建筑结构荷载试验.pdf

<p>实验技术为手段，测量能反映结结构或构件构或构件实际工作性能实际工作性能的有关参数，为判断结构的承载承载能力和安全储备能力和安全储备提供重要根据。建筑结构试验是工业与民用建筑专业的一门专业技术课程。本课程的任务是使学生获得建筑结构试验方面的基础知识和基本技能，能够进行一般建筑结构试验的设计与实施。3建筑结构试验结构试验设计结构试验设计结构试验设计结构试验设计试件设计试件设计试件设计试件设计加载方案加载方案加载方案加载方案测试方案测试方案测试方案测试方案荷载设备荷载设备荷载设备荷载设备数据采集和测数据采集和测数据采集和测数据采集和测量仪器量仪器量仪器量仪器4建筑结构试验课课课课 时时时时 安安安安 排排排排第一章 结构试验概论（2课时）第三章 结构试验的荷载设备（2课时）第四章 结构试验的数据采集和测量仪器（2课时）第二章 结构试验设计（4课时）第五章 结构单调加载静力试验（2课时）第六章 结构低周反复静力加载试验（2课时）第九章 结构试验现场检测技术（2课时）第十章 结构试验的数据处理（2课时）5建筑结构试验第一章第一章结构试验概论结构试验概论6建筑结构试验结构试验与理论分析的关系：结构试验与理论分析的关系：?作为一门试验科学，目的是对结构物的受力性能作对结构物的受力性能作出评价，并为验证和发展计算理论出评价，并为验证和发展计算理论提供依据；?当计算理论比较完善计算理论比较完善，足以分析结构物的受力特性时，则无须进行结构试验；?当计算理论有待完善或分析对象为新材料、新工艺新材料、新工艺或新型结构或新型结构时，则需要进行结构试验。?如结构的弹性内力计算与塑性承载力设计方法、长期性能、耐如结构的弹性内力计算与塑性承载力设计方法、长期性能、耐久性等久性等7建筑结构试验简支受弯梁试验：（著名的路标试验）简支受弯梁试验：（著名的路标试验）?研究简支受弯梁截面应力分布。8建筑结构试验简支受弯梁试验：（路标试验）简支受弯梁试验：（路标试验）?17世纪初，伽利略提出截面应力均匀分布；?17世纪中，有人将其修正为三角形分布；?1713年，巴朗（法国）提出正确的应力分布型式，但未能进行试验验证；?1767年，容格密理（法国）提出路标试验路标试验；?1821年，拿维叶（法国科学院院士）推导了受弯构件应力分布的计算公式；?1850年，阿莫历思（法国科学院院士）完成了试验验证。9建筑结构试验结构试验在我国的发展历史：结构试验在我国的发展历史：?解放前，结构试验在我国几乎是空白；?1953年，长春市25.3m输电塔原型检验性试验；?1957年，武汉长江大桥静载和动载试验；?1959年，北京火车站35m35m双曲薄壳静力试验；?70年代后，上海体育馆、南京五台山体育馆网架模型试验；?1977年，“建筑结构测试技术的研究”八年规划；?上世纪80年代以来，随着大型高精度试验装置和数采系统的应用，标志着我国结构试验达到一个新水平。10建筑结构试验结构试验的发展趋势：结构试验的发展趋势：?大型化、体系化；?精密性，包括试件设计、加载、测试；?计算机联机试验。我校的结构试验建设情况：我校的结构试验建设情况：?共有六个试验室；?静力静力、拟动力、振动台、抗火、风洞、耐久性。11建筑结构试验结构试验的任务：结构试验的任务：?定义：课本P12PP应变片P P曲线（构件）曲线（构件）M M关系（截面）关系（截面）承载力、挠度、裂缝承载力、挠度、裂缝平截面假定验证12建筑结构试验结构试验的目的：结构试验的目的：?生产性试验（又称鉴定性试验或检验性试验）?科研性试验13建筑结构试验生产性试验：生产性试验：?特点：非探索性、有比较成熟的计算理论、针对实际结非探索性、有比较成熟的计算理论、针对实际结构或构件构或构件?