建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)第五章建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)(共7頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)第五章建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2004-12-28 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題：試件設(shè)計(jì)應(yīng)從哪些方面進(jìn)行考慮？要注意哪些問(wèn)題？結(jié)構(gòu)試驗(yàn)對(duì)試件設(shè)計(jì)有哪些要求？常用的模型材料有哪些？結(jié)構(gòu)模型相似的三個(gè)定理應(yīng)如何進(jìn)行理解？如何確定原型與模型的相似條件？量綱分析法確定相似條件的步驟？為什么有時(shí)采用不同于設(shè)計(jì)計(jì)算所規(guī)定的荷載圖式？試驗(yàn)的加載制度包括哪些內(nèi)容？試驗(yàn)加載程序包括哪幾部分內(nèi)容？觀測(cè)儀器如何選擇，測(cè)讀時(shí)應(yīng)遵循什么原則？結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采取哪些安全措施？試驗(yàn)報(bào)告要如何書(shū)寫(xiě)？帶著所提出的問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性的學(xué)習(xí)。主要思路如下：結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)

2、容，主要是通過(guò)反復(fù)研究，確定試驗(yàn)的目的，試驗(yàn)的性質(zhì)與規(guī)模，進(jìn)行試件設(shè)計(jì)，選定試驗(yàn)場(chǎng)所，擬定加載與量測(cè)方案，設(shè)計(jì)專(zhuān)用的試驗(yàn)裝置和儀表夾具附件以及制訂安全技術(shù)措施。同時(shí)，按試驗(yàn)規(guī)模組織試驗(yàn)人員，提出試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)預(yù)算和消耗性器材數(shù)量和設(shè)備清單。最后在設(shè)計(jì)規(guī)劃的基礎(chǔ)上提出試驗(yàn)大綱和進(jìn)度計(jì)劃。試驗(yàn)工作者對(duì)新型的加載設(shè)備和測(cè)量?jī)x器方面知識(shí)準(zhǔn)備充分。一、試件設(shè)計(jì)對(duì)于試件設(shè)計(jì)，包括試件的形狀，尺寸和數(shù)量的選擇都要遵循合理可行的規(guī)則。試件設(shè)計(jì)之所以要注意它的形狀，主要是要在試驗(yàn)時(shí)形成和實(shí)際工作相一致的應(yīng)力狀態(tài)。在從整體結(jié)構(gòu)中取出部分構(gòu)件單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，必須要注意其邊界條件的模擬，使其能如實(shí)反映該部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際工

3、作，同時(shí)要注意有利于試驗(yàn)合理加載。任一試件的設(shè)計(jì)，其邊界條件的實(shí)現(xiàn)與試件安裝、加載裝置與約束條件等有密切的關(guān)系。在整體設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行周密考慮，才能付諸實(shí)施。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)所用試件的尺寸和大小，總體上分為真型（實(shí)物或足尺結(jié)構(gòu)）和模型兩類(lèi)。不同情況下選擇不同的試件尺寸，采用縮尺或真型試件。必要時(shí)要考慮尺寸效應(yīng)的影響，在滿足構(gòu)造要求的情況下，太大的試件也沒(méi)有必要。對(duì)于結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)，試驗(yàn)尺寸常受試驗(yàn)加載條件等因素的限制。動(dòng)力特性試驗(yàn)可在現(xiàn)場(chǎng)原型結(jié)構(gòu)上進(jìn)行。至于地震模擬振動(dòng)臺(tái)加載試驗(yàn)，因受臺(tái)面尺寸、激振力大小等參數(shù)的限制，一般只能作縮尺的模型試驗(yàn)。試件設(shè)計(jì)同時(shí)必須考慮必要的構(gòu)造措施。在科研性試驗(yàn)時(shí)，為了保證結(jié)

