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1、土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 土木工程结构试验 （结构、桥梁） Structural Experiment in Structural Experiment in Civil Engineering Civil Engineering 刘立平 杨 溥 土木工程学院 2011年01月 旅 妊 仟 羞 敲 届 肿 典 零 窿 酗 锌 狭 妊 蕊 龙 娥 翁 陪 位 借 站 霓 邀 捏 披 彤 佰 苹 透 眉 辫 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程
2、实验技术土木工程学院土木工程学院 建筑结构 试验 普通高等教 育“十一五 ”国家级规 划教材 高校土木工 程专业指 导委员会 规划推荐 教材 易伟建，张 望喜编著 中国建筑工 业出版社 2005 土木工 程结构 试验 普通高等 教育“十 一五”国 家级规 划教材 王天稳主 编 武汉理工 大学出 版社 2010 工程结 构试验 理论与 技术 新世纪高 等学校 研究生 适用教 材 李忠献编 著 天津大学 出版社 2004 桥梁结 构试验 面向21世 纪交通 版高等 学校教 材 章关永主 编 人民交通 出版社 2003 混凝土结构试验方 法标准 （GB50152-92） 木结构试验方法标 准 （GB
3、/T50329-2002 ） 建筑抗震试验方法规程 （JGJ101-1996） 藤 婆 枢 嘎 舌 树 睛 央 甲 彝 陕 琉 册 梅 铣 作 词 斯 谤 伯 骇 哀 吏 日 纪 涌 些 涣 峰 见 伏 鞘 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 第1章 绪论（2学时） 第2章 结构试验设计（2学时） 第3章 结构静载试验（4学时） 第4章 结构动载试验（4学时） 第5章 结构非破损检测与鉴定（4学时） 第6章 结构模型试验（
4、2学时） 第7章 桥梁现场荷载试验（4学时） 第8章 试验数据的处理和分析（4学时） 其它 现场试验观测与实践（4学时） 目 录 梳 绪 咀 夏 你 纷 铰 辣 厨 跃 监 叮 读 郴 嫂 纸 米 挎 翅 风 搜 歇 逾 邦 辑 庸 焙 怠 年 危 孟 蜕 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 第第 1 1 章章 绪绪 论论 建筑材料 结构力学 结构试验 传统的结构工程科学 结构设计 理论 结构计算 技术 现代结构工程科学
5、结 构 试 验 结构 工 程 科 学 伽利略 Galilei 1564-1642 最早的结构试验（ 1638年） cantilever beam experiment L d p 梁端弯矩： M=pL 梁承载力： Mud3/L 云 色 朽 峰 职 胜 游 挟 霓 租 煌 涪 旬 庸 淄 膝 瘫 楷 板 娥 添 白 命 通 仑 惋 冀 率 粉 恨 西 退 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1
6、.1 结构试验的目的（Purpose） 1.2 结构试验的分类（Category） 1.3 结构试验技术的发展（Development） 1.4 结构试验课程的特征（Characteristic） 本章内容 建筑结构试验是一门必修的专业基 础课程。是电学、光学、力学、钢筋混凝 土结构和钢结构等学科相互交叉的、实用 性很强的一门学科，是用试验的方法研究 和测量建筑结构的强度、结构受荷载作用 后的反应及评估建筑结构产品质量的一门 学科。 掌握-结构试验的基本 原理 了解-结构试验的仪器 、仪表和试验设备 认识-结构性能 培养-进行结构试验的 能力 乔 礼 翼 慢 烘 父 菇 彝 浦 迪 钾 奸 驼
7、 医 摄 捡 申 十 鹿 沤 捎 兄 拈 侍 旬 氢 册 政 齿 唇 寨 局 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 1.1 结构试验的目的 研究性 试验 鉴定性 试验 试验目的 验证基本假定 和计算理论 创立新的结构 理论 制定过程技术 标准 检验产品、设计 和施工质量 确定已建结构的 承载能力 验证结构设计的 安全度 1.2 结构试验的分类 试验对象 原型试验 模型试验 小构件试 验 足尺、现场（投资 大、加载复杂、 周期
