土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測概論結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是通過對結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件受作用后的性能進(jìn)行觀測和對測量參數(shù)進(jìn)行分析，從而對結(jié)構(gòu)物的工作性能作出正確估計(jì);并為驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論提供可靠的依據(jù)。科研性試驗(yàn)：以研究和探索為目的，實(shí)驗(yàn)對象是專為試驗(yàn)研究而設(shè)計(jì)制作的，任務(wù):1.驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的各種假定2.為一些大型特種結(jié)構(gòu)謀求設(shè)計(jì)依據(jù)。鑒定性試驗(yàn)：服務(wù)生產(chǎn)為目的，真實(shí)結(jié)構(gòu)為對象，任務(wù)：1.新的施工工藝試驗(yàn)和竣工驗(yàn)收試驗(yàn)2.原有結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)3.處理工程突發(fā)事故4.產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)路標(biāo)實(shí)驗(yàn)：書P7土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類a按試驗(yàn)對象:實(shí)物試驗(yàn)、模型試驗(yàn)b按荷載性質(zhì):靜力試驗(yàn)、動(dòng)力試驗(yàn)c按試驗(yàn)時(shí)間:短期荷載試驗(yàn)、長期荷載試驗(yàn)d按試驗(yàn)場合:試驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)e按破壞程度:破壞性試驗(yàn)、非破壞性試驗(yàn)實(shí)物試驗(yàn)與模型試驗(yàn)：a實(shí)物試驗(yàn)--試驗(yàn)對象:實(shí)物結(jié)構(gòu)或者是按比例復(fù)制的結(jié)構(gòu)或者是構(gòu)件。優(yōu)點(diǎn):完全反應(yīng)真實(shí)結(jié)構(gòu)的受力特性，試驗(yàn)結(jié)論可靠。缺點(diǎn):費(fèi)用高，加載難度大，試驗(yàn)周期長；b模型試驗(yàn)--試驗(yàn)對象:縮尺試件(幾何相似、材料相似、力學(xué)相似)。優(yōu)點(diǎn):實(shí)施方便，費(fèi)用低。缺點(diǎn):嚴(yán)格的相似條件難以實(shí)現(xiàn)，尺寸效應(yīng)的影響，邊界因素等靜力試驗(yàn)與動(dòng)力試驗(yàn)：a靜力試驗(yàn)--單調(diào)靜力試驗(yàn)、低周反復(fù)靜力試驗(yàn)(偽靜力試驗(yàn)、偽(擬)動(dòng)力試驗(yàn))。優(yōu)點(diǎn):加載設(shè)備簡單，試驗(yàn)觀測方便。缺點(diǎn):不能反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能b動(dòng)力試驗(yàn)--振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、風(fēng)荷載試驗(yàn)、抗爆抗沖擊荷載試驗(yàn)等)。優(yōu)點(diǎn):能反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能。缺點(diǎn):加載設(shè)備、測試手段以及后期的數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜短期荷載試驗(yàn)與長期荷載試驗(yàn)：a短期荷載試驗(yàn)--一般試驗(yàn)過程持續(xù)幾分鐘到幾天，通常的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)絕大多數(shù)為短期荷載試驗(yàn)。b長期荷載試驗(yàn)--試驗(yàn)過程持續(xù)幾個(gè)月、幾年到數(shù)十年。主要是研究與時(shí)間相關(guān)的結(jié)構(gòu)特性，如:混凝土的徐變、收縮、預(yù)應(yīng)力筋的松弛，結(jié)構(gòu)的耐久性能等試驗(yàn)室試驗(yàn)與現(xiàn)場試驗(yàn)：a試驗(yàn)室試驗(yàn)--在試件設(shè)計(jì)、加載方法、測試設(shè)備等方面均比較精確，可突出主要研究因素，而且可加載至破壞，適用于科研性試驗(yàn)。b現(xiàn)場試驗(yàn)--試驗(yàn)比較簡單，通常不會(huì)加載至破壞，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(shí)際情況破壞性試驗(yàn)與非破壞性試驗(yàn)：a破壞性試驗(yàn)--現(xiàn)場試驗(yàn)和長期荷載試驗(yàn)多為非破壞性試驗(yàn)。b非破壞性試驗(yàn)--試驗(yàn)室試驗(yàn)與短期荷載試驗(yàn)多為破壞性試驗(yàn)土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的一般過程:1.試驗(yàn)規(guī)劃-試驗(yàn)?zāi)康?方案設(shè)計(jì)(試件、支座、荷載、量測)-安全措施-輔助內(nèi)容-步驟、分工2.試驗(yàn)準(zhǔn)備3.試驗(yàn)加載-各步驟、各工況的資料記錄4.試驗(yàn)資料整理分析和總結(jié)2.試驗(yàn)荷載與加載方法2.1試驗(yàn)荷載概論結(jié)構(gòu)上的作用：直接作用(荷載)；間接作用(變形、環(huán)境)荷載：靜荷載；動(dòng)荷載。是否使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可忽略的加速度荷載模擬：靜載:重物、氣壓、機(jī)械、液壓；動(dòng)載:慣性力、電磁激振電液伺服、地震臺(tái)、人工激振、環(huán)境激勵(lì)。2.2重物加載法*直接加載和杠桿加載*優(yōu)點(diǎn):簡單、載值穩(wěn)定、變形跟隨*缺點(diǎn):體積龐大、載值小*注意事項(xiàng):均布荷載:均布、間距；砂石、水泥等:含水率；水:變形后的布均勻性*適用范圍現(xiàn)場、長期、均布2.3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(diǎn):任意形狀、均勻性好注意事項(xiàng):保證加載裝置的密閉性缺點(diǎn):安裝儀表和觀測裂縫等不方便2.4機(jī)械機(jī)具加載法特點(diǎn):長距離、設(shè)備簡單、使用方便，但荷載值不大注意事項(xiàng):荷載值的標(biāo)定，反力裝置的剛度，自動(dòng)卸載適用范圍:野外或施工現(xiàn)場2.5液壓加載

為目前最常用的實(shí)驗(yàn)室加載方法

優(yōu)點(diǎn):加(卸)載方便，產(chǎn)生的荷載值大，便于進(jìn)行往復(fù)循環(huán)加載。

缺點(diǎn):當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形時(shí)，很難維持要求的荷載值。

在用液壓加載的裝置當(dāng)中，必須要有一個(gè)承力的裝置，叫做承載架，也叫加荷架。它要承受加載器的反力，這個(gè)加載器一方面給這個(gè)試件加上力，同時(shí)它這個(gè)反力由加載架來承受，最后傳遞到試驗(yàn)臺(tái)上去。電液伺服加載-伺服作動(dòng)器日前較為先進(jìn)的加載設(shè)器:可進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)，也可進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)(包括疲勞試驗(yàn));當(dāng)與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)后，可進(jìn)行復(fù)雜的加載程序控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)分析處理等工作。2.6電液伺服加載系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn):響應(yīng)快、靈敏度高、量測與控制精度好、出力大、波形多、頻帶寬、可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)等優(yōu)點(diǎn)。

缺點(diǎn):投資大、維護(hù)費(fèi)用高。2.6模擬地震臺(tái)

地震模擬振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)方法是目前抗震研究中的重要手段之一，地震模擬振動(dòng)臺(tái)可以很好地再現(xiàn)地震過程和進(jìn)行人工地震波的實(shí)驗(yàn)，它是在實(shí)驗(yàn)室中研究結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)和破壞機(jī)理的最直接的方法，此系統(tǒng)還可用于研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性、設(shè)備抗震性能以及檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震措施等內(nèi)容。2.6動(dòng)力激振加載法

