建筑結構試驗課件第一章工程結構試驗概論

土木工程結構試驗授課教師韓瑞芳課程性質？

《土木工程結構試驗》是一門必修的專業(yè)基礎課程（32學時，理論24學時，試驗8學時），是電學、光學、光電子學、力學、鋼筋混凝土結構和鋼結構等學科相互交叉的、實用性很強的一門學科，是用試驗的方法研究和測量建筑結構的強度、結構受荷載作用后的反應及評估建筑結構產品質量的一門學科?！锻聊竟こ探Y構試驗》課程的學習應達到的基本要求是什么？

通過本課程的學習應達到的基本要求是:1．掌握經(jīng)常使用的各種測試方法的基本原理和測量技術，結合土木工程專業(yè)的特點，培養(yǎng)建筑結構試驗的試驗技能，使之具有從事一般建筑結構的檢測能力，為進行現(xiàn)場結構檢測和科學研究的試驗打下良好的基礎。2．掌握建筑結構試驗的前期準備工作程序，為結構試驗的順利進行準備測試方案。3．掌握典型建筑結構試驗的測試內容、測試方法、數(shù)據(jù)處理及書寫測試報告的全過程。4．熟練掌握建筑結構無損檢測的原理和檢測方法?！锻聊竟こ探Y構試驗》課程內容體系《土木工程結構試驗》課程主要是講述建筑結構試驗中的試驗準備工作，加載方法的選擇，測點和測試方法的選擇，試驗過程、數(shù)據(jù)處理及測試報告的書寫等內容。教學內容按教材的章節(jié)的模塊化進行設計:建筑結構試驗準備工作、試驗裝置和加載設備、測試技術、試驗設計、典型試驗、無損檢測技術、試驗數(shù)據(jù)的處理等。學習參考書：第一章土木工程結構試驗概述本章提要：

一、土木工程結構試驗的任務二、土木工程結構試驗的作用三、土木工程結構試驗的目的四、土木工程結構試驗的分類五、土木工程結構試驗的發(fā)展建筑結構：不同類型的承重構件（梁、板、柱等）相互連接而形成的結構體系，在規(guī)定的使用期內能安全有效的承受外部及內部形成的各種作用，滿足結構使用功能的要求。結構分析：各種作用下的實際應力分布和工作狀態(tài)，了解構件的剛度、抗裂性能以及實際所具有的強度和安全儲備.結構分析方法：傳統(tǒng)和現(xiàn)代的設計理論和計算方法、結構試驗。結構試驗是研究和發(fā)展工程結構新材料、新體系、新工藝以及探索工程結構計算分析、設計理論的重要手段，在工程結構科學研究和技術創(chuàng)新等方面起著重要作用。結構試驗是一門試驗科學土木工程結構試驗是一項科學實踐性很強的活動，是研究和發(fā)展結構新材料、新體系、新工藝以及探索結構設計新理論的重要手段。同時，也可通過試驗對具體結構作出正確的技術結論。實踐性:結構設計過程中，工程技術人員必須掌握在各種作用下結構的實際工作狀態(tài)，了解結構構件的承載力、剛度、受力性能以及實際所具有的安全儲備。1）傳統(tǒng)的理論計算方法；2）結構試驗應力分析方法。一、結構試驗的任務電子計計算機機技術術的應應用1）數(shù)學學模型型方法法計算算分析析技術術；2）計算算機控控制的的結構構試驗驗技術術。900(2700)方向來來流時時風壓壓云圖圖重慶大大劇院院模型型結構試試驗技技術1）工程程結構構靜力力試驗驗和動動力試試驗的的加載載模擬擬技術術；2）工程程結構構變形形參數(shù)數(shù)的量量測技技術；；3）試驗驗數(shù)據(jù)據(jù)的采采集、、信號號分析析及處處理技技術；；4）對試試驗對對象作作出科科學的的技術術評價價或理理論分分析。。1）工程程結構構靜力力試驗驗動力試試驗的的加載載模擬擬技術術；工程結結構變變形參參數(shù)的的量測測技術術；3）試驗驗數(shù)據(jù)據(jù)的采采集、、信號號分析析及處處理技技術；；4）對試試驗對對象作作出科科學的的技術術評價價或理理論分分析。。