8、长） 通常缩尺（符合相 似理论：几何、力 学、材料） 构件试验与计算对 比（可以不符合相 似理论） 懒 人 射 凹 鳖 译 捂 蝴 忧 孪 篡 宣 疫 差 刀 疚 犯 蛋 兜 蝎 到 识 循 沽 刊 酪 笋 蚂 泡 驱 什 淀 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 1.2 结构试验的分类（续） 静力试 验 动力试 验 荷载性质 单调静力荷载试 验 低周反复荷载试 验（伪静力） 拟动力试验 疲劳试验 动力特性试验 地震模拟振动
9、 台试验 风洞试验 静力试验的特点 加载设备相对来讲比较简单，荷载可以逐步施加，还可以停 下来仔细观察结构变形的发展，给人们以最明确、最清晰的破坏 概念。 动力试验的特点 由于荷载特性不同，动力试验的加载设备和测试手段与静力 试验有很大的差别，而且要比静力试验复杂得多。 沮 间 斥 搓 茂 蓖 萝 膨 理 掀 嘻 腿 铁 掌 滦 碴 舱 阁 省 族 满 蒋 湖 滓 城 国 盗 似 音 爱 五 烬 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木
10、工程学院 1.2 结构试验的分类（续） 荷载持时 混凝土的徐变、预应力钢筋的松弛、结 构受温度变化的影响（几个月或几年时 间） 短期荷 载试 验 长期荷 载试 验 1.2.4 结构非破 损检测 以不损坏结构和不影响结构功能为前提，在建筑结构现场，根据结构材料的 物理性能和结构体系的受力性能对结构材料和结构受力状态进行检测的方法。 结 构 检 测 检测目的 无损检测 技术 半破损检 测技术 破损检测 技术 结构非 破损 检测 荷载破坏性 检测，费用 昂贵、耗时 较长，仅用 于非常重要 的结构。 只有几十分钟、几小时或者几 天 彻 丽 垒 溉 眩 枕 蓉 躲 帜 讥 猾 输 禹 拌 纂 版 让 病
11、 千 凳 讽 氮 莉 匣 徒 赌 兰 帖 柔 辟 伤 笼 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 混凝 土 检 测 检测目的 混凝土强度值 内部缺陷（裂缝、空 洞等） 几何尺寸（钢筋位置 ，保护层厚度，板厚 等） 匀质性检测与控制 建筑物理特性（热工 、隔声、防水等） 1.2.4 结构非破损检测（续） 混凝土强度值 检 测 方法 压痕法射钉法回弹法钻芯法拔出法 超声 脉冲法 超声回弹综合法 测 试 量 压力及压痕深度探钉射入深
12、度回弹值R芯样抗压强度 拔出力 超声脉冲速度VR+V 内部缺陷 检 测 方法 超声脉冲法脉冲回波法射线法雷达法红外热谱法 测 试量 声时、波高、 波形、频谱等 应力波的时域、频域图射线穿过缺陷的强度变化雷达反射波热辐射 俺 腹 寞 吊 跪 姨 籽 肌 卞 贬 受 伎 湿 旷 庇 墟 慨 车 室 巫 泛 翟 练 爪 浚 泅 犁 寂 芋 乔 味 毅 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 砂浆和块体强度 回弹 法 贯入 法 1.2
13、.4 结构非破损检测（续） 几何尺寸 检测方法超级波反射法电测法磁测法雷达法 测试量应力波的时域砼的电阻率和钢筋的电池电位磁场强度雷达反射波 砌体抗压强度 冲击法 推出法 液压扁顶 法 钢结构焊缝缺陷 超声法 磁粉探伤 法 射线法 烧 拽 辉 哈 偷 紧 致 旷 械 湘 才 乖 士 沛 瘩 奴 每 坚 疹 阉 战 绦 尿 干 杯 沼 橡 聘 绞 窥 孜 域 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 1.3 结构试验技术的发展 大
14、型化 电液伺服压力试验机（ 5000t） 振动台 大型风洞 大型离心机 大型火灾模拟试验系统 多向、不同步（行波 、多点输入）、动力 美国“远程地震模 拟网络” 结构工程+地震工程 +计算机科学+信息 技术+网络技术 测试技术传感器和 数据采集技术 高精度、抗干扰、性能 可靠 无线通信智能传感器 健康检测 高速数据采集仪爆 炸、冲击试验 长时间、大容量数据存 储 计算机仿真 远程化 智能化 搏 拆 漏 叫 炙 钠 瞄 尤 蠢 蘑 瞩 架 秀 疥 粤 喧 廊 美 董 燃 帅 整 棍 荧 安 簧 恬 伟 仙 辩 沃 勤 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 -
15、 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 第第 2 2 章章 结构试验设计原理结构试验设计原理 2.1 概述 2.2 结构试验设计的基本原则 2.3 测试技术基本原理 2.1 概述 美国质量管理专家戴明（W.E.Deming)50年代初提出一项质量管理循环体系 ，称为PDCA循环，是一项提高工程质量、改善企业经营管理十分有效的科学方 法，被工程界广泛应用。 PDCA质量循环体系的基本思想是把质量管理的工作过程分为四个阶段： （1）计划阶段 （Plan） （2）实施阶段 （Do） （3）检查阶段 （Chec
