土木工程試驗(yàn)與測(cè)試技術(shù) 課件 第6-13章 模型試驗(yàn)-測(cè)試數(shù)據(jù)整與分析

第六章模型試驗(yàn)1試驗(yàn)概述2模型試驗(yàn)理論基礎(chǔ)3模型設(shè)計(jì)4模型制作5試驗(yàn)與仿真分析結(jié)合

1試驗(yàn)概述

1.1模型試驗(yàn)的特點(diǎn)（1）經(jīng)濟(jì)性好模型結(jié)構(gòu)的幾何尺寸小于原結(jié)構(gòu)（一般取原型結(jié)構(gòu)的1/2~1/20，甚至更小），制作容易，裝拆方便，大大節(jié)省材料、勞動(dòng)力和時(shí)間，且同一個(gè)模型可進(jìn)行多個(gè)不同目的的試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“一模多用”。（2）針對(duì)性強(qiáng)可以根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康模怀鲋饕O(shè)計(jì)因素，簡(jiǎn)略次要因素，同時(shí)也可以改變其某些主要因素進(jìn)行多個(gè)模型的對(duì)比試驗(yàn)。（3）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確由于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷某叽绾苄?，一般可在試?yàn)技術(shù)條件和環(huán)境條件均較好的室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，因此可以嚴(yán)格控制其主要測(cè)試參數(shù)，避免外界因素（溫度、濕度、磁場(chǎng)等）的干擾，保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。不足之處：必須建立在合理的相似條件基礎(chǔ)上，因此，它的發(fā)展必須依賴(lài)相似理論的不斷完善與進(jìn)步。148（1）大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的輔助試驗(yàn)許多受力復(fù)雜、體積龐大的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，往往很難進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)，這是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)難以組織，室內(nèi)的足尺試驗(yàn)又受經(jīng)濟(jì)能力和室內(nèi)空間的控制，所以常用模型試驗(yàn)代替。對(duì)于某些重要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，模型試驗(yàn)則作為實(shí)際結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的輔助試驗(yàn)。（2）作為結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的輔助手段當(dāng)設(shè)計(jì)受力較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)，由于設(shè)計(jì)計(jì)算存在一定的局限性，往往通過(guò)模型試驗(yàn)作結(jié)構(gòu)分析，彌補(bǔ)設(shè)計(jì)上存在的不足，核算設(shè)計(jì)計(jì)算方法的適應(yīng)性，比較設(shè)計(jì)方案。（3）驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論新的設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法的提出，通常需要一定的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，由于模型試驗(yàn)具有較強(qiáng)的針對(duì)性，故驗(yàn)證試驗(yàn)均采用模型試驗(yàn)。

1.2模型試驗(yàn)的應(yīng)用范圍1492模型試驗(yàn)理論基礎(chǔ)2.1模型相似的基本概念

在進(jìn)行物理變化的系統(tǒng)中，在相應(yīng)的時(shí)刻第一過(guò)程和第二過(guò)程相應(yīng)的物理量之間的比例保持著常數(shù)，這些常數(shù)間又存在互相制約的關(guān)系，這種現(xiàn)象稱(chēng)為相似現(xiàn)象。