●慣性力加載

●沖擊力●離心力二偏心式激振器(離心力加載)●作用原理:Py=2MRω2sinωt優(yōu)點(diǎn):激振范圍大(有幾十牛到幾個(gè)兆牛)缺點(diǎn):頻率范圍較小，一般在100Hz以內(nèi)。電磁式激振器：適用于模型試驗(yàn)。頻響范圍較寬（幾Hz-幾kHz)。出力較小。優(yōu)點(diǎn)：體積小，使用方便，也較經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：激振力不大。2.7荷載試驗(yàn)支座及加載輔助設(shè)備*支座:支承、傳力、約束（包括支座和支墩）*反力架*試驗(yàn)臺(tái)座（槽道式*地錨式*孔洞式）

*其他輔助設(shè)備（夾具、墊板等）荷載試驗(yàn)注意事項(xiàng)：1.試驗(yàn)加載圖式與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(試驗(yàn)設(shè)計(jì))圖式等效2.傳遞方式、路線明確，載值穩(wěn)定、準(zhǔn)確3.荷載分級(jí)精度滿足測量要求4.裝置自身的安全、強(qiáng)度及剛度和穩(wěn)定性5.操作方便，容易控制6.不參與工作或產(chǎn)生次內(nèi)力7.盡量采用先進(jìn)技術(shù)，減少勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率荷載等效：所加荷載與試驗(yàn)設(shè)計(jì)荷載等效，試驗(yàn)設(shè)計(jì)荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載等效，等效方式(觀測內(nèi)力的等效)，邊界條件、約束方式的等效3.試驗(yàn)量測技術(shù)與量測儀表3.1概述●試驗(yàn)結(jié)果包括定性結(jié)果與定量結(jié)果●定量結(jié)果：可以得到較為準(zhǔn)確的結(jié)論；具有可比較性，為驗(yàn)證和創(chuàng)立新的計(jì)算理論提供可靠依據(jù)?！裨囼?yàn)結(jié)果(數(shù)據(jù))的準(zhǔn)確程度取決于：量測方法是否先進(jìn)、合理；量測儀器的穩(wěn)定性、精度●土木工程中主要量測內(nèi)容：力、質(zhì)量(荷載、反力)；長度(尺寸、裂縫寬度及深度、位移、變形)；角度(轉(zhuǎn)角、傾角)；強(qiáng)度(抗拉、抗壓、抗剪、彈模)；速度、加速度；頻率；阻尼。3.2量測儀表的基本概念3.2.1量測設(shè)備的基本組成

●感受部分(直接與被測對象聯(lián)系)

↓

●放大部分(通過杠桿、齒輪、電子放大線路、光學(xué)放大等)

↓

●顯示記錄部分(指針、電子數(shù)碼管、屏幕、記錄設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備)一般機(jī)械式儀表內(nèi)三者合而為一，對于電測儀表三者常常分開（二次儀表）。3.2.2量測儀表的基本量測方法偏位測定法：根據(jù)量測儀表產(chǎn)生的偏移或位移定出被測值(常用的百分表、雙杠桿應(yīng)變儀以及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等都屬于偏位法)零位測定法：用已知的標(biāo)準(zhǔn)量抵消未知物理量引起的效應(yīng)(常用的稱重天平、靜態(tài)應(yīng)變儀等都屬于零位法)3.2.3量測儀表的主要性能指標(biāo).量程:儀器能測量的最大輸入量與最小輸入量之間的范圍.刻度值:儀器指示裝置的最小刻度所指示的測量數(shù)值精度:儀器指示值與被測值的符合程度靈敏度(校正因子):單位輸入量所引起的儀表示值的變化分辨率:使儀器輸出量產(chǎn)生能觀察出變化的最小被測量滯后:同一輸入量正反兩個(gè)行程輸出值間的偏差漂移(零位、滿量程):線性范圍:保持儀器的輸入量和輸出信號(hào)為線性關(guān)系時(shí),輸入量的允許變化范圍.頻響特性:儀器在不同頻率下靈敏度的變化特性相移特性：振動(dòng)參量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或經(jīng)放大、記錄后在時(shí)間上產(chǎn)生的延遲。3.2.4量測儀表的選用原則1符合量測所需的量程及精度要求：最大被測值在儀表的2/3量程范圍附近,最小刻度不大于最大被測值的5%2線性范圍，液壓加載器，加速度、速度傳感器等3不影響被測結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的工作4盡可能選用較少種類儀器儀表5.考慮試驗(yàn)環(huán)境：現(xiàn)場溫度、濕度、人員等條件等對儀器穩(wěn)定性的影響3.3儀表的率定■精度■靈敏度■線性度3.4應(yīng)力(應(yīng)變)量測

1.結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)：一定作用效應(yīng)下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力小于材料的強(qiáng)度2.通常通過測試應(yīng)變來間接得到應(yīng)力：由O-ε曲線即材料的彈性模量來計(jì)算得到應(yīng)力；彈模的非線性段，平截面假定。3.線應(yīng)變的定義：實(shí)際工程中以平均線應(yīng)變替代理論線應(yīng)變：應(yīng)力梯度對單位長度(標(biāo)距)選取的影響；材料內(nèi)部構(gòu)造對標(biāo)距選取的影響根據(jù)不同的材料選取不同的標(biāo)距：混凝土，標(biāo)距應(yīng)大于2~3倍最大骨料粒徑；磚石材，標(biāo)距應(yīng)大于6皮磚；木材，標(biāo)距不應(yīng)小于20cm；。。。常用應(yīng)變計(jì)：電阻應(yīng)變片、弦式應(yīng)變傳感器、電感式應(yīng)變傳感器、手持應(yīng)變儀、雙杠桿應(yīng)變儀、百分表應(yīng)變儀電阻式應(yīng)變片工作原理見書P40應(yīng)變的測量一般R=120ΩK=2.0~2.4ε=10-6~10-3△R=KRε=0.00024Ω~0.24Q為了便于測量，將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓(電流)信號(hào)，再將信號(hào)放大，然后由指示儀(記錄儀)指示出應(yīng)變值,這就是電阻應(yīng)變儀。并采用惠斯登橋路來實(shí)現(xiàn)，通常采用直流電橋和交流電橋惠斯登橋路由上式知，當(dāng)R1R4=R2R3時(shí)，則電橋公於至券輸出電壓U0=0則稱電橋處于平衡狀態(tài)。設(shè)處于平衡狀態(tài)的電橋各橋臂由電阻增量為△R1，△R2，△R3，△R4則電橋的輸出電壓為:若將平衡條件代入，并考慮△Ri<<Ri略去高階微量，則電橋的輸出電壓為:橋路特性：電阻應(yīng)變片的構(gòu)造和性能：標(biāo)距、使用面積、電阻值120、K,小于單根電阻絲的靈敏度20、應(yīng)變極限(量程)、機(jī)械滯后、疲勞壽命、零飄、蠕變、絕緣電阻、橫向靈敏度，溫度特性，頻響特性。動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀多采用偏位法：采用電阻應(yīng)變計(jì)、率定方法、-般沒有補(bǔ)償、短期試驗(yàn)、采用1/4橋路電阻應(yīng)變片的使用技術(shù)：1.應(yīng)變計(jì)的粘貼：基底平整、清潔、干燥；粘結(jié)劑電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、工藝性能良好；蠕變小，粘貼強(qiáng)度高(不低于3~4MPa)；方位準(zhǔn)確；不含氣泡。溫度補(bǔ)償

■應(yīng)變計(jì)所表示的應(yīng)變包括

單試件受力所產(chǎn)生的變形

試件與應(yīng)變片受溫度影響共同產(chǎn)生的變形試件材料與應(yīng)變計(jì)的溫度線膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的變形

