建筑结构试验论文--学位论文.doc

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1、成 员 王宁、梅瑀石、党楠 学 号 院 系 土木工程与建筑学院 专 业 土木工程 年 级 2013级 指导教师 申道明 建筑结构试验【摘要】：建筑结构试验是在结构工程学科的发展基础，主要应用在生产和科研当中。工程结构试验就是以试验方式测定结构在各种作用下的相关数据，由此反映结构或构件的工作性能、承载能力和相应的安全度，为结构的安全使用和涉及理论的建立提供重要的依据。本文将重点介绍结构的静力加载试验【关键词】：结构试验 动载试验 静力加载试验 一、工程结构试验的分类 1. 1 科学研究性试验 研究性试验是以研究和探索为目的, 其任务是通过试验验证结构设计计算的各种假定, 提出新的结构理论, 寻求

2、新的更合理的计算方法, 或为开发一种新结构、新材料、新工艺而进行的系统性试验研究。试验时要采用专门的或特殊设计的试验装置和先进的量测仪表, 对试验对象在承受各种荷载后的性能进行详细观测, 取得可靠的数据, 找出规律, 为设计和施工提供必要的参数。研究性试验的试验对象称为试件或试验构件。 2. 2 生产鉴定性试验 生产鉴定性试验以直接服务于生产为目的, 以真实结构为对象, 通过试验检测是否符合规范或设计要求, 并作出正确的技术结论。二、结构试验解决的问题（1） 通过结构试验，验证结构计算理论或通过试验创立新的理论。比如不符合规范规定的型结构体系、新的设计方法的可行性试验研究等。（2） 通过结构试

3、验，制定工程技术标准。由于工程结构关系到国家的公共安全和经济发展，所以，建筑结构设计、施工和维护都必须有严格的控制标准，在制定各种结构的规范和标准时，除了总结已有的工程经验和结构理论外，我们还需要做大量的构件或结构试验。系统化的结构试验和结构研究也为结构的安全性、使用性、耐久性提供了可靠的保证。（3） 通过结构试验检验结构、构件的质量。（4） 通过结构试验确定已建的结构的承载能力，特别是在结构在单凭结构计算不足以完全确定结构的承载能力的时候，就必须要通过结构试验来确定结构的承载能力。（5） 通过解雇试验验证结构设计的安全度。这种结构试验的对象多为缩小的建筑结构模型，比如大跨度结构的屋盖或高层结

4、构的抗震试验等。三、工程结构试验设计原理和方法3.1设计原理结构试验可以分为试验规划与设计、试验技术准备、试验实施过程、试验数据分析与总结四个阶段。（1） 规划与设计阶段。结构试验室一项细致而复杂的工作，试验前应该认真做好试验的规划，要明确试验的目的、试验的研究方法、试验装置的设置，要做好试验过程中的加载过程设计、观测方案的设计，并充分考虑试验中的中止条件和安全措施。（2） 试验技术准备阶段。在试验之前要做好试验技术装备，这个阶段要做好试件制备、预埋传感件，安装试验装置及试件、安装试验原件、调试标定仪器设备以及相关的材料性能测试等。此外，在试验技术准备阶段还需确定试验的加载和观测方案。（3）

5、试验实施阶段。在试验的实施过程中，主要是试验仪器的操作和试验试件的观测。这一个阶段的工作内容主要包括：记录试件的初始数据，采集并记录试验过程中的试验数据，观测试验构件的反应特征，如裂缝、变形、破坏形态等。（4） 试验数据的分析阶段。在试验结束后，要及时整理试验数据，撰写试验报告。这一阶段的工作主要包括：整理试验结果、判断异常数据、绘制试验曲线图表、分析试验误差，分析并总结试验现象。3.2试验方法 3.2.1静力加载试验静力加载试验使用的仪器、仪表和设备可以分为加载设备、测量原件和仪表、放大仪和记录仪等仪器设备。在静力加载试验中观测的物理量为力、位移、应变、裂缝宽度与分布、破坏形态或失稳状态等。

6、以下将重点分析静力加载的加载设备、支座和试件的设计以及应变片的工作原理。（1） 加载设备。试验的加载方法可以分为重力加载、液压加载机械加载和气压加载。重力加载的加载设备较为简单，重力加载主要用于长期试验和现场试验，一般来说，加载的劳动量大，安全性较差，对于破坏型试验一般不采用。液压加载设备是在结构试验中用的比较多的一种加载设备，液压加载设备一般有液压泵源、液压管路、控制装置和加载油缸组成。加载时用的最多的实际上是液压千斤顶，它是一种小型的集成化液压加载系统。液压千斤顶主要用于反力梁的静力加载试验中，而且在试验中主要用的是手动的液压千斤顶，这种手动的液压千斤顶无需电源，使用时比较方便，因此，比较

