結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、第二章 試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備及試驗(yàn)方案試驗(yàn)大綱：1、 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的主要環(huán)節(jié)概述2、 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)3、 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的荷載方案設(shè)計(jì)4、 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測(cè)方案設(shè)計(jì)5、 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)材料的力學(xué)性能6、 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)基本文件本章提要建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)包括結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)準(zhǔn)備、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)施和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果分析等主要環(huán)節(jié)。本章主要介紹試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作，內(nèi)容包括試件及模型設(shè)計(jì)、荷載方案設(shè)計(jì)、觀測(cè)方案設(shè)計(jì)、材料的力學(xué)性能試驗(yàn)、建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的安全與防護(hù)措施設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)基本文件的編制等內(nèi)容。學(xué)習(xí)本章，應(yīng)著重掌握試件及模型設(shè)計(jì)、荷載方案設(shè)計(jì)、觀測(cè)方案設(shè)計(jì)等內(nèi)容，并對(duì)材料的力學(xué)性

2、能試驗(yàn)、試驗(yàn)的安全與防護(hù)措施設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)基本文件的編制有一定的了解。2.1、建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的主要環(huán)節(jié)概述建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)包括結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)準(zhǔn)備、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)施和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果分析等主要環(huán)節(jié)，他們之間的關(guān)系如圖2.1所示。 圖2.1 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的主要環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中極為重要的一項(xiàng)工作。它的主要內(nèi)容是對(duì)所有進(jìn)行的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)工作進(jìn)行全面的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，從而使試驗(yàn)計(jì)劃與試驗(yàn)大綱能對(duì)整個(gè)試驗(yàn)起著統(tǒng)管全局和具體指導(dǎo)的作用。2.2 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)2.2.1 試件設(shè)計(jì)（1） 試件的形狀試件的基本要求是構(gòu)造一個(gè)與實(shí)際受力相一致的應(yīng)力狀態(tài)，這個(gè)問(wèn)題對(duì)于靜定系統(tǒng)中的單一構(gòu)件（如梁、柱、桁

3、架等），一般構(gòu)件的實(shí)際形狀都能滿足要求，問(wèn)題比較簡(jiǎn)單。但當(dāng)從整體結(jié)構(gòu)中取出部分構(gòu)件單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，特別是在比較復(fù)雜的超靜定體系中，必須要注意它的邊界條件的模擬，以如實(shí)反映該構(gòu)件的實(shí)際工作狀態(tài)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)如圖2.2（a）所示受水平荷載作用的框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析時(shí)，若試驗(yàn)A-A部位的注腳、柱頭部分時(shí)，試件要設(shè)計(jì)成如圖2.2（b）所示的形式；若作B-B部位的試驗(yàn)，試件設(shè)計(jì)成如圖2.2（c）所示形式；對(duì)于梁，如果設(shè)計(jì)成圖2.2（d）、（e）所示的形式，則應(yīng)力狀態(tài)可與設(shè)計(jì)目的相一致。對(duì)于鋼筋混凝土柱，若要探討其撓曲破壞性能，試件應(yīng)設(shè)計(jì)成如圖2.2（h）所示的形狀；但若作剪切性能的探討，則圖2.2（h）所示的試件

4、在反彎點(diǎn)附近的應(yīng)力狀態(tài)與實(shí)際情況有所不同，為此有必要采用圖2.2（i）中的適用于反對(duì)稱(chēng)加載的試件。圖2.2 框架結(jié)構(gòu)中的梁柱和節(jié)點(diǎn)試件的典型示例 在做梁柱連接的節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)時(shí)，試件承受軸力、彎矩和剪力的作用，這樣的復(fù)合應(yīng)力使節(jié)點(diǎn)部分發(fā)生復(fù)雜的變形，但其中主要是剪切變形，以致節(jié)點(diǎn)部分由于大剪力作用會(huì)發(fā)生剪切破壞。為了探求節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和剛度，使其應(yīng)力狀態(tài)能充分反映，避免在試驗(yàn)過(guò)程中梁柱部分先于節(jié)點(diǎn)破壞，在試件設(shè)計(jì)時(shí)必須先對(duì)梁柱部分進(jìn)行適當(dāng)加固，使試驗(yàn)過(guò)程中梁出鉸后節(jié)點(diǎn)即開(kāi)始屈服，以滿足整個(gè)試驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到預(yù)期的效果。這時(shí)十字形試件如圖2.2（f）中節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁柱長(zhǎng)度一般取1/2梁跨和1/2柱高，即按框架承受水平

