第一節(jié)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、第一章第一章 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.1 概 述1、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)過程：試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)實(shí)施和試驗(yàn)分析四個(gè)階段。其中試驗(yàn)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2、試驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容試件設(shè)計(jì)：試件形狀、尺寸、數(shù)量荷載設(shè)計(jì)：荷載圖式、加載設(shè)備、加載制度觀測(cè)設(shè)計(jì)：觀測(cè)項(xiàng)目、測(cè)點(diǎn)布置、測(cè)試儀器誤差控制：試件制作安裝、材料性能、加載及測(cè)量誤差安全措施：試驗(yàn)人員、試驗(yàn)對(duì)象、儀器設(shè)備的安全試驗(yàn)進(jìn)度：經(jīng)費(fèi)預(yù)算：3、試驗(yàn)準(zhǔn)備試件制作與安裝加載設(shè)備安裝調(diào)試測(cè)試設(shè)備標(biāo)定、調(diào)試材料性能試驗(yàn)試驗(yàn)人員組織分工。4、試驗(yàn)實(shí)施加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集裂縫分布圖破壞形態(tài)記錄5、試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的處理結(jié)構(gòu)性能參數(shù)結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)試件可以

2、是原型的全部或部分。設(shè)計(jì)時(shí)，突出研究問題的主要因素，忽略只要因素，確保試驗(yàn)中研究部位受力一致?？蒲性囼?yàn)：試件形狀、尺寸、數(shù)量和構(gòu)造，同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)和受力的邊界條件要求。鑒定試驗(yàn)：確定具體試驗(yàn)或檢驗(yàn)的部件和部位。?重要工程綜合鑒定：選結(jié)構(gòu)受力最不利部位。?施工質(zhì)量和受災(zāi)結(jié)構(gòu)：以受損程度和加固補(bǔ)強(qiáng)的需要，確定測(cè)試部位和構(gòu)件。?預(yù)制構(gòu)件檢驗(yàn)：按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在同批產(chǎn)品中隨機(jī)抽取檢驗(yàn)樣品數(shù)量。（GB50204-2002 砼施規(guī)范）1.2 試件設(shè)計(jì)試件設(shè)計(jì)一、試件形狀一、試件形狀試驗(yàn)時(shí)形成和實(shí)際工作相一致的應(yīng)力狀態(tài)和邊界條件?？蚣芰骸⒅凸?jié)點(diǎn)試件設(shè)計(jì)：試驗(yàn)柱A-A、B-B部位框架梁C-C、D-D試件框架節(jié)

3、點(diǎn)試件梁柱取1/2梁跨和1/2柱高柱撓曲破壞 柱剪切破壞砌體墻體試件砌體墻體試件橫墻縱墻二、試件尺寸二、試件尺寸試件尺寸受到尺寸效應(yīng)、構(gòu)造要求、試驗(yàn)設(shè)備和經(jīng)費(fèi)條件等因素的制約。一般情況，研究性試驗(yàn)采用縮尺模型。研究局部： 141，研究整體結(jié)構(gòu)：11012。鑒定性：選用原型構(gòu)件，如屋架、吊車梁和屋面板。?框架：1/41/2；框架節(jié)點(diǎn)：1/21。?單層剪力墻0.8x1.01.78x2.74M，多層1/101/3?砌體墻體：1/41/2。?薄殼和網(wǎng)架等大跨結(jié)構(gòu)：1/51/20。?振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/501/4。三、試件數(shù)量三、試件數(shù)量鑒定試驗(yàn)： 預(yù)制構(gòu)件按“GB50204-2002 砼施工驗(yàn)收規(guī)范”

4、規(guī)定，每批（不超過三個(gè)月的1000件同類型產(chǎn)品為一批）中隨機(jī)抽取一件進(jìn)行檢驗(yàn)。 抽樣時(shí)，取設(shè)計(jì)荷載最大、受力最不利或生產(chǎn)數(shù)量最多的構(gòu)件中抽取。（“同類型產(chǎn)品”是指采用同一鋼種、同一混凝土強(qiáng)度等級(jí)、同一工藝、同一結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)件）?？蒲性囼?yàn)：由研究問題的影響因素個(gè)數(shù)A(分析因子）和每個(gè)因素的變化數(shù)B（水平數(shù)）確定。?磚砌體的抗剪強(qiáng)度與截面積、砂漿強(qiáng)度、垂直應(yīng)力AB試件號(hào) 截面積A 砂漿強(qiáng)度垂直壓應(yīng)力抗剪強(qiáng)度10.20.50.0640.0920.20.50.3020.2430.22.50.0640.16940.22.50.3020.40750.70.50.0640.06460.70.50.3020.