在相似理論中，系統(tǒng)是按一定關(guān)系組成的同類(lèi)現(xiàn)象的集合，現(xiàn)象是由物理量所決定的、發(fā)展變化中的具體事物或過(guò)程。這就是系統(tǒng)、現(xiàn)象和物理量三者之間的關(guān)系。兩個(gè)現(xiàn)象相似是由決定現(xiàn)象的物理量的相似所決定的。模型與原型結(jié)構(gòu)之間所對(duì)應(yīng)部分的尺寸成比例幾何尺寸之比稱(chēng)為幾何相似常數(shù)幾何相似荷載相似模型與原型在各對(duì)應(yīng)點(diǎn)所受的荷載方向一致，大小成比例2.1模型相似的基本概念要求模型和原型在與外界接觸的區(qū)域內(nèi)的各種條件保持相似，即要求支承條件相似、約束條件相似以及邊界受力情況相似。模型的支承條件和約束條件可以由與原型結(jié)構(gòu)構(gòu)造相同的條件來(lái)滿足與保證。邊界條件相似在研究工程振動(dòng)等問(wèn)題時(shí)，要求模型與原型結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)部分質(zhì)量成比例，通常簡(jiǎn)化為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的集中質(zhì)量質(zhì)量相似物理相似是指除了幾何相似之外，在進(jìn)行物理過(guò)程的系統(tǒng)中，在相應(yīng)的地點(diǎn)（位置）和對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，模型與原型的各相應(yīng)物理量之間的比例應(yīng)保持常數(shù)物理相似對(duì)于結(jié)構(gòu)的動(dòng)力問(wèn)題，在隨時(shí)間變化的過(guò)程中，要求模型與原型在對(duì)應(yīng)時(shí)刻進(jìn)行比較，要求相對(duì)應(yīng)的時(shí)間成比例時(shí)間相似2.2模型相似的基本原理定理描述：彼此相似的現(xiàn)象，單值條件相同，其相似準(zhǔn)數(shù)也相同。第一相似定理某一現(xiàn)象各物理量之間的關(guān)系方程式，都可表示為相似準(zhǔn)數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。以簡(jiǎn)支梁在均布荷載q作用下的情況來(lái)說(shuō)明第二相似定理現(xiàn)象的單值條件相似，即存在相似常數(shù)，并且由單值條件導(dǎo)出來(lái)的相似準(zhǔn)數(shù)的數(shù)值相等，則現(xiàn)象相似。第三相似定理是現(xiàn)象彼此相似的充分和必要條件，它指出了判斷相似現(xiàn)象的方法。是第一、第二定理的補(bǔ)充。第三相似定理2.3常見(jiàn)相似現(xiàn)象的相似關(guān)系（1）靜力彈性相似對(duì)一般的靜力彈性模型，應(yīng)以長(zhǎng)度及彈性模量Sl、SE的相似常數(shù)為設(shè)計(jì)時(shí)首先確定的條件，所有其他量的相似常數(shù)都是Sl和SE的函數(shù)或等于1。結(jié)構(gòu)靜力彈性模型的相似常數(shù)和相似關(guān)系2.3常見(jiàn)相似現(xiàn)象的相似關(guān)系（2）動(dòng)力相似在進(jìn)行動(dòng)力模型尤其結(jié)構(gòu)抗震模型設(shè)計(jì)時(shí)，除了將長(zhǎng)度[l]和力[F]作為基本物理量外，還要考慮時(shí)間[T]這一基本物理量。結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型的相似常數(shù)和相似關(guān)系2.3常見(jiàn)相似現(xiàn)象的相似關(guān)系（3）靜力彈塑性相似在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究中鋼筋（或型鋼）混凝土或砌體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度模型試驗(yàn)除了應(yīng)獲得彈性階段應(yīng)力分析的數(shù)據(jù)資料外，還要求能正確反映原型結(jié)構(gòu)的彈塑性性能，要求能給出與原型結(jié)構(gòu)相似的破壞形態(tài)、極限變形能力和極限承載能力，這對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)更為重要。為此，對(duì)于鋼筋（或型鋼）混凝土和砌體這類(lèi)由復(fù)合材料組成的結(jié)構(gòu)，模型材料的相似就更為嚴(yán)格。鋼筋（或型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度模型的相似常數(shù)和相似關(guān)系2.4量綱分析量綱的概念是在研究物理量的數(shù)量關(guān)系時(shí)產(chǎn)生的，它是區(qū)別量的種類(lèi)，而不是區(qū)別量的度和值。在一切自然現(xiàn)象中，各物理量之間存在著一定的聯(lián)系。在量綱分析中有兩種基本量綱系統(tǒng)：絕對(duì)系統(tǒng)和質(zhì)量系統(tǒng)。絕對(duì)系統(tǒng)的基本量綱為長(zhǎng)度、時(shí)間和力，而質(zhì)量系統(tǒng)的基本量綱是長(zhǎng)度、時(shí)間和質(zhì)量。常用物理量及物理常數(shù)的量2.4量綱分析量綱之間的相互關(guān)系可簡(jiǎn)要?dú)w結(jié)如下：①兩個(gè)物理量相等，是指不僅數(shù)值相等，而且量綱也要相同。②兩個(gè)同量綱參數(shù)的比值是無(wú)量綱參數(shù)，其值不隨所取單位的大小而變。③一個(gè)完整的物理方程式中，各項(xiàng)的量綱必須相同，方程才能用加、減并用等號(hào)聯(lián)系起來(lái)，這一性質(zhì)稱(chēng)為量綱和諧。④導(dǎo)出量綱可和基本量綱組成無(wú)量綱組合，但基本量綱之間不能組成無(wú)量綱組合。⑤若在一個(gè)物理方程中共有幾個(gè)物理參數(shù)x1，x2，…，xn和k個(gè)基本量綱，則可組成n-k個(gè)獨(dú)立的無(wú)量綱組合。無(wú)量綱參數(shù)組合簡(jiǎn)稱(chēng)“π數(shù)”。用公式的形式可表示為f(x1，x2，…，xn)=0，改寫(xiě)成φ(π1，π2，…，πn-k)=0；這一性質(zhì)稱(chēng)為π定理。03模型設(shè)計(jì)模型的類(lèi)型彈性模型彈性模型試驗(yàn)的目的是要從中獲得原型結(jié)構(gòu)在彈性階段的資料，其研究范圍僅限于結(jié)構(gòu)的彈性階段。適用于鋼筋（或型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度模型強(qiáng)度模型試驗(yàn)的目的是探討原型結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度、極限變形以及在各級(jí)荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能。適用于于鋼筋（或型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的彈塑性性能研究。間接模型間接模型試驗(yàn)的目的是要得到關(guān)于結(jié)構(gòu)支座、反力、彎矩、剪力、軸力等內(nèi)力的資料，因此間接模型并不要求與原型結(jié)構(gòu)直接相似。。3.1模型的類(lèi)型根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪x擇模型類(lèi)型，用以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和測(cè)試結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性時(shí)，一般選擇彈性模型；用以研究結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度和極限變形性能時(shí)，選擇強(qiáng)度模型。01根據(jù)任務(wù)明確試驗(yàn)的具體目的和要求，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ皖?lèi)型和模型制作材料。02針對(duì)課題所研究的對(duì)象，用方程式分析法或量綱分析法確定相似條件。03根據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備的條件，確定出模型的幾何尺寸，即幾何相似常數(shù)。04根據(jù)相似條件，定出其他相似常數(shù)。。3.2模型設(shè)計(jì)的流程05繪制模型施工圖。3.2模型設(shè)計(jì)的流程結(jié)構(gòu)模型幾何尺寸的變動(dòng)范圍較大，縮尺比例可以從幾分之一到幾百分之一，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮模型的類(lèi)型、制作條件及試驗(yàn)條件來(lái)確定出一個(gè)最優(yōu)的幾何尺寸。小模型所需荷載小，但制作較困難，加工精度要求高，對(duì)量測(cè)儀表要求亦高；大模型所需荷載大，但制作方便，對(duì)量測(cè)儀表可無(wú)特殊要求；一般來(lái)說(shuō)，彈性模型的縮尺比例較小。強(qiáng)度模型，尤其是鋼筋（或型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度模型的縮尺比例較大，因?yàn)槟Ｐ偷慕孛孀钚『穸?、鋼筋間距、保護(hù)層厚度等方面都受到制作可能性的限制，不可能取得太小。模型的縮尺比例04模型制作4.1模型材料模型試驗(yàn)對(duì)模型材料有下列幾項(xiàng)要求：（1）保證相似要求。要求模型設(shè)計(jì)滿足相似條件，以至于模型試驗(yàn)結(jié)果可按相似常數(shù)相等條件推算到原型結(jié)構(gòu)上去。（2）保證量測(cè)要求。要求模型材料在試驗(yàn)時(shí)能產(chǎn)生足夠大的變形，使量測(cè)儀表有足夠的讀數(shù)。因此，應(yīng)選擇彈性模量適當(dāng)?shù)鸵恍┑哪Ｐ筒牧?，但也不能過(guò)低，以至于因儀器防護(hù)儀器安裝裝置或重量等因素而影響試驗(yàn)結(jié)果。（3）要求材料性能穩(wěn)定。不受溫度﹑濕度的變化影響而發(fā)生較大變化。一般模型結(jié)構(gòu)尺寸較小，對(duì)環(huán)境變化很敏感，以至于其產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)大于它對(duì)原型結(jié)構(gòu)的影響，因此材料性能穩(wěn)定是很重要的。（4）要求材料徐變小。一切用化學(xué)合成方法生產(chǎn)的材料都有徐變，由于徐變是時(shí)間，溫度和應(yīng)力的函數(shù)，故徐變對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果影響很大，而真正的彈性變形不應(yīng)該包括徐變。（5）要求加工制作方便。選用的模型材料應(yīng)易于加工和制作，這對(duì)于降低模型試驗(yàn)費(fèi)用是極為重要的。模型設(shè)計(jì)中常采用的材料有金屬、塑料、石膏、水泥砂漿以及細(xì)石混凝土材料等。4.2模型試驗(yàn)應(yīng)注意的問(wèn)題1、模型的制作精度模型尺寸的不準(zhǔn)確是引起模型試驗(yàn)誤差的主要原因之一。模型尺寸的允許誤差范圍與原型結(jié)構(gòu)的允許誤差范圍一樣，為±5%，但由于模型的幾何尺寸小，允許制作偏差的絕對(duì)值就很小。因此，在制作模型時(shí)對(duì)其尺寸應(yīng)倍加注意。2、試件材料性能的測(cè)定模型材料的各種性能，如應(yīng)力-應(yīng)變曲線，泊松比，極限強(qiáng)度等等，都必須在模型試驗(yàn)之前就準(zhǔn)確地測(cè)定。3、模型試件的尺寸非彈性工作時(shí)的相似條件一般不容易滿足，而小尺寸混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能的離散性也較大，因此混凝土結(jié)構(gòu)模型的比例不宜太小，最好縮尺比例在1/2~1/25之間取值。目4、鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)力鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)情況對(duì)結(jié)構(gòu)非彈性階段的荷載-變形性能以及裂縫的發(fā)生和發(fā)展有直接關(guān)系。4.2模型試驗(yàn)應(yīng)注意的問(wèn)題5、模型試驗(yàn)環(huán)境小模型試驗(yàn)對(duì)于周?chē)h(huán)境的要求比一般結(jié)構(gòu)試驗(yàn)嚴(yán)格。環(huán)境變化對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膹?fù)雜影響是遠(yuǎn)非在量測(cè)時(shí)布置溫度補(bǔ)償儀表所能解決，所以一般應(yīng)在試驗(yàn)過(guò)程中控制溫、濕度的變化。6、模型荷載模型試驗(yàn)的荷載必須事先仔細(xì)校正。如因模型較小，完全模擬實(shí)際的荷載情況有困難時(shí)，改加明確的集中荷載將比勉強(qiáng)模擬實(shí)際荷載更好，否則會(huì)在整理和推算量測(cè)結(jié)果時(shí)引起很大的誤差。7、模型量測(cè)小模型試驗(yàn)量測(cè)儀表的安裝位置應(yīng)特別準(zhǔn)確，否則在將模型試驗(yàn)結(jié)果換算到原型結(jié)構(gòu)上去時(shí)將引起較大的誤差。此外，如果模型的剛度較小，則應(yīng)注意量測(cè)儀表的重量、剛度等的影響。模型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)比一般結(jié)構(gòu)試驗(yàn)要求更嚴(yán)格，因?yàn)樵谀Ｐ驮囼?yàn)結(jié)果中較小的誤差推算到原型結(jié)構(gòu)則會(huì)形成不可忽略的較大的誤差。因此，在模型試驗(yàn)的過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格操作，采取各種相應(yīng)的措施來(lái)減小誤差，從而使試驗(yàn)結(jié)果更真實(shí)可靠。4.3模型試驗(yàn)工程實(shí)例港珠澳大橋組合連續(xù)箱梁模型試驗(yàn)中華恐龍塔模型試驗(yàn)05試驗(yàn)與仿真分析結(jié)合5.1有限元模型的應(yīng)用點(diǎn)擊此處添加標(biāo)題1、巖土工程2、建筑結(jié)構(gòu)工程3、水利工程4、橋梁工程5.2案例分析本案例以中華恐龍塔模型石塔為原型，使用SAP2000有限元程序進(jìn)行分析。并且采用實(shí)體單元進(jìn)行分析，SAP2000實(shí)體單元有6個(gè)四邊形面八個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有三個(gè)平動(dòng)自由度，采用2×2×2高斯積分點(diǎn)計(jì)算應(yīng)力，且向外插值到節(jié)點(diǎn)。它是基于包含9個(gè)可選擇的非協(xié)調(diào)彎曲模式的等參公式。（1）模型建立（2）模型石塔振型分解反應(yīng)譜法分析反應(yīng)譜法計(jì)算的模型石塔最大反應(yīng)（a）模型石塔（b）模型石塔有限元建模5.2案例分析在216gal的人工波作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，模型石塔沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大應(yīng)力為-0.005MPa，結(jié)構(gòu)安全。由表6-12可以看出，豎向應(yīng)力與主應(yīng)力數(shù)值非常接近，經(jīng)分析知此時(shí)主應(yīng)力方向與豎向應(yīng)力方向接近。（3）模型在6度多遇人工波地震作用下的應(yīng)力化學(xué)工業(yè)出版社THANKS！數(shù)字出版中心第7章靜載試驗(yàn)第7章靜載試驗(yàn)7.1概述7.2靜載試驗(yàn)觀測(cè)案例分析7.3數(shù)據(jù)整理及結(jié)構(gòu)性能評(píng)定7.1概述土木工程結(jié)構(gòu)在其服役期間會(huì)受到重力荷載、地震作用、風(fēng)荷載等直接作用以及溫度變化、地基不均勻沉降、其他環(huán)境影響以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部的物理、化學(xué)作用等間接作用的影響。要保證結(jié)構(gòu)在這些作用下安全、穩(wěn)定、耐久，就要對(duì)結(jié)構(gòu)在這些作用下的各種反應(yīng)進(jìn)行測(cè)試。結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)就是通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加靜荷載，并采用各種檢測(cè)方法和手段對(duì)結(jié)構(gòu)的各種反應(yīng)（如：位移、應(yīng)變、裂縫等）進(jìn)行觀測(cè)和分析，以得到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的正確評(píng)估，從而了解結(jié)構(gòu)的工作性能、正常使用性能和承載能力。嚴(yán)格地說(shuō)，結(jié)構(gòu)受到的荷載，靜是相對(duì)的，而動(dòng)是絕對(duì)的。靜載試驗(yàn)中的靜荷載指的是，在其作用下，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)不隨時(shí)間推移產(chǎn)生明顯變化，結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生加速度反應(yīng)，或產(chǎn)生的加速度反應(yīng)很小可以忽略的荷載，即加荷導(dǎo)致結(jié)構(gòu)本身運(yùn)動(dòng)的加速度效應(yīng)(慣性力效應(yīng))可以忽略不計(jì)。7.1靜載試驗(yàn)的概念結(jié)構(gòu)試驗(yàn)可以根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)對(duì)象、荷載作用時(shí)間、試驗(yàn)場(chǎng)地、是否破壞等進(jìn)行分類(lèi)，除了以上這些分類(lèi)方法之外，靜載試驗(yàn)根據(jù)加載制度的不同可分為單調(diào)靜力荷載試驗(yàn)、擬靜力試驗(yàn)和擬動(dòng)力試驗(yàn)。單調(diào)靜力荷載試驗(yàn)是指試驗(yàn)荷載逐漸單調(diào)增加到結(jié)構(gòu)破壞或預(yù)定的狀態(tài)目標(biāo)，研究結(jié)構(gòu)受力性能的試驗(yàn)。剪、扭等最基本作用的梁、板、柱和砌體等系列構(gòu)件。通過(guò)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)可以研究各種基本作用單獨(dú)或組合作用下試件的荷載和變形的關(guān)系。對(duì)于混凝土構(gòu)件尚有荷載與開(kāi)裂的相關(guān)關(guān)系及反映結(jié)構(gòu)試件變形與時(shí)間關(guān)系的徐變問(wèn)題。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件則還有局部或整體失穩(wěn)問(wèn)題。對(duì)于框架、屋架、殼體、折板、網(wǎng)架、橋梁、涵洞等由若干基本試件組成的擴(kuò)大試件，在實(shí)際工程中除了有必要研究與基本試件相類(lèi)似的問(wèn)題外，尚有構(gòu)件間相互作用的次應(yīng)力、內(nèi)力重分布等問(wèn)題。7.1靜載試驗(yàn)分類(lèi)及用途擬靜力試驗(yàn)也稱(chēng)為偽靜力試驗(yàn)，或低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，屬于工程結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)。其基本原理是用低周往復(fù)循環(huán)加載的方法對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)中控制結(jié)構(gòu)的變形值或荷載量，使結(jié)構(gòu)試件在正反兩個(gè)方向反復(fù)加載和卸載，用以模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力過(guò)程。這種試驗(yàn)加載方法的目的是用靜力方法研究地震作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力和變形性能。通過(guò)試驗(yàn)獲得結(jié)構(gòu)構(gòu)件超過(guò)彈性極限后的荷載-變形性能和破壞特征，用以比較和驗(yàn)證抗震構(gòu)造措施的有效性和確定結(jié)構(gòu)的抗震極限承載能力的可靠性，進(jìn)而為建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震非線性計(jì)算機(jī)分析提供依據(jù)。