应用场合：检验结构设计和施工质量；检验已有建筑物的可靠性，推断剩余寿命；鉴定加固，改造工程的实际受力性能；为工程事故鉴定处理提供技术依据；检验结构构件或部位的受力性能。14建筑结构试验科研性试验：科研性试验：?特点：具有研究、探索、开发的性质，针对试件而不一具有研究、探索、开发的性质，针对试件而不一定是具体结构。定是具体结构。?应用场合：验证结构计算理论及有关假定、推断等；为编制有关设计规范提供依据；推广应用新结构、新材料、新工艺。15建筑结构试验建筑结构试验的分类：建筑结构试验的分类：?按试验对象：真型试验、模型试验；?按荷载性质：静力试验、动力试验；?按试验时间：短期荷载试验、长期荷载试验；?按试验场合：试验室试验、现场试验；?按破坏程度：破坏性试验与非破坏性试验。16建筑结构试验真型试验与模型试验：真型试验与模型试验：?真型试验真型试验试验对象：实际结构或按比例复制的结构、构件优点：完全反映真实结构受力特性，试验结论可靠缺点：费用高，加载难度大，试验周期长?模型试验模型试验试验对象：缩尺试件优点：实施方便，费用低，多参数、多试件缺点：严格相似条件难实现，尺寸效应17建筑结构试验静力试验与动力试验：静力试验与动力试验：?静力试验静力试验单调静力试验、低周反复静力试验等优点：加载设备简单，试验观测方便缺点：不能反映结构动力性能?动力试验动力试验振动台试验、疲劳试验、风载试验等优点：能真实反映结构的动力特性和动力响应缺点：加载设备和测试手段复杂18建筑结构试验短期荷载试验与长期荷载试验：短期荷载试验与长期荷载试验：?短期荷载试验短期荷载试验一般试验全过程持续几分钟到几天?长期荷载试验试验全过程持续几个月、几年到数十年主要研究与时间有关的结构特性（如：混凝土的收缩、徐变，预应力筋的松弛，结构的耐久性能 等）19建筑结构试验试验室试验与现场试验：试验室试验与现场试验：?试验室试验试验室试验适用于科研性试验是今后结构试验的主要发展方向?现场试验现场试验试件或结构的工作条件、结构型式等完全反映工程实际情况20建筑结构试验破坏性试验与非破坏性试验：破坏性试验与非破坏性试验：?现场试验和长期荷载试验多为非破坏性试验?试验室试验与短期荷载试验多为破坏性试验21建筑结构试验思考题：思考题：1、简述结构试验的任务。2、按试验目的的不同，结构试验可分为哪两类？3、简述生产性试验的目的。4、简述科研性试验的目的。5、试对比真型试验与模型试验。6、简述静力试验与动力试验的不同。7、阐述短期试验与长期试验的区分。8、说明试验室试验与现场试验的不同。22建筑结构试验第三章第三章结构试验的荷载设备结构试验的荷载设备23建筑结构试验结构试验中的加载方法：结构试验中的加载方法：?重力加载法；?液压加载法；?惯性力加载法；?机械力加载法；?气压加载法；?电磁加载法；?人激振动加载法；?环境随机振动激振法。24建筑结构试验重力加载法：重力加载法：?包括重力直接加载法和杠杆加载法。直接加载法直接加载法应注意避免因荷重应注意避免因荷重块产生块产生拱作用拱作用而改而改变荷载分布。变荷载分布。杠杆加载法杠杆加载法结构变形后荷载不结构变形后荷载不改变，但改变，但无法自行无法自行卸载卸载。25建筑结构试验重力加载法：重力加载法：预应力钢混凝土组合梁长期荷载试验预应力钢混凝土组合梁长期荷载试验26建筑结构试验液压加载法：液压加载法：?目前结构试验中最常用的加载方法；?可适用于静、动载试验，吨位可大、可小；?液压加载方法 液压加载系统和试验台座；结构试验机系统。?液压加载装置 液压加载器；结构试验机；地震模拟振动台。