5、16070.72.50.0640.11180.72.50.3020.275?fv隨A增大而降低，隨砂漿強(qiáng)度提高而增大，并隨垂直應(yīng)力的增加而提高。n利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以減少試件數(shù)量（等于利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以減少試件數(shù)量（等于水平水平數(shù)的平方數(shù)的平方）。如磚抗剪強(qiáng)度研究的試件為）。如磚抗剪強(qiáng)度研究的試件為4。但不能。但不能提供某一因子的單值變化。提供某一因子的單值變化。試件號(hào) 截面積 砂漿強(qiáng)度 垂直壓應(yīng)力 抗剪強(qiáng)度10.20.50.0640.0940.22.50.3020.40750.70.50.3020.16070.72.50.0640.111(1+4)/20.21.50.1830.248(

6、5+7)/20.71.50.1830.136(1+5)/20.450.50.1830.125(4+7)/20.452.50.1830.257(1+7)/20.451.50.0640.105(4+5)/20.451.50.3020.283四、構(gòu)造措施四、構(gòu)造措施防止局部受壓破壞和按預(yù)定的破壞方式破壞。1.3 荷載設(shè)計(jì)荷載設(shè)計(jì)試件就位形式、荷載圖式、荷載裝置及加載制度的設(shè)計(jì)等。一、試件就位形式?1）正位試驗(yàn)：試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實(shí)際工作狀態(tài)相一致。?2）異位試驗(yàn)：試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實(shí)際工作狀態(tài)不相一致。便于加載和觀測(cè)，試驗(yàn)較安全。反位試驗(yàn)：與正位試驗(yàn)在空間位置上相差180度。臥位試驗(yàn)

7、：與正位試驗(yàn)在空間位置上相差90度。 1.試件 2.加固后作荷載平衡用的屋架 3.支承反力架 1.液壓加載器 5.荷載傳感器 圖49 屋架成對(duì)臥位試驗(yàn)?3）原位試驗(yàn)二、二、 荷載圖式荷載圖式 荷載圖式：與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的荷載圖式，或者實(shí)際荷載情況一致。有時(shí)受試驗(yàn)條件的限制和加載方便，也常用等效荷載圖式（控制截面內(nèi)力相等，內(nèi)力圖形相近）。等等 效效 荷荷 載載框架梁圖式框架梁圖式 柱荷載圖式柱荷載圖式框架節(jié)點(diǎn)荷載圖式框架節(jié)點(diǎn)荷載圖式框架節(jié)點(diǎn)梁端和柱端邊界模擬框架節(jié)點(diǎn)梁端和柱端邊界模擬三、荷載裝置三、荷載裝置1、應(yīng)有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備：加載值的1.7倍。2、應(yīng)有足夠的剛度：減小試件臨近破壞時(shí)，試驗(yàn)裝置積

8、蓄的變形能量對(duì)試件產(chǎn)生過大沖擊。3、滿足試件的邊界條件和受力變形的真實(shí)狀態(tài)，不產(chǎn)生卸荷和約束作用。4、注意支承點(diǎn)摩擦力對(duì)試件的影響。四、試驗(yàn)荷載值四、試驗(yàn)荷載值?裂縫寬度：正常使用極限狀態(tài)試驗(yàn)荷載值Qs 。?抗裂性試驗(yàn)：抗裂檢驗(yàn)系數(shù)(實(shí)測(cè)值/設(shè)計(jì)值) XQs ；?承載能力試驗(yàn)：承載力檢驗(yàn)系數(shù)(實(shí)測(cè)值/設(shè)計(jì)值) XQd 。?科研試驗(yàn)：根據(jù)材性和截面的實(shí)際參數(shù)計(jì)算試驗(yàn)荷載值。?鑒定試驗(yàn)：對(duì)于已建結(jié)構(gòu)的可靠性檢驗(yàn)，由于材性和截面的實(shí)際參數(shù)已知，也可參照科研性試驗(yàn)的方法來確定試驗(yàn)荷載值。?結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)：應(yīng)考慮動(dòng)力荷載的動(dòng)力系數(shù)。五、五、 加載制度加載制度1）概念：指試驗(yàn)進(jìn)行期間荷載的大小和方向與時(shí)間的