4、構(gòu)或構(gòu)件在某一預(yù)定的部位破壞，以期得到必要的測(cè)試數(shù)據(jù)，就需要對(duì)其它部位事先進(jìn)行局部加固。為了保證試驗(yàn)量測(cè)的可靠性和安裝儀表的方便，在試件特定的部位必須預(yù)設(shè)埋件或預(yù)留孔洞。對(duì)于為測(cè)量混凝土內(nèi)部應(yīng)力的預(yù)埋元件或?qū)ｉT(mén)的混凝土應(yīng)變計(jì)、鋼筋應(yīng)變計(jì)等，應(yīng)在澆搗混凝土前，按相應(yīng)的技術(shù)要求用專(zhuān)門(mén)的方法就位固定埋設(shè)在混凝土試件內(nèi)部。采用模型試驗(yàn)時(shí)，為了保證模型試驗(yàn)所研究的物理現(xiàn)象與實(shí)物試驗(yàn)的同一現(xiàn)象是相似的，下列問(wèn)題必需考慮：試驗(yàn)材料如何選擇；試驗(yàn)參數(shù)如何確定；試驗(yàn)中應(yīng)該測(cè)量哪些量；如何處理試驗(yàn)結(jié)果以及可以推廣到什么樣的現(xiàn)象上去。相似設(shè)計(jì)要求模型和原型能描述同一物理現(xiàn)象，所以，要求模型材料和原型材料的物理性能、

5、力學(xué)性能和加工性能相似：建筑結(jié)構(gòu)模型可分為彈性模型和強(qiáng)度模型兩大類(lèi)，模型材料也可分為彈性模型材料和強(qiáng)度模型材料兩大類(lèi)。對(duì)材料所涉及的種類(lèi)和物理性能要有充分的認(rèn)識(shí)。相似設(shè)計(jì)中要掌握結(jié)構(gòu)模型相似的必要與充分條件，即掌握相似理論的三個(gè)定理，并弄清其中的關(guān)系。兩個(gè)物理現(xiàn)象相似，就是描述這個(gè)物理現(xiàn)象的各種參數(shù)之間具有相同的關(guān)系。簡(jiǎn)單地講，就是兩個(gè)物理現(xiàn)象可用同一個(gè)表達(dá)式描述。盡管這種表達(dá)式可能是未知的。相似第一定理：若兩個(gè)物理現(xiàn)象相似，則相似指標(biāo)必為1；或者相似判據(jù)相等，且為常數(shù)。相似第一定理說(shuō)明了，相似指標(biāo)為1或相似判據(jù)相等是相似的必要條件。同樣可以證明逆定理也是成立的，它給出了相似的充分條件，即相似

6、第三定理：如果相似指標(biāo)為1或相似判據(jù)相等且其它單值條件（邊界條件、初始條件等）相同，則兩現(xiàn)象必相似。設(shè)計(jì)模型就是要確定相似判據(jù)，進(jìn)而確定相似指標(biāo)，再確定模型各參數(shù)的相似常數(shù)，最后設(shè)計(jì)出試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。相似判?jù)存在定理定理表述如下：如果一個(gè)物理現(xiàn)象可由n個(gè)物理量構(gòu)成的物理方程式描述，在n個(gè)物理量中有k個(gè)獨(dú)立的物理量，則該物理現(xiàn)象也可以用這些量組成的（n-k）個(gè)無(wú)量綱群的關(guān)系來(lái)描述。這些無(wú)量剛?cè)壕勺鳛橄嗨婆袚?jù)。所謂量綱，就是物理的種類(lèi)。定理的意義在于：相似判據(jù)一定存在，而且至少存在一個(gè)。結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的過(guò)程要客觀地反映出參與該模型工作的各有關(guān)物理量之間的相互關(guān)系。由于要在模型和真型建立相似關(guān)

