土木结构试验.pdf

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1、土 木 工 程 结 构 试 验土 木 工 程 结 构 试 验土 木 工 程 结 构 试 验土 木 工 程 结 构 试 验 兰州交通大学兰州交通大学兰州交通大学兰州交通大学 所用教材及参考资料：所用教材及参考资料： 1.1.1.1.土木工程结构试验土木工程结构试验土木工程结构试验土木工程结构试验（第二版第二版）（第二版第二版） 姚譧峰姚譧峰姚譧峰姚譧峰 2.2.2.2.土木工程结构试验土木工程结构试验土木工程结构试验土木工程结构试验 王天稳王天稳王天稳王天稳 3.3.3.3.土木工程结构试验土木工程结构试验土木工程结构试验土木工程结构试验 （第二版第二版）（第二版第二版） 马永欣马永欣马永欣马永

2、欣 4.4.4.4.土木工程结构试验土木工程结构试验土木工程结构试验土木工程结构试验 王军文王军文王军文王军文 5.5.5.5.结构试验结构试验结构试验结构试验 实验指导书实验指导书实验指导书实验指导书 徐家林徐家林徐家林徐家林 * * * * 1.1.1.1.工程振动试验分析工程振动试验分析工程振动试验分析工程振动试验分析 李德葆李德葆李德葆李德葆陆秋海陆秋海陆秋海陆秋海 * * * * 2.2.2.2.土木工程结构试验手册土木工程结构试验手册土木工程结构试验手册土木工程结构试验手册 同济大学同济大学同济大学同济大学 * * * * 3.3.3.3.基桩质量检测技术基桩质量检测技术基桩质量检

3、测技术基桩质量检测技术 陈凡陈凡陈凡陈凡 徐天平等徐天平等徐天平等徐天平等 * * * * 4.4.4.4.结构动力学结构动力学结构动力学结构动力学 美美美美RRRR。克拉夫克拉夫。克拉夫克拉夫 J.J.J.J.彭津彭津彭津彭津王光远译王光远译王光远译王光远译 课程教学及成绩评定方式：课程教学及成绩评定方式： 考试方式考试方式：闭卷考试闭卷考试 各班选一名课代表各班选一名课代表- -安排实验课分组等事宜。安排实验课分组等事宜。 成绩评定方法成绩评定方法: : bb课程结束考试：课程结束考试：50%50% bb实验课及实验报告：实验课及实验报告：30%30% bb考勤考勤+ +平时答（质）疑平时

4、答（质）疑+ +课堂作业：课堂作业：20%20% bb三次点名不到取消考试资格三次点名不到取消考试资格 工程结构试验概论工程结构试验概论工程结构试验概论工程结构试验概论 第一章第一章第一章第一章 首先对结构试验做一简单了解首先对结构试验做一简单了解。首先对结构试验做一简单了解首先对结构试验做一简单了解。 土木工程结构试验涉及到土木工程的方方面面土木工程结构试验涉及到土木工程的方方面面。土木工程结构试验涉及到土木工程的方方面面土木工程结构试验涉及到土木工程的方方面面。 房屋模型房屋模型 振动台模型试验振动台模型试验 有机玻璃模型有机玻璃模型 节点受力节点受力 地基现场检测地基现场检测- -直接重

5、力加载法直接重力加载法 静力加载现场静力加载现场 静力加载现场静力加载现场 静力加载试验静力加载试验- -拱桥加载试验拱桥加载试验 拱桥模型试验拱桥模型试验 桥梁加固模型桥梁加固模型 路桥加固模型路桥加固模型 梁体静载试验梁体静载试验 结构无损检测试验结构无损检测试验 结构疲劳试验及耐久性试验结构疲劳试验及耐久性试验 引言引言 汽车安全性问题汽车安全性问题 东方明珠电视塔东方明珠电视塔 青藏铁路青藏铁路 高速铁路高速铁路 核能发电站核能发电站 歼歼- -XXXX飞机飞机、航空母舰航空母舰 航天飞机航天飞机、奔月飞船奔月飞船 工程结构试验与电算的关系工程结构试验与电算的关系工程结构试验与电算的关

6、系工程结构试验与电算的关系 b如今计算机技术已非常发达如今计算机技术已非常发达，特别在特别在 工程应用中工程应用中“ “结构有限元结构有限元” ”技术对结构技术对结构 计算计算、结构模拟以及计算机在结构数结构模拟以及计算机在结构数 据结果统计分析等等领域已非常发据结果统计分析等等领域已非常发 达达，为何还要进行结构试验呢为何还要进行结构试验呢？ 有限元分析示例：有限元分析示例： 加载模拟加载模拟 挠度（变形）分析挠度（变形）分析 应力分析应力分析 工程结构试验与电算的关系工程结构试验与电算的关系工程结构试验与电算的关系工程结构试验与电算的关系 bb1 1有限元等数值计算方法使结构应力分有限元等