5、荷載時(shí)產(chǎn)生彎矩的反彎點(diǎn)的位置來(lái)決定。邊柱節(jié)點(diǎn)可采用T字形試件。如果試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱私獬跏荚O(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)下的性能并同理論計(jì)算做對(duì)比，可以采用如圖2.2（g）的X形試件。為了使在X形試件中再現(xiàn)實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)，必須根據(jù)設(shè)計(jì)條件給定的N和V來(lái)確定試件的尺寸。（2） 試件尺寸 關(guān)于結(jié)構(gòu)試驗(yàn)所用試件的尺寸和大小，一般可分為真型（原型實(shí)物或足尺結(jié)構(gòu)）和模型兩個(gè)大類(lèi)。試件尺寸和大小應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)條件來(lái)確定。真型試件的尺寸與實(shí)際結(jié)構(gòu)物的大小一樣，而模型的尺寸應(yīng)按一定的相似條件確定。 一般框架界面尺寸為真型的1/41/2，必要時(shí)也可采用真型?；緲?gòu)件性能研究的試件大部分采用縮小比例尺的小構(gòu)件，壓彎構(gòu)件的截面為(

6、16cm×16cm)(35cm×35cm)，矩形柱(偏壓剪)為(15cm×15cm)(50cm×50cm)，雙向受力構(gòu)件為(10cm×l0cm)(30cm×30cm)。若研究剪力墻的抗震性能，則單層墻體試件的外形尺寸一般為(80cm×100cm)(1780cm×2740cm);多層的剪力墻試件取為真型的1/101/3。砌石和砌塊的砌體試件尺寸一般取為真型的1/41/2。在結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)，局部性的試件尺寸可取為真型的1/41，整體性的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)試件可取為真型的1/101/2。（3） 試件數(shù)量在進(jìn)行試件設(shè)計(jì)時(shí)，試件數(shù)目即試

7、驗(yàn)量的設(shè)計(jì)是一個(gè)不可忽視的重要問(wèn)題，因?yàn)樵囼?yàn)量的大小直接關(guān)系到能否滿足試驗(yàn)的目的、任務(wù)以及整個(gè)試驗(yàn)的工作量問(wèn)題，同時(shí)也受試驗(yàn)研究、經(jīng)費(fèi)和時(shí)間的限制。（a）生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)： 按照試驗(yàn)任務(wù)的要求有明確的試驗(yàn)對(duì)象。試件數(shù)量應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量檢驗(yàn)和評(píng)定，按預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(GBJ 32190)進(jìn)行。（b）科研性試驗(yàn)：其試驗(yàn)對(duì)象是按照研究要求而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，這類(lèi)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)往往是屬于某一研究專(zhuān)題工作的一部分。特別是對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本性能的研究，由于影響構(gòu)件基本性能的參數(shù)較多，所以要根據(jù)各參數(shù)構(gòu)成的因子數(shù)和水平數(shù)來(lái)決定試件數(shù)目，參數(shù)多則試件的數(shù)目也會(huì)增加。 試

8、驗(yàn)數(shù)量的設(shè)計(jì)方法有因子設(shè)計(jì)法、正交設(shè)計(jì)法。因子數(shù)：影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件某種性能的因素的個(gè)數(shù)。水平數(shù)：試驗(yàn)中每個(gè)因素的不同取值，也稱(chēng)為檔次數(shù)。因子設(shè)計(jì)法 試驗(yàn)數(shù)=水平數(shù)因子數(shù)表2.1 用因子法計(jì)算試驗(yàn)數(shù)量由表可知，因子數(shù)和水平數(shù)稍有增加，試件的個(gè)數(shù)就極大地增多，所以此方法在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中不常用。正交設(shè)計(jì)法 正交設(shè)計(jì)法，是一種解決多因素問(wèn)題的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，它主要是應(yīng)用正交表來(lái)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和綜合比較的。它科學(xué)地解決了各因子和水平數(shù)相對(duì)結(jié)合可能參與的影響，也妥善地解決了試驗(yàn)所需要的試件數(shù)與實(shí)際可行的試驗(yàn)試件數(shù)之間的矛盾。 以鋼筋混凝土柱剪切強(qiáng)度性能研究為例，用正交設(shè)計(jì)法做試件數(shù)目設(shè)計(jì)。常用的正交表有：L9(34)