7、系。因此，也必然反映出模型與真型結(jié)構(gòu)相似常數(shù)之間的關(guān)系。這樣，相似常數(shù)之間所應(yīng)滿足的一定關(guān)系就是模型與真型結(jié)構(gòu)之間的相似條件，也就是模型設(shè)計(jì)需要遵循的原則。確定相似條件的方法有方程式分析法和量綱分析法兩種。前者是根據(jù)基本的力學(xué)方程式，把所有變量移到等式一端，常數(shù)移到另一端，求得相似判據(jù)。在相似判據(jù)中，將所有的變量都用相應(yīng)的相似常數(shù)代替，得相似指標(biāo)，并令其等于1。在每一個(gè)相似指標(biāo)中，有一個(gè)相似常數(shù)不能任意取值，而按相似指標(biāo)為1來(lái)計(jì)算出。一般地，首先確定模型材料。按模型材料可得模型材料的彈性模量及波桑比，可確定出彈性模量的相似常數(shù)及波桑比的相似常數(shù)，稱(chēng)為材料相似。其次，按實(shí)際可能與試驗(yàn)條件，隨意確

8、定幾何尺寸的相似常數(shù)，模型的所有集合尺寸全部按此相似常數(shù)確定，稱(chēng)為幾何相似。在相似判據(jù)方程式中，一些相似常數(shù)決定后，還會(huì)有其它相似常數(shù)，可隨意選取其中一些值，最后按式計(jì)算出另外的相似常數(shù)?？扇?，即荷載的比例，稱(chēng)為荷載相似。用方程式分析法建立相似條件相當(dāng)方便明確，但必須在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)前對(duì)所研究的物理過(guò)程中各物理量之間的函數(shù)關(guān)系，亦即對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)條件之間的關(guān)系提出明確的數(shù)學(xué)方程式。這常常需要通過(guò)試驗(yàn)研究才能提出，尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)或荷載條件較復(fù)雜，我們還沒(méi)有掌握其間的客觀規(guī)律時(shí)，在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)前一般不能提出明確的函數(shù)方程式。用量綱分析法進(jìn)行模型設(shè)計(jì)僅需明確哪些物理量影響該物理現(xiàn)象以及量測(cè)這些物理量的單

9、位系統(tǒng)的量綱就夠了。量綱的概念是在研究物理量的數(shù)量關(guān)系時(shí)產(chǎn)生的，它說(shuō)明量測(cè)物理量時(shí)所用單位的性質(zhì)。每一種物理量都對(duì)應(yīng)一種量綱。注意，有些物理量是無(wú)量綱的，用1表示，有些物理量是由量測(cè)與它有關(guān)的量后間接求出的，其量綱由與它有關(guān)的物理量的量綱導(dǎo)出，稱(chēng)為導(dǎo)出量綱。在一般的結(jié)構(gòu)工程問(wèn)題中，各物理量的量綱都可由長(zhǎng)度、時(shí)間、力這三個(gè)量綱導(dǎo)出，故可將長(zhǎng)度，時(shí)間，力三者組合取為基本量綱，稱(chēng)為力量系統(tǒng)。另一組常用的基本量綱組合是長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量，稱(chēng)為質(zhì)量系統(tǒng)?；玖烤V組合必須是互相獨(dú)立的和完整的，即在這組基本量綱中，任何一個(gè)量綱不可能由其它量綱組成而且所研究的物理過(guò)程中的全部有關(guān)物理量的量綱都可由這組基本量綱組

10、成。兩個(gè)物理量量綱相同，才能相加減。一個(gè)物理方程式中，等式兩邊各項(xiàng)的量綱必須相同。常把這一性質(zhì)稱(chēng)為“量綱和諧”；量綱和諧的概念是量綱分析法的基礎(chǔ)。量綱分析法歸納如下：列出與所研究的物理過(guò)程有關(guān)的物理參數(shù)，根據(jù)第二相似定理和量綱和諧的概念找出數(shù)，并使模型和原型的數(shù)相等，從而得出模型設(shè)計(jì)的相似條件。二、試驗(yàn)加載加載圖式的選擇與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)的荷載作用應(yīng)使結(jié)構(gòu)處于某一種實(shí)際可能的最不利工作狀態(tài)。試驗(yàn)時(shí)，荷載的圖式要與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的荷載圖式一樣，結(jié)構(gòu)的工作和其實(shí)際情況才最為接近。有時(shí)，也常由于一些原因而采用不同于設(shè)計(jì)計(jì)算所規(guī)定的荷載圖式，對(duì)這些情況應(yīng)注意。如試驗(yàn)時(shí)采用某種更接近于結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況的荷載

