建筑結構實驗

建筑結構試驗第1章緒論結構試驗是在結構物或試驗對象（桿件、構件、子結構或其模型）上，利用設備儀器為工具，以各種試驗技術為手段，在施加各種作用（荷載、機械擾動力、模擬的地震作用、風力、溫度、變形……）的工況下，通過量測與試驗對象工作性能有關的各種參數(shù)（應變、變形、振幅、頻率……）和試驗對象的實際破壞形態(tài)，來評定試驗對象的工作性能（剛度、抗裂度、裂縫狀態(tài)、強度、承載力、穩(wěn)定和耗能能力等），并用以檢驗和發(fā)展結構的計算理論。1.1結構試驗的目的（1）科學研究性試驗驗證結構計算理論為制定工程技術標準提供依據(jù)（2）鑒定性試驗檢驗結構、構件或結構部件的質量確定已建結構的承載力驗證結構設計的安全度1.2結構試驗的分類1.2.1原型及模型結構和構件試驗（尺寸效應）原型結構和構件試驗模型結構和構件試驗（依據(jù)相似理論）廣州體育館鋼結構次桁架足尺試驗（2000）上海大劇院風洞試驗及振動臺試驗（1994）

為上海大劇院100×100m鋼結構屋蓋（重達4000噸）的設計提出了依據(jù)。

上海浦東國際機場航站樓大跨度張弦梁縮尺與足尺試驗

該結構系國內首次采用的大跨度預應力張弦梁結構。進行了小尺寸（4m）縮尺模型和82m足尺結構張拉及加載試驗，在檢驗工藝性能的同時，對張拉過程中的非線性性質及重要參數(shù)進行了深入研究。

1.2.2結構靜載試驗單調靜力荷載試驗低周反復荷載試驗擬動力試驗短期荷載試驗長期荷載試驗按試驗性質不同按荷載作用的時間長短不同單調靜力荷載試驗低周反復荷載試驗擬動力試驗（電液伺服結構實驗系統(tǒng)）修補梁長期荷載試驗1.2.3結構動載試驗疲勞試驗動力特性試驗地震模擬振動臺試驗風洞試驗日本E-defense開展的4層鋼結構的耐震試驗天津海河柳林橋風洞試驗1.2.4結構非破損檢測混凝土強度檢測：回彈法，超聲-回彈綜合法，拔出法，鉆芯法混凝土內部缺陷檢測：超聲法，脈沖回波法，X射線法，雷達法砂漿和砌塊強度，鋼結構缺陷…1.3結構試驗技術的發(fā)展先進的大型和超大型試驗裝備基于網絡的遠程協(xié)同結構試驗技術現(xiàn)代測試技術計算機與結構試驗1.4結構試驗課程的特點《混凝土結構試驗方法標準》（GB50152-92），《建筑抗震試驗方法規(guī)程》（JGJ101-1996）第2章結構試驗設計原理

2.1概述

結構試驗的4個階段試驗規(guī)劃與設計試驗技術準備試驗實施過程試驗數(shù)據(jù)分析與總結框架結構(A-A)部位柱腳(B-B)部位ABNEAAABNNNNNBBE結點試驗梁柱1/2跨高2.2結構試驗設計的基本原則真實模擬結構所處的環(huán)境和結構所受到的荷載消除次要因素影響（因子設計法、正交設計法）將結構反應視為隨機變量合理選擇試驗參數(shù)統(tǒng)一測試方法和評價標準降低試驗成本和提高試驗效率2.3測試技術基本原理傳感器技術直接測量和間接測量傳感器和測量系統(tǒng)的標定和校準國際單位制作為測量標準電測法以及計算機處理第3章結構靜載試驗3.1靜載試驗加載設備

基本要求：產生預期的內力和變形能以足夠的進度進行控制和測量不參與結構工作和改變其受力狀態(tài)有足夠的強度和剛度3.1.1重力加載

優(yōu)點：簡單方便。

缺點：荷載很大的時候，加載的勞動強度很大。

作用：通過重物加載這種方式可以實現(xiàn)均布荷載的加載，也可以實現(xiàn)集中荷載的加載。可以通過杠桿將荷載加以放大。

重物加載實現(xiàn)均布荷載圖3－1重物加載實現(xiàn)集中荷載

3－2水作均布荷載圖3－3杠桿加載方法（常用于長期荷載試驗）圖3-4杠桿加載裝置3.1.2液壓加載為目前最常用的實驗室加載方法優(yōu)點：加（卸）載方便，產生的荷載值大，便于進行往復循環(huán)加載。缺點：當結構產生較大的變形時，很難維持要求的荷載值。在用液壓加載的裝置當中，必須要有一個承力的裝置，叫做承載架，也叫加荷架。它要承受加載器的反力，這個加載器一方面給這個試件加上力，同時它這個反力由加載架來承受，最后傳遞到試驗臺上去。液壓加載系統(tǒng)液壓加載器（千斤頂）圖3-5液壓系統(tǒng)加載裝置1－油泵;2－油管;3－橫梁;4－立柱;5－臺座;6－千斤頂;7-－試件;8－支墩;9－測力計

