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1、1.1、任务：、任务： 结构试验的任务是利用多种实验手段和试验器材，测试结构原型或模型再外力作用下，和结构实际工作性 能有关的相关参数。利用测试结果评价结构在实际工作状态下的工作能力、对工作要求的符合程度，预估结 构承载力，并用于检验和发展结构计算理论。 1.2、Objects Qualification Proof of theory Exploration and discovery (生产性实验，研究性实验) 1.3、classification (1) 样本 1) 原型 2) 模型： A） 按复杂程度：材料，结构构件，节点，组件，整结构 B） 按材料 C） 按破坏 (2) 荷载形式 动
2、力、静力、拟静力、伪动力 (3) 加载时间 长期、短期 (4) 加载地点 Laboratory、Onsite 2.1、planning: 1、四个方面：Define the object, design the model, choose and prepare the loading system and instrumentation 2、research experiment: A Define the object B design the model C fabricate the model D choose and prepare the loading system and i
3、nstrumentation, recording equipment E manpower F safety measurement G experimental budget planning H experimental schedule planning I prepare the program 3、product qualification experiment: A 场地调查 B 搜集相关资料，包括建设资料和施工报告 C 对于存在的建筑物要访问建造者和居住者 D 对于已倒塌的建筑物要研究破坏模式和破坏原因 2.2 模型模型 弹性模型： 几何相似，相似的弹性材料 强度模型： 材料和
4、原型相同 2.3 使用模型的原因使用模型的原因 1、使用缩尺更加经济 2、使用模型可以方便加载和实验室试验 3、使用模型可以更好地观测局部和整体的工作性能 4、使用模型建造简单 5、使用模型在弹性范围内满足准确性 6、使用模型虽然很难模仿所有的构造细节，但是很多时候没有其他选择 2.4 优点优点 1、经济成本低 2、方便建造加载和实验室试验 3、更好地观测局部和整体工作性能 2.5 缺点缺点 1、弹塑性范围准确性不佳 2、难以模仿所有的构造细节 3、实验室资源限制 2.6 principle of making model 1、能反映真实工作状态 2、能反映真实边界条件 3、能反映尺寸效应和构
5、造细节 2.7 控制因素控制因素 1、 尺寸效应 2、 实验室场地和加载器材 3、 构造细节 4、 经济因素 2.8 加载系统设计和选择加载系统设计和选择 1、 集中荷载： 重力，千斤顶 2、 线荷载： 多点线分布集中荷载 3、 面荷载： 多点分布集中荷载或者空气包，液体和砂 4、 重复和疲劳荷载： 液电伺服千斤顶，疲劳加载器 5、 地震荷载： 爆炸，快速加载器，振动台 2.9 加载程序加载程序 1、 单向静力荷载：先计算屈服荷载和极限荷载，确定最大加载荷载、加载速度、加载步骤等 2、 往复荷载：先计算屈服荷载和极限荷载，确定最大加载荷载、加载速度、加载步骤、加载等级、每级荷 载增量、加载次数
6、、重复次数等。 3、 地震动力荷载：设计中使用的地震波，PGA 2.10 conventional measurement and observations 1、 静力测试 测量： 变形，转角，应变，相对滑移 观测： 裂缝宽度和出现的时间，破坏形式 2、 动力测试 测量： 加速度，速度，位移，应变，压力 观测： 破坏形式和位置 2.11 相似理论相似理论 Principles which underlie the proper test design, model construction and interpretation of the test results. 2.12 Dimensi
7、onal analysis: Analytical tool to develop similitude between the model and the prototype. 2.13 相似相似 几何相似（长度、面积、体积、惯性矩、位移） 质量相似 时间相似 物理相似（应力、应变、刚度、变形） 边界条件相似 荷载相似 初始条件相似 3.1 加载系统的基本要求加载系统的基本要求 A 准确反映实际荷载 B 不会产生过度危险 C 易于加载和卸载 D 不会对结构产生过渡限制，尤其对失稳试验 E 当结构发生突然性倒塌时可以抓住结构 3.2 结构试验荷载和加载原则的类型结构试验荷载和加载原则的类型 1
8、、静力荷载：重力，千斤顶，流体压力和空气压力 2、动力荷载：惯性力，动机激励振动，电磁振动，快速伺服液压千斤顶，爆炸，其他人造荷载 3、随机荷载：地震振动台 4、拟静力荷载：非常慢地在一个方向或者往复施加荷载 5、伪动力荷载：使用液压加载器缓慢加载 3.3 选择加载方式平衡选择加载方式平衡 加载需求和实验室的条件 3.4 液压加载系统组成部分包括：液压加载系统组成部分包括： 液压加载器，液压控制台，反力架，台座 3.5 加载类型加载类型 类型 含义 优点 缺点 重力 直接 加载 重物加载 直接施加重物 简单获取 加载位置受到限制，需要很 多人力，长时间使用砂或砂 质颗粒材料加载会导致荷载 出错