11、布置方式。或采用等效荷載的方式來(lái)改變?cè)瓉?lái)的加載圖式。采用等效荷載試驗(yàn)時(shí)，必須全面驗(yàn)算由于荷載圖式改變對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各種影響。必要時(shí)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件作局部加強(qiáng)，或?qū)δ承﹨?shù)進(jìn)行修正。當(dāng)構(gòu)件滿足強(qiáng)度等效而整體變形條件不等效時(shí)，則需對(duì)所測(cè)變形進(jìn)行修正。當(dāng)取彎矩等效時(shí)，尚需驗(yàn)算剪力對(duì)構(gòu)件的影響。同時(shí)要求采用等效荷載的試驗(yàn)結(jié)果所產(chǎn)生的誤差控制在試驗(yàn)允許的范圍以內(nèi)。試驗(yàn)加載裝置的設(shè)計(jì)為保證試驗(yàn)工作的正常進(jìn)行，對(duì)于試驗(yàn)加載用的設(shè)備裝置，也必須進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)。在使用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備裝置時(shí)，也要按每項(xiàng)試驗(yàn)的要求對(duì)裝置的強(qiáng)度剛度進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。對(duì)于加載裝置的強(qiáng)度，首先要滿足試驗(yàn)最大荷載量的要求，保證有足夠的安全儲(chǔ)備，

12、同時(shí)要考慮到結(jié)構(gòu)受載后有可能使局部構(gòu)件的強(qiáng)度有所提高。試驗(yàn)加載裝置在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)，還必須考慮剛度的要求，在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)，如果加載裝置剛度不足時(shí)，將難以獲得試件極限荷載下的性能。試驗(yàn)加載裝置設(shè)計(jì)還要求使它能符合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力條件，要求能模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊界條件和變形條件，否則就失去了受力的真實(shí)性。在加載裝置中還必須注意試件的支承方式。試驗(yàn)加載裝置除了在設(shè)計(jì)上要滿足一系列要求外，應(yīng)盡可能使其構(gòu)造簡(jiǎn)單，組裝時(shí)花費(fèi)時(shí)間少，特別是當(dāng)要做同類(lèi)型試件的連續(xù)試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)考慮能方便試件的安裝，并縮短其安裝同調(diào)整的時(shí)間。要掌握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)構(gòu)件空間就位形式的不同和特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載制度試驗(yàn)加載制度是指結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行

13、期間控制荷載與加載時(shí)間的關(guān)系。它包括加載速度的快慢、加載時(shí)間間歇的長(zhǎng)短、分級(jí)荷載的大小和加載、卸載循環(huán)的次數(shù)等。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和變形性質(zhì)與其所受荷載作用的時(shí)間特征有關(guān)。對(duì)于不同性質(zhì)的試驗(yàn)，必須根據(jù)試驗(yàn)的要求制訂不同的加載制度。對(duì)于預(yù)制混凝土構(gòu)件，在進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定時(shí)，可按混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB50204-2002)的規(guī)定進(jìn)行。一般混凝土結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)的加載程序可按混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB50152-92)的規(guī)定進(jìn)行。對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)，則可按建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程(JGJl0196)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗震的靜力試驗(yàn)采用控制荷載和變形的低周反復(fù)加載，而結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)則由計(jì)算機(jī)控

14、制按結(jié)構(gòu)受地震地面運(yùn)動(dòng)加速度作用后的位移反應(yīng)時(shí)程曲線進(jìn)行加載試驗(yàn)。合理選擇均布荷載或集中荷載的加載圖式，數(shù)量及作用位置布置。也可以根據(jù)試驗(yàn)的目的要求，采用與計(jì)算簡(jiǎn)圖等效的荷載圖式。荷載種類(lèi)和加載圖式確定以后，還應(yīng)按一定程序加載。加載程序可以有多種，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康囊蟮牟煌x擇，一般結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的加載程序均分為預(yù)載、標(biāo)準(zhǔn)荷載（正常使用荷載）、破壞荷載三個(gè)階段。理解分級(jí)加載的目的和方法。三、試驗(yàn)的觀測(cè)在確定試驗(yàn)的觀測(cè)項(xiàng)目時(shí)，首先應(yīng)該考慮反映結(jié)構(gòu)整體工作和全貌的整體變形，通過(guò)對(duì)某些指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果深入分析，掌握整個(gè)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和物理性能變化。對(duì)于某些試驗(yàn)，反映結(jié)構(gòu)局部工作狀況的局部變形也是很重要的，可