7、适合用在结构试验中。 （2） 支座设计。根据试验的目的的不同，有两种不同的思路来设计试验装置的支座或支墩。一种思路是被试验结构或构件的边界条件与实际结构一致，此为模拟实验。另一种思路是被试验结构或构件的边界条件尽可能理想化，受力条件明确并与结构设计所采用的计算简图一致，这种设置方法可以使结构的受力性能得到正确的分析。在结构试验中，所才用的支座设计思路一般属于第二种设计思路。（3） 试验台和反力架 。在静力加载试验中，试验台的支座下部的钢梁与加载架上的横梁形成平衡体系，加载千斤顶的反力通过加载钢架的拉杆传至下部钢梁上，使钢梁的支座对钢梁施加向下的力，形成力平衡体系。这种加载的试验支座主要用在小型

8、的机构试验当中。与反力架一起工作的还有试验台，试验台一般由封闭的钢架组成。结构试验当中一般采用地槽式反力台座和螺旋式反力台座。地槽式反力台座是将结构试验的场地设计成一块整体现浇的钢筋混凝土厚板，在厚板上留设有纵向的槽道，称为地槽。在槽道内部设置有地脚螺栓，用来固定加载的反力钢架，在工作时，地脚螺栓可以沿着地槽移动，使得反力钢架的位置可以根据不同的试验调整。反力钢架主要由立柱和横梁组成，台式支座的立柱为螺旋杆形式，板式台座上的立柱多采用工字形截面的型钢。在设计时，为了避免立柱收到过大的弯矩，立柱和横梁之间的链接可以做成铰接。试验台座、反力钢架和反力墙的设计不仅仅要满足承载力的要求，还要满足刚度的

9、要求以及承受反复荷载时的疲劳强度要求。（4） 应变片的工作原理。静力加载试验中的应变片可以分为梁的应变片和钢筋的应变片。它们的工作原理的搜是相同的，在受到外荷载的作用时，构件的表面会产生变形，这时便会带动应变片产生机械变形，应变片的机械变形会使其电阻值发生变化，电阻值得变化在电流计上具体体现为电流的变化，在试验数据的收集过程中，可以利用电阻值的变化转化测量出构件物理量的变化。（5） 试件设计。静力加载试验的构件在设计时，可以采用与原结构试件一致的构件，也可以采用缩小比例的模型。构件的设计主要包括构件形、构件的尺寸和数量以及构造设计。当试件的尺寸与实际结构的尺寸相同时，称为真型试件，试件的尺寸比

10、实际结构尺寸小时，称为模型试件。在静力加载试验中，当以研究构件或截面的力学性能为主要目的时，预应力混凝土和钢筋混凝土试件的尺寸由材料特性所要求的最小尺寸控制。（6） 试验用仪器仪表。结构试验的目的是通过试验了解结构的静力性能和破坏特征。所以，在试验时必须采用合理的测量手段和数据收集方法获得有效可靠的数据。为了得到准确的试验数据，在试验中可以采用电子测量系统来收集数据。测量系统的组成包括三个部分：传感部分、放大部分、显示部分。传感部分主要是传感原件或传感器，放大部分主要是对信号进行放大，显示部分将经过烦的机械或电子信号通过指针、磁盘记录下来以方便读数。在试验时，为了准确的数据，必须充分了解仪器的

11、工作性能，如仪器表的量程、灵敏度、分辨率、准确度、线性度、漂移量等。3.2.2结构动载试验结构中遇到的动载有两类：振动荷载与移动荷载。测定结构的动力特性的方法有：自由振动法；共振法；脉动法。激振就是对结构施加振动荷载。振动试验的目的是测定结构的特性、结构的响应几结构的破坏特性等。结构振动试验通常有以下几项内容：（1）结构的振动位移、速度、加速度的测量；（2）结构动力特性测定；（3）结构的振动反应测量。一、 结构振动参数的测定振动可以分为简谐振动、复杂的周期振动、无周期的复杂振动和随机振动。1、时间历程曲线：如果在横轴为时间的直角坐标系中描绘结构振动位移、速度、加速度的历程，则称为时间历程曲线。

12、2、振动的时域表示法：用时间函数表示振动历程的方法称为时域表示法。由时域表示法变换成频域表示法：把时程曲线图的横坐标改成，纵坐标为，将振动的振幅画在处，称幅-频图，而以为横坐标，以处相角为纵坐标，而成相-频图，统成为频域图。将用频率为横坐标的坐标系统描述的振动历程称为频域表示法。3、使结构产生自由振动的激振方法有：初位移法；初速度法。4、结构参数测量：就是测量结构上各点的位移、速度、加速度。5、结构动力特性的测定结构动力特性是结构固有的特性，包括固有频率、阻尼、振型。它们只与结构的质量、刚度和材料有关。研究结构动力特性的方法有：自由振动法、共振法和脉动法。二、疲劳试验1、结构疲劳试验按试验目的