●常用溫度補(bǔ)償方法消除“視應(yīng)變”

溫度補(bǔ)償應(yīng)變片法；應(yīng)變片溫度互補(bǔ)償法溫度補(bǔ)償應(yīng)變片法●選用一個(gè)與試件材質(zhì)相同的溫度補(bǔ)償塊，相同的應(yīng)變片，相同的粘貼方法，放置在相同的環(huán)境中.用同樣的導(dǎo)線連接(規(guī)格、長度)，另外設(shè)置，只發(fā)生溫度效應(yīng)●應(yīng)變測點(diǎn)的布置.：布置在典型截面，對結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)的受力不能造成影響，應(yīng)變花-各應(yīng)變片間角度已知，可求得主應(yīng)力等，橋路連接技術(shù)-解決溫度補(bǔ)償、求不同應(yīng)力、提高靈敏度利用應(yīng)變測量來估算截面內(nèi)力.根據(jù)材料力學(xué)公式可根據(jù)截面上同位置的應(yīng)變得到截面所受軸力、彎矩等。（可根據(jù)不同截面類型通過積分計(jì)算得到)振弦式應(yīng)變:傳感器的敏感元件是一根張緊的金屬絲，稱為振弦。在電激勵(lì)下，振弦按其固有頻率振動(dòng)。改變振弦的張力F，可以得到不同的振動(dòng)頻率f,即張力與諧振頻率成單值函數(shù)關(guān)系。振弦的激振方式:間歇激發(fā)、連續(xù)激發(fā)當(dāng)振蕩器給出激勵(lì)脈沖，繼電器吸合，電流通過磁鐵線圈，使磁鐵吸侄振弦。脈沖停止后松開振弦，振弦便自由振動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，經(jīng)繼電器常閉接點(diǎn)輸出。感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率即為振弦的固有頻率。3.5位移(變形)量測：結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的一個(gè)重要性能指標(biāo)(剛度變化、彈塑性階段、撓度等)常用的儀表有：百分表、千分表、電子百分表、線性差動(dòng)電感式位移計(jì)(LVDT)、激光測距儀測試過程中所需注意事項(xiàng)：1.撓度量測中支座位移的扣除2.儀器安裝盡量與測量方向一致3.7裂縫量測：1.常用讀數(shù)放大鏡、寬度板量測裂縫寬；2.利用超聲探測法量測裂縫深度。3.8力的測定：荷載、支座反力、鋼索張力、風(fēng)壓、土壓力等。主要利用彈性元件的彈性變形或應(yīng)變與其所受外力成比例。電測傳感器反應(yīng)快、適應(yīng)性強(qiáng)、體積小、信號(hào)可遠(yuǎn)距離傳遞、便于自動(dòng)采集。3.9振動(dòng)參量的量測：振幅、頻率、相位以及阻尼等模態(tài)參數(shù)。位移、速度、加速度等不同類型傳感器。電壓與電荷兩種輸出類型。3.9.1拾振器的力學(xué)原理

拾振器彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程:

力學(xué)上相當(dāng)于研究單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)受支座運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)。穩(wěn)態(tài)解：位移計(jì)：加速度計(jì)：相位角：當(dāng)即不考慮阻尼ζ的影響，則A*≈d.

質(zhì)量m的位移與被測物體的位移相等，由此關(guān)系，可以作位移傳感器使用為使要求k小(彈簧軟),m(質(zhì)量)大。由于質(zhì)量塊位移近似等于被測物位移，故位移傳感器的體積相對較大。

3.9.2拾振器量測參量的轉(zhuǎn)換依據(jù)能量變換原理不同可分為

參量型傳感器(無源或能量調(diào)節(jié))；發(fā)電型傳感器(有源或能量轉(zhuǎn)換)。

參量型傳感器:電阻式、電感式、電容式。壓電式傳感器:磁電式、熱電式、壓電式。

磁電式速度傳感器：

這種形式的傳感器是基于電磁感應(yīng)的原理制成的，特點(diǎn)是靈敏度高、性能穩(wěn)定、輸出阻抗低、頻率響應(yīng)范圍有一定寬度，通過對質(zhì)量彈簧系統(tǒng)參數(shù)的不同設(shè)計(jì)，可以使傳感器既能量測非常微弱的振動(dòng)，也能量測比較強(qiáng)的振動(dòng)，是工程振動(dòng)測量最常用的測振傳感器。磁電式速度傳感器為慣性式速度傳感器，其工作原理為:當(dāng)有一線圈在穿過其磁通發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，電動(dòng)勢的輸出與線圈的運(yùn)動(dòng)速度成正比。

磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)有兩種，一種是繞組與殼體連接，磁鋼用彈性元件支承，另一種是磁鋼與殼體連接，繞組用彈性元件支承。常用的是后者，圖3-3為磁電式速度計(jì)的典型結(jié)構(gòu)，可動(dòng)系統(tǒng)就是傳感器的慣性質(zhì)量塊。測振時(shí)慣性質(zhì)塊和儀器殼體相對移動(dòng)，因而線圈和磁鋼也相對移動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，根據(jù)磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢E的大小為。壓電式傳感器：某些電介質(zhì)當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┘訅毫Χ蛊渥冃螘r(shí)，其內(nèi)部電荷分布產(chǎn)生變化，產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在兩個(gè)表面上產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉后，重新回復(fù)不帶電狀態(tài)，此現(xiàn)象稱作壓電效應(yīng)。

利用輸出的電荷或電壓與壓力成正比可F=ma以作為加速度傳感器使用；配套積分電路；濾波處理；信號(hào)采集。光纖光柵（FBG）的構(gòu)造光纖Bragg光柵是一種在單模光纖上刻有沿光纖軸向折射率變化的光柵。

光纖傳感器工作原理：

當(dāng)光柵粘貼或埋入結(jié)構(gòu)的待測部位，一寬帶光源入射光柵時(shí)，光纖將反射一中心波長的窄帶光，當(dāng)光柵周圍應(yīng)變、應(yīng)力等物理量發(fā)生變化，導(dǎo)致光柵柵距變化，使窄帶光發(fā)生改變，通過測量窄帶中心波長的變化，就可知道光柵處的應(yīng)變情況。

光纖傳感的優(yōu)越性

無電磁干擾，無多次測量中的接觸電阻影響；傳輸損耗小，宜長距離使用；

多為頻率和相位調(diào)制，數(shù)字化測量；使用壽命長，耐腐蝕，耐高溫；

易于實(shí)現(xiàn)分布式測量，減少測量導(dǎo)線及通道；體積小，重量輕，價(jià)格便宜。土木類結(jié)構(gòu)監(jiān)測內(nèi)容

結(jié)構(gòu)應(yīng)力；結(jié)構(gòu)變形、位移；結(jié)構(gòu)裂縫、焊縫；結(jié)構(gòu)振動(dòng)；結(jié)構(gòu)溫度場；結(jié)構(gòu)風(fēng)場、地震波。4.結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

概述

一、分類

1.縮尺模型:

是原型結(jié)構(gòu)縮小幾何尺寸的試驗(yàn)代表物不需遵循嚴(yán)格的相似條件。如上海體育館圓形三向網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)驗(yàn)證。2.相似模型:

