结构试验设计.pptx

2.1 2.1 试验设计概述试验设计概述1 1、结构试验过程、结构试验过程：试验设计、试验准备、试验实施和试验分析试验设计、试验准备、试验实施和试验分析四个阶段。其中试验设计试验设计是整个结构试验中极为重要的并且带有全局性的一项工作，是结构试验成功与否的关键环节。2 2 2 2、试验设计、试验设计、试验设计、试验设计试件设计试件设计试件设计试件设计：试件形状、尺寸；确定试件数量；设计：试件形状、尺寸；确定试件数量；设计构造措施构造措施荷载设计荷载设计荷载设计荷载设计：荷载图式、加载装置、试验方法与设备、：荷载图式、加载装置、试验方法与设备、加载制度加载制度观测设计观测设计观测设计观测设计：观测项目、测点部位与数目、测试仪器：观测项目、测点部位与数目、测试仪器误差控制误差控制误差控制误差控制：试件制作安装、材料性能、加载设备、：试件制作安装、材料性能、加载设备、测量仪器测量仪器安全措施安全措施安全措施安全措施：保证试验人员、仪器设备安全：保证试验人员、仪器设备安全试件设计试件设计试件设计试件设计试件加载方案设计试件加载方案设计试件加载方案设计试件加载方案设计试验观察、量测方案设计试验观察、量测方案设计试验观察、量测方案设计试验观察、量测方案设计设计试件的形状和尺寸设计试件的形状和尺寸设计试件的形状和尺寸设计试件的形状和尺寸确定试件的数量确定试件的数量确定试件的数量确定试件的数量设计构造措施设计构造措施设计构造措施设计构造措施确定试验荷载图式确定试验荷载图式确定试验荷载图式确定试验荷载图式设计试验加载装置设计试验加载装置设计试验加载装置设计试验加载装置选择试验方法和设备选择试验方法和设备选择试验方法和设备选择试验方法和设备设计试验加载制度设计试验加载制度设计试验加载制度设计试验加载制度确定试验观测项目确定试验观测项目确定试验观测项目确定试验观测项目确定测点部位与数目确定测点部位与数目确定测点部位与数目确定测点部位与数目选择测试仪器设备选择测试仪器设备选择测试仪器设备选择测试仪器设备 结构试验设计结构试验设计3 3 3 3、试验准备、试验准备、试验准备、试验准备试件制作与安装试件制作与安装加载设备安装调试加载设备安装调试测试设备标定、调试测试设备标定、调试材料性能试验材料性能试验试验人员组织分工试验人员组织分工4 4 4 4、试验实施、试验实施、试验实施、试验实施加载试验加载试验数据采集数据采集裂缝分布图裂缝分布图破坏形态记录破坏形态记录5 5 5 5、试验分析、试验分析、试验分析、试验分析数据的处理数据的处理结构性能参数结构性能参数结构破坏机理结构破坏机理结构性能评价结构性能评价对于同一研究课题，目的不同可以采用不同类型的试件，可以是实际结构的整体或其中的一部分，可以是按原型设计不同比例的整体模型，也可以是结构某一关键性的局部构件，或者是连接结构的某一节点。这样可以突出研究的主要因素，忽略次要因素。这时应考虑模型与原型的相似关系。2.2 2.2 试件设计试件设计试件设计（科研性试件设计（科研性)包括：试件形状的选择试件尺寸与数量的确定构造措施必须满足结构受力的边界条件试验的破坏特征试验加载条件 要求突出主要问题，以最少的试验数量获得最多的试验数据，以满足研究任务的需要。科研性试验科研性试验：试件专为试验研究的目的而设计的，同一研究课题，目的不同也可以采用不同类型的试件（原型、整体模型、局部构件、某一节点等）。科研性试验科研性试验主要包括：确定试验确定试件形状、尺寸和数量以及构造措施，同时必须满足结构和受力的边界条件的要求。生产性试验生产性试验：一般不存在试件设计问题。对具体试验或检验部位，按实际情况选择并确定。例如：?重要工程综合鉴定重要工程综合鉴定：选结构受力最不利部位。：选结构受力最不利部位。?施工质量和受灾结构施工质量和受灾结构：以受损程度和加固补强的需：以受损程度和加固补强的需要，确定测试部位和构件。要，确定测试部位和构件。?预制构件检验预制构件检验：按相关标准规定，在同批产品中随：按相关标准规定，在同批产品中随机抽取检验样品数量。（机抽取检验样品数量。（GB50204-2002 GB50204-2002 砼施规范）砼施规范）2.2.1 2.2.1 试件形状试件形状在设计试件形状时，最重要的是要造成和设计目最重要的是要造成和设计目的相一致的应力状态或和实际工作相一致的应力的相一致的应力状态或和实际工作相一致的应力状态状态。