16、k） （4）处理阶段 （Action） 识 寇 扁 铸 靠 需 隋 膘 船 它 浴 驾 围 疚 留 律 里 鸭 伦 坷 耳 堤 彪 瀑 镭 洋 婿 诌 早 饮 轿 菩 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.1 概述 试验任务分析 试件设计 试验装置与加 载方案设计 观测方案设计 试验终止条件 和安全措施 结构试验一般分为以下四阶段： 试验规划与计划 试验技术装备 试验实施过程 4. 试验数据分析与总结 试验大纲 试件制作
17、 预埋传感元件 安装试验装置 及试件 安装测量元件 调试标定仪器 设备 相关材料性能 测试 记录试件初始 状态 采集并记录试 验数据 观察并记录试 件特征反应（ 如裂缝、破坏 状态等） 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 颐 今 渔 接 吐 宣 因 三 描 诧 沧 刃 影 夸 腿 搬 枯 沁 龄 锑 杭 邓 楚 悉 凋 轮 冷 禄 勿 揍 聚 薪 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工
18、程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 1、荷载、边界条件和试验环境等 输入系统输出 加载装置 试件+测试系统 试验数据 间接 加 载 直接加 载 粳 频 葫 抨 财 氰 涟 荔 玖 邱 稚 秽 方 再 妄 架 蔑 袋 磷 纬 监 摹 碘 沿 联 尽 柄 谨 洋 秉 柄 钵 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 2、主次因素影响 诸多因素 消除影响 主要因 素 次要因 素 仔细研究 试验目的
19、举例： 温度 变 形 砼收 缩 变 形 砼徐 变 变 形 消除影响 1. 混凝土徐变 2. 钢筋混凝土梁弯曲破 坏试 验 剪切破 坏试 验 足够的配箍 足够的纵 筋 主要 因 素 ？ “大系统测不准” 最简单的方案往往就是最好的方案 副 商 九 扯 习 拽 喻 慈 吨 福 煌 谴 爱 线 崔 绥 架 路 涝 幅 粱 盂 谅 铀 赦 嚏 说 腻 鞘 炼 侨 疮 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原
20、则 3、结构反应的随机性 试验影响因素模糊性 材料特性的随机性 1. 新材料性能的未知 2. 材料的非线性强度等参数 ； 结构力学模型的不确定性 力学模型 （影响因素） 试验试验 模型参数 及规律 统计学方法设计构件数量，排列影响因素； 加载设备、测试仪器留有余地； 新结构体系、新材料试验预备性试验。 枚 喂 买 鬃 竞 洽 汽 限 豪 比 争 搏 靛 升 袋 荆 剁 荡 熔 族 酞 壳 上 盾 赎 止 库 冈 遁 靛 涪 呐 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3
21、土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 4、试验参数影响 合理取值范 围 与试验加载系统 有关 与试验结构的具 体性能有关 构件尺寸 两类试验参数 常见试验结构参数 钢筋混凝土结构 砼等级、配筋率、配筋形式、截面形式、荷载形式及位置参数 砌体结构 块体强度、砂浆等级 钢结构 构件长细比、截面形式、节点构造方式等 栽 杨 阎 槽 焦 甜 七 螺 洽 伎 蔼 赏 咆 丙 煤 裴 驱 茅 衫 些 土 原 琢 滋 肺 洞 滩 款 阅 环 末 掸 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结
22、构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 5、测试方法和评价标准 6、试验成本和效率 遵循学科领域中认可的标准或约定 （如：加载设备能力、数据采集 和记录能力等） 鉴定性 试验 研究性 试验 须符合相关技术标准的规定 试件加工制作 预埋传感器 试验装置加工 试验用消耗材料 设备仪器折旧 试验人工费用 管理费。 试验 成 本 试验测试精度要求 +安全因素 踏 鹤 纺 锥 付 寝 费 冒 日 息 蠢 着 沁 泛 敝 戚 葛 历 辞 茧 闽 姿 擎 膳 蝇 甥 极 张 拆 紫 峰 份 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结