9、、L12(31×24）、L4(23)，L表示正交設(shè)計(jì)，其它數(shù)字的含義參見(jiàn)下式： L試驗(yàn)數(shù)(水平數(shù)1相應(yīng)因子數(shù)×水平數(shù)2相應(yīng)因子數(shù)）表2.2 試件數(shù)目正交設(shè)計(jì)L9(34)表2.3 試件數(shù)目正交設(shè)計(jì)L12(31×24）表2.4 試件數(shù)目正交設(shè)計(jì)L4(23)下面以鋼筋混凝土柱剪切強(qiáng)度的基本性能試驗(yàn)研究為例，說(shuō)明如何利用正交設(shè)計(jì)法進(jìn)行試件數(shù)目設(shè)計(jì)的具體過(guò)程。在進(jìn)行鋼筋混凝土柱剪切強(qiáng)度的基本性能試驗(yàn)研究中，我們?nèi)〔煌炷翉?qiáng)度等級(jí)、不同配筋率、軸壓比、剪跨比和混凝土強(qiáng)度等級(jí)等五個(gè)因子，并假設(shè)混凝土只用一種強(qiáng)度等級(jí)C20，這樣實(shí)際因子數(shù)只有4個(gè)，如果每個(gè)因子各自有3個(gè)水平數(shù)，

10、則按單因素方法進(jìn)行試件數(shù)量設(shè)計(jì)時(shí)，試件數(shù)目為34=81，即需要81個(gè)試件。如果采用正交設(shè)計(jì)法，各因子和水平的具體含義如表4.5所列，根據(jù)正交表L9(34)，試件主要因子組合結(jié)果列于表4.6。這一問(wèn)題通過(guò)正交試驗(yàn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可將原來(lái)需要81個(gè)試件綜合為9個(gè)試件，試驗(yàn)數(shù)正好等于水平數(shù)的平方。即試驗(yàn)數(shù)=水平數(shù)2表2.5 鋼筋混凝土柱剪切強(qiáng)度試驗(yàn)分析因子與水平數(shù)表2.6 正交設(shè)計(jì)法試件 試件數(shù)量設(shè)計(jì)是一個(gè)多因素問(wèn)題、在實(shí)踐中我們應(yīng)該使整個(gè)試驗(yàn)的數(shù)目少而精，切忌盲目追求數(shù)量；要使所設(shè)計(jì)的試件盡可能做到一件多用，即是以最少的試件、最小的人力、經(jīng)費(fèi)，得到最多的數(shù)據(jù)；要使通過(guò)設(shè)計(jì)所決定的試件數(shù)量，經(jīng)試驗(yàn)得到的

11、結(jié)果能反映試驗(yàn)研究的規(guī)律性，滿足研究目的的要求。為了使試件某項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際測(cè)試值與設(shè)計(jì)計(jì)算值盡可能接近，必須控制試件制作成型和試驗(yàn)安裝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。鋼筋混凝土試件在制作的過(guò)程中需要控制保護(hù)層厚度、材料的強(qiáng)度和試件尺寸，要正確埋置傳感器和應(yīng)變片。（4）構(gòu)造措施 在試件設(shè)計(jì)中，當(dāng)確定了試件形狀、尺寸和數(shù)量后，在每一個(gè)具體試件的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中，還必須同時(shí)考慮試件安裝、加載、量測(cè)的需要，在試件上作出必要的構(gòu)造措施，這對(duì)于科研試驗(yàn)尤為重要。(a) 例如混凝土試件的支承點(diǎn)應(yīng)預(yù)埋鋼墊板以及在試件承受集中荷載的位置上應(yīng)埋設(shè)鋼板，以防止試件局部承壓而破壞（如圖2.3所示）。圖2.3(b) 如果試件加荷面傾斜