对于从整体结构中取出部分构件单独进行试验时，特别是在比较复杂的超静定构件，必须特别是在比较复杂的超静定构件，必须要注意其边界条件的模拟要注意其边界条件的模拟，使其能如实反映该部分结构构件的实际工作。基本原则基本原则：受力条件和边界条件的模拟，能反映：受力条件和边界条件的模拟，能反映结构的实际状态。结构的实际状态。示例：框架结构示例：框架结构试验目的：结构主要构件受力分析试验目的：结构主要构件受力分析试件形状：框架梁、柱模型试件形状：框架梁、柱模型1.框架柱控制截面框架柱控制截面2.框架梁控制截面框架梁控制截面3.梁柱节点梁柱节点观测位置：截面观测位置：截面A A-A A部位。部位。受力特征：受力特征：A A-A A截面存在截面存在轴力、弯矩和剪力，柱中轴力、弯矩和剪力，柱中间有反弯点；同时靠近节间有反弯点；同时靠近节点，节点刚度很大。点，节点刚度很大。试件形状：如图（试件形状：如图（b b）所）所示。示。框架柱模型（框架柱模型（1）观测位置：截面观测位置：截面B-BB-B部位。部位。受力特征：截面受力特征：截面B-BB-B存在轴存在轴力和剪力，柱中间有反弯力和剪力，柱中间有反弯点。点。试件形状：如图（试件形状：如图（c c）所示）所示框架柱模型（框架柱模型（2）观测位置：截面观测位置：截面C-CC-C部位。部位。受力特征：受力特征：截面截面C-C C-C 存存在轴力（不考虑）、弯矩在轴力（不考虑）、弯矩和剪力，同时靠近节点，和剪力，同时靠近节点，节点刚度很大。节点刚度很大。试件形状：如图（试件形状：如图（d d）所）所示。示。框架梁模型（框架梁模型（3）观测位置：截面观测位置：截面D-DD-D部部位。位。受力特征：受力特征：截面截面D-DD-D存在轴力（不考虑）、存在轴力（不考虑）、弯矩和剪力，同时靠近弯矩和剪力，同时靠近节点，节点刚度很大。节点，节点刚度很大。试件形状：如图（试件形状：如图（e e）所示。所示。框架梁模型（框架梁模型（4）试验目的：钢筋混凝土试验目的：钢筋混凝土柱的柱的挠曲破坏性能试验挠曲破坏性能试验研究研究。试件形状：如图（试件形状：如图（h h）所示。所示。框架柱模型（框架柱模型（5）试验目的：钢筋混凝土试验目的：钢筋混凝土柱的柱的剪切性能试验研究剪切性能试验研究试件形状：如图（试件形状：如图（i i）所示所示，适合反对称加载适合反对称加载试件试件。框架柱模型（框架柱模型（6）试验目的：试验目的：梁柱节点受力性能试验研究。梁柱节点受力性能试验研究。受力特征：受力复杂，易剪切破坏。受力特征：受力复杂，易剪切破坏。梁柱节点部位受有轴力、弯矩和剪力作用梁柱节点部位受有轴力、弯矩和剪力作用 为了研究节点强度和刚度，避免梁柱部分先于节点为了研究节点强度和刚度，避免梁柱部分先于节点破坏，应事先对梁柱部分进行加强。破坏，应事先对梁柱部分进行加强。框架梁柱节点模型（框架梁柱节点模型（7 7）十字形试件十字形试件十字形试件十字形试件：如图（：如图（f f）。节点两侧梁柱的长度一般均）。节点两侧梁柱的长度一般均取取1 12 2梁跨和梁跨和1 12 2柱高，即按框架承受水平荷载时产生柱高，即按框架承受水平荷载时产生弯矩的反弯点弯矩的反弯点(M=0)(M=0)的位置来决定。边柱节点可采用的位置来决定。边柱节点可采用T T字字形试件。形试件。X X X X形试件形试件形试件形试件：如图（：如图（g g）。）。为了为了解初始设计应力状态下的性解初始设计应力状态下的性能并与理论对比。能并与理论对比。梁柱节点组合体的试件形式梁柱节点组合体的试件形式2.2.2 2.2.2 试件尺寸试件尺寸结构试验所用试件尺寸和大小，总体分为原型与模结构试验所用试件尺寸和大小，总体分为原型与模型两类。型两类。试件尺寸受到试件尺寸受到尺寸效应、构造要求、试验设备和经尺寸效应、构造要求、试验设备和经尺寸效应、构造要求、试验设备和经尺寸效应、构造要求、试验设备和经费条件费条件费条件费条件等因素的制约。等因素的制约。研究性试验研究性试验：采用缩尺模型。：采用缩尺模型。对于局部性试件：对于局部性试件：1/41/41 1；整体结构：；整体结构：1/101/101/21/2。生产性试验生产性试验：选用原型构件，如屋架、吊车梁和屋：选用原型构件，如屋架、吊车梁和屋面板。面板。基本构件性能研究基本构件性能研究?框架：1/41/2；?框架节点：1/21；?单层剪力墙：0.8mx1.0m1.78mx2.74m；?多层剪力墙：1/101/3；?砖石及砌块墙体：1/41/2；?