23、构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 真实模拟结构的荷载、边界条件和试验所处的环境； 消除次要因素影响； 将结构反应视为随机变量； 合理选择试验参数； 统一测试方法和评价标准； 降低试验成本和提高试验效率。 雏 悔 彩 岭 悄 呕 曰 葡 驴 盾 删 且 帽 翟 齐 睹 伤 园 婪 毗 收 肋 困 罢 揭 拟 先 灵 剧 大 减 闺 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程
24、实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.3 测试技术基本原理 测试仪器设备的分类（按功能和使用情况分） 传感器、放大器、显示器、记录器、分析仪器、数据采集仪或系统。 其功能分别为： 传感器感受各种物理量（力、位移、应变等），并把它们转换成电量 （电信号）或其它容易处理的信号； 放大器把从传感器得到的信号放大，使信号可以被显示和记录； 显示器把信号用可见的形式显示出来； 记录器把采集得到的数据记录下来，作为长期保存； 分析仪器对采集得到的数据进行分析处理； 数据采集仪用于自动扫描和采集，是数据采集系统的执行机构； 数据采集
25、系统集成式仪器，包括传感器、数据记录仪和计算机或其他记 录器、显示器等，可用来进行自动扫描、采集，还能进行 数据处理等。 赎 蒜 哨 帝 曾 价 澎 岁 衰 坎 热 湘 檄 入 帆 鹰 坑 衡 厩 哦 氏 葫 乞 埔 处 嚷 腕 犯 柞 孕 桌 另 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 传感器：是测量系统的一种前置部件，它将输入变量转换为可测量的信号 测量：为确定试验结构的反应量值而进行的过程； 直接 测量 间接 测量 测量
26、 钢尺、百分表等 声波、水重等 测量量值=数值计量单位 一般采用国际单位，如：4mm 标定：采用已知的标准物理量校正仪器或测量系统的过程。即： 将原始基准器件，或比被标定仪器或测量系统精度高的各类传感器作用于测 量系统，通过对测量系统的输入输出关系分析，得到传感器或测量系统得 精度的试验操作。 电测 法 计算 机 现代测量技术的特点 非电物理量电量 数据采集、信号处理、运算、 存贮显示、打印输出 竖 量 丛 渤 糊 牡 叫 旭 办 盔 遮 姜 裕 雍 陵 辱 搪 演 痪 焕 采 炭 清 苍 爆 哪 胶 踏 壤 括 申 瓮 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p
27、1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 第第 3 3 章章 结构静载试验结构静载试验 加载方法分类 静载试验（静力荷载试验）： 是指对结构施加静力荷载并考察结构在静力荷载下的力学性能的试验。 重力加 载法 液压加 载法 机械加 载法 3.1 静载试验加载设备 一般指试验过程中试验结构的反应不包含任何 惯性作用和加速度的影响。 试验荷载基本要求： 荷载的作用方式：必须使被试验结构或构件产生预期的内力和变形方式； 荷载值：能以足够的精度进行控制和测量； 加载设备和装置不应参与结构工作，不改变结构或构件
28、的受力状态； 加载设备本身应有足够的强度和刚度。 利用重物直接加载或通过杠杆作用间接加载 利用液压加载器和液压试验机加载 利用绞车、滑轮组、弹簧和螺旋千斤顶等机 械设备加载 胯 狞 吮 柒 磨 蚁 寓 谋 致 菇 憾 潦 呻 丙 映 思 史 诊 龚 荫 祈 壹 赖 蒂 懈 醇 盘 矾 涧 紧 蒂 峡 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.1.1 重力加载 1）重力直接加载法 重物荷载可直接堆放在结构表面形成均布荷载或置于
29、荷载盘上通过吊杆挂于 结构上形成集中荷载，假如荷载再大，就可以通过杠杆来加载。 重力加载 直接重力 加载法 杠杆重力 加载法 重物间隙要大于5cm ? 重物: 实验室：铸铁/钢块 现场：沙、石、砖等 桥梁：载重汽车 保证重物间不搭接，以防止形成拱的作用 局 堰 侧 蒸 媚 吞 井 比 嗜 递 称 纬 彪 茂 忘 帖 坝 诊 客 女 嫉 携 替 铣 宾 逛 炉 果 熊 然 冯 缎 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.1.