7、数值计算方法使结构应力分 析工作得到很大的提高，但是运用数值析工作得到很大的提高，但是运用数值 方法计算时，必须建立在正确的数学模方法计算时，必须建立在正确的数学模 型的前提下，才能得出精确结果，特别型的前提下，才能得出精确结果，特别 对于非匀质材料和某些特种结构的计算对于非匀质材料和某些特种结构的计算 中，中，必须用试验方法加以验证必须用试验方法加以验证必须用试验方法加以验证必须用试验方法加以验证。 工程结构试验与电算的关系工程结构试验与电算的关系工程结构试验与电算的关系工程结构试验与电算的关系 bb3 3计算机技术应用于结构试验，使荷载施计算机技术应用于结构试验，使荷载施 加、信号采集、数

8、据分析处理，使实现试验加、信号采集、数据分析处理，使实现试验 技术自动化成为可能，为发展结构理论和解技术自动化成为可能，为发展结构理论和解 决工程实践提供了有利的支持。决工程实践提供了有利的支持。 bb2 2不可否认，计算机技术的发展，在理论与计算机技术的发展，在理论与 试验之间提供了一条通过计算建立联系的新试验之间提供了一条通过计算建立联系的新 途径。途径。 1、结构试验的地位结构试验的地位 2、结构试验的主要研究内容结构试验的主要研究内容 3、结构试验的目的结构试验的目的 4、结构试验的任务结构试验的任务 5、结构试验的分类结构试验的分类 6 6、结构试验的设计结构试验的设计 工程结构试验

9、概论工程结构试验概论 b结构试验结构试验 b结构计算结构计算 b结构理论结构理论 结构工程结构工程 结构试验的地位结构试验的地位 试验与理论的相互关系试验与理论的相互关系 b1.结构试验是结构理论发展的基础和重要途径； b2.结构试验是验证理论正确与否的主要手段； b3.结构试验是发现结构设计问题的主要手段； b4.结构试验是结构质量鉴定的直接方法； b5.结构试验是制定各类技术规范和技术标准的基础。 b试验验证理论，理论指导试验，二者相互促 进，试验有助于走出理论分析的困境。 理论分析只能解决一些有限的简单或理论较为 完善的问题。对于复杂结构、复杂荷载、应力集中 和非匀质材料结构等计算理论有

10、待进一步完善以及 新材料、新技术、新工艺等，仅靠理论解析方法求 解十分困难，有时得不出结果或结果有待验证时， 只有借助于试验方法得出计算的公式。 例如： 对受弯梁断面的应力分布的研究问题对受弯梁断面的应力分布的研究问题 该问题的研究前后经历了二百多年的时间，从一 个方面说明了试验在理论发展中的重要作用和地位。 1638年，伽里略伽里略提出 截面应力均匀分布 1684年，德国数学家 莱布尼兹提出三角形 分布。 1713年，法国巴 朗提出中性层分 布，认为截面上 同时存在拉应力 和压应力。 受弯简支梁截面上的应力分布受弯简支梁截面上的应力分布 1717世纪初世纪初1717世纪中叶世纪中叶1818世

11、纪初世纪初 硬木垫块 容格密里容格密里木梁试验 1821年，法国科学院院士纳维叶理论推导 出材料力学上的受弯公式，=My/I。 18411841，法国阿莫列恩试验验证上述公式试验验证上述公式。 1767年，法国容格密里容格密里首次试验证明梁断面上压应 力的存在，人们誉称为“路标试验”。 结构试验课程特点结构试验课程特点 bb课程特点：课程特点：涉及面广，实践性强。 bb学习方法学习方法 1）重视理论知识和技术知识的学习。 2）重视实验环节、勤于亲自动手实验。 工程结构试验技术的研究趋势工程结构试验技术的研究趋势 b研究结构试验荷载的模拟系统研究结构试验荷载的模拟系统，逐步提高量测逐步提高量测

12、精度和试验过程自动化程度精度和试验过程自动化程度。 b研究新的测量技术研究新的测量技术：引用现代物理研究发展的引用现代物理研究发展的 新成就和其它先进技术来解决应力新成就和其它先进技术来解决应力、位移位移、裂裂 缝缝、内部缺陷及振动的量测问题内部缺陷及振动的量测问题。 b开展结构模型试验理论开展结构模型试验理论、方法和结构非破损试方法和结构非破损试 验检测技术的研究以及结构耐久性的研究等验检测技术的研究以及结构耐久性的研究等。 结构试验的主要研究内容结构试验的主要研究内容 bb1 1、静力试验的加载模拟技术 bb2 2、动力试验的加载模拟技术 bb3 3、工程结构变形参数的量测技术 bb4 4

