结构实验技术讲稿静力部分第01次课—30

2、塑性力学和弹性力学的区别 研究对象 弹性范围内应力和变形的规律 ①应力与应变一一对应 弹性力学 特性 ②应力与应变是线性关系 ③变形可以完全恢复 研究对象 产生塑性变形后应力和变形的规律 ①应力与应变不再一一对应，与加载路径有关 塑性力学 特性 ②应力与应变不再是线性关系，而是非线性关系 ③变形不可恢复 结构实验技术 2 绪 教材： 论 易伟建等 《建筑结构试验》 中国建筑工业出版社 参考书： 1.《结构试验》 科学出版社 马永欣等 2.《建筑结构试验》 同济大学出版社 3.《建筑结构试验》 清华大学出版社 姚振纲等 王娴明 3 绪 论 1.结构试验是结构工程科学的一个重要组成部分 传统的结构工程科学由建筑材料、结构力学 和结构试验组成。现代结构工程科学中结构设计 理论和结构计算技术的发展，使结构工程科学成 为一门相对完整的工程科学。 4 绪 论 2.结构试验是研究和发展结构理论的重要手段。 从确定结构材料的力学性能到验证梁、板、 柱等单个构件的计算方法及建立复杂结构体系的 计算理论，都离不开试验研究。钢筋混凝土结构 和砖石结构的计算理论几乎全部是以试验研究的 直接结果作为基础的。 5 3.结构工程科学的发展又反过来推动了结构试验 技术的发展和提高。 (1) 例如:随着高层建筑、大跨度桥涵以及反 应堆压力容器、海洋平台等各种工程结构物的出 现，对结构整体工作，结构动力反应，钢筋混凝 土结构非线性性能等问题的研究需要已日益突出， 这就使结构试验由过去的单个构件试验向整体结 构试验和足尺试验发展。 6 (2) 各种伪静力试验、拟动力试验、振动台 试验等打破了过去静力试验和动载试验的界限， 并促使复杂荷载再现，传感器、量测数据的快速 采集、试验数据的分析处理方法以及非线性与动 载模型的相似设计等方面的试验技术提高了一大 步。 7 4.电子计 算机技术对本学科的影响 计算机不仅为用数学模型方法进行计算分析 创造了条件，同样利用计算机控制结构试验，为 实现荷载模拟，数据采集和数据处理，以及整个 试验实现自动化提供了有利条件，使结构试验技 术的发展，产生了根本性的变化。 8 (1)人们利用计算控制的多维地震模拟振动可以实 现地震波的人工再现，模拟地面运动对结构作用 的全部过程； (2)用计算机联机的电液伺服加载系统帮助人们在 静力状态下研究结构的动力反应； (3)计算机完成的各种数据采集和处理系统可以准 确及时完整地收集并表达荷载与结构行为的各种 信息。计算机加强了人们进行结构试验的能力。 9 《结构实验技

术》 是土木工程专业的一门专业课。这门 课程主要介绍结构试验的理论和方法。通过 这门课程的学习，掌握结构试验的基本原理 和基本试验方法，了解结构试验的仪器、仪 表和试验设备，在结构试验中，进一步认识 结构性能并培养进行结构试验的能力。 10 一、结构试验的任务 是在结构物（原型或模型）上，使用仪器设 备为工具，利用各种实验技术手段，在荷载或其 他因素（温度、变形）作用下，通过量测与结构 工作性能有关的各种参数,从强度、刚度和抗裂性 以及结构实际破坏形态来判明建筑结构的实际工 作性能，了解并掌握结构的力学性能，对结构或 构件的承载能力和使用性能做出评估，为验证和 发展结构理论提供试验依据。 11 ? 例1：钢筋砼梁的试验，在集中力荷载作用下，可 以通过测量梁不同受力阶段的挠度、应变和裂缝 宽度等参数，来分析梁的整个受力过程以及结构 的强度、刚度和抗裂性能。 12 二、结构试验的分类 1.根据不同的试验目的，结构试验分为生产性试 验和科学研究性试验。 1.1 生产性试验：这类试验经常是具有直接的生 产目的，它是以实际建筑物或结构构件为试验 鉴定的对象，经过试验对具体结构或构件作出 正确的技术结论。 13 生产性试验主要用于解决以下三方面的问题： 通过结构试验检验结构、构建或结构部件的质 量。 通过结构试验确定已建结构的承载能力 通过结构试验验证结构设计的安全度 14 1.2 科学研究性试验：科学研究性试验的目的 是验证结构设计计算的各种假定；通过制订各 种设计规范，发展新的设计理论，改进设计计 算方法；为发展和推广新结构、新材料及新工 艺提供理论与实践的经验。 15 科学研究性试验主要用于解决以下的问题： 通过结构试验，验证结构计算理论或通过结构 试验创立新的结构理论 通过结构试验，制定工程技术标准 16 二、结构试验的分类 2 根据试验对象的不同，结构试验分为原型试 验和模型试验。 2.1 原型试验：原型试验的试验对象是实际结 构或者是按实物结构足尺复制的结构或构件。 17 2.2 模型试验：当进行原型结构试验由于投资 大、周期长、测量精度受环境因素等影响，在 物质上或技术上存在某些困难时，人们在结构 设计的方案阶段进行初步探索比较或对设计理 论计算方法进行探讨研究时，可以采用比原型 结构缩小的模型进行试验。 18 二、结构试验的分类 3 根据荷载性质的不同，结构试验分为静载试验 和动载试验。 3.1 静载试验：静载试验是结构试验中最大、最 常见的基本试验，因为大部分建筑结