要求滿足比較嚴(yán)格的相似條件，即幾何相似、力學(xué)相似和材料相似。如上海東方明珠電視塔。

仿照原型（真實(shí)結(jié)構(gòu)）并按照一定比例關(guān)系復(fù)制而成的代表物，它具有原型的全部或部分特征。通過對模型的試驗(yàn)，可以得到與原型相似的工作情況，從而可以了解和研究原型的工作性能。模型試驗(yàn)的作用通過系統(tǒng)的試驗(yàn)，為結(jié)構(gòu)分析提供數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論；利用相似條件，外推原型（實(shí)際結(jié)構(gòu)），解決工程實(shí)際問題；研究結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理，了解破壞過程。優(yōu)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性好；2.針對性強(qiáng)；3.數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。應(yīng)用范圍代替大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)或作為大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的輔助試驗(yàn)。作為結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的輔助手段。驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。相似理論是研究自然界相似現(xiàn)象的性質(zhì)和鑒別相似現(xiàn)象的一門科學(xué)，它主要回答：1.模型的尺寸是否要與原型保持同一比例？2.模型是否要與原型保持同一種材料？3.模型荷載按什么比例縮小、放大？4.模型試驗(yàn)結(jié)果如何推算到原型結(jié)構(gòu)?模型設(shè)計(jì)相似原理

相似:考察兩個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)屬于原形，一個(gè)屬于模型，如果它們相對應(yīng)的各點(diǎn)和在時(shí)間上相對應(yīng)的各瞬間的一切物理量成比例，則兩個(gè)系統(tǒng)(或現(xiàn)象)相似。相似理論——相似理論的詮釋

1.相似常數(shù)(相似比、模型比)：

相似常數(shù)=原型物理量/模型物理量如

2.主要的三個(gè)基本相似常數(shù)：

長度(L)，力(F)，時(shí)間(t)

(其余為導(dǎo)出相似常數(shù))

3.物理量的相似(比幾何相似更廣泛)：荷載:大小、方向、分布等相似；剛度:拉、壓彈性模量，剪切彈性模量等相似；質(zhì)量:質(zhì)量分布相似；時(shí)間:成比例。

4.物理過程的相似：

兩物理現(xiàn)象相似的條件是模型試驗(yàn)必須遵循的原則。如:幾何相似，相應(yīng)物理量成比例，相似指標(biāo)為1等。相似理論——相似判據(jù)的確定

量綱分析法例——簡支梁受集中力荷載

相似準(zhǔn)數(shù):是聯(lián)系相似系統(tǒng)中各物理量的一個(gè)無量綱組合。對于所有相似的物理現(xiàn)象，相似準(zhǔn)數(shù)都是相同的。相似準(zhǔn)數(shù)也稱為相似判據(jù)。

第三相似定理:現(xiàn)象相似的充分必要條件是:現(xiàn)象的單值條件相似，并且由單值條件導(dǎo)出來的相似準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值相等。

靜力試驗(yàn)?zāi)Ｐ挽o力模型設(shè)計(jì)必須滿足下列三方面相似條件：幾何條件；物理?xiàng)l件：彈性模量，剪切模量，泊松系數(shù)，重度和應(yīng)力狀況；邊界條件相似：指物體表面所受的外力、荷載作用順序，約束條件和初始條件等。類型物理量關(guān)系式物理?xiàng)l件應(yīng)力σ彈性模量E應(yīng)變?chǔ)偶魬?yīng)力τ剪切模量G剪切應(yīng)變?chǔ)貌此杀圈蛶缀螚l件長度L位移u應(yīng)變?chǔ)藕奢d集中力（剪力）P線荷載w面荷載q彎矩或扭矩M

動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣?dòng)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ统艘獫M足靜力試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娜齻€(gè)要求外，還要滿足與動(dòng)力有關(guān)的物體條件和運(yùn)動(dòng)條件（包括結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)和產(chǎn)生的條件）的相似。運(yùn)動(dòng)相似（模型與原型保持長度、時(shí)間及其導(dǎo)出量之間的相似）。動(dòng)力相似[模型與原型保持長度、時(shí)間和力（或質(zhì)量）及其導(dǎo)出量之間的相似]。動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娜齻€(gè)基本量：L、F和t變成L、g和F。動(dòng)力相似時(shí)間常數(shù)Ct模型與原型處同一重力場，重力加速度相等，如要相似兩者所有加速度必須相等，即：說明幾何相似和時(shí)間相似不能互相自由選擇，在同一引力場中時(shí)間相似常數(shù)得服從幾何相似常數(shù)。*例：杭州錢塘江三橋靜力模型試驗(yàn)

兩聯(lián)完全對稱的六孔一聯(lián)的斜拉-連續(xù)組合體系，每聯(lián)由中間一座斜拉橋和兩側(cè)各兩跨連續(xù)梁組成；跨72m+80m+168m+168m+80m+72m=640m，全橋總長1280m。斜拉橋?yàn)楠?dú)塔單索面，塔梁墩固結(jié)，高88m。橋面總寬29.5m。主梁為單箱五室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁高3.6m。