擬動(dòng)力試驗(yàn)又稱(chēng)聯(lián)機(jī)試驗(yàn)，是將地震反應(yīng)所產(chǎn)生的慣性力作為荷載加在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)上，便結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的非線性力學(xué)特征與結(jié)構(gòu)在實(shí)際地震動(dòng)作用下所經(jīng)歷的真實(shí)過(guò)程完全一致。但是，這種試驗(yàn)是用靜力方式進(jìn)行的而不是在振動(dòng)過(guò)程中完成的，故稱(chēng)擬動(dòng)力試驗(yàn)。7.1靜載試驗(yàn)分類(lèi)及用途2靜載試驗(yàn)觀測(cè)案例分析7.2受彎構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)布置板、梁、屋架等受彎試件的最大撓度由其相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的最大撓度允許值控制，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)量測(cè)最大撓度值作為控制整體變形的依據(jù)。因此，除應(yīng)在跨中或撓度最大位置部位量測(cè)外，還應(yīng)同時(shí)量測(cè)支座沉降、壓縮變形以及懸臂式結(jié)構(gòu)試件由于試驗(yàn)裝置、支墩變形等因素引起的固端轉(zhuǎn)動(dòng)，在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中消除由此產(chǎn)生的誤差和影響。7.2受彎構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)布置撓度測(cè)量梁的撓度值是量測(cè)數(shù)據(jù)中最能反應(yīng)其整體工作性能的一項(xiàng)指標(biāo)，因?yàn)榱旱娜魏尾课坏漠惓Ｗ冃位蚓植科茐亩紝⑼ㄟ^(guò)撓度或撓度曲線反映出來(lái)。在受彎試件中，主要是測(cè)定跨中最大撓度值fmax及彈性撓度曲線。為求跨中最大撓度f(wàn)max，最少要布置3個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，如圖所示。對(duì)撓度較大的梁，為保證測(cè)量結(jié)果的可靠性，并獲得梁在變形后的彈性撓度曲線，則相應(yīng)的要增加至5～7個(gè)測(cè)點(diǎn)，并沿梁的跨間對(duì)稱(chēng)布置，如圖所示。7.2受彎構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)布置梁板試件的應(yīng)變分布規(guī)律是靜載試驗(yàn)的一個(gè)重要測(cè)量項(xiàng)目。試驗(yàn)時(shí)要測(cè)量由于彎曲產(chǎn)生的應(yīng)變，一般在梁承受正負(fù)彎矩最大的截面或彎矩有突變的截面上布置測(cè)點(diǎn)。對(duì)于變截面梁，應(yīng)在抗彎控制截面上布置測(cè)點(diǎn)，有時(shí)，需要在截面突然變化的位置布置測(cè)點(diǎn)。主要觀測(cè)受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)變、縱向受拉鋼筋應(yīng)變、抗剪試驗(yàn)中箍筋和彎起鋼筋的應(yīng)變、沿截面高度的應(yīng)變變化等內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的鋼筋混凝土梁板試驗(yàn)，混凝土表面應(yīng)變測(cè)量常使用電阻應(yīng)變計(jì)，如果只要求測(cè)量彎矩引起的最大應(yīng)力，則只需在截面上下邊緣纖維處粘貼應(yīng)變計(jì)。為了減少誤差，上下纖維處的儀表應(yīng)設(shè)在梁截面的對(duì)稱(chēng)軸上，如圖7-2（a）所示，或是在對(duì)稱(chēng)軸的兩側(cè)各設(shè)一個(gè)儀表，取其平均應(yīng)變量。7.2受彎構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)布置對(duì)于鋼筋混凝土梁，由于材料的非彈性性質(zhì)，梁截面上的應(yīng)力分布往往是不規(guī)則的。為了求得截面上應(yīng)力分布的規(guī)律和確定中和軸的位置，需要增加一定數(shù)量的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，一般情況下沿截面高度至少需要布置五個(gè)測(cè)點(diǎn)。如果梁的截面高度較大時(shí)，還可沿截面高度增加測(cè)點(diǎn)數(shù)量，一般可取6個(gè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)愈多，中和軸位置確定愈準(zhǔn)確，截面上應(yīng)力分布的規(guī)律愈清晰。應(yīng)變測(cè)點(diǎn)沿截面高度的布置可以是等距的，也可以是不等距而外密里疏，以便比較準(zhǔn)確地測(cè)得截面上較大的應(yīng)變，如圖所示。7.2受彎構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)布置一般結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)的主要目的之一是研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件關(guān)鍵截面的應(yīng)力分布情況。試驗(yàn)時(shí)，截面應(yīng)力由截面上的應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算或已知的應(yīng)力-應(yīng)變曲線得出應(yīng)力值。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試的需要，受彎試件試驗(yàn)中應(yīng)力測(cè)量主要包括單向應(yīng)力測(cè)量、平面應(yīng)力測(cè)量、梁腹筋應(yīng)力測(cè)量、翼緣與孔邊應(yīng)力測(cè)量等。7.2受彎構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)布置單向應(yīng)力測(cè)量、在梁的純彎曲區(qū)域內(nèi)，梁截面上僅有正應(yīng)力，無(wú)剪應(yīng)力，在該處截面上可僅布置單向的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，如圖截面1-1所示。7.2裂縫測(cè)點(diǎn)布置目的是測(cè)定鋼筋混凝土梁的抗裂性能。測(cè)量項(xiàng)目：裂縫出現(xiàn)時(shí)間、裂縫寬度。垂直裂縫測(cè)定，一般產(chǎn)生在彎矩最大受拉區(qū)段，在該區(qū)段連續(xù)布置測(cè)點(diǎn)，如圖所示。7.2裂縫測(cè)點(diǎn)布置斜截面上的主拉應(yīng)力裂縫，經(jīng)常出現(xiàn)在剪力較大的區(qū)域內(nèi)。對(duì)于箱形截面或工字形截面，腹板的中和軸或腹板與翼緣相交接的腹板常是主拉應(yīng)力較大的部位，如圖7-6所示。7.2壓桿和柱的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置柱是工程結(jié)構(gòu)中的基本承重構(gòu)件，鋼筋混凝土柱大多數(shù)屬偏心受壓試件。柱子試驗(yàn)時(shí)的測(cè)試內(nèi)容有側(cè)向撓度變形量測(cè)和截面上應(yīng)變量測(cè)；安裝和加載方法有臥位和正位兩種。試驗(yàn)項(xiàng)目：破壞荷載、各級(jí)荷載作用下的側(cè)向撓度值、控制截面或區(qū)域的應(yīng)力變化規(guī)律以及裂縫開(kāi)展情況。7.2壓桿和柱的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置柱(與壓桿)的側(cè)向撓度變形量測(cè)可與受彎試件相同，除量測(cè)試件中部最大側(cè)向位移外，可按側(cè)向五點(diǎn)布置法量測(cè)撓度變形曲線。如圖7-7所示，圖（a）為測(cè)點(diǎn)布置圖，圖（b）為破壞后的情況?；炷林映Ｓ脺y(cè)試內(nèi)容與測(cè)點(diǎn)布置具體如下：撓度：百分表或位移傳感器，側(cè)向5點(diǎn)布置?；炷翍?yīng)變：應(yīng)變片+應(yīng)變儀，應(yīng)變片后貼，受壓區(qū)邊緣2排布置，沿截面高度布置5~7個(gè)；鋼筋應(yīng)變；鋼筋應(yīng)變計(jì)，施工時(shí)預(yù)埋。荷載：力傳感器，當(dāng)采用臥位試驗(yàn)時(shí)，如圖7-7（c）所示，可以與受彎試件量測(cè)撓度的布點(diǎn)方法一樣。兩端一般采用刀口支座或可動(dòng)餃支座。7.2屋架試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置撓度測(cè)點(diǎn)：對(duì)屋架撓度測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在下弦桿跨中或最大撓度的節(jié)點(diǎn)位置上，需要時(shí)亦宜在上弦桿節(jié)點(diǎn)處布置測(cè)點(diǎn)；量測(cè)撓度曲線的測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿跨度方向各下弦節(jié)點(diǎn)處布置，如圖7-8所示。（1）撓度和節(jié)點(diǎn)位移測(cè)點(diǎn)布置水平位移測(cè)點(diǎn)：同時(shí)量測(cè)結(jié)構(gòu)在水平推力作用下沿跨度方向的水平位移。內(nèi)力測(cè)點(diǎn)：需要量測(cè)桿件內(nèi)力，量測(cè)方法同上軸心和偏心受力試件。應(yīng)變測(cè)點(diǎn)：需量測(cè)截面應(yīng)變分布規(guī)律時(shí)，測(cè)點(diǎn)布置與受彎試件相同。7.2屋架試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置一般情況下，在一個(gè)截面上引起的內(nèi)力最多有3個(gè)，即軸向力FN、彎矩Mx、My；對(duì)于薄壁桿件則可能有4個(gè)，即增加扭矩。鋼筋混凝土整體澆搗的屋架，結(jié)點(diǎn)實(shí)際上為剛接，測(cè)點(diǎn)所在截面應(yīng)盡量離結(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)一些，如圖7-9所示。7.2屋架試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置一般情況下，在一個(gè)截面上引起的內(nèi)力最多有3個(gè)，即軸向力FN、彎矩Mx、My；對(duì)于薄壁桿件則可能有4個(gè)，即增加扭矩。鋼筋混凝土整體澆搗的屋架，結(jié)點(diǎn)實(shí)際上為剛接，測(cè)點(diǎn)所在截面應(yīng)盡量離結(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)一些，如圖7-9所示。03數(shù)據(jù)整理及結(jié)構(gòu)性能評(píng)定7.3試驗(yàn)原始資料整理在原始記錄數(shù)據(jù)整理過(guò)程中，應(yīng)特別注意讀數(shù)及讀數(shù)差值的反常情況，如儀表指示值與理論計(jì)算值相差很大，甚至有正負(fù)號(hào)顛倒的情況，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象的規(guī)律性進(jìn)行分析，并找出原因。主要有兩方面原因：一方面由于試驗(yàn)結(jié)構(gòu)本身發(fā)生裂縫、節(jié)點(diǎn)松動(dòng)、支座沉降或局部應(yīng)力達(dá)到屈服而引起數(shù)據(jù)突變；另一方面是由于測(cè)試儀表工作不正常。凡不屬于差錯(cuò)或主觀造成的儀表讀數(shù)突變都不能輕易舍棄，待以后分析時(shí)再作判斷處理。本節(jié)針對(duì)靜載試驗(yàn)中常見(jiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，最后用曲線、圖表或方程式表達(dá)。7.3試驗(yàn)結(jié)果表達(dá)為了方便分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)常用表格，圖像或函數(shù)表達(dá)。同一組數(shù)據(jù)可以同時(shí)用這三種方法表達(dá)，目的就是為了使分析簡(jiǎn)單.直觀。建立函數(shù)關(guān)系的方法主要有回歸分析，系統(tǒng)識(shí)別等方法(請(qǐng)參見(jiàn)第15章)，這里介紹表格和圖像。（1）表格表格是最基本的數(shù)據(jù)表達(dá)方法，無(wú)論繪制圖像還是建立函數(shù)表達(dá)式，都需要數(shù)據(jù)表。表格分為匯總表格和關(guān)系表格兩大類(lèi)。匯總表格把試驗(yàn)結(jié)果中的主要內(nèi)容或試驗(yàn)中的某些重要數(shù)據(jù)匯集于一個(gè)表格中，起著類(lèi)似于摘要和結(jié)論的作用，表中的行與行、列與列之間沒(méi)有必然的關(guān)系；關(guān)系表格是把相互有關(guān)的數(shù)據(jù)按一定的格式列于表中，表中行與行，列與列之間有一定的關(guān)系，它的作用是使有一定關(guān)系的若千變量的數(shù)據(jù)更加清楚地表示出變量之間的關(guān)系和規(guī)律。表格的形式不拘一格，關(guān)鍵在于完整，清楚地顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容。對(duì)于工程檢測(cè)試驗(yàn)記錄表格，表格內(nèi)容除了記錄數(shù)據(jù)外，還應(yīng)適當(dāng)包括工程名稱(chēng)、委托單位、檢測(cè)單位、檢測(cè)日期、氣象環(huán)境條件、儀器名稱(chēng)、儀器編號(hào)及試驗(yàn)、測(cè)讀、記錄、校核、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的簽字等項(xiàng)內(nèi)容。7.3試驗(yàn)結(jié)果表達(dá)（2）圖像表格的直觀性不強(qiáng)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)常用圖像表達(dá)，圖像表達(dá)方式有曲線圖、形態(tài)圖、直方圖和餡餅圖等。試驗(yàn)中常用曲線圖表達(dá)數(shù)據(jù)關(guān)系，用形態(tài)圖表達(dá)試件破壞形態(tài)和裂縫擴(kuò)展形態(tài)。①曲線圖對(duì)于定性分析和整體分析來(lái)說(shuō)，曲線圖是最合適的方法，它可以直觀地反映數(shù)據(jù)的最大值、最小值、走勢(shì)，轉(zhuǎn)折。坐標(biāo)的選擇與試驗(yàn)曲線的繪制選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系、坐標(biāo)參數(shù)和坐標(biāo)比例，有時(shí)對(duì)于反映數(shù)據(jù)規(guī)律是相當(dāng)重要的。試驗(yàn)分析中常用直角坐標(biāo)反映試驗(yàn)參數(shù)間的關(guān)系。直角坐標(biāo)系只能反映兩個(gè)變量間的關(guān)系。有時(shí)會(huì)遇到變量不止兩個(gè)的情況，這時(shí)可采用“無(wú)量綱變量"作為坐標(biāo)來(lái)表達(dá)。組合試驗(yàn)參數(shù)作為坐標(biāo)軸，應(yīng)根據(jù)分析目標(biāo)而定，同時(shí)還要有專(zhuān)業(yè)的知識(shí)并仔細(xì)地考慮。不同的坐標(biāo)比例和坐標(biāo)原點(diǎn)會(huì)使曲線變形、平移，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)比例和坐標(biāo)原點(diǎn)使曲線特征突出并占滿整個(gè)坐標(biāo)系。繪制曲線時(shí)，運(yùn)用回歸分析的基本概念，使曲線通過(guò)較多的試驗(yàn)點(diǎn)，并使曲線兩旁的試驗(yàn)點(diǎn)大致相等。②形態(tài)圖試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)在試件上按裂縫展開(kāi)面和主側(cè)面繪出其開(kāi)展過(guò)程并注上出現(xiàn)裂縫的荷載值及寬度、長(zhǎng)度，直至破壞。待試驗(yàn)結(jié)束后用照相或用坐標(biāo)紙按比例作描繪記錄。此外，結(jié)構(gòu)破壞形、截面應(yīng)變圖都可以采用繪圖方式記錄。除上述的試驗(yàn)曲線和圖形外，根據(jù)試驗(yàn)研究的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、荷載性質(zhì)、變形特點(diǎn)等，還可以繪出一些其他結(jié)構(gòu)特性曲線，如超靜定結(jié)構(gòu)的荷載反力曲線、節(jié)點(diǎn)局部變形曲線、節(jié)點(diǎn)主應(yīng)力軌跡圖等。7.3平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力和剪應(yīng)力計(jì)算對(duì)于梁的彎剪區(qū)、屋架端節(jié)點(diǎn)和板殼結(jié)構(gòu)等在雙向應(yīng)力狀態(tài)下工作部位的應(yīng)力分析，需要計(jì)算其主應(yīng)力的數(shù)值和方向以及剪應(yīng)力的大小。當(dāng)被測(cè)部位主應(yīng)力方向已知時(shí)，則按布置相互正交的雙向應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，即可求得主應(yīng)力。當(dāng)主應(yīng)力方向未知時(shí)，則要由三向應(yīng)變測(cè)點(diǎn)按不同的應(yīng)變網(wǎng)絡(luò)布置量測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于線彈性勻質(zhì)材料的試件，可按材料力學(xué)主應(yīng)力分析有關(guān)公式進(jìn)行，計(jì)算時(shí)，彈性模量E和泊松比應(yīng)按材料力學(xué)性能試驗(yàn)實(shí)際測(cè)定的數(shù)值。如無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，也可采用規(guī)范或有關(guān)資料提供的數(shù)值。若測(cè)點(diǎn)處的主應(yīng)力方向已知，例如：柱子各橫截面上的各個(gè)測(cè)點(diǎn)；局部荷載作用下簡(jiǎn)支梁未與荷載接觸的上、下邊緣；均布荷載作用下簡(jiǎn)支梁跨中截面上的各點(diǎn)等。如圖7-10所示，這種單向應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力按下式計(jì)算：7.3平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力和剪應(yīng)力計(jì)算7.3平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力和剪應(yīng)力計(jì)算在主應(yīng)力方向不清楚的測(cè)點(diǎn)處，可布置45°直角形應(yīng)變花或60°等邊三角形應(yīng)變花。主應(yīng)力的大小及方向按表7-1所列公式計(jì)算。7.3撓度計(jì)算7.3撓度計(jì)算7.3撓度計(jì)算7.3撓度計(jì)算7.3結(jié)構(gòu)性能評(píng)定根據(jù)試驗(yàn)研究的任務(wù)和目的的不同，試驗(yàn)結(jié)果的分析和評(píng)定方式也有所不同。為了探索結(jié)構(gòu)內(nèi)在的某種規(guī)律，或者檢驗(yàn)?zāi)骋挥?jì)算理論的準(zhǔn)確性或適用性，則需對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，找出諸變量之間的相互關(guān)系，并與理論計(jì)算對(duì)比，總結(jié)出數(shù)據(jù)、圖形或數(shù)學(xué)表達(dá)式作為試驗(yàn)研究結(jié)論。為了檢驗(yàn)?zāi)撤N結(jié)構(gòu)構(gòu)件的某項(xiàng)性能，應(yīng)根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果，依照國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50152-2012）的要求對(duì)某項(xiàng)結(jié)構(gòu)性能做出評(píng)定。進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能評(píng)定，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件類(lèi)型及要求選擇不同的檢驗(yàn)項(xiàng)目，表7-2為預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能檢驗(yàn)的項(xiàng)目和檢驗(yàn)要求。構(gòu)件類(lèi)型及要求項(xiàng)