液压加载系统；电液伺服液压系统；27建筑结构试验液压加载器：液压加载器：液压千斤顶液压千斤顶电动泵电动泵28建筑结构试验液压加载系统：液压加载系统：?组成部分 液压加载器 液压控制台 反力架 台座?适用于各类结构的静载试验（包括拟静力试验）29建筑结构试验液压加载系统：液压加载系统：5M5M钢桁架结构钢桁架结构静力分析试验静力分析试验液压千斤顶液压千斤顶手动油泵手动油泵竖向反力架竖向反力架支墩支墩30建筑结构试验结构试验机：结构试验机：10000kN10000kN大型多功能试验机系统（同济大学建筑结构试验室）大型多功能试验机系统（同济大学建筑结构试验室）球铰及微动探测装置10000kN垂向加载油缸3000kN水平加载装置1500kN水平加载装置水平伺服跟动装置横梁升降机构横梁缩紧机构垂向伺服跟动装置31建筑结构试验地震模拟振动台：地震模拟振动台：同济大学土木工程防同济大学土木工程防灾国家重点试验室灾国家重点试验室美国美国MTSMTS公司三向六自由公司三向六自由度维模拟地震振动台，度维模拟地震振动台，台面尺寸台面尺寸4m4m4m4m，最大，最大试件质量试件质量25t25t。32建筑结构试验惯性力加载法：惯性力加载法：?利用运动物体质量的惯性施加动力荷载；?冲击力加载法 初位移加载法；初速度加载法；反冲激振法。?离心力加载法 优点：结构简单，容易产生较大振幅和激振力；缺点：频率低，振幅调节难，只能产生简谐荷载。?直线位移惯性力加载法 激振力大，但频率较小（500mm500mm的裂缝检测的裂缝检测 钻孔探测钻孔探测还可用于钻孔灌注桩的质量检验还可用于钻孔灌注桩的质量检验177建筑结构试验（六）超声法检测混凝土缺陷（续）（六）超声法检测混凝土缺陷（续）2 2、混凝土内部空洞缺陷的检测、混凝土内部空洞缺陷的检测?具体检测方法有：声速法、波形法、振幅法、频率具体检测方法有：声速法、波形法、振幅法、频率法等。法等。?有缺陷处：有缺陷处：3 3、混凝土表层损伤的检测、混凝土表层损伤的检测?混凝土结构由火灾、冻害、化学侵蚀等引起的混凝混凝土结构由火灾、冻害、化学侵蚀等引起的混凝土表层损伤，其损伤厚度可用表面平测法检测。土表层损伤，其损伤厚度可用表面平测法检测。?此外，超声法还可测定施工缝的质量、加固修补结此外，超声法还可测定施工缝的质量、加固修补结构面质量、混凝土匀质性的检测。构面质量、混凝土匀质性的检测。变慢变慢波形畸变波形畸变首波滞后首波滞后减小减小高频分量减少高频分量减少低频分量增加低频分量增加178建筑结构试验（七）混凝土结构钢筋位置和钢筋锈蚀的检测（七）混凝土结构钢筋位置和钢筋锈蚀的检测1 1、钢筋位置的检测、钢筋位置的检测?钢筋位置测试仪：利用电磁感应原理，可以检测钢钢筋位置测试仪：利用电磁感应原理，可以检测钢筋混凝土结构中钢筋的位置、直径和保护层厚度。筋混凝土结构中钢筋的位置、直径和保护层厚度。?电磁感应检测适用于：配筋稀疏、保护层不太大、电磁感应检测适用于：配筋稀疏、保护层不太大、钢筋在同一平面内。钢筋在同一平面内。2 2、钢筋锈蚀的检测、钢筋锈蚀的检测?检测方法：半电池电位法、双极法、磁差频率法。检测方法：半电池电位法、双极法、磁差频率法。