圖3-6液壓加載器1－回程油管接頭;2－活塞;3－油缸4－高壓油管接頭;5－絲桿液壓試驗機圖3-7結構長柱試驗試驗機l－試驗機架；2－液壓加載器；3－操縱臺電液伺服加載系統(tǒng)圖3-8電液伺服液壓系統(tǒng)工作原理1－冷卻器；2－電動機；3－高壓油泵；4－電液伺服閥；5－液壓作動器；6－試驗結構；7－荷載傳感器；8－位移傳感器；9－應變傳感器；10－荷載調節(jié)器；11－位移調節(jié)器；12－應變調節(jié)器；13－記錄及顯示裝置；l4－指令發(fā)生器；l5－伺服控制器；16－臺座（1）．電液伺服作動器：電液伺服作動器是電液伺服實驗系統(tǒng)的動作執(zhí)行者，其構造如圖3-9所示。圖3-9液壓加載器構造示意圖1－鉸支基座;2－位移傳感器;3－電液伺服閥;4－活塞桿;5－荷載傳感器;6－螺旋墊圈;7－鉸支接頭1233567（2）．控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由液壓控制器、電參量信號控制器、繪圖儀和計算機四部分組成。其中液壓控制器控制液壓源的啟動和關閉；電參量信號控制器主要控制荷載、位移、應變等參量的轉換，還有極限保護以免開環(huán)失控等功能；繪圖儀主要對試件的各階段力－變形的變化規(guī)律進行實時直觀顯示；計算機主要對電信號控制器和繪圖儀進行實時自動控制。（3）．液壓源液壓源為整個實驗系統(tǒng)提供液壓動力。對于電液伺服作動器這種高精度加載設備，相應的液壓源也有很高的技術要求，例如要保持液壓油的壓力和流量工作穩(wěn)定，同時對供電也有一定的要求，還要有安全保護環(huán)節(jié)及其監(jiān)測儀表，以保證液壓源的安全運行。另外，電液伺服加載系統(tǒng)所用液壓油的潔凈程度比一般液壓設備的高許多，在供油管路和回油管路都裝有過濾器，這主要是為了保證作動器上的電液伺服閥能夠安全可靠地工作。3.1.3機械加載：利用各種機械施加作用力的一種方法。

圖3-10機械機具加載示意圖1－絞車或卷揚機；2－測力計；3－滑輪；4－彈簧；5－螺桿；6－試件；7－臺座或反彎架3.1.4氣壓加載(適合于板殼結構施加均布荷載）

(a)正壓加載（b）負壓加載圖3-11氣壓加載示意圖1－板試件；2－氣囊；3－壓力表（或用U形管量測）；4－管道；5－泄氣針閥；6－進氣針閥；7－減壓閥；8－氣瓶（高壓）；9－試驗殼體；10－支承板；11－接真空泵3.2試驗裝置的支座設計

活動鉸支座

固定鉸支座圖3-12鉸支座的形式和構造柱式試件的鉸支座（a）（b）圖3-13柱與墻板壓屈試驗的鉸支座（a）單向鉸支座；（b）雙向鉸支座1－試件；2－鉸支座；3－調整螺絲；4－刀口3.2.2固定邊界條件的實現(xiàn)圖3-14固定支座3.2.3試驗臺座和反力剛架梁式構件試驗臺座圖3-15抗彎大梁臺座的荷載試驗裝置圖3-16空間桁架式臺座空間桁架式臺座圖3-17槽式試驗臺座橫向剖面圖1－槽軌；2－型鋼骨架；3－高強度混凝土；3－混凝土地槽式反力臺座箱式試驗臺座圖3-18箱式試驗臺座示意圖

1.實驗試件2.荷載架3.千斤頂4.液壓操作臺5.臺座孔圖3-19水平反力裝置1－反力墻；2－試驗臺座；3－推拉加載器；4－試件；1233NNF1F2水平反力墻3.3應變測試技術應變量測一般是用應變計測出試件在一定長度范圍（稱為標距）內的長度變化，再計算出應變值。測出的應變值實際是標距范圍內的平均應變。機測方法：雙杠桿應變儀、手持式應變儀電測方法：振動弦式應變傳感器、光纖式應變傳感器、電阻應變測試法3.3.1電阻應變片的工作原理“電阻應變效應”圖3-20電阻應變片構造示意圖

1.引出線2.電阻線3.覆蓋層4.基底層

圖3-21金屬絲的電阻應變原理

1.受力前的金屬絲

2.受力后的金屬絲（3.1）（3.2）（3.3）圖3-22惠斯登電橋的橋路圖3.3.2電阻應變的測量原理通過惠斯登電橋，將微小電阻變化轉換為電壓或電流的變化（3.4）（3.5）（3.6）（3.7）1/4電橋橋路。半橋橋路。全橋橋路。橋路組成的類別3.3.3電阻應變測試中的溫度補償(消除溫度影響）外補橋路補償片的荷載效應為零，即同一橋路具有相同的溫度效應，即3.3.4電阻應變片和電阻應變儀的構造和種類敏感柵長度基底尺寸應變片電阻值使用溫度靈敏系數(shù)K應變極限…電阻應變片的主要性能指標測量電路、放大器、振蕩器、相敏檢波器、電源靜態(tài)電阻應變儀組成：把電阻應變測量系統(tǒng)中放大與指示部分組合在一起的量測儀器3.3.5電阻應變片的安裝及測試技術要點根據(jù)結構試驗的要求正確地選用電阻應變片的類型和規(guī)格尺寸正確地選用粘貼電阻應變片的膠粘劑粘貼應變片的工藝步驟用導線連接電阻應變片和電阻應變儀設計應變計溫度補償方案：多測點共補償3.4靜載試驗用儀器儀表靜載試驗需要測量的數(shù)據(jù)施加的作用：荷載，支座反力結構的反應：位移，應變，裂縫，環(huán)境因素3.4.1測量儀表的基本概念測量系統(tǒng)的組成：傳感部分——放大部分——顯示部分儀器儀表的主要性能指標量程靈敏度分辨率準確度（精度）線性度漂移量3.4.2結構試驗中儀器儀表的選用原則根據(jù)被測量的物理性質選擇儀器儀表的基本功能預估被測物理量的變化范圍選擇儀器儀表的量程和精度選用可靠性程度較高的儀器儀表圖3-23幾種常用位移傳感器構造原理圖