13、、试验数据的采集、信号分析及处理技术 bb5 5、技术评价与分析 结构试验的目的结构试验的目的 b 科学研究性试验科学研究性试验 b 生产鉴定性试验生产鉴定性试验 b科学研究性试验科学研究性试验 结构试验的目的结构试验的目的 科学研究性试验科学研究性试验 b具有研究具有研究、探索探索、开发的性质开发的性质。 b验证结构设计的某一理论验证结构设计的某一理论。 b验证各种科学的判断验证各种科学的判断、推理推理、假设及概假设及概 念的正确性念的正确性。 b为创造某种新型的结构体系及其计算为创造某种新型的结构体系及其计算 理论而系统的进行试验研究理论而系统的进行试验研究。 u验证结构计算理论的假定验证

14、结构计算理论的假定 u为制定设计规范提供依据为制定设计规范提供依据 u为发展和推广新结构为发展和推广新结构、新材新材料与新工艺料与新工艺 提供实践经验提供实践经验 结构试验是实践结构试验是实践-认识认识-再实践再实践再认识过程再认识过程 中的重要实践环节中的重要实践环节 结构试验的目的结构试验的目的科学研究性试验科学研究性试验 应用应用： 生产鉴定性试验生产鉴定性试验 结构试验的目的结构试验的目的生产鉴定性试验生产鉴定性试验 b是非探索性质的试验是非探索性质的试验。在成熟的设计理在成熟的设计理 论基础上进行论基础上进行。 b通过试验来检验结构构件是否符合结构通过试验来检验结构构件是否符合结构

15、设计规范及施工验收规范的要求并对所设计规范及施工验收规范的要求并对所 检验的结构做出技术结论检验的结构做出技术结论。 1、检验结构质量检验结构质量， ，说明工程的可靠性说明工程的可靠性； 2、检验构件或部件的结构性能检验构件或部件的结构性能，判定构件的判定构件的 设计及制作质量设计及制作质量； 3、判断旧结构的实际承载力判断旧结构的实际承载力，为改造为改造、扩建扩建 工程提供数据和依据工程提供数据和依据； 4、检验和鉴定已建结构物的结构可靠性检验和鉴定已建结构物的结构可靠性； 5、为处理工程事故提供依据为处理工程事故提供依据； 6 6、为司法纠纷提供服务为司法纠纷提供服务。 结构试验的目的结构

16、试验的目的生产鉴定性试验生产鉴定性试验 应用：应用： 结构试验的目的结构试验的目的 b比较比较： 破坏不破坏 加载 模型实物 对象 找规律下结论 目的 研究性实验鉴定性实验项目 在结构物或试验对象上在结构物或试验对象上，利用设备仪器利用设备仪器 为工具为工具，采用各种实验技术为手段采用各种实验技术为手段，在荷载在荷载 和其他因素作用下和其他因素作用下，通过量测结构工作性能通过量测结构工作性能 的各种参数反应的各种参数反应，从强度从强度、刚度刚度、稳定性和稳定性和 抗裂性以及结构的实际破坏形态来判断结构抗裂性以及结构的实际破坏形态来判断结构 的实际工作性能的实际工作性能，估计结构的承载力估计结构

17、的承载力，确定确定 结构对使用要求的符合程度结构对使用要求的符合程度，检验和发展结检验和发展结 构的计算理论构的计算理论。 结构试验的任务结构试验的任务 工程结构试验的分类工程结构试验的分类工程结构试验的分类工程结构试验的分类 b1 1原型试验和模型试验原型试验和模型试验（实验对象实验对象） b2 2静力试验和动力试验静力试验和动力试验（荷载性质荷载性质） b3 3室内试验和现场试验室内试验和现场试验（试验场合试验场合） b4 4短期荷载试验和长期荷载试验短期荷载试验和长期荷载试验 （试验时间试验时间） b5. 破坏试验和非破坏试验破坏试验和非破坏试验（试验是否破坏试验是否破坏） 原型试验原型

18、试验：试验对象为实际结构或按实物结试验对象为实际结构或按实物结 构足尺复制的结构或构件构足尺复制的结构或构件。 模型试验模型试验：试验对象是按照实际结构以一定试验对象是按照实际结构以一定 的比例关系复制成的的比例关系复制成的、具有实际具有实际 结构全部或部分特征的结构结构全部或部分特征的结构。 结构试验的分类结构试验的分类按试验对象按试验对象 静力试验静力试验：不考虑应变速率对结构的影响不考虑应变速率对结构的影响 动力试验动力试验：试验过程中荷载随时间不断变化试验过程中荷载随时间不断变化，结结 构的应变速率较大构的应变速率较大 短期荷载试验短期荷载试验：试验荷载从零开始施加到最后结构破试验荷载