179建筑结构试验混凝土结构检测方法的比较混凝土结构检测方法的比较应有计划应有计划，分布取样，分布取样中中接近表面接近表面微破损微破损混凝土质量、配混凝土质量、配合比、水泥含量合比、水泥含量化学分析法化学分析法有条件限制，并需测碳化有条件限制，并需测碳化深度深度低低表面表面无损伤无损伤混凝土强度混凝土强度回弹试验回弹试验应做对比试验，被测面要应做对比试验，被测面要处理处理中中优优无损伤无损伤混凝土强度、密混凝土强度、密实度、缺陷实度、缺陷超声波试验超声波试验最小边距和构件厚度限制最小边距和构件厚度限制中中接近表面接近表面应修补应修补混凝土强度混凝土强度拔出试验拔出试验取芯试件尺寸和分布有限取芯试件尺寸和分布有限制和要求制和要求高高良良应修补应修补混凝土强度混凝土强度取芯试验取芯试验构件宜从结构上取出，试构件宜从结构上取出，试验条件与计算条件一致，验条件与计算条件一致，当做原位试验时，应考虑当做原位试验时，应考虑相邻构件的影响相邻构件的影响高高优优构件可能构件可能破坏破坏构件强度和性能构件强度和性能超载试验超载试验必须从结构上取出，试验必须从结构上取出，试验条件应与计算条件一致条件应与计算条件一致高高优优试件破坏试件破坏构件强度和性能构件强度和性能破坏荷载试破坏荷载试验验主要限制条件主要限制条件可靠性可靠性代表性代表性破损情况破损情况试验目的试验目的试验方法试验方法180建筑结构试验9.3 9.3 砖砌体结构的现场检测技术砖砌体结构的现场检测技术（一）砖砌体强度的间接测定法（一）砖砌体强度的间接测定法?冲击法：适用于冲击法：适用于M5M5-M15M15的砂浆和的砂浆和MU5MU5-3535的砖块的的砖块的抗压强度检测。抗压强度检测。?回弹法：利用专门的砖块回弹仪和砂浆回弹仪检回弹法：利用专门的砖块回弹仪和砂浆回弹仪检测抗压强度。测抗压强度。?推出法：通过测定水平砂浆的抗剪强度推算其抗推出法：通过测定水平砂浆的抗剪强度推算其抗压强度。压强度。181建筑结构试验9.3 9.3 砖砌体结构的现场检测技术（续）砖砌体结构的现场检测技术（续）（二）砖砌体原位轴心抗压强度测定法（二）砖砌体原位轴心抗压强度测定法?扁顶法：由扁式液压加载器量测，可以测定砌体扁顶法：由扁式液压加载器量测，可以测定砌体抗压强度、原位工作应力、应力应变曲线等。抗压强度、原位工作应力、应力应变曲线等。?原位轴压法：可以测定结构不受扰动情况下的抗原位轴压法：可以测定结构不受扰动情况下的抗压强度，结果较为可靠，而且试验对结构造成的压强度，结果较为可靠，而且试验对结构造成的局部损失易修复。局部损失易修复。182建筑结构试验9.4 9.4 钢结构现场检测技术钢结构现场检测技术（一）钢材强度测定（一）钢材强度测定?表面硬度法：利用布式硬度计测定。表面硬度法：利用布式硬度计测定。（二）钢材和焊缝缺陷检测（二）钢材和焊缝缺陷检测?超声法：能探测试件深处的缺陷，在钢材中可深超声法：能探测试件深处的缺陷，在钢材中可深达达1.5m1.5m。频率较高（。频率较高（0.50.5-2MHz2MHz）脉冲反射法：又分为纵波探伤和横波探伤两种脉冲反射法：又分为纵波探伤和横波探伤两种 透射法透射法?磁粉探伤：利用钢材或焊缝缺陷处磁力线发生偏磁粉探伤：利用钢材或焊缝缺陷处磁力线发生偏转的原理。转的原理。?射线探伤：利用钢材或焊缝缺陷处射线衰减较少射线探伤：利用钢材或焊缝缺陷处射线衰减较少的原理。的原理。183建筑结构试验1 1、超声回弹综合法中是否还要进行混凝土碳化深度的修正？、超声回弹综合法中是否还要进行混凝土碳化深度的修正？为什么？为什么？2 2、超声法检测混凝土强度，混凝土强度和超声波波速度关系、超声法检测混凝土强度，混凝土强度和超声波波速度关系是什么？是什么？3 3、简述超声回弹综合法检测混凝土强度的工作原理以及测区、简述超声回弹综合法检测混凝土强度的工作原理以及测区的选择方法。的选择方法。4 4、混凝土强度的局部破损检测技术有哪几种？各自特点？、混凝土强度的局部破损检测技术有哪几种？各自特点？5 5、简述混凝土内部缺陷的超声法检测技术。、简述混凝土内部缺陷的超声法检测技术。6 6、阐述混凝土强度与缺陷的几种检测方法。、阐述混凝土强度与缺陷的几种检测方法。