1.測桿2.外殼3.彈簧4.電阻應變片

5.電阻絲6.線圈7.電纜3.4.3位移測試儀表圖3-24傾角傳感器示意圖

1.長水準管2.水準泡3.讀數(shù)盤4.測微輪5.試件6.圓水準器7.電阻應變片8.質量塊3.4.4轉角測量儀表圖3-25幾種測力計及傳感器3.4.5力的測量儀器3.4.6裂縫測量儀器裂縫出現(xiàn)的觀測方法借助放大鏡用肉眼觀察在受拉區(qū)粘貼電阻應變片采用聲傳感器識別涂刷脆性涂料或脆性油漆圖3-26讀數(shù)放大鏡1－目鏡組；2－分滑板彈簧；3－物鏡；4－微調螺絲；5－微調鼓輪；6－可動下分劃板；7－上分劃板；8－裂縫；9－放大后的裂縫；10－上下分滑板刻度線；11－下分劃板刻度長線圖3-27測量裂縫寬度卡片裂縫寬度的測量3.4.7溫度測量儀器接觸式測溫熱電偶溫度計：采用熱電效應，適用于500度以上的高溫金屬絲熱電阻或熱敏電阻溫度計非接觸式測溫：紅外溫度計3.5試驗準備與實施3.5.1結構靜載試驗大綱概述試件設計及制作工藝加載方案與設備測試方案和內容安全技術措施試驗組織管理附錄(A-A)部位柱腳(B-B)梁柱1/2跨高部位ABNEAAABNNNNNBBE結點試驗3.5.2試件設計(待改進）1.試件形狀尺寸主要根據(jù)試驗成本、測試設備能力、尺寸對試件性能影響等因素確定足尺試件模型試件2.試件尺寸結構試驗的目的以及試驗參數(shù)的選取決定了試件的數(shù)量生產性試驗：主要根據(jù)規(guī)范或規(guī)程，并結合實際情況研究性結構試驗：由試驗目的所規(guī)定的試驗參數(shù)決定正交試驗法3.試件數(shù)量與試驗參數(shù)正交表L9(34)對試件局部加強，以便傳力均勻，并防止局部破壞注意混凝土試件澆筑前對預埋傳感器的防護4.試件構造設計

為滿足加載及測量要求，需采取相應的構造措施3.5.3加載和觀測方案單調加載靜載試驗：用于模擬結構承受靜荷載作用下，觀測和研究結構及構件的強度、剛度、裂縫、穩(wěn)定性等基本性能和破壞機制。1.靜載試驗的加載制度加載制度加載制度：試驗期間荷載——時間關系目的：結果有代表性，并能相互比較各階段荷載值：按試驗的性質和要求確定正常實用極限狀態(tài)（剛度、開裂）承載能力極限狀態(tài)（破壞荷載）典型加載程序：預載：10％～20％試驗荷載（連接支座緊密，測試狀態(tài)檢驗）加載：每級10％或20％，達開裂荷的90％時每級5％

t1>10min（變形穩(wěn)定）恒載：t2>30min

新構或跨大于12m時t2>12h卸載：每級20％或50％

t3>10min空載：t4＝1.5t2破壞試驗：每級20％～50％至90％破荷后每級5％2.試驗觀測方案設計（1）確定觀測項目整體量值，是最基本的最能反應結構總體狀況的重要量值：荷載、撓度、轉角、支座位移局部量值，反映結構不同層次的受力特點：應變、裂縫、鋼筋滑移（2）選擇測量范圍，布置測點位置位置有代表性，便于分析和計算測點布置數(shù)量充分合理校核性測點

（3）選擇測量儀器儀表滿足觀測所需的精度與量程要求：精度最小刻度值不大于5％的最大被測值，被測值在滿量程1/5~2/3內根據(jù)試驗環(huán)境選用3.試驗前技術準備工作（1）材料力學性能測定（2）試件安裝就位（3）安裝加載設備和測試儀表3.6結構靜載試驗示例3.6.1鋼筋混凝土簡支梁板靜載試驗支座形式加載方式觀測項目：撓度和曲率、應變分布規(guī)律3.6.2鋼筋混凝土偏心受壓柱靜載試驗加載方式支座形式觀測項目第4章結構動載試驗4.1概述1.動載試驗的分類爆炸或沖擊荷載試驗結構抗震試驗-地震模擬振動臺試驗結構疲勞試驗結構振動試驗低周反復荷載試驗結構擬動力試驗2.動載試驗與靜載試驗的不同動載試驗的荷載隨時間連續(xù)變化動載試驗結構的反應與結構自身的動力特性密切相關動載試驗結構的承載能力和使用性能的要求發(fā)生變化沖擊和爆破作用下，結構在很短的時間內達到其極限承載力4.2結構動載試驗的儀器儀表4.2.1.引言動載試驗基本變量：動位移、速度、加速度和動應變4.2.2.動態(tài)信號測試的基本概念基本原理：動態(tài)信號傳感器信號放大器濾波器記錄儀器示波器數(shù)字信號處理器動態(tài)信號測試系統(tǒng)的評價指標和性能參數(shù)與頻率相關的特性信號的濾波和衰減信號放大和衰減的表示方法動態(tài)儀器的輸入輸出和阻抗匹配絕對振動測量和相對振動測量的概念測量儀器的分辨率4.2.3結構動載試驗中的傳感器1.慣性傳感器：單自由度質量-彈簧-阻尼體系，按參數(shù)不同分為位移、速度和加速度傳感器2.電動式傳感器（磁電式傳感器）：基于磁電變換，速度傳感器3.壓電式傳感器：基于壓電效應，加速度傳感器4.用于結構動載試驗的其他傳感器：壓阻式加速度傳感器、電渦流位移傳感器、新型加速度傳感器4.2.4結構動載試驗加載設備與加載方法1.設備分類：電液伺服加載系統(tǒng)、激勵錘（力錘）和激振器、疲勞試驗機、其他專用加載設備2.電液伺服系統(tǒng)動力性能液壓作動缸的負載能力伺服控制器數(shù)據(jù)采集和控制軟件3.力錘4.電動激振器5.離心式激振器6.結構疲勞試驗機4.3結構振動測試動荷載的特性試驗結構的動力特性試驗結構的動力反應試驗一、動荷載動力特性檢測1、主振源探測逐臺開動法

