土木工程结构试验与检测.doc

土木工程结构试验与检测总结
衣食住行是人类生活的主要方面，其中住虽然不是最重要的，却也是必不可少的。而这学期学习的土木工程结构试验与检测让我了解到一个建筑的来之不易，更让我了解到建筑质量的重要性。结构试验与检测是一项科学实践性很强的活动，是研究和发展工程结构新材料、新体系、新工艺，也是探索结构设计新理论及验证实体结构的受力性能、承载力和可靠性的重要手段。
通过学习这门课程，我了解到了建筑结构检测和试验的任务，目的，定义和作用，也了解到进行土木工程结构试验与检测的工具，比如重物加载的方法及相关的加载设备、液压加载的方法及相关的加载设备、加载辅助设备、试件支承装置。
结构试验是以工程结构、构件或者结构模型为对象，以试验仪器设备为工具，以各种测试技术为手段，通过试验方式量测结构受载后的各种参数（位移、应力、应变、裂缝、振幅、频率、加速度等），据此，对结构物的工作性能作出评价，对建筑物的承载能力、安全性能作出正确的评定，确定结构对使用要求的符合程度，并用以检验和发展结构的计算理论。根据不同的试验目的、荷载性质、试验对象、试验场所、构件破坏与否、荷载作用时间等不同因素进行分类，可以为研究性试验和检测性试验、静力试验和动力试验、实体（原理）试验和模型试验、试验室试验和现场试验、破坏性试验和非破坏性试验，以及短期荷载试验和长期荷载试验。
1、 研究性试验和检测性试验
根据试验目的，可分为研究性试验和检测性试验。
（1） 研究性试验
研究性试验具有研究、探索和开发的性质。其目的在于验证结构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、推理、假设及概念的正确性。或是为了创造某种新型结构体系及其计算原理，而系统地进行的试验研究。
研究性试验一般都是在室内进行，需要使用专门的加载设备和数据测试系统，以便对受载试件的变形性能作连续观察、测量和全面的分析研究，从而找出其变化规律，为验证设计理论和计算方法提供依据。这类试验通常研究以下几个方面的问题。
① 验证结构计算理论的假定。
② 为制订设计规范提供依据。
③ 为发展和推广新结构、材料与新工艺提供试验依据。
研究性试验主要包括设计、准备、实施和总结4个阶段。
（2） 检验性试验
检测性试验对象一般是真实的结构或构件，其目的是通过实验来检验结构构件是否符合结构设计施工及施工验收规范的要求，并对检验结果作出技术结论。这类试验常应用在以下几方面。
① 检验预制构件或部件的结构性能，判定预制构件的设计及制作质量。预制构件厂或建设工地生产的预制构件，在出厂或吊装前均应对其承载力、刚度和变形性能进行抽样检验，以确定其结构性能是否满足结构设计和构件检验规程的指标。
② 检验结构工程质量，确定工程结构的可靠性。对新建结构，特别是某些重要性结构或采用新材料、新工艺及新设计计算理论而设计建造的结构物或构筑物，在建成后需要进行总体的结构性能检测，以综合评价其结构设计及施工质量的可靠性。
2、静力试验和动力试验
根据试验的荷载性质，可分为静力试验和动力试验两大类。
（1） 静力试验
静力荷载试验的目的是通过对试验结构或构件直接加载，采集试验数据，认识并掌握结构的力学性能。根据试验性质的不同，静力试验可分为单调静力荷载试验、拟静力试验和拟动力试验。
单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能的试验。
拟静力试验也称低调周期反荷载试验或伪静力试验。
拟动力试验又称联机试验，是将地震反应所产生的惯性力作为荷载加在试验结构上，使结构所产生的非线性力学特征与结构在实际地震动作用下所经历的真实过程完全一致。
（2） 动力试验。
研究动荷载的特征、结构的动力特性及结构在不同性质动荷载作用下的动力反应试验，如研究铁路或公路桥梁的振动特性、工业厂房中的吊车梁的疲劳强度与疲劳寿命、大跨结构和高耸结构在风荷载作用下的动力问题。结构动力试验主要包括荷载特性试验、结构的动力特性试验、结构的动力反应试验、模拟地震振动台试验、风洞试验和结构疲劳试验等。
① 动荷载的特性试验
动荷载的特性试验主要包括测动荷载自身参数和主振源的测定试验。
动荷载的特性包括作用力的大小、方向、频率及其作用规律等。通常采用直接测定法、间接测定法和比较测定法。
② 结构动力特性实验
结构的动力特性是进行结构抗震计算、解决结构共振问题及诊断结构累积损失的基本依据。因而结构动力特性参数的测试是动力试验的最基本内容。
结构的动力特性包括结构的自振频率、阻尼比、振型等参数。这些参数决定于结构的形式、刚度、质量分布、材料特性及构造连接等因数，而与外荷载无关。通常，采用人工激励法或环境随机激励法使结构产生振动，同时量测并记录结构是速度响应或加速度响应，再通过信号分析得到结构的动力特性参数。动力特性试验的对象以整体结构为主，可以在现场测试实体（原型）结构的动力特性，也可以在实验室对模型结构进行动力特性试验。
③ 结构的动力反应试验
结构动力反应试验是测定结构在实际工作时的振动参数（振幅、频率）及性状，如动力机器作用下厂房结构的振动、在移动荷载作用下桥梁的振动、地震时建筑结构的动力反应（强震观测）等。量测得到的这些资料，用来研究结构的工作是否正常、安全，存在何种问题，薄弱环节在何处。