目承載力撓度抗裂裂縫寬度要求不出現(xiàn)裂縫的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件檢檢檢不檢允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件檢檢不檢檢設(shè)計(jì)成熟，數(shù)量較少的大型構(gòu)件可不檢檢檢檢同上，并有可靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)大型異型構(gòu)件可免檢化學(xué)工業(yè)出版社THANKS！數(shù)字出版中心

8動(dòng)載試驗(yàn)8.1概述在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建造過(guò)程中，往往還要考慮結(jié)構(gòu)受到動(dòng)荷載的作用。如風(fēng)荷載對(duì)高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)的作用；運(yùn)行的車(chē)輛產(chǎn)生的移動(dòng)荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)影響；世界各地地震災(zāi)害對(duì)工程結(jié)構(gòu)的破壞；海洋鉆井平臺(tái)，尤其是深水域的海洋鉆井平臺(tái)的風(fēng)、浪、流、冰及地震環(huán)境荷載對(duì)其的作用以及建筑物的抗爆；多層廠房中的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備引起的振動(dòng)；動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)的振動(dòng)等。在設(shè)計(jì)上述結(jié)構(gòu)時(shí)都必須考慮這些動(dòng)荷載的影響，必須對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力分析。8.1概述與靜力荷載試驗(yàn)相比較，動(dòng)力荷載試驗(yàn)具有如下特點(diǎn)：首先，造成結(jié)構(gòu)振動(dòng)的動(dòng)力荷載是隨時(shí)間而改變的。其次，結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的反應(yīng)與結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特性有密切關(guān)系。在多數(shù)情況下，動(dòng)力荷載產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相應(yīng)的靜力效應(yīng)，甚至較小的一個(gè)動(dòng)力荷載可能使結(jié)構(gòu)遭受?chē)?yán)重破壞。而在有些情況下，動(dòng)力荷載效應(yīng)卻并不比靜力荷載效應(yīng)大，還可能小于相應(yīng)的靜力效應(yīng)，但從動(dòng)態(tài)的角度分析，靜荷載是動(dòng)荷載的一種特殊形式。在試驗(yàn)中，可根據(jù)慣性力影響的大小和加載的速率區(qū)分靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)。8.1概述分析結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下的變形和內(nèi)力是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，它不僅與動(dòng)力荷載的性質(zhì)、數(shù)量、大小、作用方式、變化規(guī)律以及結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)的組成形式、材料性質(zhì)以及細(xì)部構(gòu)造等密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力問(wèn)題的精確計(jì)算非常繁瑣，且與實(shí)際結(jié)果有較大出人，因而借助試驗(yàn)確定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及動(dòng)力反應(yīng)是不可缺少的手段。通過(guò)動(dòng)力加載設(shè)備直接對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加動(dòng)力荷載，研究結(jié)構(gòu)在一定動(dòng)力荷載下的動(dòng)力反應(yīng)，如評(píng)估結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的承載力、疲勞壽命以及風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)等特性。動(dòng)力荷載一般分為以下幾種類(lèi)型：8.1概述①地震作用。②機(jī)械設(shè)備振動(dòng)和沖擊荷載。③高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)的風(fēng)振。④環(huán)境振動(dòng)。⑤爆炸引起的振動(dòng)。⑥車(chē)輛運(yùn)動(dòng)對(duì)橋梁的振動(dòng)和危害。⑦海洋采油平臺(tái)設(shè)計(jì)中需要解決海浪的沖擊等不利影響。8.1概述綜上所述，動(dòng)力荷載的產(chǎn)生是復(fù)雜多樣的，概括起來(lái)有三種荷載：撞擊荷載、振動(dòng)荷載和復(fù)雜荷載。撞擊荷載的作用時(shí)間極為短暫，一般在1/1000~1/10000s間，作用力的大小及其出現(xiàn)的時(shí)間間隔往往沒(méi)有規(guī)律性。振動(dòng)荷載的作用頻繁，具有周期性，作用力的大小和頻率按照某一固定規(guī)律變化。復(fù)雜荷載是多種荷載的組合，可以是撞擊荷載和振動(dòng)荷載，也可以是地震、風(fēng)、爆炸等特殊荷載或其組合，是實(shí)際生活中最常見(jiàn)的動(dòng)力荷載。8.2加載設(shè)備動(dòng)力試驗(yàn)是需要振源的。而動(dòng)力試驗(yàn)的振源有兩大類(lèi)：一類(lèi)是自然振源，如：地面脈動(dòng)、氣流所致的振動(dòng)，地面爆破以及動(dòng)力設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備和起重設(shè)備等在運(yùn)行中產(chǎn)生的振動(dòng)等等。另一類(lèi)則是人工振源，它可按照試驗(yàn)?zāi)康牡男枰M(jìn)行有針對(duì)性的激振。它的特點(diǎn)是易于人為控制。本節(jié)介紹人工激振的激振設(shè)備。通常激振系統(tǒng)由如下框圖構(gòu)成。8.2加載設(shè)備其是一種頂桿式的電磁激振器，與上圖所示的信號(hào)發(fā)生器和功率放大器配合使用。電磁激振器由頂桿、外殼、磁鋼、動(dòng)圈、環(huán)形間隙、輸入插座、支撐彈簧等組成。其體積小，使用方便，較經(jīng)濟(jì)，是要求激振力不大的小型結(jié)構(gòu)或小型模型的動(dòng)力試驗(yàn)較為理想的激振設(shè)備，結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)中應(yīng)用較多。8.2.1電磁式激振器1-頂桿；2-外殼；3-磁鋼；4-動(dòng)圈；5-環(huán)形間隙；6-輸入插座；7-支撐彈簧8.2加載設(shè)備工作原理是：磁鋼與外殼體組成磁路，在環(huán)形間隙處形成強(qiáng)磁場(chǎng)，動(dòng)圈與頂桿連成一體，在上下支撐彈簧的支撐下，懸掛于環(huán)形間隙內(nèi)，使其能沿軸向自由運(yùn)動(dòng)。當(dāng)動(dòng)圈內(nèi)通入交變電流時(shí)，載流動(dòng)圈在固定磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生交變力F：8.2.1電磁式激振器式中

B——磁場(chǎng)強(qiáng)度；L——?jiǎng)尤@線有效長(zhǎng)度；

Im——通過(guò)動(dòng)圈的電流幅值。8.2加載設(shè)備在使用時(shí)，將激振器放置在與被振物體相對(duì)靜止的地方。將頂桿與被振物體所要激振部位有效地固定連接，使頂桿與被振物形成一整體，并要求頂桿與被振物之間有一定的預(yù)壓力，使頂桿在振動(dòng)開(kāi)始前處于振動(dòng)的平衡位置上。各式安裝示意圖如下圖所示。8.2.1電磁式激振器1-試件；2-橡皮繩；3-連接桿；4-可升降裝置（如螺旋千斤頂）；5-支架8.2加載設(shè)備離心式激振器是一種能提供穩(wěn)態(tài)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的具有較大激振力的激振設(shè)備。其機(jī)械部分主要是由一個(gè)在上、另一個(gè)在下的兩個(gè)載有偏心質(zhì)量塊可隨旋轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的扇形的圓盤(pán)構(gòu)成。其工作原理是：當(dāng)一個(gè)偏心質(zhì)量塊隨旋轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力為：8.2.2離心激振器式中

m——偏心質(zhì)量塊的質(zhì)量；ω——偏心質(zhì)量塊的旋轉(zhuǎn)頻率；

r——偏心質(zhì)量塊的半徑。8.2加載設(shè)備當(dāng)上、下兩個(gè)偏心質(zhì)量塊左右對(duì)稱(chēng)放置，然后作等速反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩偏心質(zhì)量塊的慣性力的合力在水平方向合力為零，而在垂直方向做簡(jiǎn)諧變化。因此，垂直方向的合成慣性力（即激振力）的大小為：8.2.2離心激振器8.2加載設(shè)備8.2.2離心激振器離心式激振器的優(yōu)點(diǎn)是：激振力范圍大（由幾十牛到幾個(gè)兆牛）。缺點(diǎn)是：頻率范圍較小，一般在100Hz以?xún)?nèi)。特別是它輸出的激振力與旋轉(zhuǎn)頻率的平方成正比，因此，它在低頻時(shí)激振力不大。另外，它的激振力和頻率不能各自獨(dú)立地變化。一周內(nèi)垂直慣性力數(shù)值變化的圖形如下圖所示。8.2加載設(shè)備8.2.3結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)主要是用來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)做正弦波形荷載的疲勞試驗(yàn)。當(dāng)脈動(dòng)量調(diào)至零時(shí)也可用來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)做靜載試驗(yàn)或長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)等。它主要由控制系統(tǒng)、脈動(dòng)發(fā)生系統(tǒng)和脈動(dòng)千斤頂組成。其工作原理：由控制系統(tǒng)將高壓油泵打開(kāi)，使高壓油泵打出的高壓油充滿脈動(dòng)器、千斤頂和油壓表。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的飛輪帶動(dòng)曲柄動(dòng)作時(shí)，就使脈動(dòng)器活塞上下運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生脈動(dòng)油壓并傳給千斤頂作正弦波形的脈動(dòng)荷載作用于結(jié)構(gòu)，即對(duì)結(jié)構(gòu)做疲勞試驗(yàn)。當(dāng)脈動(dòng)調(diào)節(jié)至零時(shí)，即可對(duì)結(jié)構(gòu)做靜力加載或長(zhǎng)期持久荷載試驗(yàn)。8.2加載設(shè)備8.2.3結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)的外觀如圖（a）所示，工作原理如圖（b）所示。1-脈動(dòng)器；2-頂桿；3-曲柄；4-飛輪；5-脈動(dòng)調(diào)節(jié)器1-控制系統(tǒng)；2-校準(zhǔn)管；3-脈動(dòng)千斤頂；4-回油管；5-噴油管：6-輸油管；7-分油頭；8-脈動(dòng)發(fā)生系統(tǒng)；9-卸油泵（a）試驗(yàn)機(jī)的外觀（b）工作原理8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的基本參數(shù)均反映了結(jié)構(gòu)本身所固有的動(dòng)力性能，故也稱(chēng)為動(dòng)力特性參數(shù)或振動(dòng)模態(tài)參數(shù)。其中，固有頻率又稱(chēng)為自振頻率，其倒數(shù)稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的自振周期。結(jié)構(gòu)自振頻率的單位為赫茲（Hz），自振周期的單位為秒（s）。一般動(dòng)力問(wèn)題只需量測(cè)結(jié)構(gòu)的基本頻率，但對(duì)于比較復(fù)雜的多自由度體系，有時(shí)還須量測(cè)第二、第三甚至更高階的固有頻率以及相應(yīng)的振型，本節(jié)介紹一些常用的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)方法。8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)8.3.1自由振動(dòng)法自由振動(dòng)法即是借助于外荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一初位移（或初速度），使結(jié)構(gòu)由于彈性而自由振動(dòng)起來(lái)，由此記錄下它的振動(dòng)波形，從而得出其自振特性。自由振動(dòng)法可以分成初速度（突然加載）法、初位移法（突然卸載法）兩類(lèi)。（1）頻率從實(shí)測(cè)得到的結(jié)構(gòu)有阻尼自由振動(dòng)時(shí)間歷程曲線上，可以根據(jù)時(shí)間坐標(biāo)直接測(cè)量振動(dòng)波形的周期，由此可得結(jié)構(gòu)的基本頻率