波形分析法2、振源動力特性測試直接測定法；間接測定法；比較測定法。

沖擊振源：振動圖形是間隙性的阻尼振動，而且有明顯尖峰和衰減的特點，類似于有阻尼自由衰減振動。轉速恒定的機器設備振源：具有周期性的振動，波形具有接近正弦規(guī)律。兩個頻率相差兩倍的簡諧振源引起的合成振動圖形隨機振動波形拍振：當兩個頻率接近的簡諧振源共同作用時，將會引起拍振三個簡諧振源引起的復雜的合成振動波形鋼筋砼框架簡圖實測框架振動記錄圖工程實例2、震源動力特性測定直接測定法：通過測定動荷載本身參數(shù)以確定其特性。間接測定法：

1）把機器安裝在鋼梁上，機器靜止，測定結構的靜力和動力特性；2）開動機器，測定結構的振動情況，確定機器振動造成的振動荷載。3）振源可以移動，適用于產品檢驗和標定。比較測定法：1）先開振動源，測量結構振動波形；2）停機后，開啟激振設備，逐漸調整激振設備的頻率和激振力等參數(shù)，使結構的振動波形與振動源產生的一樣。此時激振設備的參數(shù)即為振動源的動荷載參數(shù)。二、結構動力特性檢測動力特性參數(shù)：自振頻率、振型和阻尼系數(shù)1、自由振動法（撞擊荷載法）采用初位移或初速度的突卸荷載或突加荷載的方法，使結構產生自由振動，并記錄振動波形。動力特性測定放大器橋盒動態(tài)電阻應變儀光線示波器結構物撞擊拾振器位移傳感器自由振動衰減量測系統(tǒng)自由振動時間歷程曲線有阻尼自由振動的運動方程：—阻尼比?！p系數(shù)；；；自振頻率：即基本周期的倒數(shù)。2、共振法（振動荷載法）它利用專門的起振機對結構施加周期性的簡諧振動，使結構產生強迫振動，記錄各個激振頻率及對應振幅。利用干擾力頻率與結構自振頻率相等時，結構產生共振的原則確定結構自振頻率，利用半功率法確定結構的阻尼比。功率放大器信號發(fā)生器激振器頻率儀試件放大器放大器放大器放大器記錄儀相位計拾振器共振法測量原理框圖共振時的振動圖形和共振曲線由共振曲線求阻尼系數(shù)和阻尼比衰減系數(shù)：阻尼比：參數(shù)測定用共振法測建筑物振型方法：可在結構的不同樓層布置傳感器，根據(jù)傳感器測得的同一時刻不同樓層的振動幅值來確定結構的振型。3、脈動法脈動法：是通過測量建筑物由于外界環(huán)境脈動（如地面脈動、氣流脈動等）而產生的微幅振動，來確定建筑物的動力特性。方法有：主諧量法；統(tǒng)計法；頻譜分析法；功率譜分析法。一、動位移測定雙外伸梁的振動變位圖注意：振動變位與振型的區(qū)別。三結構動力反應的測定二、動力系數(shù)測定動力系數(shù)：三、強震觀測4.4結構抗震試驗4.4.1引言（1）地震時的地面運動（2）結構在地震作用下的性能（3）結構抗震試驗的分類4.4.2結構低周反復荷載試驗（擬靜力試驗）1、試驗目的2、試驗設備與加載裝置是以一定的荷載或位移作為控制值對試件進行低周反復加載，以獲得結構非線性的荷載—變形特性。加載設備：雙向千斤頂；反力墻；試驗臺座；荷載架等；如圖示：《建筑抗震試驗方法規(guī)程》(JGJ101-96)建議的幾種試驗加載裝置(a)墻片試驗裝置(b)梁式構件試驗裝置(c)梁柱節(jié)點試驗裝置(d)測P-△效應的節(jié)點試驗裝置典型的擬靜力試驗加載系統(tǒng)3、單向反復加載制度(1)位移控制加載(a)變幅加載(b)等幅加載(c)變幅等幅混合加載考慮二次地震影響和混合位移加載制度(2)力控制加載(3)力—位移混合控制加載梁柱節(jié)點通常采用的方案4、雙向反復加載制度(1)x、y軸雙向同步加載(2)x、y軸雙向非同步加載5、滯回曲線和骨架曲線的主要特征(1)曲線圖形加載一周得到的荷載—位移曲線稱為滯回曲線（滯回環(huán)）。(2)骨架曲線在變幅位移加載試驗中，把每次滯回曲線的峰點都連接起來的包絡線稱骨架曲線。

它反映了構件受力與變形的各個不同階段及特性，是確定恢復力模型中特征點的依據(jù)。骨架曲線與單次加載曲線(3)

強度有明顯屈服點構件的屈服荷載無明顯屈服點構件的屈服荷載(4)

剛度(5)

延性延性系數(shù)：(6)