薄壳和网架等空间结构：1/51/20；?振动台试验模型：1/501/4。静力试验试件静力试验试件大小要考虑大小要考虑尺寸效应尺寸效应。在满足构造模。在满足构造模拟要求的条件下太大的试件尺寸也没有必要。拟要求的条件下太大的试件尺寸也没有必要。实践证明：足尺结构虽然具有反映实际构造的优点，实践证明：足尺结构虽然具有反映实际构造的优点，但试验所耗费的经费和人工如用来做小比例尺试件，但试验所耗费的经费和人工如用来做小比例尺试件，可以大大增加试验数量和品种，而且试验室的条件可以大大增加试验数量和品种，而且试验室的条件比野外现场要好，测试数据的可信度也高。比野外现场要好，测试数据的可信度也高。因此，局部性的试件尺寸可取为原型的因此，局部性的试件尺寸可取为原型的1/41/41 1，整，整体性的结构试验试件可取体性的结构试验试件可取1/101/101/21/2。尺寸效应尺寸效应:反映结构构件和材料强度随试件尺寸的改反映结构构件和材料强度随试件尺寸的改变而变化的性质，试件尺寸越小，表现出相对强度变而变化的性质，试件尺寸越小，表现出相对强度提高越大和强度离散性也大的特征。尺寸太小要考提高越大和强度离散性也大的特征。尺寸太小要考虑尺寸效应，同时小尺寸试件难以满足试件构造上虑尺寸效应，同时小尺寸试件难以满足试件构造上的要求的要求例如混凝土抗压强度试验例如混凝土抗压强度试验 100100100 0.95 100100100 0.95 200200200 1.05200200200 1.05150150150 1.0150150150 1.0对于对于动力试验动力试验，试件尺寸常受试验加载条件等，试件尺寸常受试验加载条件等因素的限制。因素的限制。现场原型结构量测结构的动力特性。现场原型结构量测结构的动力特性。试验室足尺构件足尺构件疲劳试验试验室足尺构件足尺构件疲劳试验试验室地震模拟振动台试验室地震模拟振动台1/50-1/41/50-1/4的缩尺的缩尺模型试验（受振动台台面尺寸载重和激振力大小模型试验（受振动台台面尺寸载重和激振力大小等参数限制）等参数限制）2.2.3 2.2.3 试件数量试件数量生产性试验：按试验任务要求确定，靠抽样规定。预制构件按预制砼构件质量检验评定标准中结构性能检验规定确定试件数量，规定成批（不超过三个月的1000件同类型产品为一批）中随机抽取1件进行检验。抽样时，取设计荷载最大、受力最不利或生产数量最多的构件中抽取。“同类型产品”是指采用同一钢种、同一混凝土强度等级、同一工艺、同一结构形式的构件。uu科研性试验：试验是按研究目的而设计的，因此，试件的数量与各参数构成的因子数和水平数有关。科研性试验科研性试验因子设计法因子设计法正交设计法正交设计法（解决多因素）（解决多因素）如研究钢筋混凝土短柱抗剪强度试验主要分析因子：即主要影响参数，如混凝土强度等级、受拉钢筋配筋率、配箍率、轴向应力和剪跨比等。水平数：而对每一参数又要考虑有几种工作状态，如剪跨比2，3，4等。试件设计时必须要将它们相互组合起来，才能研究各个参数与其相应各种状态对试验问题的影响。因此参数与备种状态愈多，即因子数与水平数愈多，则要求的试件数量也就自然增加。因子设计法因子设计法 试件数试件数=水平数水平数因子数因子数正交试验设计：将参数组合与试验结果合并一起考虑，即利用事先制好的正交表来安排多因素试验，并进行试验结果分析的一种试验设计方法。正交表是正交试验设计法中合理安排试验并对试验结果进行统计分析的一种特殊表格。常用正交表有L4(23)、L9(34)、L12(31 24)等。试验次数因素的水平数因素数正交设计法正交设计法 试件主要因子组合试件主要因子组合试件主要因子组合试件主要因子组合试件设计中，在确定试验形状、尺寸和数量后，还需试件设计中，在确定试验形状、尺寸和数量后，还需要考虑试件安装、加载及量测的需要，需要在试件上要考虑试件安装、加载及量测的需要，需要在试件上做一些特殊构造，这对科研性试验尤为重要。做一些特殊构造，这对科研性试验尤为重要。2 2.2.4.2.4 结构试验时对试件设计的要求结构试验时对试件设计的要求科研性试验：为了保证结构或构件在某一预定的部位破坏，以期得到必要的测试数据，就需要对其它部位事先进行局部加固。为了保证试验量测的可靠性和安装仪表的方便，在试件特定部位必须预设埋件或预留孔洞。对于为测量混凝土内部应力的预埋元件或专门的混凝土应变计、钢筋应变计等，应在浇捣混凝土前，按相应的技术要求用专门方法将应变计等就位固定埋设在混凝土试件内部。