9、關(guān)系。2）加載制度：預(yù)載、標(biāo)準(zhǔn)荷載（正常使用荷載）和破壞荷載。預(yù)載預(yù)載 1）目的：）目的：使試件進(jìn)入正常工作狀態(tài)；檢驗(yàn)加載裝置的可靠性和測(cè)試系統(tǒng)是否工作正常。 2）荷載）荷載：一般分三級(jí)，每級(jí)20%標(biāo)準(zhǔn)荷載，然后分2-3級(jí)卸完。對(duì)混凝土構(gòu)件不超過70%開裂荷載。標(biāo)準(zhǔn)荷載標(biāo)準(zhǔn)荷載QS ： 1)一般原則：一般原則：五級(jí)，每級(jí)20%QS 。 QS后每級(jí) 10% QS ；90%開裂或破壞荷載后，每級(jí) 5% QS 。 2)對(duì)于柱對(duì)于柱，按(1/101/15)Qu分級(jí)，接近開裂和破壞荷載時(shí)每級(jí)細(xì)分2-3級(jí)。 3)對(duì)于砌體對(duì)于砌體，按10%Qu分級(jí)，80%后不分級(jí)。卸載：卸載：按加載級(jí)別，也可放大級(jí)別，可取

10、2050 QS 。持荷時(shí)間持荷時(shí)間：鋼結(jié)構(gòu)10min；鋼筋砼結(jié)構(gòu) 15min，標(biāo)準(zhǔn)荷載時(shí) 30min。抗裂檢驗(yàn)荷載：10-15imn；大跨：短期荷載下12h.1.4 觀測(cè)設(shè)計(jì)觀測(cè)設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)康?觀測(cè)項(xiàng)目=測(cè)點(diǎn)布置=測(cè)量?jī)x器一、觀測(cè)項(xiàng)目1、靜力試驗(yàn)整體變形：撓度、位移、轉(zhuǎn)角和支座偏移等；局部變形：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)該考慮整體變形。2、動(dòng)力試驗(yàn)動(dòng)力特性：自振頻率（周期）、振型和阻尼動(dòng)力反應(yīng)：振幅、頻率（頻譜）、速度、加速度、動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)力系數(shù)等。1.4 觀測(cè)設(shè)計(jì)觀測(cè)設(shè)計(jì)（續(xù)）（續(xù)）二、測(cè)點(diǎn)布置原則1、測(cè)點(diǎn)數(shù)量：滿足試驗(yàn)要求的前提下，宜少不宜多。測(cè)某一部位的最值：1-

11、3點(diǎn)（最大撓度、應(yīng)力）；測(cè)分布規(guī)律不少于五點(diǎn)（如撓曲線、截面應(yīng)力分布）。2、測(cè)點(diǎn)位置：具有代表性?？刂茰y(cè)點(diǎn)：最不利位置校核測(cè)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)邊緣凸角，對(duì)稱位置。方便安全，便于操作。1.4 觀測(cè)設(shè)計(jì)觀測(cè)設(shè)計(jì)（續(xù)）（續(xù)）三、測(cè)量?jī)x器選擇儀器精度：儀表的最小刻度不大于5%的最大被測(cè)值。儀器量程：被測(cè)最大值在1/5-2/3量程內(nèi)。型號(hào)規(guī)格：盡可能一致，種類愈少愈好。儀器種類：被測(cè)物理量的類型和測(cè)點(diǎn)位置、數(shù)量。測(cè)點(diǎn)數(shù)量很多且測(cè)點(diǎn)又位于很高很遠(yuǎn)的部位，則采用電測(cè)儀表和自動(dòng)記錄儀器。動(dòng)測(cè)儀器：線性范圍、頻響特性、相位特性和儀器的配套性。四、數(shù)據(jù)測(cè)讀四、數(shù)據(jù)測(cè)讀1）試驗(yàn)前，進(jìn)行讀初始讀數(shù)。2）試驗(yàn)時(shí)，在每級(jí)加載、卸載