7 7、试对比混凝土内部钢筋位置和内部钢筋锈蚀的几种检测技、试对比混凝土内部钢筋位置和内部钢筋锈蚀的几种检测技术？术？8 8、砌体结构强度的非破损检测技术有哪几种，原理是什么？、砌体结构强度的非破损检测技术有哪几种，原理是什么？9 9、钢材强度测定方法及原理？、钢材强度测定方法及原理？思考题：思考题：184建筑结构试验第十章第十章结构试验的数据处理结构试验的数据处理185建筑结构试验主要内容主要内容?10.1 10.1 概述概述?10.2 10.2 数据的整理和换算数据的整理和换算?10.3 10.3 数据的统计分析数据的统计分析?10.4 10.4 误差分析误差分析?10.5 10.5 数据的表达数据的表达186建筑结构试验10.1 10.1 概述概述?数据处理的内容和步骤数据处理的内容和步骤 原始数据的整理与转换原始数据的整理与转换 数据的统计分析数据的统计分析 数据的误差分析数据的误差分析 数据的表达数据的表达187建筑结构试验10.2 10.2 数据的整理和换算（续）数据的整理和换算（续）?国家标准国家标准数值修约规则数值修约规则（二）（二）负数修约时，先将它的绝对值按上述规则修约后负数修约时，先将它的绝对值按上述规则修约后再加负号再加负号 一次修约，不得连续修约一次修约，不得连续修约加减：先加减运算，再修约加减：先加减运算，再修约乘除：先乘除运算，再按最小有效乘除：先乘除运算，再按最小有效位数修约位数修约乘方、开方：同乘方、开方：同“乘除乘除”运算运算数值运算时数值运算时188建筑结构试验10.2 10.2 数据的整理和换算数据的整理和换算?国家标准国家标准数值修约规则数值修约规则（一）（一）将数值修约成规定有效位数的数值将数值修约成规定有效位数的数值 拟舍弃数字的最左一位数字小于拟舍弃数字的最左一位数字小于5 5，则舍去，则舍去 拟舍弃数字的最左一位数字大于等于拟舍弃数字的最左一位数字大于等于5 5，但其后，但其后跟有并非全部为零的数字，则进跟有并非全部为零的数字，则进1 1 拟舍弃数字的最左一位数为拟舍弃数字的最左一位数为5 5，而右边无数字或，而右边无数字或皆为皆为0 0时，若所保留的末位数字为奇数则进时，若所保留的末位数字为奇数则进1 1，为，为偶数则舍去偶数则舍去189建筑结构试验10.2 10.2 数据的整理和换算（续）数据的整理和换算（续）?数据的换算（教材数据的换算（教材P241P241-246246）10.3 10.3 数据的统计分析（教材数据的统计分析（教材P246P246-249249）?平均值：算术平均值、几何平均值、加权平均值平均值：算术平均值、几何平均值、加权平均值?标准差标准差?变异系数变异系数?随机变量和概率分布随机变量和概率分布190建筑结构试验10.4 10.4 误差分析误差分析?误差的定义：真值与测量值的差值称为测量误差，误差的定义：真值与测量值的差值称为测量误差，简称误差简称误差?实际试验中，真值是无法确定的，常用平均值代替实际试验中，真值是无法确定的，常用平均值代替?绝对误差、相对误差，相对误差为绝对误差除以真绝对误差、相对误差，相对误差为绝对误差除以真值值?误差的分类：系统误差，随机误差、过失误差误差的分类：系统误差，随机误差、过失误差191建筑结构试验10.4 10.4 误差分析（续）误差分析（续）（一）误差的分类（一）误差的分类1 1、系统误差（经常误差）、系统误差（经常误差）?特点：误差值在整个测量过程中保持一定规律，而且是特点：误差值在整个测量过程中保持一定规律，而且是可以避免的可以避免的?产生原因：测量方法、测量工具、环境、操作不当、主产生原因：测量方法、测量工具、环境、操作不当、主观性观性 等等?