f=1/T。8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)8.3.1自由振動(dòng)法（2）阻尼有結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)可知，有阻尼自由振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為：振幅值an對(duì)應(yīng)的時(shí)間為tn，an+1對(duì)應(yīng)tn+1，tn+1=tn+T，T=2π/ω分別代入上式，并取對(duì)數(shù)整理可得：式中——衰減系數(shù)8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)8.3.1自由振動(dòng)法（3）振型為了測(cè)定結(jié)構(gòu)的振型，必須使結(jié)構(gòu)按某一固有頻率振動(dòng)，量測(cè)各點(diǎn)在同一時(shí)刻的位移值。對(duì)于單自由度體系，對(duì)應(yīng)一個(gè)基本頻率只有一個(gè)主振型﹔而對(duì)于多自由度體系，對(duì)應(yīng)多階固有頻率就有多個(gè)振型，其中對(duì)應(yīng)于基本頻率的即為主振型或第一振型，對(duì)應(yīng)于高階頻率的振型稱(chēng)之為“高階振型”，依次為第二、第三振型等。8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)8.3.2強(qiáng)迫振動(dòng)法振動(dòng)荷載法是借助具有一定振動(dòng)規(guī)律的荷載，迫使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)恒定的強(qiáng)迫簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)受追振動(dòng)的測(cè)定，求得結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的基本參數(shù)，又稱(chēng)強(qiáng)迫振動(dòng)法和共振法。試驗(yàn)時(shí)，激振器的激振方向和安裝位置應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的情況和試驗(yàn)?zāi)康亩?。整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)荷載試驗(yàn)都在水平方向激振，而樓板和梁等的動(dòng)力試驗(yàn)荷載均為垂直激振荷載。試驗(yàn)前應(yīng)先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步動(dòng)力分析，即先對(duì)所測(cè)量的振型曲線形式有所估計(jì)，從而使激振器沿結(jié)構(gòu)高度方向安裝在所要測(cè)量的各個(gè)振型曲線的非零節(jié)點(diǎn)位置。8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)8.3.2強(qiáng)迫振動(dòng)法（1）頻率單點(diǎn)激振法測(cè)結(jié)構(gòu)自振頻率及阻尼比的原理如圖所示。激振器的頻率信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)功率放大器放大后推動(dòng)激振器激勵(lì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)。當(dāng)激勵(lì)信號(hào)的頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率相等時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，這時(shí)信號(hào)發(fā)生器的頻率就是試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的自振頻率。1-信號(hào)發(fā)生器；2-功率放大器；3-激振器；4-頻率儀；5-試件；6-拾振器；7-放大器；8-相位計(jì)；9-記錄儀。8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)8.3.2強(qiáng)迫振動(dòng)法（2）阻尼由于作簡(jiǎn)諧振動(dòng)結(jié)構(gòu)的整個(gè)頻率反應(yīng)曲線受到阻尼值的控制，因而可以從振幅-頻率曲線的特性求阻尼系數(shù)，這時(shí)即可利用基本頻率和振幅關(guān)系曲線求阻尼，求阻尼的最簡(jiǎn)便方法是帶寬法或稱(chēng)半功率點(diǎn)法（0.707法)。具體作法是：在縱坐標(biāo)最大值ymax的0.707處作一條平行于x軸的水平線與共振曲線相交于A、B兩點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即為ω1和ω2，則衰減系數(shù)η和阻尼比ζ分別為：8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)8.3.2強(qiáng)迫振動(dòng)法基本頻率和振幅關(guān)系曲線如下圖所示。8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)8.3.3脈動(dòng)法脈動(dòng)法它是借助于被測(cè)建筑物周?chē)饨绲牟灰?guī)則微弱干擾（如地面脈動(dòng)、空氣流動(dòng)等）所產(chǎn)生的微弱振動(dòng)作為激勵(lì)來(lái)測(cè)定建筑物自振特性的一種方法。建筑物的這種脈動(dòng)是經(jīng)常存在的。它有一個(gè)重要的性質(zhì)即能明顯反應(yīng)被測(cè)建筑物的固有頻率。它的最大優(yōu)點(diǎn)是不用專(zhuān)門(mén)的激振設(shè)備，簡(jiǎn)便易行，且不受結(jié)構(gòu)物大小的限制，因而得到了廣泛的應(yīng)用。脈動(dòng)法的原理與利用激振設(shè)備來(lái)作為激勵(lì)的共振法的原理相類(lèi)似。一般來(lái)說(shuō)，脈動(dòng)法只能找到被測(cè)物的基頻，而高次頻率則很難出現(xiàn)。在用脈動(dòng)法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性時(shí)，要求拾振器靈敏度高。8.3結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)8.3.3脈動(dòng)法脈動(dòng)信號(hào)的分析通常有以下幾種方法：主諧量法、頻譜分析法、統(tǒng)計(jì)法。（1）主諧量法：建筑物固有頻率的諧量是脈動(dòng)里的主要成分，從記錄得到的脈動(dòng)信號(hào)圖中可以明顯地發(fā)現(xiàn)它反映出結(jié)構(gòu)的某種頻率特性。（2）頻譜分析法：將建筑物脈動(dòng)記錄圖看成是各種頻率的諧量合成。（3）統(tǒng)計(jì)法：由于彈性體受隨機(jī)因素影響而產(chǎn)生的振動(dòng)必定是自由振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)的疊加，具有隨機(jī)性的強(qiáng)迫振動(dòng)在任意選擇的多數(shù)時(shí)刻的平均值為零，因而利用統(tǒng)計(jì)法即可得到建筑物自由振動(dòng)的衰減曲線。8.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中，有時(shí)需要對(duì)結(jié)構(gòu)在實(shí)際動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。例如，工業(yè)廠房中的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備中，吊車(chē)在吊車(chē)梁上運(yùn)行的振動(dòng)情況﹔汽車(chē)、火車(chē)駛過(guò)橋梁時(shí)引起的振動(dòng)﹔高聳建（構(gòu)）筑物受風(fēng)荷載作用等引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)以及強(qiáng)震觀察等。研究動(dòng)力荷載作用下，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)一般不需要專(zhuān)門(mén)的起振裝置，只要選擇測(cè)定位置并布置量測(cè)儀表即可記錄振動(dòng)圖形，主要是選擇適當(dāng)?shù)膬x器和試驗(yàn)方法。8.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)8.4.1動(dòng)應(yīng)變的測(cè)定工程中需要測(cè)定結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下特定部位的動(dòng)應(yīng)變，只要在結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)布置適當(dāng)?shù)碾娮钁?yīng)變計(jì)，并記錄振動(dòng)波形。動(dòng)應(yīng)變是一個(gè)隨時(shí)間變化的函數(shù)，進(jìn)行測(cè)量時(shí)要把各種儀器組成測(cè)量系。應(yīng)變傳感器感應(yīng)的應(yīng)變通過(guò)測(cè)量橋路和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的轉(zhuǎn)換、放大、濾波后送入各種記錄儀進(jìn)行記錄，最后將應(yīng)變隨時(shí)間的變化過(guò)程送入頻譜分析儀或數(shù)據(jù)處理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。動(dòng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)如下圖所示。8.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)8.4.1動(dòng)應(yīng)變的測(cè)定1-應(yīng)變傳感器；2-測(cè)量橋；3-動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀；4-磁帶記錄儀；5-光線示波器；6-電子示波器；7-筆錄儀；8-頻譜分析儀；9-數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)；10-照相機(jī)8.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)8.4.2動(dòng)位移的測(cè)定若需要全面了解結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的振動(dòng)狀態(tài)，可以設(shè)置多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變位測(cè)量，作出在一定動(dòng)荷載作用下的振動(dòng)變位圖。一根雙外伸梁動(dòng)態(tài)變位的測(cè)量方法如圖所示。8.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)8.4.2動(dòng)位移的測(cè)定具體方法是：沿梁跨度選定測(cè)點(diǎn)1~5并在其上固定拾振器，并與測(cè)量系統(tǒng)連接，用記錄儀同時(shí)記錄五個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)位移時(shí)程曲線，如圖（a）所示，根據(jù)同一時(shí)刻的相位關(guān)系確定變位的正負(fù)號(hào)，如圖中2、3、4點(diǎn)的振動(dòng)位移的峰值在基線的左側(cè)，而1、5點(diǎn)的峰值在基線的右側(cè)。若假定在基線左側(cè)為正、右側(cè)為負(fù)，并根據(jù)記錄位移的大小按一定比例畫(huà)在圖上，連接各點(diǎn)位移值即得到在動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的變位圖，如圖（b）所示。8.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)8.4.2動(dòng)位移的測(cè)定測(cè)得了振動(dòng)變位圖后，則可按結(jié)構(gòu)力學(xué)理論近似地確定結(jié)構(gòu)由動(dòng)力荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力，設(shè)振動(dòng)彈性變形曲線方程為：此方程可以根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)按數(shù)學(xué)分析的方法作出，則有：