12、時(shí)，應(yīng)作出凸緣，以保證加載設(shè)備的穩(wěn)定（如圖2.4所示）。圖2.4（c）在鋼筋混凝土框架作恢復(fù)力特性試驗(yàn)時(shí)，為了框架端部側(cè)面施加反復(fù)荷載的需要，應(yīng)設(shè)置預(yù)埋構(gòu)件以便與加載用的液壓加載器或測(cè)力傳感器聯(lián)接，為保證框架柱腳部分與試驗(yàn)臺(tái)的固接，一般均設(shè)置加大截面的基礎(chǔ)梁（如圖2.5所示）。圖2.5(5) 試件的安裝就位在試件安裝就位時(shí)，要盡量減少安裝誤差，使試件就位后的實(shí)際計(jì)算跨度（梁）和計(jì)算高度（柱）與計(jì)算簡(jiǎn)圖一致。由于支座約束條件的內(nèi)力傳遞及變形有關(guān)，試件安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求選擇支座形式。一般在試件就位前，應(yīng)先在試件上畫(huà)出支座反力的作用線位置和試驗(yàn)加載點(diǎn)位置，需要對(duì)中的試件還要畫(huà)出中心線位置，荷載

13、作用部位要附設(shè)定位零件，以使荷載有明確的著力點(diǎn)。2.3 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的荷載方案設(shè)計(jì)2.3.1荷載設(shè)計(jì)的一般要求 （1）選用的試驗(yàn)荷載的圖式應(yīng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的荷載圖式所產(chǎn)生的內(nèi)力值完全一致或極為接近； 試驗(yàn)荷載在試件上的布置形式稱(chēng)為加荷圖式。（2）荷載值要準(zhǔn)確；（3）荷載傳力方式和作用點(diǎn)明確，產(chǎn)生的荷載數(shù)值要穩(wěn)定，特別是靜力荷載要不隨加載時(shí)間、外界環(huán)境和結(jié)構(gòu)的變形而變化；（4）荷載分級(jí)的數(shù)值要參考相應(yīng)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法的技術(shù)要求，同時(shí)必須滿足試驗(yàn)量測(cè)的精度要求；（5）加載裝置本身要有足夠的安全性和可靠性，要滿足強(qiáng)度要求和剛度要求。（6）加載設(shè)備的操作要方便，便于加載和卸載，并能控制加載速度，又能適

14、應(yīng)同步加載或先后不同步加載的要求；（7）試驗(yàn)加載方法要力求采用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)，減輕體力勞動(dòng)，提高試驗(yàn)質(zhì)量。2.3.2 試驗(yàn)的荷載圖式一般要求加荷圖式與理論計(jì)算簡(jiǎn)圖相一致。但是，由于條件限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)或者為了加載的方便而采用不同于計(jì)算所規(guī)定的荷載圖式時(shí)，可根據(jù)試驗(yàn)的目的和要求采用與計(jì)算簡(jiǎn)圖等效的荷載圖式。等效荷載是指加在試件上，使試件產(chǎn)生的內(nèi)力圖形與計(jì)算簡(jiǎn)圖相近，使控制截面的內(nèi)力值相等的荷載?？聪旅孢@個(gè)例子。2.3.3 試驗(yàn)加載裝置設(shè)計(jì)（1） 加載裝置的強(qiáng)度首先應(yīng)滿足試驗(yàn)最大荷載量的要求，保證有足夠的安全儲(chǔ)備，同時(shí)要考慮到結(jié)構(gòu)受載后有可能使局部構(gòu)件的強(qiáng)度有所提高。因此，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，加載裝置的承載

15、能力必須比試驗(yàn)最大荷載值要大，一般要求提高70左右。（2）試驗(yàn)加載裝置還必須有足夠的剛度。 例如：在混凝土應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線下降段的測(cè)試試驗(yàn)中，加載裝置剛度不足將難以獲得達(dá)到極限荷載后混凝土的性能。（3） 試驗(yàn)加載裝置必須符合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力條件，要求能模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊界條件和變形條件，否則就失去了受力的真實(shí)性。2.3.4 試驗(yàn)的加載制度試驗(yàn)的加載制度是指試驗(yàn)進(jìn)行期間荷載與時(shí)間的關(guān)系。它包括：加載速度的快慢，加載時(shí)間間隙的長(zhǎng)短、分級(jí)荷載大小和加載卸載循環(huán)的次數(shù)等，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和變形性質(zhì)與其所受荷載作用特性有關(guān)。不同性質(zhì)的試驗(yàn)必須根據(jù)試驗(yàn)的要求制定不同的加載制度。對(duì)于結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)，一般采用包括