結構試試驗的的任務務建筑結結構試試驗研究對對象：建設設工程程的結結構物物建筑結結構試試驗的的任務：在試驗驗研究究對象象上應應用科科學的的試驗驗組織織程序序，使使用儀儀器設設備為為工具具，利利用各各種實實驗為為手段段，在在荷載載或其其它因因素作作用下下，通通過量量測與與結構構工作作性能能有關關的各各種參參數(shù)，，從強強度、、剛剛度和和抗裂裂度以以及結結構實實際破破壞形形態(tài)來來判明明結構構的實實際工工作性性能，，估計計結構構的承承載能能力，，確定定結構構對使使用要要求的的符合合程度度，并并用以以檢驗驗和發(fā)發(fā)展結結構的的計算算理論論。幾個典典型實實例：：1、鋼筋筋混凝凝土簡簡支梁梁在靜靜力集集中荷荷載作作用下下，可以通通過測測得梁梁在不不同受受力階階段的的撓度度、角角變位位、截面應應變和和裂縫縫寬度度等參參數(shù)，，來分分析梁梁的整整個受受力過程以以及結結構的的強度度、撓撓度和和抗裂裂性能能。適筋受受彎構構件截截面受受力的的幾個個階段段:第一階階段——截面開開裂前前階段段（抗抗裂驗驗算））第二階階段——從截面面開裂裂到受受拉區(qū)區(qū)縱向向鋼筋筋開始始屈服階階段（（變形形和裂裂縫寬寬度驗驗算））第三階階段——破壞階階段（（承載載力計計算））2、動力力試驗驗：測測量結結構的的自振振頻率率、阻阻尼系系數(shù)、、振幅幅和動動應變變等，，研究究結構構的動動力特特性和和結構構對動動力荷荷載的的反應應。3、結構構抗震震試驗驗：在在低周周反復復荷載載作用用下，，獲得得應力力-變形關關系滯滯回曲曲線，，分析析抗震震結構構的強強度、、剛度度、延延性、、剛度度退化化及變變形能能力。。結論論建筑結結構試試驗是是以實實驗方方式測測定有有關數(shù)數(shù)據(jù)，，由此此反映映結構構或構構件的的工作作性能能、承承載能能力和和相應應的安安全度度，為為結構構的安安全使使用和和設計計理論論的建建立提提供重重要根根據(jù)的的學科科。二結結構構試驗驗的作作用1、建筑筑結構構試驗驗是發(fā)發(fā)展結結構理理論和和計算算方法法的重重要途途徑2、建筑筑結構構試驗驗是發(fā)發(fā)現(xiàn)結結構設設計誤誤區(qū)的的主要要手段段3、建筑筑結構構試驗驗是驗驗證結結構理理論的的唯一一方法法4、建筑筑結構構試驗驗是建建筑結結構質質量鑒鑒定的的直接接方式式5、建筑筑結構構試驗驗是制制定各各類技技術規(guī)規(guī)范和和技術術標準準的基基礎（1）結構構試驗驗是發(fā)發(fā)展結結構理理論和和計算算方法法的重重要途途徑17世紀初初伽利利略（（1564-1642）在1638年錯誤誤地提提出：：受彎彎梁的的斷面面應力力為均均勻受受拉。。46年后法法國物物理學學家馬馬里奧奧脫和和德國國數(shù)學學家萊萊布尼尼茲對對這個個假設設提出出了修修正,認為：：斷面面應力力不是是均勻勻分布布，是是三角角形分分布。。后來來胡克克和伯伯努里里又建建立了了平面面假設設。1713年法國國巴郎郎提出出了中中和層層理論論：認認為一一邊受受拉，，一邊邊受壓壓，但但該理理論無無法用用試驗驗驗證證，而而未被被人們們接受受。1767年法國科學學家容格密密里用簡單單的試驗驗驗證了巴郎郎理論中一一邊受拉，，一邊受壓壓的結論。。后人把該該試驗譽為為“路標試試驗”。1821年法國科學學院院士拿拿維葉從理理論上導出出了受彎構構件斷面應應力計算公公式，20年后該公式式被法國另另一位院士士阿莫列思思用試驗方方法驗證了了。框架結構矩矩形截面柱柱和圓形截截面柱：拉拉壓型破壞壞異型截面柱柱：剪切型型破壞《混凝土結構構設計規(guī)范范》、《混凝土異形形柱結構技技術規(guī)程》（2）結構試驗驗是發(fā)現(xiàn)結結構設計誤誤區(qū)的主要要手段①斜撐幾乎乎不起作用用；②斜撐撐交點首先先出現(xiàn)塑性性角而破壞壞。通過多次改改進：有如一些特特殊結構的的研究，需需要做大量量的結構試試驗，如混混凝土-復合結構：：鋼管混凝凝土結構，，鋼筋混凝凝土-鋼，籠式結結構等。