13、的不同可分为研究性疲劳试验和检验性疲劳试验两类。2、研究性疲劳试验一般包括以下内容：开裂荷载和开裂情况；裂缝的宽度、长度、间距及其随荷载重复次数的变化；最大挠度及其变化；疲劳极限；疲劳破坏特征。检验性疲劳试验一般包括以下内容：抗裂性能；开裂荷载、裂缝宽度及开展情况；最大挠度的变化情况。3、疲劳试验的加载程序可归纳为两种：一种是为了求得疲劳极限而对构件从头到尾施加重复荷载；另一种是静荷载与疲劳荷载交替施加。4、疲劳试验过程中要进行四种形式的试验。（1）预加载：预加载值为最大荷载的20%，以消除支座等连接件之间的不良接触，检查仪器工作是否正常。（2）静载试验：静载试验的最大荷载按正常使用的最不利组

14、合选取。试验方法按结构静载试验各章介绍的方法进行，观测项目可适当简化。在正常情况下，如果出现裂缝，应与静载试验一样描述裂缝开裂情况。（3）疲劳试验：首先调整最大、最小荷载，待稳定后开始记数，直到需做静载试验的次数。在运行过程中，需要做动态挠度与动应变测量。（4）破坏试验：构件在达到要求的疲劳次数后，一般需做破坏试验。这时加载情况有两种：第一种加载情况是继续做疲劳试验直至破坏，构件出现疲劳极限标志，得出疲劳荷载的极限次数，这需要很长时间，甚至构件不能破坏；第二种是做静载破坏试验，得到疲劳后的承载力极限荷载。5、受弯构件的疲劳破坏标志（1）正截面疲劳破坏标志：纵向主筋疲劳断裂，这是当配筋率正常或较

15、底时可能发生的；受压区混凝土疲劳破坏，这是当配筋率过高或倒T形截面时可能发生的。（2）斜截面疲劳破坏标志：与临界斜裂缝相交的腹筋疲劳断裂，这是当腹筋配筋率正常或觉底时可能发生的；混凝土剪压疲劳破坏，这是当腹筋配筋率很高时可能发生的；与临界斜裂缝相交的主筋疲劳断裂，这是当纵向配筋率较底时可能发生的。（3）钢筋与混凝土锚固疲劳破坏：这种情况常发生在采用热处理钢筋、冷拔低碳钢丝、钢绞线配筋的预应力混凝土结构中。6、疲劳试验的安全措施疲劳试验需要连续进行时间很长，振动荷载很大，试件安装及试验过程中需要充分注意安全措施。四、试验测量技术 随着科学技术的不断发展和进步，现阶段的测量技术的发展主要以新型高性

16、能的传感器和数据采集技术为主要方向，测量技术主要包括传感技术和微电子技术，试验技术的关键是传感技术。从广义上来说，传感技术就是一种转换技术，它能够把物理量转换为可以测量、可以观测的信号，在结构试验当中，被转换的物理量可以是力、位移、速度、加速度等。在结构试验中确定物理转化量的过程叫做测量，试验中的测量可以分为直接测量和间接测量。直接测量是指不需要任何的函数式转换就可以直接测量到的试验数据。试验中可以用百分表、钢尺等工具直接测量构件的尺寸和变形。在试验中所用的百分表测量实际上是一种间接比较的方法，因为百分表在测量的过程中是将构建的变形转换成百分表指针的转动，构件的物理变形和指针之间存在函数关系。

17、间接测量则是在直接测量的基础上，根据已知的函数关系式，将已经测量的数据转换成被测的物理量。 在使用各种测量仪器测量时，最重要的就是传感器和测量系统的标定或校准，所以，在做测量之前必须要知道仪器的工作原理。在校准时，可以用比较校准的方法来校核仪器，其中，作为被校准的传感器或其他测量仪器必须经过标定或校准，标定的过程就是做传感器和测量系统的输出值与标准值之间的比较，进而确定传感器和测量系统的精确度。5、结束语 建筑结构试验是在结构工程学科的发展基础，使用各种仪器表和试验设备，对结构物受力后的性能进行观测，通过测量的数据，如变形、应变、温度、振幅、频率和裂缝的宽度等，来了解并掌握结构的力学性能，对结

18、构或构件的承载能力和使用性能做出评估建筑结构试验在生产和研究方面都是非常重要的，无论是在生产或可以中，都可以在明确试验目的的前提下，采用相似理论研究方法，根据试验的模型的要求设计支座和试件的尺寸或直接试验实际结构构件，设计合理的加载方案和观测方案，在做好一切试验前准备工作之后，进行结构研究型或生产型试验，并采用科学合理的测量仪器来收集准确的数据，然后根据数据分析出结构构件的受力和变形性能，研究构件的破坏形态，进而对构件的承载力或使用性能做出评估。参 考 文 献1 易伟健. 张望喜，高校土木工程专业指导委员会规划推荐教材建筑结构试验，中国工业出版社，20132 湖南大学等合编. 建筑结构试验（第二版）. 北京：中国工业出版社，19983 杨学山编. 工程振动测量仪器和检测技术. 北京：中国计量出版社，20014 安格斯J麦斯唐纳，结构与建筑（原文第二版），陈治业、 童丽萍译，北京：中国建筑工业出版社,20035 湖南大学. 建筑结构试验M . 北京: 中国建筑工业出版社,1982. 6 吴 森. 结构试验基础M .北京: 航空工业出版社, 1990.53