16、預(yù)加載、設(shè)計(jì)試驗(yàn)荷載或變形的低調(diào)反復(fù)加載，而結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)則是由計(jì)算機(jī)控制，按結(jié)構(gòu)受地震地面運(yùn)動(dòng)加速度作用后的位移反應(yīng)時(shí)程曲線進(jìn)行加載試驗(yàn)。一般結(jié)構(gòu)動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)采用模擬地震地面運(yùn)動(dòng)加速度地震波的激振試驗(yàn)。2.4 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的觀測(cè)方案設(shè)計(jì)制定試驗(yàn)觀測(cè)方案應(yīng)考慮的主要問(wèn)題有：根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，確定試驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目；按確定的觀測(cè)項(xiàng)目要求，選擇測(cè)點(diǎn)位置； 選擇測(cè)試儀器和測(cè)定方法。2.4.1 觀測(cè)項(xiàng)目的確定 結(jié)構(gòu)在荷載作用下的各種變形可以分成兩類(lèi)：一類(lèi)是整體變形，反映結(jié)構(gòu)整體工作狀況，如梁的撓度、轉(zhuǎn)角、支座偏移等；另一類(lèi)是局部變形，反映結(jié)構(gòu)的局部工作狀況，如應(yīng)變、裂縫、鋼筋滑移等。在確定試驗(yàn)的觀測(cè)項(xiàng)目時(shí)，首先應(yīng)

17、該考慮整體變形，對(duì)于某些構(gòu)件，還應(yīng)該局部變形。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的整體變形最能慨括其工作全貌。結(jié)構(gòu)任何部位的異常變形或局部破壞都能在整體變形中得到反應(yīng)。轉(zhuǎn)角和曲率的量測(cè)也是實(shí)測(cè)分析中的重要內(nèi)容，特別是在超靜定結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多?？偟膩?lái)說(shuō)，觀測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)布置必須滿足分析和推斷結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的要求。2.4.2 測(cè)點(diǎn)的選擇與布置用儀器對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力和變形等參數(shù)的量測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)的選擇與布置有以下幾條原則：（1） 滿足試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯?，宜少不宜多，以?jiǎn)化試驗(yàn)內(nèi)容，節(jié)約經(jīng)費(fèi)開(kāi)支；（2） 測(cè)點(diǎn)的位置必須要有代表性，以便于分析和計(jì)算。（3） 應(yīng)布置一定量的校核性測(cè)點(diǎn) （受力點(diǎn)明確的部位）；（4） 測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)便于試驗(yàn)時(shí)的

18、操作和測(cè)讀。2.4.3 儀器的選擇與測(cè)讀的原則（1） 儀器的選擇1 所用儀器能很好地符合量測(cè)所需的精度與量程要求，防止盲目選用高準(zhǔn)確度和高靈敏度的精密儀器。2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，由于儀器所處的條件和環(huán)境復(fù)雜，影響因素較多，電測(cè)儀器的適應(yīng)性本身就不如機(jī)械儀表，測(cè)點(diǎn)較多時(shí)，機(jī)械儀表卻不如電測(cè)儀器靈活、方便，選用時(shí)應(yīng)作具體的分析和技術(shù)比較。3 選擇儀表時(shí)必須考慮測(cè)讀方便省時(shí)，必要時(shí)須采用自動(dòng)記錄裝置。4 量測(cè)儀器的型號(hào)規(guī)格應(yīng)盡可能選用一樣的，種類(lèi)越少越好。5 動(dòng)測(cè)試驗(yàn)使用的儀表，尤其應(yīng)注意儀表的線性范圍、頻響特性等，要滿足試驗(yàn)量測(cè)的要求。（2） 測(cè)讀的原則儀器的測(cè)讀應(yīng)按一定的程序進(jìn)行，具體的測(cè)試方法與試驗(yàn)方

19、案、加載程序有密切的關(guān)系，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：1 在進(jìn)行測(cè)讀時(shí)，主要的原則是全部?jī)x器的讀數(shù)必須同時(shí)進(jìn)行，至少也要基本上同時(shí)進(jìn)行。2 測(cè)讀儀器的時(shí)間，一般選在試驗(yàn)荷載過(guò)程中恒載間歇的時(shí)間內(nèi)。3 當(dāng)恒載時(shí)間較長(zhǎng)，按結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的要求，應(yīng)測(cè)取恒載下變形隨時(shí)間的變化。空載時(shí)，也應(yīng)測(cè)取變形隨時(shí)間的恢復(fù)情況。4 每次記錄儀器的讀數(shù)時(shí)，應(yīng)同時(shí)記下周?chē)臏囟取? 重要的數(shù)據(jù)應(yīng)邊作邊記錄，邊作邊初步整理，同時(shí)算出每級(jí)荷載的讀數(shù)差，與預(yù)計(jì)的理論值進(jìn)行比較。2.5 材料的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的關(guān)系 2.5.1 概述 一個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力和變形特點(diǎn)，除受荷載等外界因素影響外，還要取決于組成這個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的