30、1 重力加载 重物加荷来施加集中荷载； 用两个荷载料斗（吊篮）在吊篮 里可以施加各种重物，来实现集 中荷载的加荷。 当荷载很大，直接用吊篮加荷， 达不到它的荷载值的要求的时候 ，可以通过杠杆来使这个荷载值 增大。 赎 溜 覆 辈 誉 津 秦 镁 敖 搭 威 抿 稽 扮 迅 中 步 鸣 机 嘴 谣 烟 忻 径 毒 后 世 梧 蛔 欧 痘 捷 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.1.1 重力加载 优点： 试验荷载可就地取材
31、，可重复使用，针对试验结构或试件的变形，可保持恒 载，可分级加载，容易控制。 缺点： 加载过程中需要花费较大的劳动力，占据较大的空间，安全性差，试验组织 难度大。 憋 谢 从 唉 脊 这 叮 缠 入 扔 专 彦 彭 输 犁 素 滩 咙 屁 蹿 淮 魄 咖 墓 馁 赡 穗 竖 哀 突 蛹 勺 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.1.1 重力加载 2）杠杆重力加载法 利用杠杆原理，将荷载放大作用于结构上，以满足试验要求。
32、优点： 杠杆制作方便，荷载值稳定不变，当结构有变形时，荷载可以保 持恒定，对于作持久荷载试验尤为合适。 L p1p2 l 锹 坐 签 狙 数 龟 派 酵 计 疙 唇 憎 盼 窒 斤 威 讫 眩 逞 噬 公 题 乞 雷 袒 窒 筹 禄 搂 芦 大 奉 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.1.2 液压加载 液压加载是目前结构试验中最常见的一种加载方法。 移动式同步液压加载器 手动液压千斤顶 液压试验机 电液伺服液压试验系统
33、 组成：液压泵源 + 液压管路+ 控制装置 + 加载油缸 调节油压和流量 推动油缸活塞运动， 对结构施加荷载 液压加载设备 见教材图3-6、3-8 万能材料试验机、 压力试验机、 长柱试验 机 液压加载的最大优点：试验操作安全方便，特 别是对于大型结构构件，当试验要求荷载点 数多、吨位大时更为合适。 焊 乖 瓤 快 完 掐 谴 巨 财 桅 曳 凿 挠 疲 苍 济 蒸 两 沈 制 颖 尉 禾 谈 屉 卞 船 郑 窖 宝 温 统 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土
34、木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.1.2 液压加载（续） 电液伺服液压试验系统 电液伺服液压试验系统是目前结构试验研究中一种比较理想的试验设备 ，它可以较为精确地模拟试件所受的实际外力，产生真实的试验状态，特别 是用来进行抗震结构的静力或拟动力试验尤为合适。 组成：液压泵源 + 液压管路+ 控制装置 + 加载油缸 伺服机构：指利用反馈来控制该机构中运动部件的位置或运动状态的一种 闭环系统，而反馈输入来自机构的运动部件。又称为“随动系统”。 将电流信号转换为阀芯的机械运动，通过阀芯的机械运动调整电流伺服阀的 输出和输入流量及压力。 电流伺服机构的主要特点 计算机 信号处理单元 组 成
35、产生指令信号并对系统实施数字控制 对信号进行转换、调节、放大等 采用电流伺服阀 麓 测 围 俺 烂 垛 秘 楼 芽 己 米 红 涨 脂 仰 捎 琳 靴 馈 萝 橡 兼 止 盆 昌 甘 碧 唆 止 温 歹 拘 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.1.2 液压加载（续） 电流伺服机构的工作原理 电流伺服阀 发出指令X 加载油缸工作 反馈信号Xa （加载油缸的力或位移） |X-Xa| l，A =电阻值R 电阻应变片/电阻应变
36、计， 简称应变片； 其工作原理是： 利用金属导体的“电阻 应变效应”，即金属丝 的电阻值随其机械变形 而变化的物理特性。 R=l/A 截面面积 导线长度 金属材料的电阻率 电阻应变效应：利用导体或半导体在外界作 用下产生机械变形时，其电阻值将发生变化 ，这一现象称为 圆 形 截 面 金属丝的灵敏系数 金属丝的泊松比 炸 拄 盗 钙 典 唉 选 妖 丧 康 猴 仓 铰 勋 弊 旺 嘲 远 芍 墨 吸 殉 白 诵 佑 尿 各 姜 逼 脐 莫 菊 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p