2 2.3 3 结构试验加载方案设计结构试验加载方案设计 结构试验荷载设计主要取决于试验的目的要求，试验对象的结构形式、试件承受荷载的类型和性质以及实验室或现场所具有的加载条件等因素。试件就位与加载方案试验加载图式的选择与设计试验加载装置的设计试验荷载值的计算与试验加载制度2.3.1 2.3.1 试件就位与加载方案试件就位与加载方案按照结构试验时构件在空间就位型式分类：1.正位试验（最常见加载型式）对于梁板和屋架等简支的静定构件，正位试验时结构构件的受压区在上，受拉区在下，结构自重和它所承受的外荷载作用在同一垂直平面内。正位试验符合实际受力状态，应该优先采用。2.异位试验异位试验是在结构构件安装位置与实际工作状态不一致的情况下进行的试验。按照空间位置的不同，可以分为反位试验和卧位试验。1）反位试验定义：反位试验与正位试验在空间位置上正好相差180，构件的受拉区在上部，受压区在下部，该反位装置用液压加载器对结构进行多点加载时，加载器活塞向上对构件施加荷载，反力直接由试验台座平衡。特点：便于观测受拉区的裂缝；可以简化和减少加载装置。注意：外荷载首先要抵消构件自重，尤其对于自重较大钢混构件，在反位安装时要特别注意自重反位作用可能引起受压区的开裂。2）卧位试验定义：卧位试验与正位试验在空间位置上正好相差90，试验时构件平卧，平行于地面.特点：试件平卧可以降低试验高度，简化试验加载装置，便于试验观测。适合：跨度大的屋架结构和高大的柱子试验 现场卧位试验较多采用成对构件试验的方法（利用局部加强后的另一同类试件作为荷载平衡机构）。1.试件 2.加固后作荷载平衡用的屋架 3.支承反力架 4.液压加载器 5.荷载传感器 屋架成对卧位试验屋架成对卧位试验3.3.原位试验原位试验原位试验是为检验已建结构性能进行现场荷载试验唯一使用的方法。原位试验构件在生产或施工现场进行，并使其处于实际工作位置（支承情况、边界条件和实际工作状态完全一致），这时构件支承并不是理想支座，与计算简图有差别，甚至由于结构整体作用会产生部分卸荷作用，应特别注意荷载图式与加载方案的选择与设计。2.3.2 2.3.2 试验荷载图式的选择与设计试验荷载图式的选择与设计荷载图式定义试验荷载在试验结构上的布置形式（包括荷载类型与分布）。要求试验时荷载图式要根据试验目的来决定。试验时荷载图式要根据试验目的来决定。试验时的荷载应该使结构处于某种实际可能的最不试验时的荷载应该使结构处于某种实际可能的最不利的工作情况。利的工作情况。试验时荷载图式要与结构设计计算的荷载图式一样。试验时荷载图式要与结构设计计算的荷载图式一样。当采用不同于设计计算的荷载图式时当采用不同于设计计算的荷载图式时，原因如下：，原因如下：1 1）对设计计算时采用的荷载图式的合理性有所怀疑，）对设计计算时采用的荷载图式的合理性有所怀疑，故试验时采用某种更接近于结构实际受力情况的荷载故试验时采用某种更接近于结构实际受力情况的荷载布置方式。布置方式。2 2）在不影响结构工作和试验成果分析的情况下，由于）在不影响结构工作和试验成果分析的情况下，由于受试验条件的限制和为了加载方便，可以改变加载图受试验条件的限制和为了加载方便，可以改变加载图式，式，即即采用与计算荷载图式不同的采用与计算荷载图式不同的等效荷载等效荷载图式。图式。等效荷载指在它的作用下，结构构件的控制截面和控制部位上能产生于原来荷载作用时相同的某一作用效应（轴力、弯矩、剪力或变形）的荷载。等效荷载数值要根据其相同的某一效应的等效条件换算得到。采用等效荷载时，必须全面演算由于荷载图式的改变对结构造成的各种影响。必要时应对结构构件作局部加强，或对某些参数进行修正。当构件满足强度等效，而整体变形条件不等效时，则需对所测变形进行修正。取弯矩等效时，尚需演算剪力对构件的影响，同时要把采用等效荷载的试验结果所产生的误差控制在试验允许的范围内。框架节点荷载图式框架节点荷载图式图图a a是柱端无轴力的节点试是柱端无轴力的节点试验验,这种荷载图式只用于观这种荷载图式只用于观察梁端受力的情况。察梁端受力的情况。图图b b是有柱向轴力的试验，是有柱向轴力的试验，该荷载图式可以是梁端该荷载图式可以是梁端加载，也可以是柱端水加载，也可以是柱端水平加载。平加载。图图c c是边柱是边柱T T型节点的异位试型节点的异位试验，即将试件的柱子平卧，验，即将试件的柱子平卧，在两端施加水平轴力在两端施加水平轴力N N，梁上，梁上端部施加水平荷载端部施加水平荷载P.P.