20、材料內(nèi)部抵抗外力的性能。充分了解材料的力學(xué)性能，對(duì)于在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)前或試驗(yàn)過(guò)程中正確估計(jì)結(jié)構(gòu)的承載能力和實(shí)際工作狀況，以及在試驗(yàn)后整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，處理試驗(yàn)結(jié)果等工作都具有非常重要的意義。 在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中按照結(jié)構(gòu)或構(gòu)件材料性質(zhì)的不同，必須測(cè)定相應(yīng)的一些最基本的數(shù)據(jù)，如混凝土的抗壓強(qiáng)度、鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉極限強(qiáng)度、磚石砌體的抗壓強(qiáng)度等。在科學(xué)研究性的試驗(yàn)中為了了解材料的荷載變形、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，需要測(cè)定材料的彈性模量，有時(shí)根據(jù)試驗(yàn)研究的要求，尚須測(cè)定混凝土材料的抗拉強(qiáng)度以及各種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線等有關(guān)數(shù)據(jù)。 在測(cè)量材料各種力學(xué)性能時(shí)，應(yīng)該按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或部頒標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行，

21、對(duì)于試件的形狀、尺寸、加工工藝及試驗(yàn)加載、測(cè)量方法等都要符合規(guī)定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 在建筑結(jié)構(gòu)抗震研究中，根據(jù)地震荷載作用的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)上施加周期性反復(fù)荷載，結(jié)構(gòu)將進(jìn)入非線性階段工作，因此相應(yīng)的材料試驗(yàn)也須要在周期性反復(fù)荷載下進(jìn)行，這時(shí)鋼材將會(huì)出現(xiàn)包辛格效應(yīng)，對(duì)于混凝土材料就需要進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變曲線全過(guò)程的測(cè)定，特別要測(cè)定曲線的下降段部分。 2.5.2 材料力學(xué)性能的試驗(yàn)的基本要求材料的力學(xué)性能指標(biāo)是由鋼材、鋼筋和混凝土等各種試樣或試塊進(jìn)行試驗(yàn)所得結(jié)果的平均值。在進(jìn)行科研性試驗(yàn)研究中，要求材性試件與結(jié)構(gòu)試件之間要保證做到嚴(yán)格的材料性質(zhì)一致、試件，并采用同樣條件成型和養(yǎng)護(hù)。對(duì)于鋼筋，要

22、在構(gòu)件中的同一根鋼筋上留取材性試件，有時(shí)甚至在構(gòu)件試驗(yàn)破壞后，從被破壞的試件中敲出鋼筋取樣進(jìn)行材料試驗(yàn)。在磚石或砌塊砌體砌筑時(shí)，要求同一工人用同批磚塊或砌塊和同批拌制的砂漿砌筑同一砌體試件。2.5.3 材料力學(xué)性能的試驗(yàn)方法對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)的影響材料的力學(xué)性能指標(biāo)是由鋼材、鋼筋和混凝土等各種材料分別制成的標(biāo)準(zhǔn)試樣或試塊進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的平均值。由于材質(zhì)的不均勻性等原因，測(cè)定的結(jié)果必然會(huì)有較大的波動(dòng)，尤其當(dāng)試驗(yàn)方法不妥時(shí)，波動(dòng)值將會(huì)更大。 長(zhǎng)期以來(lái)人們通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)方法對(duì)材料強(qiáng)度指標(biāo)有著一定的影響，特別是試件的形狀、尺寸和試驗(yàn)加載速度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響尤為顯著，對(duì)于同一種材料，僅僅