耗能等效粘滯阻尼系數(shù)：功比指數(shù)：、

—第次循環(huán)時卸載點的荷載和位移。等效粘滯阻尼系數(shù)計算(7)不同加載制度引起的耗能差異單調加載曲線單調加載：初始剛度、屈服力、極限力、屈服位移及極限位移。(a)每一控制位移加載一次(b)每一控制位移下反復三次(c)控制荷載超過屈服點的多次反復(c)控制荷載超過極限荷載的反復6、恢復力特性的模型比(a)雙線型(b)三線型(c)Clough型(d)D-TRI型(e)NCL型(f)滑移型不同常數(shù)的NCL模型4.4.3、模擬地震振動臺試驗加載設備：振動臺；試驗對象：縮小比例的結構模型；控制方式：模擬控制與數(shù)字控制；加載程序：一次加載和多次加載；優(yōu)點：很好地反應應變速率對結構材料強度的影響。缺點：設備昂貴，不能做大比例模型試驗，不便于試驗全過程觀測。4.4.4結構擬動力試驗1、方法：是由計算機進行數(shù)值分析并控制加載，即由給定地震加速度記錄通過計算機進行非線性結構動力分析，將計算得到的位移反應作為輸入數(shù)據(jù)，以控制加載器對試驗結構進行試驗。2、優(yōu)缺點：可緩慢再現(xiàn)地震反應，觀察破壞全過程，可做大模型試驗。其缺點是不能再現(xiàn)真實的地震反應，只適用離散質量分布的結構，設備精度要求高。聯(lián)機試驗計算機加載流程框圖4.5結構疲勞試驗一、疲勞試驗的目的和內容1、疲勞現(xiàn)象：結構在等幅等頻或變幅變頻的多次重復和反復荷載作用下，由于結構某一部分局部損傷的遞增和積累，導致裂紋的形成并逐步擴展，材料的極限強度降低，以致結構在低于相同靜力荷載作用情況下被破壞，這就是結構或材料的疲勞現(xiàn)象。如工業(yè)廠房中的吊車梁。2、疲勞試驗目的：研究結構的結構性能及其變化規(guī)律，確定疲勞極限（疲勞破壞時的強度值）和疲勞壽命（荷載重復作用的次數(shù)）。3、疲勞試驗分類：等幅等頻疲勞、變幅變頻疲勞和隨機疲勞。4、疲勞試驗內容：生產性疲勞試驗：結構構件疲勞抗裂性能、裂縫寬度及發(fā)展情況、結構構件最大撓度及變化幅度和疲勞極限強度等。研究性疲勞試驗：

1）測定結構構件的開裂荷載。

2）量測裂縫寬度、間距、分布形態(tài)及隨荷載重復次數(shù)的變化情況。

3）量測結構構件撓度及其變化規(guī)律。

4）測定破壞荷載、疲勞壽命（荷載重復作用次數(shù)）及破壞特征。必要時，試驗前尚需作鋼筋和混凝土材料的疲勞試驗。二、疲勞試驗加載設計1、荷載大小取值荷載上限值：按試件在荷載標準值的最不利組合產生的效應值計算而得的。荷載下限值：根據(jù)疲勞試驗機性能而定，但不應小于液壓脈動加載器最大動荷載的3％。計算荷載值時，應考慮構件和加載器運動部件的慣性力影響。2、荷載頻率選擇試驗荷載頻率一般不大于10HZ，并位于試件和加載裝置自振頻率的80％~130％之外。（避免共振、減小動力效應）3、試驗加載程序等幅疲勞試驗加載程序包括靜載試驗、疲勞試驗（規(guī)定次數(shù)）和破壞試驗三個階段。不預先規(guī)定疲勞荷載作用次數(shù)，施加疲勞荷載直至破壞變更荷載上限的疲勞試驗第5章結構非破損檢測與鑒定5.1概述1、非破損檢測技術：在不破壞（或微破損）結構構件材料內部結構、不影響結構整體工作性能和不危及結構安全的情況下，利用和依據(jù)物理學的力、聲、電、磁和射線等原理、技術和方法，測定與結構材料性能有關的各種物理量，并以此推定結構構件材料強度和檢測內部缺陷的一種測試技術。2、檢測目的：評定結構構件的質量、控制施工進度和質量、診斷已建結構構件的承載能力和耐久性，評定已建結構的可靠度等級和估算剩余壽命3、非破損檢測方法混凝土結構：材料強度采用回彈法、超聲法和回彈超聲綜合法（非破損）、鉆芯法（微破損）、拔出法；內部缺陷采用超聲法；雷達法測內部缺陷和鋼筋位置；電磁法測鋼筋直徑和保護層厚度；半電磁法測鋼筋銹蝕。鋼結構鋼材強度檢測：表面硬度計法；材料缺陷檢測：超聲法、磁粉探傷法、X射線探傷。砌體結構：（1）檢測砌體抗壓強度：扁頂法、原位軸壓法（2）檢測砌體工作應力、彈性模量：扁頂法（3）檢測砌體抗剪強度：原位單剪法、原位單磚雙剪法（4）檢測砌筑砂漿強度：推出法、筒壓法、砂漿片剪切法、回彈法、點荷法和射釘法、貫入法。方法一回彈法檢測混凝土強度作為檢測已有建筑物的承載力及耐久性的依據(jù).

二、試驗原理依據(jù)砼強度與其表面硬度之間存在著表面硬度大砼強度高，硬度大回彈值高的關系；從而使用回彈儀彈擊砼表面，建立回彈值與抗壓強度校準的相關關系，用回彈值推算砼的抗壓強度。一、試驗目的5.2混凝土結構的非破損檢測

5.2.1混凝土強度檢測回彈儀的構造及分類構造：分類：分重型、中型、輕型混凝土回彈儀數(shù)顯式回彈儀三、測試技術1、試樣選擇用于抽樣推定的結構或構件，隨機抽取的數(shù)量不少于結構或構件總數(shù)的30%，且不少于10件。2、測區(qū)選擇

(1)每一測區(qū)的大小一般約為400cm2；從每一個測區(qū)測取16個回彈值，剔除3個最大值和3個最小值，計算余下的10個回彈值的平均值作為測區(qū)平均回彈值Rm。

(2)長度不小于3m的每一試樣的測區(qū)數(shù)應不少于10個，長度小于3m且高度低于0.5m的試件，其測區(qū)數(shù)不應少于5個。測區(qū)宜選在混凝土澆筑的側面，且在兩相對側面交錯對稱布置。

(3)相鄰兩測區(qū)的間距不宜>2m，相鄰兩測點的間距一般不<2cm，測點距結構或構件邊緣或外露鋼筋、鐵件的距離一般不<3cm。

(4)測區(qū)表面平整、干燥、清潔，在測區(qū)上均勻分布測點，同一測點只允許彈擊一次。3、回彈值的修正測試時回彈儀應是水平方向且彈擊面為混凝土的澆筑側面，否則，應對回彈值先進行角度修正，然后再進行澆筑面的修正。角度修正：測試面修正：見附表2-3見附表2-44、碳化深度修正