（3）結構試驗驗是驗證結結構理論的的唯一方法法受彎桿件截截面應力分分布的平截截面假定彈性力學的的平面應力力問題應力集中現(xiàn)現(xiàn)象的計算算理論復雜的結構構平面分析析理論結構空間分分析理論隔震結構、、消能結構構設計理論論（4）結構試驗驗是建筑結結構質量鑒鑒定的直接接方式；如災害或事事故后建筑筑工程的評評估、鑒定定（5）結構試驗驗是制定各各類技術規(guī)規(guī)范和技術術標準的基基礎；不但總結大大量已有科科學實驗的的成果和經(jīng)經(jīng)驗，還進進行了大量量鋼筋砼結結構、砌體體結構和鋼鋼結構的梁梁、柱、節(jié)節(jié)點、框架架、墻板等等實體或縮縮尺模型的的試驗以及及實體建筑筑物的試驗驗研究。科學研究性性試驗和生生產鑒定性性試驗科研性試驗驗目的：驗證證、改進和和發(fā)展結構構設計計算算的理論和和方法主要表現(xiàn)：：（（1）驗證結構構設計計算算的各種假假定；（2）制定各種種設計規(guī)范范；（3）發(fā)展新的的設計理論論；（4）為發(fā)展和和推廣新結結構、新材材料及新工工藝提供理論與與實踐的經(jīng)經(jīng)驗。三、結構試試驗的目的的鋼管混凝土土索膜結構生產鑒定性性試驗目的：檢驗結構構構件是否否符合結構構設計規(guī)范范及施工驗驗收規(guī)范的的要求，并并對檢驗結結果作出技技術結論。。對象：一般是真真實的結構構或構件。。應用：1）鑒定結構構設計和施施工質量的的可靠程度度。2）鑒定預制制構件的產產品質量。。3）工程改建建或加固，，通過試驗驗判斷結構構的實際承承載力。4）為處理受受災結構和和工程事故故，提供技技術依據(jù)。。5）已建結構構可靠性檢檢驗，推定定結構剩余余壽命。生產鑒定性性試驗生產鑒定性性試驗生產鑒定性性試驗四、工程結結構試驗分分類按試驗對象象的尺寸分分類原型試驗：：實際結構或或是按實物物結構足尺尺復制的結結構或構件件。一般用于生生產性試驗驗，例如秦秦山核電站站安全殼加加壓整體性性能試驗、、工業(yè)廠房房結構的剛剛度試驗、、樓蓋承載載能力試驗驗、高層建建筑上的風風振測試、、環(huán)境隨機機振動測定定結構動力力特性。模型試驗：：按原型結構構縮小的模模型，又分分為相似模模型試驗和和縮尺模型型試驗。相似模型試試驗模型是仿照照原型并按按照一定比比例關系復復制而成的的試驗代表表物，它具具有實際結結構的全部部或部分特特征。模型型的設計制制作及試驗驗是根據(jù)相似理論、用適當?shù)牡谋壤拖嗨撇牧现瞥膳c原型型幾何相似的試驗對象象，在模型型上施加相似力系，使模型受受力后重演原型結結構的實際際工作，最后按照照相似理論論由模型試試驗結果推算實際結結構工作?？s尺模型試試驗即小構件試試驗，不需需依靠相似似理論，無無須考慮相相似比例對對試驗結果果的影響，，是用試驗驗結果與理理論計算進進行對比校校核的方法法研究結構構的性能，，驗證設計計假定與計計算方法的的正確性，，并認為這這些結果所所證實的一一般規(guī)律與與計算理論論可以推廣廣到實際結結構中去。。原型試驗模型試驗原型試驗原型試驗模型試驗模型試驗模型試驗——風洞試驗模型試驗——風洞試驗按試驗荷載載性質分類類靜力試驗單調靜力試試驗、低周周反復靜力力試驗（偽偽靜力試驗驗）優(yōu)點：加載載設備簡單單，試驗觀觀測方便缺點：不能能反映結構構動力性能能動力試驗振動臺試驗驗、疲勞試試驗、風載載試驗等優(yōu)點：能真真實反映結結構的動力力特性和動動力響應缺點：加載載設備和測測試手段復復雜靜力試驗——單調靜力試試驗靜力試驗——低周反復靜靜力試驗低周反復靜靜力試驗又又稱偽靜力力試驗鋼筋混凝土土框架結構構擬靜力倒倒塌試驗靜力試驗——擬動力試驗驗靜力試驗觀測方便，，可人工讀讀數(shù)鋼筋混凝土土梁受彎試試驗觀測項項目：應力、撓度度、裂縫、、破壞形態(tài)態(tài)動力試驗—結構動力特特性試驗動力試驗—地震模擬振振動臺試驗驗動力試驗—風洞試驗動力試驗疲勞試驗、、抗爆試驗驗