事實(shí)上，只要這一函數(shù)的形態(tài)與實(shí)測(cè)振動(dòng)形態(tài)相似，而且最大變位與實(shí)測(cè)相等，由此確定的結(jié)構(gòu)內(nèi)力可與直接測(cè)定應(yīng)變得出的內(nèi)力相比較。8.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)8.4.3動(dòng)力系數(shù)的測(cè)定結(jié)構(gòu)動(dòng)力系數(shù)是指在移動(dòng)荷載作用下，動(dòng)撓度和靜撓度的比值。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加大抗力，簡(jiǎn)便的方法是乘以一個(gè)大于1的系數(shù)，此系數(shù)稱(chēng)結(jié)構(gòu)動(dòng)力系數(shù)，用μ表示，即：式中

yd、ys分別為結(jié)構(gòu)的動(dòng)撓度和靜撓度8.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)8.4.3動(dòng)力系數(shù)的測(cè)定結(jié)構(gòu)動(dòng)力系數(shù)一般用試驗(yàn)方法實(shí)測(cè)確定，先用移動(dòng)荷載以最慢的速度駛過(guò)結(jié)構(gòu)，測(cè)定靜撓度。再移動(dòng)荷載以某種速度駛過(guò)，這時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大撓度即視為動(dòng)撓度。但此種方法需要保證移動(dòng)荷載每次經(jīng)過(guò)的路線相同，故只適用于一些類(lèi)似于吊車(chē)梁之類(lèi)的有軌的結(jié)構(gòu)。從圖上量得最大靜撓度ys和最大動(dòng)撓度yd，如下圖（a）所示，實(shí)測(cè)吊車(chē)梁的靜撓度和動(dòng)撓度如下圖（c）所示。8.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)8.4.3動(dòng)力系數(shù)的測(cè)定吊車(chē)一般都是在有軌的吊車(chē)梁上移動(dòng)，對(duì)于無(wú)軌的動(dòng)荷載（如汽車(chē)〉就不可能使兩次行駛的路線完全相同，有時(shí)因生產(chǎn)工藝要求也不可能用慢速行駛測(cè)取最大靜撓度，這時(shí)只一次高速行駛即可得到記錄曲線，如圖（b）所示，取曲線最大值為yd，同時(shí)在曲線上繪出中線，相應(yīng)于yd處中線的縱坐標(biāo)即為ys。（b）有軌移動(dòng)荷載組合（a）有軌移動(dòng)荷載（c）吊車(chē)梁的撓度8.5疲勞試驗(yàn)工程結(jié)構(gòu)中存在著許多疲勞現(xiàn)象，如承受吊車(chē)荷載作用的吊車(chē)梁，直接承受懸掛吊車(chē)作用的屋架。這些結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件在重復(fù)荷載作用下達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)力比其靜力強(qiáng)度要低得多，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞。結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)的目的就是要了解在重復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能及變化規(guī)律。疲勞問(wèn)題涉及的范圍比較廣，對(duì)某一種結(jié)構(gòu)而言，它包含材料的疲勞和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞，如混凝土結(jié)構(gòu)中有鋼筋的疲勞、混凝土的疲勞和試件的疲勞等。目前疲勞理論研究工作尚在不斷發(fā)展，疲勞試驗(yàn)也因目的要求不同而采取不同的方法。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.1疲勞試驗(yàn)的目的及內(nèi)容結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)的目的是研究結(jié)構(gòu)在多次重復(fù)或反復(fù)荷載作用下的結(jié)構(gòu)性能及其變化規(guī)律，確定結(jié)構(gòu)疲勞破壞時(shí)的強(qiáng)度值和荷載重復(fù)作用的次數(shù)，即疲勞極限和疲勞壽命。結(jié)構(gòu)所能承受的荷載重復(fù)次數(shù)及應(yīng)力達(dá)到的最大值均與應(yīng)力的變化幅度有關(guān)。研究表明，在一定應(yīng)力變化幅度下，應(yīng)力與重復(fù)荷載作用次數(shù)的增加不會(huì)再引起結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，該疲勞應(yīng)力值稱(chēng)疲勞極限應(yīng)力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格按照疲勞極限應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計(jì)。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.1疲勞試驗(yàn)的目的及內(nèi)容結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)按目的不同可分為探索性試驗(yàn)和檢驗(yàn)性試驗(yàn)兩類(lèi)。對(duì)于探索性疲勞試驗(yàn)，一般有以下內(nèi)容。①鋼筋及混凝土的應(yīng)力隨荷載重復(fù)次數(shù)的變化；②開(kāi)裂荷載及開(kāi)裂情況﹔③裂縫的寬度、長(zhǎng)度、間距及其隨荷載重復(fù)次數(shù)的變化﹔④疲勞破壞荷載及承受疲勞荷載的重復(fù)次數(shù)﹔⑤最大撓度及其變化規(guī)律﹔⑥疲勞破壞特征。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.1疲勞試驗(yàn)的目的及內(nèi)容對(duì)于檢驗(yàn)性試驗(yàn)，在滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求的前提下，在控制疲勞次數(shù)以?xún)?nèi)還應(yīng)取得下述有關(guān)數(shù)據(jù)：①抗裂性及開(kāi)裂荷載；②裂縫寬度及其發(fā)展；③最大撓度及其變化幅度；④疲勞強(qiáng)度。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.1疲勞試驗(yàn)的目的及內(nèi)容對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)試件，疲勞試驗(yàn)中的觀測(cè)項(xiàng)目主要包括：①局部應(yīng)力或最大應(yīng)力的變化；②試件的最大變形及其隨荷載循環(huán)次數(shù)的發(fā)展規(guī)律；③斷裂裂紋的萌生和發(fā)展；④試件承載能力與疲勞荷載的關(guān)系。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.2疲勞試驗(yàn)的分類(lèi)與特征對(duì)某一種結(jié)構(gòu)而言，它既有材料的疲勞問(wèn)題又有結(jié)構(gòu)本身的疲勞問(wèn)題。近年來(lái)，比較典型的疲勞試驗(yàn)有以下幾種。①鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土梁的疲勞試驗(yàn)；②焊接鋼結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)，如焊接鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，焊接鋼梁等；③用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的錨夾具組裝件疲勞試驗(yàn)；④拉索疲勞試驗(yàn)，拉索主要用于斜拉橋的斜拉索或吊桿拱橋的吊桿；⑤新型材料或新的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)，如鋼纖維混凝土梁的疲勞試驗(yàn)，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)等。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.2疲勞試驗(yàn)的分類(lèi)與特征結(jié)構(gòu)的疲勞試驗(yàn)按其受力狀況不同，可分為壓力疲勞、彎曲疲勞和扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)；按試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的大小，可分為等幅疲勞和變幅疲勞試驗(yàn)；還有環(huán)境疲勞試驗(yàn)，如在腐蝕性環(huán)境下的疲勞試驗(yàn)、高溫或低溫下的疲勞試驗(yàn)、加壓或真空等條件下的疲勞試驗(yàn)。從材料學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，疲勞破壞是材料損傷累積而導(dǎo)致的一種破壞形態(tài)。金屬材料的疲勞有以下特征。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.2疲勞試驗(yàn)的分類(lèi)與特征①交變荷載作用下，試件的交變應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料靜力強(qiáng)度條件下有可能發(fā)生的疲勞破壞；②單調(diào)靜載實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為脆性或塑性的材料，發(fā)生疲勞破壞時(shí)，宏觀上均表現(xiàn)為脆性斷裂，疲勞破壞的預(yù)兆不明顯﹔③疲勞破壞具有顯著的局部特征，疲勞裂紋擴(kuò)展和破壞過(guò)程發(fā)生在局部區(qū)域；④疲勞破壞是一個(gè)累積損傷的過(guò)程，要經(jīng)歷足夠多次導(dǎo)致?lián)p傷的交變應(yīng)力才會(huì)發(fā)生疲勞破壞。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.3疲勞試驗(yàn)的方法——試件安裝試件的疲勞試驗(yàn)不同于靜載試驗(yàn)，它連續(xù)進(jìn)行的時(shí)間長(zhǎng)，試驗(yàn)過(guò)程振動(dòng)大，且試件的疲勞破壞可能是突然的脆性破壞。因此，試驗(yàn)裝置應(yīng)具有安全防護(hù)能力、試件的安裝就位及相配合的安全措施均應(yīng)認(rèn)真對(duì)待，否則將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。試件安裝時(shí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。（1）嚴(yán)格對(duì)中荷載架上的分布梁、脈沖千斤頂、試驗(yàn)試件，支座及中間墊板都要對(duì)中，特別是千斤頂軸心一定要同試件斷面縱軸在一條直線上。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.3疲勞試驗(yàn)的方法——試件安裝（2）保持平穩(wěn)疲勞試驗(yàn)的支座最好是可調(diào)的，即使試件不夠平直也能調(diào)整安裝水平。另外千斤頂與試件之間、支座與支墩之間，試件與支座之間都要確實(shí)找平，用砂漿找平時(shí)不宜鋪厚，因?yàn)楹裆皾{層易酥。（3）安全防護(hù)疲勞破壞通常是脆性斷裂，事先沒(méi)有明顯預(yù)兆。應(yīng)采取安全防護(hù)措施，避免人員和設(shè)備因試件突然破壞而受損。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.3疲勞試驗(yàn)的方法——加載步驟疲勞試驗(yàn)屬于動(dòng)力試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，所有的信息都在隨時(shí)間變化，但是在一定的荷載循環(huán)中，試驗(yàn)信息的變化幅度不大，沒(méi)有必要采用自動(dòng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。疲勞試驗(yàn)均為荷載控制，試驗(yàn)荷載值必須采用動(dòng)態(tài)方式測(cè)量和記錄，以便對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)試驗(yàn)荷載值及偏差及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。試驗(yàn)的主要過(guò)程，可歸納為以下幾個(gè)步驟。①預(yù)加靜載試驗(yàn)對(duì)試件施加不大于上限荷載20%的預(yù)加靜載1~2次，消除松動(dòng)及接觸不良，并使儀表運(yùn)動(dòng)正常。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.3疲勞試驗(yàn)的方法——加載步驟②正式疲勞試驗(yàn)第一步先做疲勞前的靜載試驗(yàn)，其目的主要是為了對(duì)比試件經(jīng)受反復(fù)荷載后受力性能有何變化。荷載分級(jí)加到疲勞上限荷載。每級(jí)荷載可取上限荷載的20%，臨近開(kāi)裂荷載時(shí)應(yīng)適當(dāng)加密，每級(jí)荷載加完后10~15min記錄讀數(shù)，加滿載后分兩次或一次卸載，也可采取等變形加載方法。第二步進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，首先調(diào)節(jié)疲勞機(jī)上下限荷載，待示值穩(wěn)定后讀取第一次動(dòng)載讀數(shù)，以后每隔一定次數(shù)讀取數(shù)據(jù)。根據(jù)要求也可在疲勞過(guò)程中進(jìn)行靜載試驗(yàn)（方法同上），完畢后重新啟動(dòng)疲勞機(jī)繼續(xù)疲勞試驗(yàn)。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.3疲勞試驗(yàn)的方法——加載步驟第三步做破壞試驗(yàn)。達(dá)到要求的疲勞次數(shù)后進(jìn)行破壞試驗(yàn)時(shí)有兩種情況。一種是繼續(xù)施加疲勞荷載直至破壞，得到承受疲勞荷載的次數(shù)。另一種是作靜載破壞試驗(yàn)，這時(shí)方法同前。應(yīng)該注意，不是所有疲勞試驗(yàn)都采取相同的試驗(yàn)步驟，隨試驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟮牟煌?，可有多種多樣，如帶裂縫的疲勞試驗(yàn)；靜載可不分級(jí)緩慢地加到第一條可見(jiàn)裂縫出現(xiàn)為止，然后開(kāi)始疲勞試驗(yàn)，還有在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中變更荷載上限。提高疲勞荷載的上限，可以在達(dá)到要求疲勞次數(shù)之前，也可在達(dá)到要求疲勞次數(shù)之后。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.3疲勞試驗(yàn)的方法——加載步驟疲勞試驗(yàn)步驟、帶裂縫疲勞試驗(yàn)步驟、變更荷載上限疲勞試驗(yàn)步驟分別如圖所示。（a）疲勞試驗(yàn)步驟8.5疲勞試驗(yàn)8.5.3疲勞試驗(yàn)的方法——加載步驟（b）帶裂縫疲勞試驗(yàn)步驟（b）變更荷載上限疲勞試驗(yàn)步驟8.5疲勞試驗(yàn)8.5.4疲勞試驗(yàn)的觀測(cè)及破壞特征——觀測(cè)①疲勞強(qiáng)度的觀測(cè)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，在控制疲勞次數(shù)內(nèi)，試件的強(qiáng)度、剛度、抗裂性應(yīng)滿足規(guī)范要求。疲勞極限強(qiáng)度和疲勞極限荷載作為最大的疲勞承載能力，試件達(dá)到疲勞破壞時(shí)的荷載上限值為疲勞極限荷載，試件達(dá)到疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力最大值為疲勞極限強(qiáng)度。②疲勞試驗(yàn)的應(yīng)變測(cè)量一般采用電阻應(yīng)變片測(cè)量動(dòng)應(yīng)變，測(cè)點(diǎn)布置依試驗(yàn)具體要求而定。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.4疲勞試驗(yàn)的觀測(cè)及破壞特征——觀測(cè)③疲勞試驗(yàn)的裂縫測(cè)量測(cè)裂縫的方法是用光學(xué)儀器目測(cè)或利用應(yīng)變傳感器電測(cè)。裂縫開(kāi)始出現(xiàn)的條件和微裂縫的寬度對(duì)試件安全使用具有重要意義。④疲勞試驗(yàn)的撓度測(cè)量疲勞試驗(yàn)中的動(dòng)撓度測(cè)量，可采用各種測(cè)振儀或差動(dòng)變壓器式位移傳感器、電阻應(yīng)變梁式位移傳感器等電測(cè)儀表，與動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀、光線示波器等儀器組成測(cè)量系統(tǒng)可進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，并能直接測(cè)讀在最大荷載和最小荷載作用時(shí)的動(dòng)撓度。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.4疲勞試驗(yàn)的觀測(cè)及破壞特征——疲勞破壞標(biāo)志常見(jiàn)的受彎試件的疲勞破壞標(biāo)志（1）試件正截面疲勞破壞標(biāo)志有：①縱向主筋疲勞斷裂，當(dāng)配筋率正?；蜉^低時(shí)可能發(fā)生；②受壓區(qū)混凝土疲勞破壞，當(dāng)配筋率過(guò)高或倒T型截面時(shí)可能發(fā)生。（2）鋼筋與混凝土錨固疲勞破壞常發(fā)生在采用熱處理鋼筋、冷拔低碳鋼絲、鋼絞線配筋的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中。8.5疲勞試驗(yàn)8.5.4疲勞試驗(yàn)的觀測(cè)及破壞特征——疲勞破壞標(biāo)志（3）斜截面疲勞破壞標(biāo)志①與臨界斜裂縫相交的腹筋疲勞斷裂，當(dāng)腹筋配筋率正?；蜉^低時(shí)可能發(fā)生；②混凝土剪壓疲勞破壞，當(dāng)腹筋配筋率很高時(shí)可能發(fā)生；③與臨界斜裂縫相交的主筋疲勞斷裂，當(dāng)縱向配筋率較低時(shí)可能發(fā)生。