构在工作 时所承受的是静力荷载，一般可以通过重力或 各种类型的加载设备来实现和满足加载要求。 19 3.2 动载试验：对于那些在实际工作中主要承 受动力作用的结构或构件，为了了解结构在动 力荷载作用下的工作性能，一般要进行结构动 载试验，通过动力加载设备直接对结构构件施 加动力荷载。 20 二、结构试验的分类 4 短期荷载试验和长期荷载试验。 4.1 短期荷载试验:对于主要承受静力荷载的结 构构件实际上荷载经常是长期作用的，但是在 进行结构试验时限于试验条件、时间和基于解 决问题的需要，我们不得不大量采用短期荷载 试验。 21 短期荷载试验: 例如：荷载从零开始施加到最后结构破坏或到某 阶段进行卸荷的时间总和只有几十分钟，几小 时或者几天。对于承受动荷载的结构，即使是 结构的疲劳试验，则整个加载过程也仅在几天 内完成，与实际工作有一定的差别。 22 4.2 长期荷载试验。对于研究结构在长期荷载作 用下的性能，如混凝土结构的徐变、预应力结 构中钢筋的松驰等，就必须要进行静力荷载的 长期试验。这种长期荷载试验也可称为持久试 验，它将连续进行几个月或几年时间，通过试 验以获得结构的变形随时间变化的规律。 23 二、结构试验的分类 5 试验室试验和现场试验 建筑结构和构件的试验可以在有专门设备的试验 室内进行，也可以在现场进行试验。 5.1 试验室试验:试验室由于可以获得良好的工 作条件，可以应用精密和灵敏的仪器设备进行试验， 具有较高的准确度。甚至可以人为的创造一个适宜 的工作环境，以减少或消除各种不利因素对试验的 影响。所以适宜于进行研究性试验。 24 5.2 现场试验:现场试验与室内试验相比，由于 客观环境条件的影响，不宜使用高精度的仪器设备 来进行观测，相对来看，进行试验的方法也可能比 较简单粗糙，所以试验精度和准确度较差。 25 三、结构试验技术的新发展 1 ．先进的大型和超大型试验设备 在现代制造技术的支持下，大型结构试验设 备不断投入使用，使加载设备模拟结构实际受 力条件的能力越来越强。 26 例如:(1)电液伺服压力试验机的最大加载能力达 到50000KN，可以完成实际结构尺寸的高强度混 凝土柱或钢柱的破坏性试验; (2)建设的大型地震模拟振动台台振，由多个独 立振动台组成，当振动台排成一列时，可用来 模拟桥梁结构遭遇地震作用; (3)复杂多向加载系统可以使结构同时受到轴向 压力、两个方向的水平推力和不同方向的扭矩。 27 三、结构试验技术的发展 2．基于网络的远程协同结构试验技术 由于互联网的飞速发展，20世纪末，

美国国家科 学基金会投入巨资建设“NEES”计划，希望通过 远程网络将各个结构实验室联系起来，利用网络 传输试验数据和试验控制信息，网络上各站点 （结构实验室）在统一协调下进行结构试验，共 享设备资源和信息资源，实现所谓“无墙实验 28 室”。我国也在积极开展这一领域的研究工作。 四、结构试验课程的特点 这门课程与其他课程有很密切的关系。首先， 它以建筑结构的专业知识为基础。设计一个结构 试验，在试验中准确地量测数据、观察试验现象 (必须有完整的结构概念，能够对结构做出正确的 计算)。因此，材料力学、结构力学、弹性力学、 混凝土结构、砌体结构、钢结构等结构类课程形 成本课程的基础，掌握本课程的理论和方法，也 将对结构性能和结构理论有更深刻的理解。 29 其次，结构试验依靠试验加载设备和仪器仪 表来进行(手段)，了解这些设备和仪器的基本原 理和使用方法是本课程一个很重要的环节。掌握 机械、液压、电工学、电子学、化学、物理学等 方面的知识，对理解结构试验方法是很有好处的。 本课程主要内容：结构静载试验、结构动载 试验、非破损试验、模型试验等。 30