19、从零开始施加到最后结构破 坏或到某阶段进行卸载的时间总和只坏或到某阶段进行卸载的时间总和只 有几十分钟有几十分钟、几小时或几天几小时或几天 长期荷载试验长期荷载试验：荷载持续作用在结构上几个月甚至数荷载持续作用在结构上几个月甚至数 年年，通过试验得到结构的变形随时间通过试验得到结构的变形随时间 变化的规律变化的规律（一般需特定的条件限制一般需特定的条件限制 如如：恒温恒湿等恒温恒湿等） 结构试验的分类结构试验的分类按荷载性质按荷载性质 试验室试验试验室试验：试验室试验有良好的试验条试验室试验有良好的试验条 件件，可以采用精密和灵敏的仪可以采用精密和灵敏的仪 器设备进行试验器设备进行试验，比较适

20、用于比较适用于 研究性试验研究性试验； 现场试验现场试验：现场试验的方法单一现场试验的方法单一，所以试验所以试验 精度和准确性较差精度和准确性较差，较适用于较适用于 解决生产问题的鉴定性试验解决生产问题的鉴定性试验 结构试验的分类结构试验的分类按试验场合按试验场合 工程结构试验设计工程结构试验设计 1、一般程序一般程序 2、试件设计试件设计 3、试验方案试验方案 4、试验结果分析与处理试验结果分析与处理 结构试验设计结构试验设计 结构试验准备结构试验准备 结构试验实施结构试验实施 试验结果分析试验结果分析 结构试验的一般程序结构试验的一般程序 结构试验设计结构试验设计 b试件设计试件设计 b加

21、载设计加载设计 b观测设计观测设计 b误差控制措施误差控制措施 b安全措施安全措施 选择测试仪器设备选择测试仪器设备 9 9 确定试验观测项目确定试验观测项目 8 8 设计试验加载制度设计试验加载制度 7 7 选择试验方法和设备选择试验方法和设备 6 6 设计试验的加载装置设计试验的加载装置 5 5 确定试验的荷载图式确定试验的荷载图式 4 4 设计构造措施设计构造措施 3 3 确定试件的数量确定试件的数量 2 2 设计试件的形状和尺寸设计试件的形状和尺寸 1 1 试件的选择试件的选择： 试件形状试件形状、试件尺寸与数量以及构造措施试件尺寸与数量以及构造措施； 边界条件边界条件： 同时必须满足

22、结构与受力的边界条件同时必须满足结构与受力的边界条件； 试件的破坏特征试件的破坏特征； 试验加载条件的要求试验加载条件的要求； 结构试验的试件设计结构试验的试件设计 1 1、加载方案加载方案 确定加载的方法确定加载的方法、需要的加需要的加 载设备载设备、荷载的量测方法荷载的量测方法 2 2、量测方案量测方案 确定观测项目确定观测项目、测点选择测点选择、 测点布置测点布置、所需量测仪器所需量测仪器、 观测误差控制方法观测误差控制方法 3 3、安全防护措施安全防护措施 结构试验的方案结构试验的方案 由于试验目的不同，试验的技术结论内容 和表达形式也不完全一样。 结构试验的结果分析与结论结构试验的结

23、果分析与结论 技术报告技术报告 b检验性检验性（鉴定性鉴定性） 检验的原因和目的检验的原因和目的 试验前后存在的主要问题试验前后存在的主要问题、结构的工作状态结构的工作状态 采用的检验方案或鉴定调查方案采用的检验方案或鉴定调查方案 试验数据的整理和分析结果试验数据的整理和分析结果 技术结论或建议技术结论或建议 试验计划试验计划、原始记录原始记录、有关情况的调查报告等附件有关情况的调查报告等附件 b研究性研究性取决于具体的试验研究目的取决于具体的试验研究目的。 这门课程是干什么的这门课程是干什么的？学了有什么用学了有什么用？ 为什么要做试验？做哪方面的试验？ 怎么做试验？ 要得到什么结果？ 本章

24、小节本章小节 思考题： b1 1、简述结构试验的内容简述结构试验的内容、目的目的、任务任务。 b2 2、按试验目的的不同按试验目的的不同，结构试验可分为哪几类结构试验可分为哪几类？ b3 3、简述生产鉴定性试验的应用方面简述生产鉴定性试验的应用方面。 b4 4、简述科研性试验的目的简述科研性试验的目的。 b5 5、试对比真型试验与模型试验试对比真型试验与模型试验、生产性试验和研究性试验的异生产性试验和研究性试验的异 同同。 b6 6、简述静力试验与动力试验的不同简述静力试验与动力试验的不同。 b7 7、阐述检验性技术报告的主要内容阐述检验性技术报告的主要内容。 b8 8、说明结构试验的一般程序说明结构试验的一般程序，试件设计需要考虑的主要内容试件设计需要考虑的主要内容。