为了保证试验工作的正常进行，试验的荷载装置必须进行专门的设计，既不能分担试件承受的试验荷载，也不能阻碍试件变形的发展，要满足试件就位支承、荷载设备安装、试验荷载传递和试验全过程的正常工作要求。2.3.3 2.3.3 试验加载装置的设计试验加载装置的设计试验加载装置的基本要求：试验加载装置的基本要求：1.1.试验荷载装置应有足够的强度储备试验荷载装置应有足够的强度储备 强度要满足最大试验荷载的要求，并有一定的安全储备，一般为50100；同时要考虑到结构受载后有可能使局部构件的强度提高。对于动力疲劳试验的荷载装置，由于荷载装置也承受多次重复荷载作用，必须复核其动力特性和演算其疲劳强度，防止共振。2.试验荷载装置要满足自身刚度的要求 试验装置的刚度直接影响到试件的破坏形态，在试验加载中，试验装置承受反力，同样会产生较大变形，并积蓄较大变形能。后期试件抗力下降，变形能释放并对产生较大冲击作用，使其塑性变形不能充分发展而出现脆性破坏特征。因此，试验装置刚度不足，将难以获得试件受极限荷载后变形极限状态的反应。试验装置有足够刚度，还可以保证装置自身有可靠地稳定性。3.试验荷载装置要满足试件的边界条件和受力变形的真实状态。要求试验荷载装置能符合结构的受力条件，能模拟试验结构的边界条件和变形条件。例墙体推压试验，如左图施加竖向荷载用的拉杆对墙体的变形会产生一定的约束作用。而右图的加载方式能消除约束，较好的符合实际受力状况4.加载装置中还必须注意试件的支承方式：如支承点的摩擦力影响使实际弯矩减小；5.尽可能构造简单，加工、组装方便。多功能，能满足各种试验要求的装置。2.3.4 2.3.4 试验荷载值计算和加载制度的设计试验荷载值计算和加载制度的设计1.1.1.1.试验荷载值的计算试验荷载值的计算试验荷载值的计算试验荷载值的计算 根据国家标准和各种结构设计规范规定：根据国家标准和各种结构设计规范规定：1 1）结构极限状态分为）结构极限状态分为承载能力极限状态和正常使承载能力极限状态和正常使用极限状态用极限状态，结构构件应，结构构件应按不同的荷载效应组合设按不同的荷载效应组合设计值进行承载力计算及稳定、变形、抗裂和裂缝宽计值进行承载力计算及稳定、变形、抗裂和裂缝宽度演算度演算。?如混凝土结构试验，试验荷载值应按下列情况计算如混凝土结构试验，试验荷载值应按下列情况计算结构刚度、裂缝宽度试验-正常使用极限状态的试验荷载值结构抗裂性试验-开裂试验荷载值结构承载能力试验-承载力试验荷载值2 2）按荷载作用时间不同，正常使用极限状态的试验荷）按荷载作用时间不同，正常使用极限状态的试验荷载值可以分为载值可以分为短期试验荷载值短期试验荷载值短期试验荷载值短期试验荷载值和和长期试验荷载值长期试验荷载值长期试验荷载值长期试验荷载值（考（考虑长期效应组合影响应进行修正）虑长期效应组合影响应进行修正）.3 3）生产性试验生产性试验的各种不同极限状态的试验荷载值，可的各种不同极限状态的试验荷载值，可以直接根据荷载标准值来确定荷载短期效应组合的设以直接根据荷载标准值来确定荷载短期效应组合的设计值，再按试验加载图式换算为试验荷载值。计值，再按试验加载图式换算为试验荷载值。4 4）科研性试验科研性试验可以由材性和截面的实际参数计算试件可以由材性和截面的实际参数计算试件控制截面上的内力计算值，以此来确定试验荷载值。控制截面上的内力计算值，以此来确定试验荷载值。5 5）已建结构已建结构的可靠性检验，可以参照科研性试验方法的可靠性检验，可以参照科研性试验方法确定试验荷载值。确定试验荷载值。6 6）动力试验动力试验，应考虑动力荷载的动力系数。，应考虑动力荷载的动力系数。2.2.试验加载制度试验加载制度1 1）概念：指试验进行期间荷载的大小和方向与加载时）概念：指试验进行期间荷载的大小和方向与加载时间的关系。包括加载速度的快慢、加载时间间歇的间的关系。包括加载速度的快慢、加载时间间歇的长短、分级荷载的大小和加载卸载循环的次数等。长短、分级荷载的大小和加载卸载循环的次数等。