碳化深度的測定：用濃度1%的酚酞溶液及鋼卡尺來測定碳化深度dm值。修正：(1)當dm<0.4mm，按無碳化處理；(2)當0.4mm<dm<6mm時，查本地區(qū)專用測強曲線表，由Rm及dm值查出某測區(qū)砼強度值進行修正。(3)當dm>=6mm，按6mm處理；四、砼強度推定試樣砼強度平均值及標準差：；結構或構件的砼強度推定值的確定：

(1)當按單個構件檢測時，單個構件的砼強度推定值取該構件各測區(qū)中最小的。(2)當按批抽樣檢測時，保證率要達到95%：取大值方法二、超聲法1、原理混凝土的抗壓強度fcu與超聲波在混凝土中的傳播速度v之間存在確定的關系。混凝土強度愈高，相應超聲波波速愈大。通過試驗可建立混凝土強度與聲速的關系曲線或經驗公式。目前常用的相關關系表達式有冪函數(shù)方程:2、超聲法的檢測技術和測區(qū)選擇單個構件檢測：不少于10個測區(qū)，測區(qū)面積為200X200mm。測區(qū)間距不大于2m。批量抽樣檢測：抽樣數(shù)應不少于同批構件的30％，且不少于4個，每個構件測區(qū)數(shù)不少于10個。測試面應清潔平整，無缺陷。非金屬超聲檢測儀3、強度推定1）每區(qū)選3-5各測點，根據(jù)測得的聲時和兩相對探頭的距離計算波速，取各測點的平均值作為該區(qū)的波速。

當在試件混凝土的澆筑頂面或底面測試時，聲速值應乘以1.034修正。2）強度推定：由試驗量測的經修正后的聲速，按fcu—va曲線求得混凝土的強度換算值。方法三超聲-回彈綜合法檢測砼強度一、基本原理

混凝土強度換算值同超聲儀聲速和回彈儀回彈值之間存在著正相關關系，混凝土的強度越高，相應的超聲聲速也越高，回彈值也越高。相關數(shù)學關系式為：式中：a,b,c--為試驗系數(shù)。二、測試技術1、測點布置

(1)超聲測點布置在回彈測試的同一測區(qū)內，先進行回彈測試，然后再進行超聲測試。

(2)在每個測區(qū)內的相對測試面上，各布置三個超聲測點，且發(fā)射和接收換能器的軸線在同一軸線上。每個構件對應兩側面須布置10個測區(qū)，如圖所示2、測區(qū)聲速計算；—超聲測距(mm)；—測區(qū)聲速值(km/s)；—測區(qū)平均聲時值()、、—分別為測區(qū)中三個測點的聲時值。測試面修正：為頂、底面時：為側面時：三、砼強度推定1、優(yōu)先采用專用或地區(qū)測強曲線推定2、也可按下列公式計算：粗骨料為卵石：粗骨料為碎石：方法四、鉆芯法(CES03：88）鉆芯法試驗是使用專用的取芯鉆機，從被檢測的結構或構件上直接鉆取圓柱形的混凝土芯樣，并根據(jù)芯樣的抗壓試驗由抗壓強度推定混凝土的立方抗壓強度。準確性較高。電動鉆芯機1、取樣位置：鉆取芯樣應在結構或構件受力較小的部位和強度質量具有代表性的部位。芯樣試件內不應含有鋼筋。如不能滿足，每個芯樣內最多只允許含有二根直徑小于10mm的鋼筋，且鋼筋應與芯樣軸線基本垂直。大小與數(shù)量：鉆芯數(shù)量不應少于3個，小構件可取2個。芯樣直徑不宜小于骨料最大粒徑的3倍，一般為100mm或150mm，芯樣高度為直徑的1～2倍。芯樣端面必須進行加工磨平。也可用水泥砂漿或硫磺膠泥在專用補平裝置上補平。2、芯樣抗壓試驗和混凝土強度推定

1）抗壓試驗芯樣試件宜在與被檢測結構或構件混凝土于濕度基本一致的條件下進行抗壓試驗。芯樣試件的混凝土強度換算值為：芯樣試件混凝土換算強度的修正系數(shù)高徑比h/d1.01.11.21.31.41.5系數(shù)α1.001.041.071.101.131.15高徑比h/d1.61.71.81.92.0----系數(shù)α1.171.191.201.221.24----2）強度推定：對于單個構件或單個構件的局部區(qū)域，取芯樣試件混凝土換算強度中的最小值作為代表值推定結構的混凝土強度。方法五、拔出法拔出法：是用一金屬錨固件預埋入凝土內（先裝法）或在構件上鉆孔埋人一金屬錨固件（后裝法），然后測試錨固件從混凝土中被拔出時的拉力，來評定混凝土的強度。脹錨螺栓鉆孔破裂面拔出設備：扭矩儀、張拉千斤頂?shù)取?.2.2混凝土結構內部質量檢測

超聲波檢測方法一、內部缺陷基本原理采用低頻超聲波檢測儀，測量超聲脈沖的縱波在結構混凝土中的傳播速度，接收波形信號的振幅和頻率等聲學參數(shù)的相對變化，來判定混凝土的缺陷。超聲波通過缺陷會產生繞射、反射，繞射使傳播速度變小，聲時偏長；反射使能量顯著衰減，波幅和頻率明顯降低，接收波形平緩甚至發(fā)生畸變。據(jù)此，判斷和評定混凝土的缺陷和損傷情況。二、混凝土裂縫檢測1、淺裂縫檢測裂縫深度≤500mm時，采用平測法或斜測法進行檢測（裂縫中不允許有積水或泥漿）。1）單面平測法裂縫所在部位只有一個表面可供超聲檢測時（如混凝土路面、飛機跑道、洞窟建筑和大體積結構等）采用。發(fā)射換能器和接收換能器對稱地布置在裂縫的兩側，測得聲時。在完好位置T、R相距L時測得聲時。裂縫深度計算公式：L/2L/2