9工程結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)9.1概述

結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論和方法的基礎(chǔ)。主要目的是通過(guò)試驗(yàn)手段獲取結(jié)構(gòu)在地震作用試驗(yàn)環(huán)境下的結(jié)構(gòu)性能。包括結(jié)構(gòu)線性動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)的非彈性性能兩個(gè)特性。123

9.2擬靜力試驗(yàn)計(jì)算機(jī)D/APID?？仄骼L圖儀作動(dòng)器典型的擬靜力試驗(yàn)加載試驗(yàn)系統(tǒng)

擬靜力試驗(yàn)方法是以一定的荷載或位移作為控制值對(duì)試體進(jìn)行低周反復(fù)加載，以獲得結(jié)構(gòu)非線性的荷載-變形特性。利用此試驗(yàn)方法可以提供各種信息，例如承載力、剛度、變形能力、耗能能力和損傷特征等，在一定程度上可以推斷結(jié)構(gòu)的抗震性能,并改進(jìn)結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施。

9.3擬動(dòng)力試驗(yàn)擬動(dòng)力試驗(yàn)基本原理

擬動(dòng)力試驗(yàn)的目的是真實(shí)模擬地震對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，其基本原理是用計(jì)算機(jī)直接參與試驗(yàn)的執(zhí)行和控制，包括利用計(jì)算機(jī)按地震實(shí)際反應(yīng)計(jì)算得到的位移時(shí)程曲線驅(qū)動(dòng)和控制電液伺服加載器(又稱(chēng)作動(dòng)器)對(duì)結(jié)構(gòu)施加荷載。9.4地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)地震模擬振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)示意圖

地震模擬振動(dòng)臺(tái)是再現(xiàn)各種地震波對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力試驗(yàn)的一種先進(jìn)試驗(yàn)設(shè)備，主要由以下幾個(gè)部分組成：臺(tái)面和基礎(chǔ)、高壓油源和管路系統(tǒng)、電液伺服加載器、模擬控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。

9.5人工地震試驗(yàn)

為了消除對(duì)建筑結(jié)構(gòu)所引起的不同動(dòng)力反應(yīng)和破壞機(jī)理的這種差異，達(dá)到用爆破地震模擬天然地震并得到滿意的結(jié)果，對(duì)于解決頻率的差異可采取下列措施：（1）縮小試驗(yàn)對(duì)象的尺寸，從而可提高被試驗(yàn)對(duì)象的自振頻率，一般只要將試驗(yàn)對(duì)象比真型縮小2~3倍，這時(shí)由于縮小比例不大，可以保留試驗(yàn)對(duì)象在結(jié)構(gòu)構(gòu)造和材料性能上的特點(diǎn)，保持結(jié)構(gòu)的真實(shí)性。（2）將試驗(yàn)對(duì)象建造在覆蓋層較厚的土層上，可以利用松軟土層的濾波作用，消耗地震波中的高頻分量，相對(duì)地提高低頻分量的幅值。（3）增加爆心與試驗(yàn)對(duì)象的距離，使地震波的高頻分量在傳播過(guò)程中有極大損耗，相對(duì)地提高低頻分量的影響。的試驗(yàn)結(jié)果。

9.6天然地震試驗(yàn)

在頻繁出現(xiàn)地震的地區(qū)或在短期預(yù)報(bào)可能出現(xiàn)較大地震的地區(qū)，有目的地建造一些試驗(yàn)性房屋，或在已建的房屋上安裝測(cè)震儀器以便地震發(fā)生時(shí)可以得到房屋的反應(yīng)，這種試驗(yàn)稱(chēng)為天然地震試驗(yàn)。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件和試驗(yàn)要求，主要分為加固或新建試驗(yàn)房屋、強(qiáng)震觀測(cè)、天然地震試驗(yàn)場(chǎng)三類(lèi)。

9.7結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)定

工程結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的目的是抗震性能和抗震能力的評(píng)定。通過(guò)采用不同的抗震試驗(yàn)方法對(duì)模型或原型結(jié)構(gòu)施加振動(dòng)荷載，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后由反應(yīng)結(jié)構(gòu)性能的各項(xiàng)參數(shù)和各種曲線綜合評(píng)定結(jié)構(gòu)的抗震性能。骨架曲線與單調(diào)加載曲線第10章無(wú)損檢測(cè)技術(shù)1.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概述2.無(wú)損檢測(cè)基本理論3.無(wú)損檢測(cè)的主要方法4.其它檢測(cè)媒介5.本章小結(jié)

1無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概述

1.1無(wú)損檢測(cè)技術(shù)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)即非破壞性檢測(cè)，在物理學(xué)、材料科學(xué)、斷裂力學(xué)、機(jī)械工程、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)以及人工智能等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)應(yīng)用工程技術(shù)。261（1）便于充分利用當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的材料(譬如，建設(shè)地點(diǎn)的砂石、填料等)，以確定上述材料是否滿足施工技術(shù)規(guī)定的要求，有利于就地取材，降低工程造價(jià)。（2）有利于推廣新技術(shù)、新工藝和新材料的應(yīng)用，對(duì)于推動(dòng)施工技術(shù)進(jìn)步，提高工程進(jìn)度、質(zhì)量等將起到積極的作用。（3）有利于合理地控制并科學(xué)地評(píng)價(jià)施工質(zhì)量。工程質(zhì)量包括施工過(guò)程中的質(zhì)量控制、竣工后的評(píng)定驗(yàn)收。（4）通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)檢測(cè)可以對(duì)其性能進(jìn)行合理的評(píng)估，從而在保障安全的同時(shí)，為養(yǎng)護(hù)加固提供依據(jù)。

1.2無(wú)損檢測(cè)技術(shù)必要性和重要性2612無(wú)損檢測(cè)基本理論2.1振動(dòng)

——慣性力——慣性力——系統(tǒng)剛度式中：簡(jiǎn)諧振動(dòng)是一種周期振動(dòng)。可以用振動(dòng)位移下x(t)為時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系用式：x(t)=x(t+T)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)每一個(gè)振動(dòng)量對(duì)時(shí)間坐標(biāo)作出的波形，可以得到峰值、峰—峰值、有效值和平均絕對(duì)值等量值。其中峰值是指一個(gè)周期內(nèi)信號(hào)最高值或最低值到平均值之間差的值。振動(dòng)量的描述根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，可以得到無(wú)阻尼單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程式：簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程式KxK2.1第一節(jié)

波動(dòng)（1）波速即波動(dòng)單位在媒質(zhì)中傳播的速度。（2）波長(zhǎng)在波動(dòng)中，對(duì)平衡位置的位移總是相等的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離。（3）波數(shù)是指在波的傳播方向上單位長(zhǎng)度內(nèi)的波的數(shù)目，常用K表示。（4）相位θ，對(duì)于一個(gè)波，特定的時(shí)刻在他循環(huán)中的位置。波的基本要素（1）機(jī)械波與彈性波：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播過(guò)程稱(chēng)為機(jī)械波。（2）聲波:聲波是一種機(jī)械波,由物體振動(dòng)產(chǎn)生,通過(guò)介質(zhì)傳播（3）光波、紅外線、電磁波波的分類(lèi)（1）P波（縱波或疏密波）、S波（橫波或剪切波）（2）瑞利波（也稱(chēng)為瑞雷波）（3）板波（Lame波）：兩種振動(dòng)的合成，使質(zhì)點(diǎn)作橢圓軌跡的振動(dòng)并傳播的波稱(chēng)為板波。（4）除以上敘述的波型外，還有彎曲波、爬波、樂(lè)夫波、楔波等幾種類(lèi)型彈性波的分類(lèi)2.1第二節(jié)彈性波的基本方程一維狀態(tài)三維狀態(tài)一維桿中質(zhì)點(diǎn)縱向振動(dòng)圖該微元dx在處，受擾動(dòng)后產(chǎn)生的縱向張力以表示，則：

通常在三維體中的彈性波的基本方程根據(jù)彈性體的運(yùn)動(dòng)方程導(dǎo)出：

03無(wú)損檢測(cè)的主要方法用聲學(xué)方法檢測(cè)結(jié)構(gòu)混凝土可以追溯到20世紀(jì)30年代，以錘擊作為振源，測(cè)量聲波在混凝土中的傳播速度，粗略地判斷混凝土質(zhì)量超聲檢測(cè)，是指用超聲波來(lái)檢測(cè)材料和構(gòu)件、并以超聲檢測(cè)儀作為顯示方式的一種無(wú)損檢測(cè)方法。聲波在介質(zhì)中傳播的過(guò)程中，其振幅將隨傳播距離的增大而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為衰減。為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，假定聲波是在無(wú)吸收的均勻介質(zhì)中傳播，也就是說(shuō)聲波在傳播過(guò)程中無(wú)衰減。3.1超聲和超聲波技術(shù)混凝土內(nèi)部超聲波傳播原理示意圖PART