模型靜力試驗(yàn)主要試圖解決兩個(gè)問題：恒載（結(jié)構(gòu)自重荷載）作用下控制斷面正應(yīng)力分布剪力滯影響后的變化規(guī)律；活載（或施工荷載）作用下箱梁約束扭轉(zhuǎn)或截面畸變引起的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分布情況。模型設(shè)計(jì)和制作選用有機(jī)玻璃板材制作模型。模型比例為1/70，取原型斜拉橋半聯(lián)和連續(xù)梁一跨。模型全長3620mm，寬421mm（由實(shí)驗(yàn)室恒溫室大小決定）。模型設(shè)計(jì)基本參數(shù)比例常數(shù)截面特性斜拉橋連續(xù)梁加載試驗(yàn)測點(diǎn)按剪力滯測要求，在斜拉橋塔跟附近、跨中和連續(xù)梁內(nèi)支座附近、跨中等四個(gè)測試斷面上布置正應(yīng)力單向應(yīng)變測點(diǎn)。按截面扭轉(zhuǎn)應(yīng)力測試要求，在（除斜拉橋跨中以外）三個(gè)斷面上布置測平面應(yīng)變的應(yīng)變花測點(diǎn)。在斜拉橋和連續(xù)梁兩個(gè)跨中斷面上各布置兩個(gè)豎向位移測點(diǎn)，測定模型的豎向變位。在連續(xù)梁內(nèi)、外兩個(gè)支座上各布置兩個(gè)力傳感器，以測定模型支座反力。荷載恒載模型自重略去不計(jì)（用儀器調(diào)零方法去除），只考慮原型自重荷載。按縮比算得模型線均布荷載集度qm=5.1N/cm，全部模擬恒載約1830N.實(shí)際加載用袋裝廢鉛字布滿整個(gè)模型橋面。扭矩設(shè)計(jì)施加集中力偶矩，在斜拉橋跨內(nèi)距塔跟L/8、L/4和連續(xù)梁跨內(nèi)距內(nèi)支座三個(gè)斷面加載，并采取不同的荷載分級(jí)。支座和邊界條件處理考慮到恒載作用的對稱性和試驗(yàn)場地的限制，模型總體設(shè)計(jì)時(shí)對斜拉橋只取對稱跨的一半。為使模型結(jié)構(gòu)邊界條件盡可能等價(jià)于原結(jié)構(gòu)，采取的主要措施：在主梁被截?cái)嗟乃囊粋?cè)豎一個(gè)剛度比較大且可調(diào)節(jié)縱橫向位移的鋼支架，使模型橋塔在恒載作用下不產(chǎn)生任何方向的位移。在塔跟主梁縱向水平位置加約束，使橋面主梁無縱向位移。索力調(diào)整模型調(diào)索主要解決兩個(gè)問題：每根拉索應(yīng)受多少拉力？怎樣把索力調(diào)整到期望值？采用一種不太精確（但對恒載剪力滯分析沒有影響）的做法，把5.1N/cm的均布荷載均攤給每根索，即每根索承擔(dān)11.4cm索距范圍內(nèi)的荷載，算出對應(yīng)的索力：FM=5.1×11.4÷sinα≈118N按期望索力值，根據(jù)鋼絲的直徑、質(zhì)量和長度等算出模型上每根索的頻率值，調(diào)整各荷載作用下每根索的頻率，使與期望值一致。斜拉索頻率測量采用了聲頻測量方法應(yīng)變和撓度測量恒載索力調(diào)到期望值后，按有機(jī)玻璃模型試驗(yàn)的常規(guī)方法進(jìn)行應(yīng)變和撓度測量。全部280余點(diǎn)應(yīng)變用一臺(tái)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行測量，撓度用百分表測讀。6.加載試驗(yàn)過程框圖試驗(yàn)結(jié)果剪力滯試驗(yàn)：恒載作用下四個(gè)測試斷面上的正應(yīng)力分布曲線和最大剪力滯系數(shù)，斜拉橋剪滯系數(shù)有沿橋軸線逐漸增大的趨勢，連續(xù)梁可不計(jì)剪力滯影響。本例評述單索面斜拉橋，如塔梁墩固結(jié)，多室梁箱在塔跟處的剪力滯后現(xiàn)象會(huì)十分突出：主梁在活載（包括施工偏心荷載）作用下產(chǎn)生（包括約束扭轉(zhuǎn)在內(nèi)）的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。模型試驗(yàn)著重研究了這兩個(gè)問題，并校核了理論分析結(jié)果，取得了滿意的成果。試驗(yàn)技術(shù)方面，模型設(shè)計(jì)、邊界條件處理，索力調(diào)整方法等，比較有特色。模型的分類彈性模型要求：勻質(zhì)、各向同性常用材料：金屬、塑料、石膏強(qiáng)度模型要求：與原型結(jié)構(gòu)材料相似或相同常用材料：水泥砂漿、微粒混凝土、環(huán)氧微?；炷?、鋼材、模型鋼筋、模型砌塊間接模型目的是要得到關(guān)于結(jié)構(gòu)的支座反力及彎矩、剪力、軸力等內(nèi)力的資料，不要求相似。模型設(shè)計(jì)程序選擇模類型確定相似條件確定模型尺寸模型構(gòu)造設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)靜力模型設(shè)計(jì)主要物理量：①幾何尺寸；②靜荷載；③結(jié)構(gòu)效應(yīng)；④材料性能。結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型設(shè)計(jì)慣性力為主要荷載相關(guān)物理量：①幾何尺寸；②作用；③結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)；④材料性能；⑤時(shí)間注意E和ρ的矛盾處理模型材料與模型試驗(yàn)應(yīng)注意的問題對模型材料的一般要求滿足試驗(yàn)?zāi)康牡男枰?；滿足相似條件的要求；滿足必要的測量精度；穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性好；徐變小；便于加工，價(jià)格低廉。常用模型材料金屬（鋁合金）優(yōu)點(diǎn)：允許有大的應(yīng)變量，良好的導(dǎo)熱性和較低的彈性模量。缺點(diǎn)：加工困難，價(jià)格貴，取材不易。應(yīng)用：制作殼體或鋼結(jié)構(gòu)。塑料（有機(jī)玻璃）優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高，彈性模量低容易加工，透明度好，制作缺陷容易發(fā)現(xiàn)。缺點(diǎn)：徐變大，彈性模量受溫度影響大，導(dǎo)熱性差，成本高。應(yīng)用：可作板、殼、框架模型。石膏優(yōu)點(diǎn)：易成型，成本低，有一定的線彈性，彈性模量可以改變，泊松比接近砼。缺點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度低，防水性差，脆。應(yīng)用：石膏壩模型。細(xì)石砼優(yōu)點(diǎn)：泊松比接近砼，有一定的線彈性，時(shí)間溫度穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：彈性模量較高，模型比例不宜做得太小。應(yīng)用：可作鋼砼構(gòu)件，框架模型。模型試驗(yàn)應(yīng)注意的問題模型尺寸；2.試件材料性能的測定；3.試驗(yàn)環(huán)境；4.荷載選擇；5.變形量測。五、實(shí)驗(yàn)誤差分析與數(shù)據(jù)處理5.3測量誤差過失誤差：由人為錯(cuò)誤造成。系統(tǒng)誤差（可測誤差）：由某些固定原因造成。方法誤差；2.工具誤差；3.條件誤差；4.調(diào)整誤差；5.主觀誤差。偶然誤差：由不確定的隨機(jī)因素造成。對于正態(tài)分布曲線，偶然誤差有如下的特點(diǎn)：單峰性：絕對值小的誤差出現(xiàn)的概率比絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率大。對稱性：絕對值相等的正誤差與負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相等。有界性：在一定條件下，誤差的絕對值實(shí)際上不超過一定界限。σ為總體樣本中所有偶然誤差算出的標(biāo)準(zhǔn)差：式中：xi——各測量數(shù)據(jù)；n——數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。偶然誤差的計(jì)算過失誤差的剔出鑒別準(zhǔn)則：（1）3σ準(zhǔn)則；（2）肖維納準(zhǔn)則；（3）格拉貝斯準(zhǔn)則。系統(tǒng)誤差的修正修正不妥的試驗(yàn)方法、操作方法、計(jì)算方法（如注意電測導(dǎo)線過長的修正等），可盡量避免出現(xiàn)此類系統(tǒng)誤差。（2）試驗(yàn)前先對儀器進(jìn)行率定、校準(zhǔn)（如注意百分表使用前人工校零等）。誤差的傳遞和最大誤差等于各直接觀測誤差之和，和的最大相對誤差將低于各直接觀測量的相對誤差絕對值之和。差的最大相對誤差一定增大，當(dāng)差值很小時(shí)，其影響更嚴(yán)重，應(yīng)知注意避免。積、商、冪的最大相對誤差等于各個(gè)直接測量的相對誤差絕對值之和。冪的最大相對誤差等于直接觀測量相對誤差絕對值乘其指數(shù)。開根的最大相對誤差低于原始數(shù)據(jù)的相對誤差。某數(shù)的常用對數(shù)的絕對值誤差接近于該數(shù)相對誤差的一半。