2）雙面斜測法鋼筋混凝土的梁、板、柱等構件都有兩個相互平行的測試表面，可采用雙面斜測法進行裂縫深度的檢測。將兩個換能器分別置于對應測點1，2，3……的位置，讀取相應的聲時值t、波幅值A頻率值f。由波幅和頻率的突變，可以判定裂縫的深度以及是否在平面方向貫通。2、深裂縫檢測深度在500mm以上的裂縫，常采用鉆孔法探測?？椎拈g距宜為2000mm，孔徑應比換能器的直徑大5～10mm，孔深大于裂縫預計深度700mm，孔中粉末碎屑應清理干凈。測試前測孔中灌注清水，每隔一定距離測讀一次聲時和波幅值。波幅達到最大并基本穩(wěn)定的對應深度，便是裂縫深度。三、混凝土內部空洞和缺陷的檢測基本原理：根據(jù)測點的聲時（或聲速）、波幅或頻率值的相對變化，確定異常測點的坐標位置，從而判定缺陷的范圍。1、測試方法對測法：兩對測試面斜測法：一對測試面鉆孔法：測試距離較大對測法：具有兩對互相平行的測試面。在測區(qū)的兩對相互平行的測試面上，分別畫間距為200～300mm的網格，確定出測點的位置。斜測法：只有一對相互平行的測試面。在測區(qū)的兩個相互平行的測試面上，分別畫出交叉測試和兩組測點位置。鉆孔法：

測試距離較大。在測區(qū)的適當部位鉆出平行于結構側面的測試孔，直徑范圍為45～50mm，其深度視測試需要決定。雷達法檢測混凝土內部缺陷和鋼筋位置雷達法是以微波作為傳遞信號的媒介，依據(jù)微波的傳播特性，對被測材料的物理性質和內部缺陷作出非破損檢測的技術。根據(jù)電磁波在混凝土中的傳播速度和發(fā)射波至反射波返回的時間差，可以確定混凝土內物體至混凝土測試表面的距離。常用的鋼筋混凝土雷達檢測儀的檢測深度一般為20cm,可檢測混凝土內的鋼筋、管線、裂縫或孔洞等。電磁法一、電磁感應法檢測鋼筋位置：適用于配筋稀疏與保護層不太大的鋼筋的檢測，鋼筋布置在同一平面或在不同平面內距離較大時效果較好。原理：混凝土是帶弱磁性的材料，而結構內配置的。鋼筋是帶有強磁性的。鋼筋測試儀的探頭接觸結構混凝土表面，探頭中的線圈通過交流電，線圈周圍就產生交流磁場。該磁場中由于有鋼筋存在，線圈中產生感應電壓。該感應電壓的變化值是鋼筋與探頭的距離和鋼筋直徑的函數(shù)。鋼筋愈靠近探頭、鋼筋直徑愈大時，感應強度變化也愈大。鋼筋位置測定儀工作原理探頭鋼筋混凝土鋼筋檢測儀半電池法檢測鋼筋銹蝕混凝土中鋼筋的銹蝕是一個電化學的過程。鋼筋因銹蝕而在表面有腐蝕電流存在，使電位發(fā)生變化。檢測時采用鋼筋銹蝕測量儀，用半電池電位法測量鋼筋表面與測量儀探頭之間的電位差，利用鋼筋銹蝕程度與測量電位間建立的一定關系，可以判斷鋼筋銹蝕的可能性及其銹蝕程度。試驗證明：負電位數(shù)值愈高，鋼筋銹蝕程度愈嚴重。鋼筋銹蝕電位差測定法毫伏表多孔接頭硫酸銅溶液銅棒電極鋼筋5.3鋼結構檢測

5.3.1鋼結構的病害特征5.3.2鋼材強度的檢測表面硬度法：利用布氏硬度計來測定。由硬度計端部的鋼珠受壓時在鋼材表面和已知硬度標準試樣上的凹痕育徑，測得鋼材的硬度，并由鋼材硬度與強度的相關關系，經換算得到鋼材的強度?！?.3.3超聲法檢測鋼材和焊縫缺陷

超聲法檢測鋼材和焊縫缺陷，其工作原理與檢測混凝土內部缺陷相同，試驗時較多采用脈沖反射法，工作頻率為0.5—2MHz，比混凝土檢測時的工作頻率高。超聲波遇到不同介面（構件材料表面、內部缺陷和構件底面）時，會產生部分反射。如材料完好，內部無缺陷測時，顯示屏上只有起始脈沖（始波）和底脈沖（底波），不出現(xiàn)缺陷反射波（傷波）。反之會出現(xiàn)缺陷反射波。無缺陷波形有缺陷波形對于焊縫內部缺陷檢測時，常采用斜向探頭。用三角形標準試塊經比較法確定內部缺陷的位置。當在構件焊縫內探測到缺陷時，記錄下超聲探頭在構件上的位置和缺陷反射波在顯示屏上的相對位置，然后將探頭移到三角形標準試塊的斜邊上作相對移動，使反射脈沖與構件焊縫內的缺陷脈沖重合。當三角形標準試塊的α角度與斜向探頭超聲波的折射角度相同時，量取探頭在三角形標準試塊上的位置L，即可按下列公式確定缺陷的深度h。金屬超聲檢測儀5.3.4磁粉探傷法檢測鋼材與焊縫缺陷