④ 模拟地震振动台试验
地震对结构的作用是由于地面运动而引起的一种惯性力。模拟地震振动台试验是通过振动台对结构输入正弦波或地震波，可以再现各种形式地震波输入后的结构反应和地震震害及发生的过程，观测试验结构在相应各个阶段的力学性能，进行随机振动分析，使人们对地震破坏作用进行深入的研究。
⑤ 风洞试验
为了系统地研究风力对各种结构的作用，除了实测试验之外，还采用缩小模型或相似模型在专门的试验装置内模拟风力试验，即风洞试验。工程结构风洞试验装置是一种能够产生和控制气流，以模拟建筑或桥梁等结构物周围的空气流动，并可量测气流对结构的作用，以及观察有关物理现象的一种管状空气动力学试验设备。
⑥ 疲劳试验
结构疲劳试验的目的就是要了解在重复荷载作用下结构的性能及变化规律。结构构件疲劳试验一般均在专门的疲劳试验机上进行，大部分采用电液伺服疲劳试验机或电磁脉冲千斤顶施加重复或反复荷载，也有的采用偏心轮式振动设备加装。
除了上述几种典型的动力结构试验外，在工程实践和科学研究中，还有强迫振动试验、冲击碰撞试验等动力结构试验。
3、实体试验和模拟试验
根据试验对象的不同，可分为实体试验和模拟实验。
（1）实体试验
实体试验的试验对象一般是实际结构或构件，如核电站安全壳加压的整体性试验，工厂厂房结构的刚度试验，楼盖承载力试验及桥梁在移动荷载的动力特征性试验等。
（2）模拟试验
模型是仿照原型（真实结构）并按照一定比例关系复制而成的试验代表物。它具有实际结构的全部或部分特征。
4、实验室试验和现场试验
结构试验按试验场合分为实验室试验和现场试验
（1）实验室试验是指在有专门的设备的实验室进行的试验。
（2）现场试验是指在生产和施工现场进行试验。
5、非破坏性试验和破坏性试验
根据结构或构件破坏与否，可分为非破坏性试验和破坏性试验。
（1）非破坏性试验有使用性能检测和承载力检测。检测的对象可以是实际结构或构件，也可以是足尺的模型。
（2）破坏性试验的目的是为了掌握试验结构或构件由弹性阶段进入塑性阶段甚至破坏阶段时的结构性能和破坏形态等试验资料，常用于确定结构或模型的实际承载力。
实际上，实体结构的破坏性试验，不论在费用还是方法上都存在一些具体的问题，特别是在结构进入破坏阶段后试验是比较困难的。因此，破坏性试验的对象一般均以模型结构或构件为对象，也可以是足尺的模型或不再使用的结构或构件。
6、短期荷载试验和长期荷载试验
按荷载作用时间的长短，结构静力试验又可以分为短期荷载试验和长期荷载试验。
（1）短期荷载试验
在进行结构试验是限于试验条件、时间和基于解决问题的步骤，一般情况下，都采用短期荷载试验，即荷载从零开始一直施加到结构破坏或到某个阶段进行卸载，荷载作用时间段。
（2）长期荷载试验
对于研究结构在长期荷载作用下的性能，如混凝土结构的徐变，预应力结构中钢筋的松弛，混凝土受弯构件的裂缝开展与刚度退化等，就必须进行静力荷载作用下的长期试验。
结构检测是为评定结构工程的质量或鉴定既有结构的性能等所实施的检测工作。结构检测的含义应是广义的，不应单纯局限于仪器量测的数据。检测包括检查和测试。前者一般是指利用目测了解结构或构件的外观情况，如结构是否有裂缝，基础是否有沉降，混凝土结构表面是否存在蜂窝、麻面，钢结构焊缝是否存在夹渣、气泡，连续构件是否松动等，主要是进行定性判断；后者是指通过工具或仪器测量了解结构构件的力学性能和几何特征。对观察到的情况要详细记录，对测量的数据要做好原始记录，并对原始记录进行必要的统计和计算。
1.建筑结构检测的分类
结构试验按试验的目的、对象、荷载性质、试验场所以及试验持续时间可将结构分为： 生产检验性试验和科学研究性试验；静力试验与动力试验；真型试验与模型试验；短期荷载试验与长期荷载试验；试验室试验与现场试验。　　
2.静载检测
指结构或构件在静力荷载作用下，通过专门仪器设备测得结构或构件的各种变形、内力变化及承载能力。
单调加载静力试验是指在短时期内对试验对象进行平稳的一次连续施加荷载，荷载从零开始一直加到结构构件破坏，或是在短时期内平稳地施加若干次预定的重复荷载后，再连续增加荷载直到结构构件破坏。
3.动载检测
对于那些在实际使用中直接承受移动荷载或经常性振动的结构或构件，除了基本的静载检测以外，常常须要作动载检测。
一、动载检测内容
①振源动力特性检测②结构动力特性检测(自振频率、阻尼系数、振型)
③结构动力反应检测（振幅、频率、加速度、动应力等）
④结构、构件的疲劳试验
二、结构动力特性检测
结构的动力特性又称为结构自振特性, 建筑结构的动力特性主要包括三个参数（1）固有频率（或周期）；（2）振型；（3）阻尼（阻尼比）
常用的测定方法有（1）自由振动法（2）共振法（3）脉动法
百余年来，结构试验一直是推动结构理论发展的主要手段。现代科学技术不断进步，为结构试验技术水平的提高创造了良好的加载、数据采集及分析手段，使得现代结构试验技术、相关的理论和方法得以迅速发展。结构试验与检测是研究和发展工程结构新材料、新体系、新工艺、新设计理论及验证和检测现实结构的受力性能、承载力和安全性的重要手段，所以我们要学好土木工程结构试验和检测。
参考文献--------《土木工程结构试验与检测》 刘明

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