六、工程結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)6.1概述結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最基本、應(yīng)用最廣泛的一種試驗(yàn)。單調(diào)靜載試驗(yàn)指在短時(shí)期內(nèi)對試驗(yàn)對象進(jìn)行平穩(wěn)地一次連續(xù)加載或若干次重復(fù)加載。主要在模擬靜載的作用下，觀測和研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、抗裂性等基本性能和破壞機(jī)制?；緲?gòu)件試驗(yàn)梁、板、柱和砌體等的受拉、壓、彎、剪、扭等基本荷載作用的單獨(dú)或組合作用下的荷載變形關(guān)系?；炷翗?gòu)件的荷載與開裂關(guān)系、徐變等。鋼構(gòu)件的局部、整體穩(wěn)定問題。擴(kuò)大構(gòu)件試驗(yàn)構(gòu)件間的相互作用（次應(yīng)力、內(nèi)力重分布）。整體結(jié)構(gòu)的空間作用、整體剛度、薄弱環(huán)節(jié)的影響等。6.2靜載試驗(yàn)加載和量測方案應(yīng)滿足的要求：試驗(yàn)荷載的作用應(yīng)符合實(shí)際荷載作用的傳遞方式。產(chǎn)生的荷載值應(yīng)準(zhǔn)確穩(wěn)定，滿足試驗(yàn)的精度要求。安全可靠。加載設(shè)備本身不應(yīng)參與結(jié)構(gòu)的工作。對于靜載試驗(yàn)，應(yīng)能方便調(diào)節(jié)和分級(jí)加（卸）載控制其速度。試驗(yàn)加載方案：試驗(yàn)加載值、加載程序。按照試驗(yàn)的性質(zhì)和要求分別確定不同設(shè)計(jì)受力階段的荷載值。試驗(yàn)加載程序（制度）是指：試驗(yàn)進(jìn)行期間荷載與時(shí)間的關(guān)系。加載程序包括：荷載分級(jí)、加載、恒載、卸載、空載等問題。荷載分級(jí)大小1.控制加載速度、便于觀測結(jié)構(gòu)變形隨荷載變化的規(guī)律2.對于混凝土構(gòu)件（1）每級(jí)荷載為短期試驗(yàn)荷載值（標(biāo)準(zhǔn)荷載）的20%；（2）超過標(biāo)準(zhǔn)荷載值后不大于10%；（3）接近承載力極限荷載或開裂荷載時(shí)不大于5%；（4）開裂后恢復(fù)級(jí)距為20%；（5）卸載級(jí)距可適當(dāng)放大，可取20%~50%。3.分級(jí)間距分級(jí)加載的時(shí)間間歇內(nèi)結(jié)構(gòu)變形能充分反應(yīng)映?；炷猎囼?yàn)不小于15min，鋼結(jié)構(gòu)試驗(yàn)可適當(dāng)減小。加載時(shí)間加載時(shí)間一般以加載速度作為參考指標(biāo)，也可以以材料應(yīng)變速率作為指標(biāo)。2.加載時(shí)間的選擇，應(yīng)結(jié)合加載設(shè)備的加載能力和試驗(yàn)材料的特性而定。恒載時(shí)間對于要求變形、裂縫的試驗(yàn)，需在短期荷載作用下進(jìn)行恒載試驗(yàn)。恒載時(shí)間以變形穩(wěn)定為判斷標(biāo)準(zhǔn)，一般不小于30min，大跨或新型結(jié)構(gòu)不少于12h?？蛰d時(shí)間殘余變形的大小以及變形恢復(fù)能力?？蛰d時(shí)間以變形恢復(fù)穩(wěn)定為判斷標(biāo)準(zhǔn)。一般為恒載時(shí)間的1.5倍。梁板等構(gòu)件的受彎試驗(yàn)支座的選擇，確保約束條件與設(shè)計(jì)條件溫和==吻合（固支、固定鉸、滑動(dòng)鉸等）。加載等效圖式的選擇。加載設(shè)備、反力裝置的選擇。柱子等構(gòu)件的受壓試驗(yàn)構(gòu)件的豎向?qū)χ?，或與設(shè)計(jì)軸線的對直。加載端支座的選擇，確保約束條件與設(shè)計(jì)條件的吻合（固支、鉸支等）。端面的平整度，確認(rèn)局部應(yīng)力以及加載路線的正確傳遞。側(cè)向保護(hù)及頂部等加載輔助裝置的保護(hù)。預(yù)載階段使結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)使木結(jié)構(gòu)縫隙密實(shí)、混凝土結(jié)構(gòu)變形荷載關(guān)系穩(wěn)定。檢查現(xiàn)場人員、試驗(yàn)裝置、儀器的準(zhǔn)備情況。預(yù)載階段一般為標(biāo)準(zhǔn)荷載的1~2級(jí)預(yù)載值應(yīng)嚴(yán)格控制不使結(jié)構(gòu)開裂，不超過開裂荷載的70%。6.2.2量測方案確定觀測項(xiàng)目：荷載、位移、變形、裂縫。測點(diǎn)布置：滿足試驗(yàn)?zāi)康那疤嵯?，測點(diǎn)宜少以突出重點(diǎn)；測點(diǎn)位置有代表性；布置一定數(shù)量校核性測點(diǎn)；安全、方便。儀器選擇與測讀原則：測讀應(yīng)按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行，所有測點(diǎn)基本同時(shí)。一、梁的靜載試驗(yàn)（一）撓度觀測對于一個(gè)結(jié)構(gòu)來講，最主要的使它的整體變形。對于梁就是撓度，撓度是梁性能當(dāng)中很重要的一個(gè)性質(zhì)。同時(shí)通過撓度的變化，也能看出梁中間某一部分，局部出現(xiàn)破壞的部分，它在撓度上也有明顯的反應(yīng)。因此，對于觀測撓度，實(shí)際上是觀測梁變形當(dāng)中最基本的觀測。最大撓度觀測在觀測梁的撓度的時(shí)候，要充分考慮兩個(gè)支座的沉陷。轉(zhuǎn)角的觀測測量梁的轉(zhuǎn)角主要是測量梁的曲率，實(shí)際上目的是測量梁的曲率。一般就是在一根梁沒有變截面的情況下，等截面的某一段要取兩個(gè)截面，然后分別測出這兩個(gè)截面的相對轉(zhuǎn)角，當(dāng)然就可以求出曲率了。那么測量相對轉(zhuǎn)角的時(shí)候，就是傾角儀了，測什么呢？測每一個(gè)截面轉(zhuǎn)角，把這兩個(gè)轉(zhuǎn)角之差求出來，那么就是這兩個(gè)截面的的相對轉(zhuǎn)角。測量梁的應(yīng)變選取測量應(yīng)變截面的原則應(yīng)變是反應(yīng)梁局部變形的一個(gè)量，所以測出來就是某一個(gè)截面的應(yīng)變，因此這個(gè)截面要選擇的有代表性，一般選擇這么幾個(gè)部位。要選擇在彎矩或者剪力最大的地方。彎矩和剪力均比較大的截面。要觀測的是截面面積突變的地方。要觀測的位置，就是抗彎或者抗剪控制截面，就是我們在做設(shè)計(jì)的時(shí)候的控制截面。純彎區(qū)域的應(yīng)變測量在純彎曲段應(yīng)變的測量里面有那么幾項(xiàng)，最大應(yīng)變的測量，應(yīng)變的分布測量，受壓區(qū)高度測量，還有受拉主筋的應(yīng)變測量。測量受拉主筋的應(yīng)變也是很重要的一個(gè)項(xiàng)目，一般測量受拉主筋上的應(yīng)變采用下面的辦法來張貼應(yīng)變片：在混凝土上預(yù)留上一個(gè)洞。（2）用手持式測量，就是留兩個(gè)圓的空洞。開裂荷載實(shí)測值的確定開裂荷載實(shí)際上是構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下一種承載能力的表現(xiàn)。實(shí)際上是這個(gè)構(gòu)件不開裂的情況下能承受的最大的荷載。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定它是這樣的：首先加荷，然后要維持一個(gè)持續(xù)荷載，維持一個(gè)持續(xù)時(shí)間（這個(gè)持續(xù)時(shí)間一般來說是十到十五分鐘，它做生產(chǎn)檢驗(yàn)的時(shí)候就是十分鐘），假如說本級(jí)在持續(xù)時(shí)間之后，十分鐘之后開裂，那么，就把本級(jí)荷載作為開裂荷載值。第二條是這樣，如果在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)裂縫，則將此級(jí)荷載與前一級(jí)荷載的平均值定為開裂荷載實(shí)測值。還有一個(gè)特殊情況，如果沒有及時(shí)的發(fā)現(xiàn)每一個(gè)條裂縫，就可以取荷載撓度曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的荷載值作為構(gòu)件的開裂荷載實(shí)測值。桁架試驗(yàn)正位試驗(yàn)避免支撐立桿參與工作，且保證桁架在平面內(nèi)自由變形，故應(yīng)加滾筒。滾動(dòng)摩擦與平動(dòng)摩擦差一個(gè)數(shù)量積0.20.02。異位（臥位）為減少摩擦，使桁架在平面內(nèi)自由變形，桁架側(cè)面應(yīng)墊平，并設(shè)有滾筒。此法可避免高空作業(yè)和有利于解決上弦的側(cè)向穩(wěn)定，但自重帶來的影響很難克服。非破壞性試驗(yàn)：加載方案：重物加載（吊欄的形式）荷載大時(shí)要用錨樁（比較費(fèi)勁）6.4靜載試驗(yàn)量測數(shù)據(jù)整理要點(diǎn)6.4.1整體變形的量測數(shù)據(jù)整理要點(diǎn)撓度的計(jì)算與修正求出最大撓度繪制荷載—撓度曲線6.4.2應(yīng)力應(yīng)變測量數(shù)據(jù)的整理1.