15、以用來(lái)推斷結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等重要指標(biāo)。要注意測(cè)點(diǎn)的選擇與布置的基本原則，保證測(cè)點(diǎn)的適合數(shù)量和可靠性，校核性。注意儀器的選擇與測(cè)讀的原則，遵循儀器的精度要求，測(cè)試結(jié)果的范圍限制，以及現(xiàn)場(chǎng)具體情況和方便操作，以及儀表本身的特性與試驗(yàn)要求的吻合等。儀器儀表的測(cè)讀應(yīng)按一定的程序進(jìn)行，具體的測(cè)定方法與試驗(yàn)方案、加載程序有密切的關(guān)系。在擬定加載方案時(shí)，要充分考慮觀測(cè)工作的方便與可能，反之，確定測(cè)點(diǎn)布置和考慮測(cè)讀程序時(shí)，也可根據(jù)試驗(yàn)方案所提供的客觀條件，密切結(jié)合加載程序加以確定。由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形、特別是混凝土構(gòu)件的變形在一定程度上與荷載持續(xù)時(shí)間有關(guān)，因此，在結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中，量測(cè)變形在時(shí)間上應(yīng)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)定，這樣

16、，量測(cè)的結(jié)果才具有可比性。同樣，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)時(shí)，也必須嚴(yán)格控制儀表測(cè)讀時(shí)間。在試驗(yàn)中，對(duì)于重要的控制測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)，應(yīng)邊做記錄，邊做整理，與預(yù)計(jì)理論值進(jìn)行比較，以利于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)糾正。四、試驗(yàn)大綱和報(bào)告及分析處理結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)必須擬制一個(gè)試驗(yàn)大綱并匯總所有有關(guān)的文件。試驗(yàn)大綱是進(jìn)行整個(gè)試驗(yàn)的指導(dǎo)性文件。對(duì)其中包含的內(nèi)容要全面細(xì)致的制定。除試驗(yàn)大綱外，每一結(jié)構(gòu)試驗(yàn)從規(guī)劃到最終完成尚應(yīng)包括其它一些文件作為原始資料，在試驗(yàn)工作結(jié)束后均應(yīng)整理裝訂歸檔保存。此外，試驗(yàn)報(bào)告是全部試驗(yàn)工作的集中反映，它概括了其他文件的主要內(nèi)容。編寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告，應(yīng)力求精簡(jiǎn)扼要。試驗(yàn)報(bào)告有時(shí)也不單獨(dú)編寫(xiě)，而作為整個(gè)研究報(bào)告中的一部分。試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容要全面條理，不能缺項(xiàng)。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)必須在一定的理論基礎(chǔ)上才能有效地進(jìn)行。試驗(yàn)的成果將為理論計(jì)算提供寶貴的資料和依據(jù)。我們決不可憑借一些觀察到的表面現(xiàn)象，為結(jié)構(gòu)的工作妄下斷語(yǔ)，一定要經(jīng)過(guò)周詳?shù)目疾旌屠碚摲治觯趴赡軐?duì)結(jié)構(gòu)的工作作出正確的符合實(shí)際情況的結(jié)論。不應(yīng)該認(rèn)為結(jié)構(gòu)試驗(yàn)純系經(jīng)驗(yàn)式的實(shí)驗(yàn)分析，相反，它是根據(jù)豐富的試驗(yàn)資料對(duì)結(jié)構(gòu)工作的內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行更深入一步的理論研究。在試件制作、材料選用(注意試塊和構(gòu)件材料的同一性)、安裝就