5.3.5焊縫的X射線探傷5.4砌體砌體結構非破損檢測◆

檢測砌體抗壓強度：原位軸壓法、扁頂法；◆檢測砌體工作應力、彈性模量：扁頂法；◆檢測砌體抗剪強度：原位單剪法、原位單磚雙剪法；◆檢測砌筑砂漿強度：推出法、回彈法、貫入法、筒壓法、砂漿片剪切法、點荷法、射釘法。扁頂法1、扁頂法：指采用扁式液壓千斤頂在墻體上進行抗壓試驗，檢測普通磚砌體的受壓工作應力、彈性模量和抗壓強度。2、試驗裝置：由扁式液壓千斤頂（扁頂）、手動油泵等組成。試驗時，將所檢墻體的水平灰縫處砂漿掏空，形成兩條水平空槽，然后把扁頂放入空槽內，通過手動液壓泵加壓，由壓力表的讀數(shù)測定施加壓力大小。3、檢測步驟：首先在磚墻內開鑿兩條間距7皮或8皮磚水平灰縫槽，并在槽內裝入扁頂。然后，通過扁頂對兩槽之間的墻體加載試驗，檢測砌體抗壓強度和彈性模量。2507皮或8皮磚原位單磚雙剪法測定磚砌體的抗剪強度采用專用的原位剪切儀，在墻體上對單塊順磚進行剪切試驗，檢測磚砌體沿通縫截面的抗剪強度。推出法1、原理：利用推出儀從磚砌體中推出單塊丁磚，測得水平推力及推出丁磚下部的砂漿飽滿度，利用砂漿抗壓強度與水平灰縫砂漿抗剪強度、砂漿飽滿度之間的相關關系，推算砌筑砂漿的抗壓強度。該方法適用于推定240mm厚普通磚墻中強度等級為M1～M15的砂漿強度。2、檢測技術測點處理；測量被推丁磚和砌體之間發(fā)生相對位移時，試件達到破壞狀態(tài)的推出力N；取下被推丁磚，用百格網測試砂漿飽滿度B。測點處理在A點鉆約40mm的孔，用鋸條自A至B鋸開灰縫，用扁鏟打入上層灰縫，取出兩塊順磚；用鋸條切割被推丁磚兩側豎向灰縫（圖中虛線所示）。在開洞及清理灰縫時，不能擾動被推丁磚。AB試件加工示意圖3、數(shù)據(jù)處理5.5結構現(xiàn)場荷載試驗可以最直觀的反映結構整體性能，說明結構在正常使用條件下的性能。通常用于驗證新工藝新材料和新的結構形式等；或是用于結構整體的可靠性鑒定以及質量事故調查時以獲取整體性能及正常使用性能。5.5.1結構現(xiàn)場靜載試驗的荷載荷載試驗應避免對結構造成超出其正常使用條件下可能出現(xiàn)的損傷，最大試驗荷載一般為結構設計取用的荷載標準值；結構現(xiàn)場靜載試驗的對象大多為梁板結構，靜力荷載為豎向荷載，多采用重物加載，加載范圍應與設計計算的傳力路徑一致；靜載試驗采用分級加載。5.5.2結構現(xiàn)場靜載試驗的觀測內容和方法測試內容包括位移、傾角、應變和可能出現(xiàn)的裂縫，測試方法多采用機械儀表。5.5.3結構現(xiàn)場靜載試驗的組織和實施現(xiàn)場調查與勘察制定加載方案安全與防護措施5.6結構可靠性鑒定通過現(xiàn)場調查和試驗檢測，對結構可靠度，即結構的安全使用壽命，作出正確的估計。按照《民用建筑可靠性鑒定標準》，結構可靠性鑒定采用多級綜合評定方法。按構件、子單元、鑒定單元三個層次，每個層次中，按四個安全性等級和三個使用性等級對鑒定對象進行評定。第6章結構模型試驗

6.1概述結構模型試驗：仿照原型結構，按相似理論的基本原則制成的結構模型，它具有原型結構的全部或部分特征。通過試驗，得到與模型的力學性能相關的測試數(shù)據(jù)，根據(jù)相似理論，可由模型試驗結果推斷原型結構的性能。模型試驗的分類按目的可分為小結構試驗和相似模型試驗按研究范圍可分為彈性模型試驗、強度模型試驗和間接模型試驗按分析方法可分為定性試驗、半分析法試驗和定量分析試驗按模擬程度可分為截面模型或節(jié)段模型、局部結構模型和整體模型按加載方法可分為靜力模型試驗、動力模型試驗、偽靜力模型試驗、擬動力模型試驗模型試驗的特點針對性強：可以根據(jù)需要控制試驗對象的主要參變量而不受原型結構或其他條件的限制經濟性好：模型制作成本降低，對試驗場地和加載設備等的要求降低數(shù)據(jù)準確：良好的測試環(huán)境為精確的測試和分析提供了保證6.2相似理論模型試驗涉及的基本物理量有：長度、力和時間；依據(jù)相似理論，通過量綱分析可以確定模型結構和原型結構的相似關系。6.2.1模型的相似要求和相似常數(shù)1.相似的含義：原型結構和模型結構的主要物理量相同或成比例。在相似系統(tǒng)中，各相同物理量之比稱為相似常數(shù)，相似系數(shù)或相似比。2.相似常數(shù)的表達幾何相似：質量相似密度相似常數(shù)質量相似常數(shù)兩者之間關系：荷載相似物理相似時間相似邊界條件和初始條件相似6.2.2相似定理一.相似定理涉及的基本概念（1）相似指標：兩個系統(tǒng)中的相似常數(shù)之間的關系式稱為相似指標，若兩系統(tǒng)相似，則相似指標為1。（2）相似判據(jù)：是無量綱量，在所有相互相似的現(xiàn)象中，相似判據(jù)是一個不變量。（3）單值條件：是指決定一個現(xiàn)象的特性并將它從一群現(xiàn)象中區(qū)分出來的那些條件，包括幾何條件、物理條件、邊界條件和初始條件等。二相似原理1第一相似定理：彼此相似的物理現(xiàn)象，單值條件相同，其相似判據(jù)的數(shù)值也相同。2第二相似定理：n個物理量中包含m個獨立的基本物理量，則n個物理量之間的關系方程式f(x1，x2，x3，…，xn)＝0可表示為n-m個相似判據(jù)之間的關系方程g(π1

，π2，π3，

…，πn-m)＝0的形式。3第三相似定理：現(xiàn)象相似的充分必要條件是：現(xiàn)象的單值條件相似，并且由單值條件導出來的相似判據(jù)的數(shù)值相等。6.2.3量綱分析一.量綱的基本概念二