對于機(jī)械式引伸儀，如手持式引伸儀、杠桿引伸儀、電測引伸儀和千分表測應(yīng)變裝置等實(shí)際上是測長儀。它們所測得的讀數(shù)值是反映所選用標(biāo)距內(nèi)結(jié)構(gòu)的絕對變形量，而不是應(yīng)變值。因此，要求的應(yīng)變需將讀數(shù)值除以標(biāo)距，即：2.電阻應(yīng)變儀的量測應(yīng)變的修正修正公式為：3.求出最大應(yīng)力值4.繪出荷載—應(yīng)力（應(yīng)變）曲線6.5.1構(gòu)件承載力檢驗(yàn)1.以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定允許值為檢驗(yàn)依據(jù)2.以構(gòu)件實(shí)際設(shè)計(jì)值為檢驗(yàn)依據(jù)承載力檢驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)值是指承載能力極限狀態(tài)下，根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)控制截面上的內(nèi)力設(shè)計(jì)值與構(gòu)件檢驗(yàn)的加載方式，經(jīng)換算后確定的荷載值（包括自重）。6.5.2構(gòu)件撓度檢驗(yàn)按設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行撓度檢驗(yàn)按實(shí)際配筋進(jìn)行撓度檢驗(yàn)正常使用極限狀態(tài)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指正常使用極限狀態(tài)下，根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)控制截面上的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合效應(yīng)與構(gòu)件檢驗(yàn)的加載方式，經(jīng)換算后確定的荷載值。6.5.3構(gòu)件的抗裂檢驗(yàn)在正常使用階段下允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)對其進(jìn)行抗裂性檢驗(yàn)。預(yù)制構(gòu)件的抗裂性檢驗(yàn)應(yīng)符合下列要求：6.5.4構(gòu)件裂縫寬度檢驗(yàn)對正常使用階段允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)限制其裂縫寬度。預(yù)制構(gòu)件的裂縫寬度應(yīng)滿足下列要求：八、土木工程結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)8.1概述結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的目的：確定結(jié)構(gòu)線性動(dòng)力特性，即結(jié)構(gòu)在彈性階段變形比較小的情況下的自振周期、振型、能量耗散和阻尼值；研究結(jié)構(gòu)的非線性性能，如結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性階段的能量耗散、滯回特性、延性性能、破壞機(jī)理和破壞特征。結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)研究的主要任務(wù)有：研究開發(fā)具有抗震性能的新材料；對不同結(jié)構(gòu)的抗震性能（包括抗震構(gòu)造措施）進(jìn)行研究，提出新的抗震設(shè)計(jì)方法；通過對實(shí)際結(jié)構(gòu)的模型試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的抗震性能和能力，評定其安全性；為制定和修改抗震設(shè)計(jì)規(guī)范提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)分類偽靜力試驗(yàn)（低周反復(fù)、荷載試驗(yàn)）室內(nèi)試驗(yàn)擬動(dòng)力試驗(yàn)（聯(lián)機(jī)試驗(yàn)）結(jié)構(gòu)抗震模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)試驗(yàn)方法建筑物的強(qiáng)震觀測現(xiàn)場試驗(yàn)在多震區(qū)建立天然地震試驗(yàn)場并專門建造不同的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，長期觀測結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)*中國建筑科學(xué)研究院工程抗震研究所承接中央電視臺(tái)新臺(tái)址CCTV主樓模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。中國建筑科學(xué)研究院模擬地震振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)室是目前全國最大、國際上最先進(jìn)的6米×6米三向六自由度大型模擬地震振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)室。CCTV主樓試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎米香~制成，模型縮尺比例為1/35，模型總高為6.7米。結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)承受多次反復(fù)的水平荷載作用，依靠結(jié)構(gòu)變形消耗地震輸入的能量；結(jié)構(gòu)達(dá)到屈服，進(jìn)入非線性工作階段直至完全破壞；動(dòng)力荷載的速度、加速度及頻率將對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力響應(yīng)（a—慣性力，荷載—質(zhì)量，共振）；應(yīng)變速率的大小會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度。速率↑——強(qiáng)度↑結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)關(guān)系圖：8.2結(jié)構(gòu)偽靜力試驗(yàn)定義：以試件的荷載值或位移值作為控制量，在正、反兩個(gè)方向?qū)υ嚰M(jìn)行反復(fù)加載和卸載。每一個(gè)加載周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自振周期，所以實(shí)質(zhì)上還是靜力加載方法。*1.置初始數(shù)據(jù)：設(shè)定位移步長△d設(shè)定初始幅值D及各循環(huán)幅值之間的增量△D設(shè)定每一循環(huán)幅值下的循環(huán)次數(shù)m2.設(shè)k=1，由di向di+1加載（di+1=di+△d）試件的數(shù)據(jù)采集：恢復(fù)力、位移、應(yīng)變等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理及計(jì)算：如Eh=Eh+0.5(F2+F1)(x2-x1)判斷正向恢復(fù)力Fi是否小于前面循環(huán)中最大力的0.85倍（用于判斷是否下降到極限載荷的85%）即Fi≤0.85Fmax(D)如果是，則GOTO8，實(shí)驗(yàn)結(jié)束如果∣di+1∣≥D,則GOTO6設(shè)di=di+1，F(xiàn)i=Fi+1，x1=x2，F(xiàn)1=F2判斷，如果k=m，則D=D+△D，GOTO2設(shè)k=k+1，GOTO2結(jié)束試驗(yàn)?zāi)康模貉芯拷Y(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的恢復(fù)力特性，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件恢復(fù)力的計(jì)算模型；通過得到的滯回曲線和曲線所包的面積求得結(jié)構(gòu)的等效阻尼比，衡量結(jié)構(gòu)的耗能能力；從恢復(fù)力特性曲線可得到骨架曲線、結(jié)構(gòu)的初始剛度和剛度退化等參數(shù)；從強(qiáng)度、變形和能量等方面判別和鑒定結(jié)構(gòu)的抗震性能；通過試驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞機(jī)理，為改進(jìn)抗震設(shè)計(jì)方法和修改設(shè)計(jì)規(guī)范提供依據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)過程中可以隨時(shí)停止下來觀察結(jié)構(gòu)的開裂和破壞狀態(tài)；便于檢驗(yàn)校核試驗(yàn)數(shù)據(jù)和儀器的工作情況；可按試驗(yàn)需要修正和改變加載歷程。