表示方法：准确度（表示系统误差的大小），它反映平表示方法：准确度（表示系统误差的大小），它反映平均值均值的大小的大小?处理办法：查明系统误差的原因，在测量中采取改进措处理办法：查明系统误差的原因，在测量中采取改进措施或在数据处理时对测量结果进行修正施或在数据处理时对测量结果进行修正x192建筑结构试验（一）误差的分类（续）（一）误差的分类（续）2 2、随机误差（偶然误差）、随机误差（偶然误差）?特点：误差的绝对值和符号变化无常，但当测量数据较特点：误差的绝对值和符号变化无常，但当测量数据较多时，随机误差的数值分布符合一定的统计规律，一般多时，随机误差的数值分布符合一定的统计规律，一般是是正态分布正态分布，随机误差是不可避免的，随机误差是不可避免的?产生原因：测量仪器、方法和环境条件的随机变化等产生原因：测量仪器、方法和环境条件的随机变化等?表示方法：精确度（它与准确度是独立的，反映标准差表示方法：精确度（它与准确度是独立的，反映标准差的大小）的大小）?处理办法：对随机误差进行统计分析，在数据处理时进处理办法：对随机误差进行统计分析，在数据处理时进行修正行修正193建筑结构试验（一）误差的分类（续）（一）误差的分类（续）3 3、过失误差（粗差）、过失误差（粗差）?一般数值较大，应予以剔除一般数值较大，应予以剔除（二）误差计算（二）误差计算)(121naaana+=L误差的平均值：误差的平均值：=niian1211误差的标准差：误差的标准差：xxaii=acv=误差的标准差：误差的标准差：194建筑结构试验（三）误差传递（微分原理，教材（三）误差传递（微分原理，教材P251P251）（四）误差的检验（四）误差的检验?误差的检验：区分误差的类型，尽可能减小误差或计误差的检验：区分误差的类型，尽可能减小误差或计算中考虑误差算中考虑误差1 1、系统误差的发现和消除、系统误差的发现和消除?系统误差有积累变化、周期变化、按复杂规律变化三系统误差有积累变化、周期变化、按复杂规律变化三种，可通过数种不同的测量方法或同时用几种测量工种，可通过数种不同的测量方法或同时用几种测量工具进行测量比较即可发现具进行测量比较即可发现195建筑结构试验（四）误差的检验（续）（四）误差的检验（续）2 2、随机误差：进行统计分析予以检验、随机误差：进行统计分析予以检验3 3、异常数据的舍弃、异常数据的舍弃?教材教材P253P253，并参阅有关数据处理的专著，并参阅有关数据处理的专著?常用的过失误差判别范围和鉴别方法常用的过失误差判别范围和鉴别方法 3 3法：误差服从正态分布，误差绝对值大于法：误差服从正态分布，误差绝对值大于3 3的的概率仅为概率仅为0.30.3，大于应剔除该数据，大于应剔除该数据 肖维纳方法：进行肖维纳方法：进行n n次试验，误差服从正态分布，误次试验，误差服从正态分布，误差绝对值大于差绝对值大于的概率小于的概率小于1/2n1/2n，大，大于应剔除该数据于应剔除该数据 格拉布斯方法：以格拉布斯方法：以t t分布为基础，某数据误差绝对值分布为基础，某数据误差绝对值满足满足时，应剔除时，应剔除)(xxiSnTxxi),(0196建筑结构试验10.5 10.5 数据的表达（教材数据的表达（教材P254P254-263263）?表格方式：有汇总表格和关系表格两类表格方式：有汇总表格和关系表格两类?图象方式：曲线图、形态图、直方图、馅饼形图图象方式：曲线图、形态图、直方图、馅饼形图?函数方式：函数回归分析、系统参数识别函数方式：函数回归分析、系统参数识别197建筑结构试验谢谢谢谢 谢谢谢谢 各各各各 位位位位 同同同同 学学学学！</p>