37、 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.3.3 电阻应变测试中的 温度补偿 温度补偿 的原因 ？ 消除温度的影响（附加应变 ），保证应变测试精度 试件材料与应变片敏感栅材料的线膨胀系数不同引起 温变引起电阻应变片敏感栅电阻变化 温度补 偿方 法 有桥路 补偿 方法 （补偿 片法 ） 应变片自 补偿方 法 优点：简单方便、在常温下补偿效果好 缺点：环境温度变化较大时，影响补偿效果 “温度自补偿应变片” 3.3.2 电阻应变的测量 原理 测量原理是： 通过惠斯登电桥，将微小的电阻变化 转化为电压或电流的变化。 枝 诌 迟 睛 呕 录 醉 歧 士 赶 搀 桶 鸯 付 板 冗 然
38、国 龋 阑 匪 靳 楼 窗 秧 床 芋 茅 柬 鸭 凯 察 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.3.4 电阻应变片和电阻应变仪 的构造和种类电阻 应变 片 箔式应变片 丝绕式应变片 等级：A， B，C， D 用于结构试验 常用于制作应变传感器 电阻应变片的主要性能指标： 敏感栅长度（标距） 灵敏系数K 应变片电阻值 使用温度 应变极限（最大工作量程） 机械滞后、蠕变、疲劳寿命、零点漂移、 横向灵敏系数、绝缘电阻等指标
39、不同类型电阻应变 片= 图3-43 不同等级电阻应变片性能指 标= 附录1/P229# 绝缘性能较好，性能稳定耐疲劳性能好，横向效应小，但价格高。 耐疲劳性能差，横向效应大等缺点，但易粘贴价格便宜 焙 埂 毗 篮 陌 墨 恶 辐 仟 十 挠 佳 舰 倘 模 箍 菜 蛹 稍 赚 衫 阎 鲸 抄 吸 贼 思 佳 帚 恃 积 挝 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.3.5 电阻应变片的安装及测试 技术要点 1. 正确选用电阻
40、应变片的 类型和规格尺寸； 混凝土：长标距； 钢：短标距 2. 正确选用黏贴电阻应变 片的胶黏剂； 502胶、环氧树脂 、酚醛树脂等 3. 黏贴应变片的工艺步骤 ； 1、应变片的检查分选：外观检查、阻值检查。 2、测点处理：测点检查、打磨、清洗干燥、打底、 划线定位。 3、片的粘贴：上胶、挤压、加压。 4、固化处理：自然干燥或人工固化。 5、粘贴质量检查：外观检查、阻值检查、绝缘度检查 6、导线连接：引出线绝缘、固定点设置、导线焊接。 7、防潮防护 4. 用导线连接电阻 应变片； 不适合长 距离测量 5. 设计应变计温度 补偿方案 粘 层 拄 唬 从 陌 随 豆 罩 视 戳 砷 的 进 油 艳
41、 屏 砂 蹦 敷 唆 萎 袭 写 牌 清 蕉 孔 苹 谱 坡 递 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.4 静载试验用仪器仪表 测量 系统 结构静载试验目的：通过试验 了解结构的静力性能 传感部分 显示部分 放大部分 仪器仪表的主要性能指标： 量 程：测量范围 灵敏度：输出与输入的比值 分辨率：显示的最小变化量的测量值 准确度：精确度或精度 线性度：与理想线性输入输出的接近长度 漂移量：测量系统的不稳定度 结构静载试验对
42、测量仪表的基本要求 ： 根据被测量的物理性质，正确选择仪 器仪表的基本功能； 预估被测物理量的变化范围，选择仪 器仪表的量程和精度； 选择可靠性较高的仪器仪表。 结构在静载下形态的变化 （定量数据来反映） 甜 攘 楚 乖 筷 业 切 座 片 课 荧 搅 支 如 匈 祭 铜 六 盘 丛 顶 皆 景 哎 恢 吧 诌 呜 墓 浚 肯 碗 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.4 静载试验用仪器仪表（续 ） 测量物理量： 位移，
43、包括角位 移；力；裂缝；温度 等 线位移测 试仪器： 1 机械式百分表和千分表： 2 张线式： 3 电阻式应变式：电子百分表 4 滑动电阻式： 5 线性差动电感式：LVDT 6 磁致伸缩式： 7 光纤： 8 容差式： 量程不限，可用于大变形 易磨损，使用寿命较低 精度高、量程大、寿命长、抗干扰，用于测量加载油缸的位移和较高精度要求的场 合 1 水准管式倾角测量仪 2 电阻应变式倾角测量仪 角位移测 试仪器： 卵 率 播 漏 梆 碱 详 蛛 舱 路 囚 鲸 抉 阑 畅 多 荚 绸 苏 追 戴 连 进 墟 回 诸 毕 缸 灯 泊 劝 蚌 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c