缺點(diǎn)：試驗(yàn)的加載歷程是事先由研究者主觀確定的，與地震記錄不發(fā)生關(guān)系；由于荷載是按照力或位移對稱反復(fù)施加，與非線性地震反應(yīng)相差很遠(yuǎn)，不能反映出速率對結(jié)構(gòu)的影響。8.2.1結(jié)構(gòu)偽靜力試驗(yàn)的加載制度控制位移加載法變幅加載：當(dāng)對構(gòu)件的性能不太了解，作為探索性的研究，或者確定恢復(fù)力模型的時(shí)候，用變幅加載來研究強(qiáng)度、變形和耗能的性能。等幅加載：研究構(gòu)件的強(qiáng)度降低率和剛度退化規(guī)律。變幅等幅混合加載：綜合研究構(gòu)件的性能，包括等幅部分的強(qiáng)度和剛度變化，變幅部分特別是大變形增長情況下強(qiáng)度和耗能能力的變化。專門設(shè)計(jì)的變幅等幅混合加載：模擬構(gòu)件承受二次地震沖擊的影響，用小循環(huán)加載模擬余震的影響?？刂谱饔昧虞d法：控制作用力和控制位移混合加載法：先控制作用力加載時(shí)，不管實(shí)際位移是多少，一般是經(jīng)過結(jié)構(gòu)開裂后逐步加上去，一直加到屈服荷載，再用位移控制。（位移一般采用屈服位移為標(biāo)準(zhǔn)位移）當(dāng)采用作用力控制和位移控制混合加載：屈服前按作用力控制，屈服后按位移控制；達(dá)到屈服荷載前取50%、75%、100%；在屈服以后采用力控制加載是危險(xiǎn)的。屈服后位移控制步長為屈服位移最大值。預(yù)載，混凝土結(jié)構(gòu)不宜超過開裂荷載的30%，砌體結(jié)構(gòu)不宜超過開裂荷載的20%。反復(fù)加載的均勻性及連續(xù)性，加、卸載速率應(yīng)一致。反復(fù)荷載次數(shù)。擴(kuò)充構(gòu)件試驗(yàn)，加載點(diǎn)及各層加載比例。傳感器的的設(shè)置傳感器的設(shè)置原則主要有以下幾點(diǎn)：關(guān)鍵內(nèi)容；設(shè)計(jì)合理的測點(diǎn)數(shù)量；提高測量精度；做完試驗(yàn)的全過程。8.2.2墻體試驗(yàn)試驗(yàn)裝置：觀測項(xiàng)目：墻體變形（荷載變形曲線、側(cè)向位移、剪切變形）墻體應(yīng)變（主拉應(yīng)力、剪應(yīng)力）裂縫觀測（初裂位置、發(fā)展過程、破壞時(shí)分步形式）開裂荷載、極限荷載（以荷載—變形曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)為開裂荷載實(shí)測值，曲線上最大荷載為極限荷載）。8.2.3鋼筋混凝土框架結(jié)點(diǎn)及梁柱組合體試驗(yàn)加載裝置：觀測項(xiàng)目：節(jié)點(diǎn)梁端或柱端位移；梁端或柱端的荷載—變形曲線；節(jié)點(diǎn)梁柱塑性鉸區(qū)段轉(zhuǎn)角和截面平均曲率；節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形；節(jié)點(diǎn)梁柱主筋應(yīng)變；節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋應(yīng)變；節(jié)點(diǎn)和梁柱組合體混凝土裂縫開展及分步情況；荷載值與支承反力；梁內(nèi)縱筋通過核心區(qū)的滑移量。8.2.4偽靜力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)整理要點(diǎn)1.強(qiáng)度：開裂荷載；屈服荷載；極限荷載；破壞荷載。2.剛度：加載剛度：切向剛度k0，開裂剛度kc，屈服剛度ky，屈服后剛度ks；卸載剛度ku，重復(fù)加載剛度，等效剛度ke。3.骨架曲線4.延性系數(shù)：破壞荷載點(diǎn)的變形與屈服點(diǎn)變形之比。5.退化率：等幅低周反復(fù)荷載時(shí)，每施加一次荷載后強(qiáng)度或剛度降低的速率，退化率小，說明結(jié)構(gòu)有較大的耗能能力。6.滯回曲線：滯回環(huán)面積反映試件的耗能能力。7.能量耗散8.3結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)低周反復(fù)加載試驗(yàn)中，其模擬的加載歷程是假定的，與地震所引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)相差很大。直接測量作用在試件上的荷載和位移而得到恢復(fù)力特性。通過計(jì)算機(jī)求解非線性地震反應(yīng)。擬動(dòng)力試驗(yàn)的設(shè)備擬動(dòng)力試驗(yàn)的加載設(shè)備與擬靜力試驗(yàn)類似，一般由計(jì)算機(jī)、電液伺服加載器、傳感器、試驗(yàn)臺(tái)架等組成。試驗(yàn)步驟：計(jì)算機(jī)加載器聯(lián)機(jī)加載試驗(yàn)的控制和運(yùn)行，是由專用軟件系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行系統(tǒng)來控制操作指示并完成預(yù)定試驗(yàn)過程的。主要試驗(yàn)步驟如下：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中輸入地震加速度時(shí)程曲線。把n時(shí)刻的地震加速度值代入運(yùn)動(dòng)方程，解出n時(shí)刻地震反應(yīng)位移Xn。由計(jì)算機(jī)控制電液伺服加載器，將Xn施加到結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)這一步的地震反應(yīng)。量測此時(shí)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的反力Fn，并代入運(yùn)動(dòng)方程，按地震反應(yīng)過程的加速度進(jìn)行n+1時(shí)刻的位移Xn+1的計(jì)算，量測試驗(yàn)結(jié)構(gòu)反力Fn+1。重復(fù)上述步驟，連續(xù)進(jìn)行加載試驗(yàn)，直到試驗(yàn)結(jié)束。擬動(dòng)力試驗(yàn)特點(diǎn)：擬動(dòng)力實(shí)驗(yàn)是將地震實(shí)際反應(yīng)所產(chǎn)生的慣性力作為荷載加在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)上，使之產(chǎn)生反應(yīng)位移，與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)相比，地震模擬振動(dòng)臺(tái)是帶動(dòng)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)振動(dòng)，兩者的效果是很接近的，但擬動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行原型或接近原型的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。由于聯(lián)動(dòng)加載過程中每一個(gè)往復(fù)步長大致持續(xù)60s左右，這樣的加載過程完全可以看成是靜態(tài)的，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)重現(xiàn)地震作用的反應(yīng)也可以人為地緩慢地進(jìn)行，特別是破壞過程，利于觀察和研究。由于計(jì)算機(jī)的積分運(yùn)算和電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)的控制都需要一定的時(shí)間，因此不是實(shí)時(shí)的試驗(yàn)分析過程。對于力學(xué)特征隨時(shí)間而變化的結(jié)構(gòu)物的地震反應(yīng)分析將受到一定的限制，也不能分析研究依賴于時(shí)間的粘滯阻尼的效果。進(jìn)行擬動(dòng)力試驗(yàn)必須具備及時(shí)進(jìn)行運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理的手段，準(zhǔn)確的試驗(yàn)控制方法及高精度的自動(dòng)化量測系統(tǒng)，而這些條件只能通過計(jì)算機(jī)和電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)。因此，擬動(dòng)力試驗(yàn)要求有一定的設(shè)備和技術(shù)條件。結(jié)構(gòu)物的地震反應(yīng)本是一種動(dòng)力現(xiàn)象，擬動(dòng)力試驗(yàn)是用靜力試驗(yàn)方法來實(shí)現(xiàn)的，必然有一定差異，因此必須盡可能減少數(shù)值計(jì)算和靜載試驗(yàn)兩方面的誤差以及盡可能提高其相應(yīng)的精度。擬動(dòng)力試驗(yàn)分析方法是一種綜合性試驗(yàn)技術(shù)，雖然它的設(shè)備龐大，分析