THREE010203超聲波檢測(cè)儀1.聲波透射法檢測(cè)基樁完整性。2.超聲-回彈綜合法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度。3.超聲法檢測(cè)混凝土裂縫深度等。用途1.快速、準(zhǔn)確的聲參量自動(dòng)判讀。2.圖形化顯示測(cè)試結(jié)果3.儀器便攜。體積小、質(zhì)量?。s），攜帶方便等。性能特點(diǎn)3.2超聲波檢測(cè)儀器渦流檢測(cè)交流磁場(chǎng)檢測(cè)金屬磁記憶檢測(cè)滲透檢測(cè)技術(shù)渦流檢測(cè)是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來(lái)無(wú)損地評(píng)定導(dǎo)電材料及其工件的某些性能，或發(fā)現(xiàn)其缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。金屬磁記憶（MMM）檢測(cè)技術(shù)可快速準(zhǔn)確測(cè)定應(yīng)力集中區(qū)，且檢測(cè)靈敏度高特別適合野外作業(yè)，在裝備武器以及航空器缺陷快速準(zhǔn)確定位中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，在軍事上具有廣闊的應(yīng)用前景。交流磁場(chǎng)檢測(cè)是近年來(lái)無(wú)損檢測(cè)的主要進(jìn)展之一，主要用來(lái)檢測(cè)覆有防腐涂層或絕緣層的水下結(jié)構(gòu)表面缺陷。滲透檢測(cè)是一種基于毛細(xì)作用原理作為基礎(chǔ)的檢查表面開(kāi)口缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。該方法是5種常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法，即超聲檢測(cè)、電磁檢測(cè)、滲透檢測(cè)、射線探傷檢測(cè)、回彈檢測(cè)其中之一，是一門(mén)綜合性的科學(xué)技術(shù)。3.3電磁檢測(cè)技術(shù)04其它檢測(cè)媒介4.1熱像/紅外紅外熱成像運(yùn)用光電技術(shù)檢測(cè)物體熱輻射的紅外線特定波段信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人類(lèi)視覺(jué)分辨的圖像和圖形，并可以進(jìn)一步計(jì)算出溫度值。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已發(fā)生多起建筑物的外飾物脫落傷人事故。避免建筑外墻裝飾物墜落傷人的一個(gè)有效的方法就是定期對(duì)建筑物進(jìn)行較全面的檢查。而在眾多的檢查方法中，近年發(fā)展較快的紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已成為越來(lái)越受到重視的新技術(shù)。標(biāo)題數(shù)字等都可以通過(guò)點(diǎn)擊和重新輸入進(jìn)行更改。建筑物內(nèi)部不同的缺陷和損傷，會(huì)對(duì)紅外熱圖像產(chǎn)生不同的影響。建筑的外墻裝飾物與其附著物可以看成是一個(gè)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)組成部分，它們通過(guò)給合界面組合在一起。當(dāng)外墻裝飾物的表面被均勻加熱時(shí)，一部分能量被反射，一部分進(jìn)入人外墻裝飾物內(nèi)部。進(jìn)入人內(nèi)部的能量會(huì)通過(guò)結(jié)合界面向其附著物傳導(dǎo)。4.2超聲波衍射時(shí)差法（TOFD）1.超聲波衍射時(shí)差法，是一種依靠從待檢試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)（主要是指缺陷）的“端角”和“端點(diǎn)”處得到的衍射能量來(lái)檢測(cè)缺陷的方法，用于缺陷的檢測(cè)、定量和定位。2.TOFD技術(shù)于20世紀(jì)70年代由英國(guó)哈威爾的國(guó)家無(wú)損檢測(cè)中心silk博士首先提出，其原理源于silk博士對(duì)裂紋尖端衍射信號(hào)的研究。超聲波衍射時(shí)差法（TOFD）（1）效率高：該技術(shù)只需要做線性掃查就可以對(duì)焊縫完成掃查，很大程度上擴(kuò)大了單組探頭檢測(cè)對(duì)焊縫的覆蓋范圍大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)的檢測(cè)方法。（2）靈敏度高：該技術(shù)的衍射波信號(hào)具有很高的靈敏度，很大程度上保證了檢出率。（3）精度高：利用衍射時(shí)差計(jì)算方法，缺陷的高度可以得到精確的計(jì)算。（4）影響?。涸摷夹g(shù)不會(huì)因焊縫結(jié)構(gòu)或缺陷的方向性就左右最后的檢測(cè)結(jié)果，其檢測(cè)結(jié)果具有很高的穩(wěn)定性，幾乎不受其他因素的影響。TOFD的優(yōu)點(diǎn)（1）過(guò)高的靈敏度有時(shí)會(huì)夸大焊縫中的良性缺陷。（2）焊縫兩側(cè)需要有放置探頭的空間。（3）存在檢測(cè)盲區(qū)，即在工件的近表面（一般為2-10mm）。（4）對(duì)相關(guān)工作人員的素質(zhì)和能力要求很高。（5）TOFD檢測(cè)效率低：TOFD掃查有兩種方式。一種是非平行掃查，另一種是平行掃查。TOFD的局限性05本章小結(jié)5.1本章小結(jié)本章系統(tǒng)的介紹了無(wú)損檢測(cè)的主要方法，它主要包括超聲和超聲波技術(shù)、電磁檢測(cè)技術(shù)、滲透檢測(cè)技術(shù)、射線探傷技術(shù)和回彈檢測(cè)技術(shù)等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)介紹了一些其他的檢測(cè)媒介，要求學(xué)生理解無(wú)損檢測(cè)的各種技術(shù)，并能夠在結(jié)合實(shí)際情況下運(yùn)用合理的技術(shù)去解決相應(yīng)的問(wèn)題。渦流檢測(cè)原理交流磁場(chǎng)檢測(cè)原理謝謝你的觀看THANKS！數(shù)字出版中心建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)概述混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)砌體結(jié)構(gòu)檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)1概

述1.1現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)程序建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作程序圖大量的結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)是在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用，部分檢測(cè)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。檢測(cè)程序：現(xiàn)場(chǎng)和有關(guān)資料的調(diào)查制定檢測(cè)方案儀器設(shè)備檢查檢測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)的整理與分析檢測(cè)報(bào)告2混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)2.1混凝土強(qiáng)度檢測(cè)一.回彈法（1）基本原理：回彈法運(yùn)用回彈儀的彈擊拉簧驅(qū)動(dòng)儀器內(nèi)的彈擊重錘，通過(guò)中心導(dǎo)桿，彈擊混凝土表面，并測(cè)得重錘反彈的距離，以反彈距離與彈簧初始長(zhǎng)度之比為回彈值R，再由R與混凝土強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系來(lái)推算混凝土的強(qiáng)度，是混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中最常用的一種非破損檢測(cè)方法。（2）檢測(cè)儀器：1—構(gòu)件表面；2—彈擊桿；3—拉力彈簧；4—套筒；5—重錘；6—指針；7—刻度尺；8—導(dǎo)桿；9—壓力彈簧；10—調(diào)整螺絲；11—按鈕；12—掛鉤；（3）檢測(cè)步驟：測(cè)區(qū)布置回彈值測(cè)量2.1混凝土強(qiáng)度檢測(cè)二.鉆芯法（2）檢測(cè)儀器:HZ-20型混凝土鉆孔取芯機(jī)（1）基本原理：

從混凝土結(jié)構(gòu)中鉆取標(biāo)準(zhǔn)芯樣試件或小直徑芯樣試件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)以檢測(cè)混凝土強(qiáng)度或觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量（3）檢測(cè)步驟：①芯樣選取：a.芯樣鉆取

b.芯樣要求②芯樣試驗(yàn)2.1混凝土強(qiáng)度檢測(cè)三.超聲回彈綜合法（1）基本原理：是建立在超聲波在混凝土中的傳播速度和混凝土表面硬度的回彈值與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上，以超聲波聲速值和回彈平均值綜合反映混凝土抗壓強(qiáng)度。（3）檢測(cè)方法：角測(cè)法示意圖1—箍筋；2—主筋；F—發(fā)射換能器；S—接收換能器平測(cè)法示意圖（a）平面圖（b）主面圖（2）檢測(cè)儀器:混凝土超聲波檢測(cè)儀2.1混凝土強(qiáng)度檢測(cè)四.拔出法（1）檢測(cè)儀器：拔出儀實(shí)物圖

（2）后裝法檢測(cè)步驟：測(cè)點(diǎn)數(shù)量：a.單個(gè)構(gòu)件檢測(cè)均勻布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)

b.同批構(gòu)件按批抽樣檢測(cè)每個(gè)構(gòu)件

布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，樣本數(shù)不少于15個(gè)②測(cè)點(diǎn)布置:構(gòu)件混凝土成型的側(cè)面③成孔要求(3）預(yù)裝法檢測(cè)步驟：①測(cè)點(diǎn)數(shù)量：與后裝法一致②測(cè)點(diǎn)布置：預(yù)埋點(diǎn)的間距不應(yīng)小于250mm，且預(yù)埋點(diǎn)離混凝土構(gòu)件邊沿的距離不應(yīng)小于100mm。測(cè)試部位的混凝土厚度不宜小于80mm。預(yù)埋件與鋼筋邊緣凈距離不宜小于鋼筋直徑。

2.1混凝土強(qiáng)度檢測(cè)五.射釘法（1）基本原理：是一種用外力將鋼釘射（壓）入構(gòu)件時(shí)所受到的貫入阻力與混凝土強(qiáng)度成正相關(guān)的原理而產(chǎn)生的一種檢測(cè)方法。（2）檢測(cè)儀器：射釘槍實(shí)物圖

（3）檢測(cè)步驟：確定射釘位置安裝射釘槍計(jì)算擊發(fā)時(shí)間擊發(fā)射釘切取含釘試樣加工試樣酸洗、硫印測(cè)量厚度2.2混凝土構(gòu)件外觀及內(nèi)在質(zhì)量與缺陷尺寸偏差檢測(cè)不密實(shí)區(qū)和空洞檢測(cè)裂縫檢測(cè)表面損傷檢測(cè)結(jié)構(gòu)變形檢測(cè)以設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的尺寸為基準(zhǔn)檢測(cè)項(xiàng)目主要指截面尺寸偏差檢測(cè)方法：

對(duì)測(cè)法

斜側(cè)法

鉆孔法檢測(cè)類(lèi)型：淺裂縫檢測(cè)深裂縫檢測(cè)裂縫寬度檢測(cè)損傷原因：火災(zāi)、凍害及

化學(xué)腐蝕鑿開(kāi)鉆芯取樣超聲波檢測(cè)檢測(cè)方法：構(gòu)件撓度：激光測(cè)距儀、水準(zhǔn)儀

或拉線等方法結(jié)構(gòu)傾斜：經(jīng)緯儀、激光定位儀、

三軸定位儀或吊錘的方法地基沉降：水準(zhǔn)儀檢測(cè)2.3混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測(cè)混凝土抗?jié)B性檢測(cè)混凝土抗凍性檢測(cè)混凝土化學(xué)成分檢測(cè)①取樣法檢測(cè)混凝土抗?jié)B性能的操作與試件處理②逐級(jí)加壓法檢測(cè)混凝土抗?jié)B性能③混凝土在檢測(cè)齡期實(shí)際抗?jié)B等級(jí)的推定值（1）取樣慢凍法檢測(cè)混凝土抗凍性能（2）取樣快凍法檢測(cè)混凝土抗凍性能常用方法：X射線衍射分析電子顯微鏡掃描分析熒光法分析2.3混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測(cè)混凝土含濕量檢測(cè)混凝土氯離子檢測(cè)

混凝土抗硫酸鹽侵蝕性性能檢測(cè)檢測(cè)方法：微波法電阻法中子散射法抗氯離子滲透性能檢測(cè)方法：快速氯離子遷移系數(shù)法（或稱(chēng)RCM法）電通量法（1）取樣檢測(cè)抗硫酸鹽侵蝕性能測(cè)試（2）抗壓強(qiáng)度及強(qiáng)度耐蝕系數(shù)檢測(cè)（3）混凝土抗硫酸鹽等級(jí)推定2.4混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋檢測(cè)保護(hù)層厚度和鋼筋間距檢測(cè)銹蝕檢測(cè)力學(xué)性能檢測(cè)直徑檢測(cè)位置檢測(cè)拉伸試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)金屬應(yīng)力松弛試驗(yàn)鋼筋探測(cè)儀②電磁感應(yīng)法直接法稱(chēng)量法電磁感應(yīng)法雷達(dá)法直接法局部鑿開(kāi)法直觀檢測(cè)法自然電位法03砌體結(jié)構(gòu)檢測(cè)砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)3.1砌體結(jié)構(gòu)檢測(cè)的主要內(nèi)容及方法易發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象具有承重和維護(hù)功能，強(qiáng)度相對(duì)較低易因溫度變形而開(kāi)裂難于形成較大的空間及較大的洞口易受潮不同部位施工質(zhì)量差異較大易引起裂縫及輕微的非受力裂縫二.砌體結(jié)構(gòu)檢測(cè)要點(diǎn)用于砌體強(qiáng)度檢測(cè):原位軸壓法扁頂法原位單剪法原位單磚雙剪法用于砂漿強(qiáng)度檢測(cè):推出法簡(jiǎn)壓法砂漿片剪切法回彈法點(diǎn)荷法3.2砌筑塊材的強(qiáng)度檢測(cè)檢測(cè)項(xiàng)目：砌筑塊材的強(qiáng)度強(qiáng)度等級(jí)尺寸偏差外觀質(zhì)量抗凍性能塊材品種檢測(cè)方法：回彈法取樣結(jié)合回彈的方法鉆芯的方法3.3砌筑砂漿的強(qiáng)度檢測(cè)①推出法推出儀（a）試件加工步驟示意

（b）平剖面

（c）縱剖面推出儀圖片及測(cè)試安裝1—被推出丁磚；2－支架；3－前梁；4－后梁；5－傳感器；6－墊片；7－調(diào)平螺絲；8－傳力螺桿；9－推出力峰值測(cè)定儀a.試件準(zhǔn)備b.安裝推出儀c.加載試驗(yàn)②筒壓法a.試驗(yàn)對(duì)象和試驗(yàn)設(shè)備b.測(cè)驗(yàn)方法（a