结构的承载能力和变形性质与所受荷载作用的时间结构的承载能力和变形性质与所受荷载作用的时间特征有关，不同性质的试验必须根据试验的要求制特征有关，不同性质的试验必须根据试验的要求制定不同的加载制度：定不同的加载制度：结构静力试验：预加载、设计试验荷载和破坏荷载等三阶段的单调静力加载试验结构抗震静力试验：采用控制荷载或变形的低周反复加载结构拟动力试验：计算机控制，结构受地震地面运动加速度作用后的位移反应时程曲线进行加载一般结构动力试验：采用正弦激振加载地震模拟振动台：模拟地震地面运动加速度地震波的激振试验静载试验加荷程序图静载试验加荷程序图承载力极限状态检测正常使用极限状态检测预载级间间歇1015分钟满载时间30分钟开裂荷载正常极限荷载承载极限荷载空载时间45分钟荷载分级2.4 2.4 结构试验的观测设计结构试验的观测设计试验测试方案包括以下几个内容：试验测试方案包括以下几个内容：按整个试验目的要求，确定试验测试项目；按整个试验目的要求，确定试验测试项目；按确定的量测项目要求，选择各测点的位置；按确定的量测项目要求，选择各测点的位置；选择测试仪器和测定方法。选择测试仪器和测定方法。一、观测项目一、观测项目的的确定确定首先考虑结构的整体变形，因为其可以基本上反映首先考虑结构的整体变形，因为其可以基本上反映结构的工作状况。结构的工作状况。其次对于某些构件，局部变形也很重要。其次对于某些构件，局部变形也很重要。总之，破坏性试验本身就充分说明结构工作状态，总之，破坏性试验本身就充分说明结构工作状态，观测项目可以适当少些；非破坏性试验的观测项目观测项目可以适当少些；非破坏性试验的观测项目及测点布置必须满足分析和推断结构工作状况的最及测点布置必须满足分析和推断结构工作状况的最低需要。低需要。二、测点的选择与布置二、测点的选择与布置在满足试验目的前提下，测点宜少不宜多。在满足试验目的前提下，测点宜少不宜多。对于新型结构或新课题，可以采用逐步逼近由粗到对于新型结构或新课题，可以采用逐步逼近由粗到细的方法，经初步分析后再补充适量的测点。细的方法，经初步分析后再补充适量的测点。测点的位置必须具有代表性，以便于分析和计算。测点的位置必须具有代表性，以便于分析和计算。结构的最大值（最大挠度、最大应力等）出现的部结构的最大值（最大挠度、最大应力等）出现的部位必须布置测点，如最大挠度布置在跨中处，应变位必须布置测点，如最大挠度布置在跨中处，应变测点布置在最不利截面的最大受力纤维上，最大应测点布置在最不利截面的最大受力纤维上，最大应力一般在最大弯矩、最大剪力截面上或弯矩剪力同力一般在最大弯矩、最大剪力截面上或弯矩剪力同时出现较大数值的截面上，产生应力集中的空穴边时出现较大数值的截面上，产生应力集中的空穴边缘上或截面突变的区域。缘上或截面突变的区域。为了保证测量数据的可靠性，还应布置一定数量的为了保证测量数据的可靠性，还应布置一定数量的校核性测点。校核性测点。测量数据测量数据在未知并需要知道应力和变形的位置上在未知并需要知道应力和变形的位置上布点所获得的测量数据。布点所获得的测量数据。控制数据控制数据又称又称“校核数据校核数据”，即在已知应力和变，即在已知应力和变形的位置上布点所获得的数据。校核测点可以布置形的位置上布点所获得的数据。校核测点可以布置在结构边缘凸角、理论计算比较有把握的位置或利在结构边缘凸角、理论计算比较有把握的位置或利用结构本身和荷载作用的对称性布点。用结构本身和荷载作用的对称性布点。测点的布置应有利于试验时操作和测读，测点的布测点的布置应有利于试验时操作和测读，测点的布置宜适当集中。置宜适当集中。各种受力截面上的测点布置各种受力截面上的测点布置三、仪器的选择三、仪器的选择在选择测量仪器时，既要保证所需的精度与量程要在选择测量仪器时，既要保证所需的精度与量程要求，也要避免盲目追求高准确度和高灵敏度的精密仪求，也要避免盲目追求高准确度和高灵敏度的精密仪器。一般要求最小刻度值不超器。一般要求最小刻度值不超过过5%5%的的最大被测值。最大被测值。测量仪测量仪器的量程应该满足最大应变或挠度的需要。器的量程应该满足最大应变或挠度的需要。最大被测值宜在仪器满量程的最大被测值宜在仪器满量程的1/5-2/31/5-2/3，不宜大于仪，不宜大于仪器最大量程的器最大量程的80%80%。采用电阻应变仪进行多点测量或远距离测量，对结采用电阻应变仪进行多点测量或远距离测量，对结构内部测点采用电测仪表，对于附着于结构上的机械构内部测点采用电测仪表，对于附着于结构上的机械式仪表要求自重轻、体积小，且不影响结构工作。式仪表要求自重轻、体积小，且不影响结构工作。选择测量仪表时要考虑测读方便省时，必要时采选择测量仪表时要考虑测读方便省时，必要时采用自动记录装置。用自动记录装置。测量仪器的型号规格应尽可能一致，不一致时种测量仪器的型号规格应尽可能一致，不一致时种类越少越好。类越少越好。动力试验中，应注意线性范围频响特性和相位特动力试验中，应注意线性范围频响特性和相位特性要满足量测要求。