9、，需要避免拱效应 水加载 经济方便，适合于塔、水 箱、 油罐和其他特殊结构 的场地实验， 检查抗裂性 和防渗透性能 需要防止泄露，长期加载不 便 重力 间接 加载 杠杆和分布 梁加载 使用杠杆和分布梁将重 力间接加载到实验模型 上 易于实施， 适合于长期荷 载 加载设备相对复杂，要考虑 体系的不确定性 液压加载 使用液压千斤顶系统达 到结构加载目的，一般 通过高压液体推动活塞 对结构施加荷载。 荷载大， 加载速度容易控 制，高加载精度，能够实 现多点加载 系统相对复杂，对器材和实 验器械的要求较高 机械力加载 使用快速释放的吊链、 卷扬机、 绞车、 弹簧等施 加荷载 设备简单，容易实现 只适合
10、小荷载，荷载值稳定 性差 气压加载 使用空气压力作用在结 构上作为荷载 加载卸载方便， 荷载稳定结构受载面无法观测 惯性 力加 载 冲击力加载 （初位移加 载， 初速度加 载） 利用物体质量运动时产 生惯性力施加动力荷载 离心力加载 电磁 加载 电磁激振器 使用电磁原理和设备加 载 频率范围宽，重量轻，控 制方便 激振力不大 电磁振动台 控制方便， 容易实现自动 控制，频率范围宽 激振力限制台面尺寸和模型 重量 3.6 结构试验荷载设备：结构试验荷载设备： Types Composition Application scope 结 构 试验机 大 型 结 构试验机 液压操纵台，大吨位液压加载器
11、，试验机架试验机架 柱、墙板、砌体、节点和梁的受压、受弯试验 疲 劳 试 验机 控制系统，液压脉动加载器，液压脉动器液压脉动器 不同构件的受压、受弯疲劳试验电液伺服系统 控制系统，电液伺服加载器，液压源液压源 结构或构件的静力和伪动力试验 地震模拟振动台 控制系统，动力和液压驱动系统，振动台台体，数据测试和分析系统 所有结构和设备的地震试验 4.1 instrumentation process: 1、仔细甄别需要测量的量 2、挑选合适的传感器和相应的设备 3、调节传感器并检查设备 4、安装传感器 5、获取试验数据 6、将实验数据转换为有意义的结果 4.2 传感器类型传感器类型 力学传感器、电
12、学传感器、红外线传感器、紫外线传感器、激光传感器、纤维光学传感器 4.3 应变传感器应变传感器 1、放大在一个给定长度上长度变化的方法 2、基本要求： 1）质量极小 2）经济而且能简单方便地附在结构上 3）对于结构的静力应变和动力应变都能准确敏感感知 4）对于环境因素不敏感 4.3.1 机械应变传感器机械应变传感器 1）力学系统，比如杠杆、齿轮或相似的方法用来放大应变 2）优点：能用于长期测量（混凝土徐变） 3）缺点：当传感器重新定位在结构上时可能导致错误 4.3.2 电阻应变传感器电阻应变传感器 1）电阻应变传感器在电路中作为一个电阻工作，应变产生一个电阻变化。 2）主要的机械参数： 电阻；
13、电阻丝长度；灵敏系数 3） lRA dRKR 13241234()()oiR RR RVVRRRR12341()4oiVVK 323412oiVRR VRRRR4.4 温度补偿温度补偿 1、温度变化影响模型材料和传感电线或者传感膜片的性能，会产生热形变。 2、解决方法： 1R2R3R4RoViV1）相互补偿，相邻臂补偿 2）独立补偿，在没有力学应变的地方安装应变片 4.5 记录器记录器 1、XY 记录仪 2、光学示波器 3、磁带记录仪 4、光或激光记录仪 5、基于微型电脑的硬盘和显示器 4.6 数据采集数据采集 1、三个部分：传感器，数据采集仪器，计算机控制器 2、步骤： 1）通过传感器感知各
14、种物理量，并将它们转换成电信号 2）通过 A/D 转换，模拟量的数据转变成数值量的数据 3）数据记录，打印输出或者存入磁盘文件 3、原则： 同时性，客观性 5.1 结构单调加载静力试验结构单调加载静力试验 在短期内对实验对象进行平稳地： (1)一次连续加载（0Fmax） (2)施加若干次预定的重复荷载 再连续施加荷载到实验对象破坏。 5.2 单调加载静力试验对象单调加载静力试验对象 测试对象 包括内容 测试内容 基本构件 梁、柱、板、墙 研究基本构件的基本性能和破坏机制，荷载变 形、荷载开裂、荷载稳定性、破坏和徐变等；扩大构件 由若干基本构件组成的， 如节点、 框架、 连续梁、单层厂房的排架、
15、屋架、网架、 壳体、折板等 研究扩大构件中基本构件的空间整体协同工作能 力空间整体协同工作能 力，构件间的相互作用相互作用，次生应力次生应力，应力重分布应力重分布， 整体刚度整体刚度等。 注意点：试件支座（支撑处）的位移，应予以测量并扣除 5.3 静力试验注意点静力试验注意点 1、预载和破坏试验阶段 2、预载是分级荷载的 12 级，小于开裂荷载 70% 3、结构自重作为试验荷载一部分。 4、级距不宜大于其荷载值的 20%，接近开裂值时应逐步减小为 10%和 5%。 5、持荷时间：变形试验一般为 10min；抗裂性能和刚度试验一般为 30min，新结构 12h；残余变形研究为 45min，新结构 18h。 5.4 柱的安装和加载方案有哪两种？特点是什么？柱的安装和加载方案有哪两种？特点是什么？ （1）正位试验方案：安装就位和加载装置相对简单，可考虑考虑 P效应效应 （2）卧位试验方案：安装和观测相对省力，要考虑结构自重所产生的影响考虑结构自重所产生的影响 5.5 何谓几何对中与物理对中？在柱的试验中如何实现？何谓几何对中与物理对中？在柱的试验中如何实现？ 几何对中：构件轴线对准作用力的中心线。 物理对中：构件中央截面两侧或四个面的应变均匀，加载达到 20%40%的试验荷载时调整作用力的轴线来 实