23、由于試驗(yàn)方法與試驗(yàn)條件的不同，就會(huì)得出不同的強(qiáng)度指標(biāo)。下面我們就混凝土材料來(lái)作進(jìn)一步的說(shuō)明。 2.5.3.1 試件尺寸與形狀的影響 在國(guó)際上各國(guó)混凝土材料強(qiáng)度測(cè)定用的試件有立方體和圓柱體兩種。按照我國(guó)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法規(guī)定，采用150mm×l50mm×l50mm的立方體試件測(cè)定的抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值，采用ha=2：1的150mm×l50mm× 300mm的棱柱體試件(h為試件的高度，a為試件的邊長(zhǎng))，為測(cè)定混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量的標(biāo)準(zhǔn)試件。國(guó)外采用圓柱體試件時(shí)，試件尺寸為hld = 2：1的100mm×200mm或

24、150mm×300mm的圓柱體(h為圓柱體高度，為圓柱體直徑)。 (1) 隨著材料試件尺寸的縮小，在試驗(yàn)中出現(xiàn)了混凝土強(qiáng)度有系統(tǒng)地稍有提高的現(xiàn)象。截面較小而高度較低的試件得出的抗壓強(qiáng)度偏高，這可以歸結(jié)為試驗(yàn)方法和材料自身的原因等兩個(gè)方面的因素，試驗(yàn)方法問(wèn)題可解釋為試驗(yàn)機(jī)壓板對(duì)試件承壓面的摩擦力所起的箍緊作用，由于受壓面積與周長(zhǎng)的比值不同而影響程度不一。對(duì)小試件的作用比對(duì)大試件要大。材料自身的原因是由于內(nèi)部存在缺陷(裂縫)的分布，表面和內(nèi)部硬化程度的差異在大小不同的試件中起不同影響，隨試件尺寸的增大而增加。 (2) 采用立方體或棱柱體的優(yōu)點(diǎn)是制作方便，試件受壓面是試

25、件的模板面，平整度易于保證。但澆搗時(shí)試件的棱角處都由砂漿來(lái)填充，因而混凝土拌合物的顆粒分布不及圓柱體試件均勻，由于圓形截面邊界條件均一性好，所以圓柱體截面應(yīng)力分布均勻。此外圓柱體試件外形與鉆芯法從結(jié)構(gòu)上鉆取的試樣一致。但由于圓柱體試件是立式成型，試件的端面即是試驗(yàn)加載的受壓面，比較粗糙，因此造成試件抗壓強(qiáng)度的離散性較大。 2.5.3.2 試驗(yàn)加載速度的影響 在測(cè)定材料力學(xué)性能試驗(yàn)時(shí)，加載速度愈快，即引起材料的應(yīng)變速率愈高，則試件的強(qiáng)度和彈性模量也就相應(yīng)提高。 鋼筋的強(qiáng)度隨加載速度的提高面加大。見(jiàn)圖2.6 ，圖中的數(shù)字為應(yīng)變速率；和ts為達(dá)到屈服的時(shí)間，反應(yīng)了加載速

26、度。圖2.6混凝土盡管是非金屬材料，但也和鋼筋一樣，隨著加載速度的增加而提高其強(qiáng)度和彈性模量。特別在很高應(yīng)變速率的情況下，由于混凝土內(nèi)部細(xì)微裂縫來(lái)不及發(fā)展，初始彈性模量隨應(yīng)變速率加快而提高。圖2.7表示了應(yīng)變速率對(duì)混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響。圖2.72.6建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大綱及其他文件2.6.1建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大綱試驗(yàn)大綱是進(jìn)行整個(gè)試驗(yàn)工作的指導(dǎo)性文件，一般包括以下幾個(gè)部分：（1）試驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)源，即試驗(yàn)任務(wù)產(chǎn)生的原因、渠道和性質(zhì)。（2）試驗(yàn)研究目的，即通過(guò)試驗(yàn)最后應(yīng)得出的數(shù)據(jù)，如破壞荷載值、設(shè)計(jì)荷載下的內(nèi)力分布和撓度曲線、荷載變形曲線等，弄清楚試驗(yàn)研究目的，就能確定試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。（3）試件設(shè)計(jì)要求，包括試件設(shè)計(jì)的依據(jù)及理論分析過(guò)程，試件的種類(lèi)、形狀、數(shù)量、尺寸，施工圖設(shè)計(jì)和施工要求；還包括試件制作要求，如對(duì)試件原材料，制作工藝，制作精度等。（4）輔助試驗(yàn)內(nèi)容，包括輔助試驗(yàn)的目的、數(shù)量，試件的種類(lèi)、數(shù)量及尺寸，試件的制作要求，試驗(yàn)