性要满足量测要求。四、仪器的测读原则四、仪器的测读原则原则原则：必须同时测读全部仪器的读数，因为结构变形：必须同时测读全部仪器的读数，因为结构变形与时间有关，同时读数才能说明结构在当时的实际工与时间有关，同时读数才能说明结构在当时的实际工作状况。作状况。试验中观测时间一般选在加载间歇时间内，最好在每试验中观测时间一般选在加载间歇时间内，最好在每次加载完毕后的一定时间开始测读一次，到加下一级次加载完毕后的一定时间开始测读一次，到加下一级荷载前，再观测一次读数。荷载前，再观测一次读数。对于一些次要测点，每隔二对于一些次要测点，每隔二级或更多级荷载才读一次级或更多级荷载才读一次当荷载维持较长时间不变时，应按规定时间（当荷载维持较长时间不变时，应按规定时间（5min5min、30min30min、1h1h、以后每隔、以后每隔3-6h3-6h）测读数据。）测读数据。每次记录同时记下周围的温度和湿度。每次记录同时记下周围的温度和湿度。对于重要数据，应边记录边初步整理数据，并与理论对于重要数据，应边记录边初步整理数据，并与理论值比较，从而确定下一级荷载的加载情况。值比较，从而确定下一级荷载的加载情况。2.5 2.5 结构试验的误差控制结构试验的误差控制在试件制作、材料性能、安装就位、加载测量和数在试件制作、材料性能、安装就位、加载测量和数据采集等各个阶段都可能存在或产生误差。为此，据采集等各个阶段都可能存在或产生误差。为此，应该在设计阶段的各个环节加以控制，提高测试精应该在设计阶段的各个环节加以控制，提高测试精度，保证试验质量。度，保证试验质量。一一一一、试件制作的误差试件制作的误差试件制作的误差试件制作的误差1.1.误差产生原因误差产生原因对于混凝土构件外形尺寸的偏差（由于在试件制对于混凝土构件外形尺寸的偏差（由于在试件制作中材料膨胀收缩与模板变形）；钢筋骨架变形、作中材料膨胀收缩与模板变形）；钢筋骨架变形、主筋错位和保护层厚度改变（由于钢筋骨架绑扎误主筋错位和保护层厚度改变（由于钢筋骨架绑扎误差和施工振捣位置移动）差和施工振捣位置移动）对于砌体构件平整度、垂直度和实际尺寸误差等对于砌体构件平整度、垂直度和实际尺寸误差等（由于材质离散及施工砌筑质量的影响）（由于材质离散及施工砌筑质量的影响）2.2.控制误差方法控制误差方法试验前必须量测试件主要受力区的实际外形尺寸，试验前必须量测试件主要受力区的实际外形尺寸，试验后打开混凝土实测主筋位置和保护层厚度。采试验后打开混凝土实测主筋位置和保护层厚度。采用试件的实测尺寸进行理论计算。用试件的实测尺寸进行理论计算。二、二、材料性能的误差材料性能的误差 结构受力和变形特点除了受荷载等外界因素影响外，还取决于组成这个结构的材料内部抵抗外力的性能。充分了解材料的力学性能，对于在结构试验前或试验过程中正确估计结构的承载能力和实际工作状况，以及在试验后整理试验数据，处理试验结果等工作都具有非常重要的意义。由于结构材料性质不同，必须测定材料性能的最基本参数，如砼抗压强度、钢筋屈服强度和抗拉极限强度等。名义强度名义强度按照国家标准或部颁标准所规定的标按照国家标准或部颁标准所规定的标准试验方法，对标准试件试验后得出的相应强度。准试验方法，对标准试件试验后得出的相应强度。名义强度与实际强度之间存在误差名义强度与实际强度之间存在误差名义强度与实际强度之间存在误差名义强度与实际强度之间存在误差材料力学性能指标材料力学性能指标由钢筋、混凝土等各种试样或由钢筋、混凝土等各种试样或试块进行试块进行试验所得结果的平均值。如材料的相关物试验所得结果的平均值。如材料的相关物理量及其变化关系曲线。理量及其变化关系曲线。由于混凝土材料的不均匀性，故其测定值会有较大由于混凝土材料的不均匀性，故其测定值会有较大波动。一波动。一般混凝土弹模、强度均在测定值般混凝土弹模、强度均在测定值10%10%内波动，内波动，钢筋强度在测定值钢筋强度在测定值5-10%5-10%波波动。此外，测定值也会因动。此外，测定值也会因试件形状、尺寸、及养护条件等不同而有区别。试件形状、尺寸、及养护条件等不同而有区别。减少材料误差的方法减少材料误差的方法减少材料误差的方法减少材料误差的方法：要求确定材料强度的试块和：要求确定材料强度的试块和结构试件应具有结构试件应具有同一性同一性。同一性同一性同一性同一性在科研性试验中，要求结构试件和材性在科研性试验中，要求结构试件和材性试件同一型号、严格的材料性质一致性、施工工艺试件同一型号、严格的材料性质一致性、施工工艺的一致性和养护条件的一致性。