12、間歇時(shí)間內(nèi)，同時(shí)讀取數(shù)據(jù)。3）當(dāng)荷載維持較長(zhǎng)時(shí)間不變時(shí)（如12h)，應(yīng)該按規(guī)定時(shí)間（如加載后的5分鐘、10 分鐘，30分鐘，1小時(shí)），以后每隔36小時(shí)讀數(shù)一次。同樣，當(dāng)結(jié)構(gòu)卸載完畢（空載）時(shí)，也應(yīng)按規(guī)定時(shí)間記錄變形的恢復(fù)情況。 4）長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)，每次讀數(shù)的同時(shí)記錄周圍環(huán)境的溫度。5）動(dòng)載試驗(yàn)和抗震試驗(yàn)，加載與觀測(cè)同步進(jìn)行。1.5 誤差控制誤差控制試件制作誤差：嚴(yán)格制作，試驗(yàn)前后測(cè)量試件有關(guān)尺寸，采用試件的實(shí)測(cè)尺寸進(jìn)行理論計(jì)算。材料性能誤差：試件制作時(shí)預(yù)留材料試樣，測(cè)量其力學(xué)性能，計(jì)算時(shí)采用實(shí)測(cè)材料強(qiáng)度。試驗(yàn)裝置誤差：不能模擬邊界，加載對(duì)試件產(chǎn)生約束或卸載。杠桿比例太大使杠桿傾斜產(chǎn)生水平分力，分配

13、梁比例過大和滾動(dòng)支座設(shè)置不當(dāng)。1.5 誤差控制誤差控制（續(xù)）（續(xù)）試件安裝誤差：支座位置、荷載作用點(diǎn)、支座約束條件。嚴(yán)格與設(shè)計(jì)相符。儀器誤差：儀器安裝、使用不當(dāng)誤差和以其本身的量測(cè)誤差。嚴(yán)格按儀器操作規(guī)程使用儀器，測(cè)量前后進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定減少誤差。試驗(yàn)方法非標(biāo)準(zhǔn)誤差：砼試塊的尺寸和加載速率，尺寸效應(yīng)的影響。按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行試驗(yàn)。1.6 安全措施（人員、儀器設(shè)備和試件）安全措施（人員、儀器設(shè)備和試件）試件安裝要注意吊點(diǎn)的設(shè)置，防止開裂與傾覆。荷載裝置應(yīng)有足夠安全儲(chǔ)備，以防加載裝置破壞。嚴(yán)格遵守設(shè)備的操作規(guī)程使用加載設(shè)備。增設(shè)保護(hù)措施，防止試件失穩(wěn)和倒塌：對(duì)長(zhǎng)細(xì)試件設(shè)置側(cè)向支撐防止側(cè)向失穩(wěn)。設(shè)置安

14、全托架和支墩墊塊，防止試件破壞時(shí)所加荷載或杠桿等隨試件一起塌下。附著式機(jī)械儀表應(yīng)設(shè)保護(hù)裝置，防止試件破壞時(shí)損害儀表。試驗(yàn)進(jìn)入破壞階段時(shí)，應(yīng)采取特別防護(hù)措施，防止碎塊、鋼筋飛出，危及人身和儀器設(shè)備的安全1.7 試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)大綱（包含試驗(yàn)設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容）1試驗(yàn)?zāi)康摹?試件設(shè)計(jì)及制作要求（試件設(shè)計(jì)的依據(jù)及理論分析，試件數(shù)量及施工圖，對(duì)試件原材料、制作工藝、制作精度等的要求）。3輔助試驗(yàn)內(nèi)容（輔助試驗(yàn)的目的，試件的種類、數(shù)量及尺寸，試件的制作要求，試驗(yàn)方法等）。4.試件的安裝與就位（試件的支座裝置，保證側(cè)向穩(wěn)定裝置等）。5加載方法（荷載數(shù)量及種類，加載設(shè)備，加載裝置，加載圖式，加載程序）。1.7 試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)報(bào)告（續(xù)）（續(xù)）6量測(cè)方法（測(cè)點(diǎn)布置，儀表型號(hào)選