44、h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.4 静载试验用仪器仪表（续 ） 力测试仪 器： 1 机械式力传感器： 2 电阻式应变式力传感器： 3 振动弦式力传感器： 使用方便、性能稳定 ，但不能自动记录 。 精度1%2%量程。 使用最广泛。精度 0.1%0.2%量程。 裂缝测量 仪器： 1 裂缝部位及走向： 放大镜 电阻应变片 声波 表面刷涂料或油漆等脆性材料 2 裂缝宽度 读数放大镜； 纸质卡片； 根据索振动频率和边 界条件确定索拉力 温度测量 仪器：两大类： 接触式测温 非接触式测
45、 温 热电偶温度 计 金属丝热电 阻 热敏电阻温 度计 溯 亩 态 葱 拼 催 赂 蜕 贬 滋 道 身 较 探 瞄 生 匝 菱 雷 卑 盟 猴 吭 歹 瘦 儿 堆 侠 扳 哟 漓 半 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.5 结构静载试验准备与实施 试验目的： 通过对试验结构或构件直接施加荷 载作用，采集试验数据，认识并掌握结 构或构件的力学性能。 3.5.1 结构静载试验 大纲 试验大纲是控制整个试验进程的纲领性 文件
46、 （而试验方案是其指导下具体实 施结构试验的设计文件） 其内容一般包括： 概述： 试件设计及制作 工艺： 加载方案与设备 测试方案和内容 安全技术措施 试验组织管理 附录 瓢 矽 肖 巴 暑 班 踌 岭 快 绅 柔 吓 瞳 虽 祟 吾 了 旱 媳 驰 赦 涣 莫 撼 憨 掩 侗 肤 棵 糕 郊 巷 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 试件（specimen）：结构试验的对象（结 构或构件）。 试件设计包括：试件形状及构造设
47、计，试 验参数，试件尺寸及数量等。 3.5.2 试件设计 1. 试件 形状 基本构件： 结构： 梁、柱、板、杆等 双向板、剪力墙、壳体、框架等 2. 试件 尺寸 试验成本： 试验设备能力 尺寸对试件性能影响 决定 试件 尺 寸 类型 足尺/真型构件 模型构件（结构） 3. 试件数量 与试验参数 鉴定性结构试验：根据相关规范和标 准的规定选取试件数量。 研究性结构试验：由试验目的所规定 的试验参数决定。 部 管 糯 按 挞 个 朗 榆 倚 霖 篆 墓 耗 讶 制 焕 运 翰 役 搔 耻 援 趾 鸣 米 扬 巡 养 旋 颈 咀 咕 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a
48、 p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.5.2 试件设计 3. 试件数量 与试验参数 全组合方法（全面试验）： 假设某结构试验的因子a=5个；每个因子考虑 b=4个水平。则总的试件数位： ba=45=1024个试件 优点：适用于当因子两两之间存在相互关系 的试验； 缺点：试件数量太多，耗费过多财力物力， 难以进行。 解决方法： 当因子相互独立时，可采用正交试验法 。 几个定义： 因子（因素）：是试验中考查对试验指标可能有影响的原因或要素， 它是试验当中重点要考查的内容。用A、B、C等来表
49、示 水平（位级）：试验中选定的因素所处的状态和条件，1、2、3等来表示 因子数a： 试验参数的数目 水平数b： 每个因子可能取值的数目 腕 做 垛 畏 遗 穆 鼓 箕 郁 张 扑 缅 攘 矿 和 诵 控 扩 灰 想 匈 咨 宋 松 嗣 晃 神 魏 亢 绢 减 茁 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 3.5.2 试件设计 正交试验法（the Orthogonal Test）： 以日本人田口玄一博士为首的一批研 究人员在1949年发明了用正交表安排试验方 案，1952 年田口玄一在日本东海电报公司 ，运用正交表进行试验取得了全面成功，之 后正交试验设计法在日本