的一致性和养护条件的一致性。对钢筋混凝土构件对钢筋混凝土构件，要求相同强度等级、浇注时同，要求相同强度等级、浇注时同批搅拌的的混凝土、相同模板成型、相同振捣和养批搅拌的的混凝土、相同模板成型、相同振捣和养护条件、相同时间拆模和同时进行试验。护条件、相同时间拆模和同时进行试验。对钢筋骨架等均匀材质对钢筋骨架等均匀材质，同级同批同直径取样，有，同级同批同直径取样，有时甚至在构件试验破坏后，从破坏的试件中取样进时甚至在构件试验破坏后，从破坏的试件中取样进行材料试验。行材料试验。在砖石或砌体砌筑在砖石或砌体砌筑，要求同一工人、用同批砖块或，要求同一工人、用同批砖块或砌块和同批拌制的砂浆砌筑同一砌体试件。砌块和同批拌制的砂浆砌筑同一砌体试件。材料试验方法的标准化材料试验方法的标准化材料试验方法的标准化材料试验方法的标准化1.1.直接试验法直接试验法制作试件的制作试件的材料材料尽可能与结构试件的工作情况相同尽可能与结构试件的工作情况相同 标准试件标准试件 标准试验方法标准试验方法 如果采用的试件尺寸和方法有别于标准试件，应对如果采用的试件尺寸和方法有别于标准试件，应对试验结果进行试验结果进行尺寸修正尺寸修正。2.2.间接试验法间接试验法又称又称“非破损试验法非破损试验法”或或“半破损试验法半破损试验法”。由于。由于结构的材料力学性能随时间发生变化，在没有同条结构的材料力学性能随时间发生变化，在没有同条件试块下，对已建结构各部位现有材料力学性能进件试块下，对已建结构各部位现有材料力学性能进行检测。并以此鉴定结构目前具有的承载力。行检测。并以此鉴定结构目前具有的承载力。该法是采用专门设备，直接在结构上测量与材料强该法是采用专门设备，直接在结构上测量与材料强度有关的物理量或在结构上局部取样后测定并推算度有关的物理量或在结构上局部取样后测定并推算材料强度。材料强度。材料性能试验方法对材料强度指标的影响材料性能试验方法对材料强度指标的影响1.1.试件尺寸与形状的影响试件尺寸与形状的影响国际上，测定混凝土材料强度的试件有立方体和圆国际上，测定混凝土材料强度的试件有立方体和圆柱体两种：柱体两种：测定混凝土立方强度立方体试件边长为测定混凝土立方强度立方体试件边长为200mm200mm、150mm150mm和和100mm100mm 测定混凝土轴压强度测定混凝土轴压强度棱柱体试件棱柱体试件按按h/ah/a为为100mm*100mm*300mm100mm*100mm*300mm和和150mm*150mm*450mm150mm*150mm*450mm 圆柱体试件圆柱体试件按按h/dh/d为为100mm*200mm100mm*200mm和和150mm*300mm150mm*300mm我国规定混凝土立方体抗压强度试件尺寸为我国规定混凝土立方体抗压强度试件尺寸为200mm200mm、150mm150mm、100mm100mm三种。三种。2.2.试验加荷速度的影响试验加荷速度的影响在材料力学性能试验时，加荷速度越快，即引起材在材料力学性能试验时，加荷速度越快，即引起材料的应变速率越高，则试件的强度和弹模也高。料的应变速率越高，则试件的强度和弹模也高。钢筋的强度随加荷速度的提高而加大。混凝土也随钢筋的强度随加荷速度的提高而加大。混凝土也随加荷速度的增加，强度和弹模也有所提高。加荷速度的增加，强度和弹模也有所提高。钢筋在不同应变速率下的应力钢筋在不同应变速率下的应力钢筋在不同应变速率下的应力钢筋在不同应变速率下的应力-应变关系应变关系应变关系应变关系不同应变速率的混凝土的应力不同应变速率的混凝土的应力不同应变速率的混凝土的应力不同应变速率的混凝土的应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线三三、试件安装误差试件安装误差 1.1.试件安装就位前仔细对试件安装就位前仔细对支座反力作用线定位支座反力作用线定位，注，注意试件安装就位的正确性。意试件安装就位的正确性。2.2.正确定出正确定出荷载作用点的位置荷载作用点的位置，偏心荷载应确定偏，偏心荷载应确定偏心距，避免构件截面内力差异。心距，避免构件截面内力差异。3.3.支座约束条件支座约束条件要严格与计算假定一致。要严格与计算假定一致。4.4.防止因防止因支承面支承面不平整引起试件扭转或变形倾覆。不平整引起试件扭转或变形倾覆。四四、试