載方向一致，且按照某一比例縮小或放大； 物理相似：確定模型結構試驗過程中各參與的物理量的相似常數，并由此求得反映相似模型整個物理過程的相似條件；(二)結構模型的相似要求和相似常數相似常數：模型和原型結構之間對應參數的比例關系； 幾何相似：模型和原型結構之間所有對應部分尺寸成比例關系； 質量相似：模型和原型結構之間對應部分的質量成比例關系； 荷載相似：模型和原型在各對應點所受的荷載方向一致，荷載大小成比例關系； 物理相似(2010.10)：模型和原型的各相應點的應力和應變、剛度和變形間的關系相似； 時間相似(2011.01) ：模型和原型的各對

53、應的時間成比例關系； 邊界條件相似(2010.01) ：模型和原型在與外界接觸區(qū)域內的各種條件保持相似；也即要求支承條件相似、約束情況相似以及邊界上的受力情況相似； 初始條件相似：模型和原型結構初始時刻的各運動參數相似；運動的初始條件包括初始狀態(tài)下的初始幾何位置、質點的位移、速度和加速度等。(三)結構模型設計的相似條件 相似條件：模型和原型結構之間相似常數所應滿足的一定關系； 在a截面處的彎矩為： 截面上的正應力為： 截面處的撓度為 模型和原型間的相似條件為 、 、結構模型設計的程序 根據力學及設計理論推導原型和模型結構的相似條件； 確定幾何比例，即幾何相似系數，還可以設計確定幾個物理量的相似常數； 確定模型材料，并由此確定材料相似系數； 根據模型和原型的相似條件推導出其他物理量的相似常數的數值。結構動力模型試驗解決重力失真的處理方法 在模型上附加適當的分布質量，即 采用高密度材料來增加結構上有效的模型材料密度。第四節(jié) 結構試驗的荷載設計(一)結構試驗荷載設計的內容結構試驗中，影響荷載設計的主要因素有哪些？結構試驗的荷載設計主要取決于結構試