第四章结构试验设计课件.ppt

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1、第四章 结构试验设计,第四章 结构试验设计,4.1 结构试验的概述 4.2 结构试验的试件设计 4.3 结构试验的模型设计 4.4 结构试验的荷载设计 4.5 结构试验的观测设计 4.6 材料的力学性能与结构试验的关系 4.7 结构试验大纲和试验基本文件,4 . 1 结构试验的概述,结构试验全过程包括： 结构试验设计、结构试验准备、结构试验实施和结构试验分析等主要环节。,结构试验设计:对结构试验进行全面的设计与规划；设计的计划和试验大纲对试验起着统管全局和具体指导的作用。 全局性的一项工作,包括: 试验大纲； 试件设计； 试件加载设计；安全性； 考虑试件的制作； 加载量测方法等；,结构试验准备

2、 包括： 试件制作、安装；材质测定；测试仪器的检测及率定；结构试验实施 包括： 试验加载，试验反应观测和数据采集；,结构试验分析 包括： 数据处理、结构参数识别、结构破坏机制分析、结构性能与承载力分析。试验报告编制 结构试验大纲和试验基本文件。,试验设计的主要内容（以简支梁试件设计为对象）(1) 确定试验参数： 结合试验经费与时间，进行试件设计。 如适筋梁试验：强剪弱弯原则、板的抗剪问题、梁截面尺寸的确定、经济配筋率问题。(2) 加载设计： 支承条件、加载方式（等弯矩段）、加载设备、加载制度（荷载与位移混合控制）。,(3) 观测设计： P-、挠度、裂缝、应变、曲率等。尽可能多地测量内容，充分利

3、用试验。 总之，结构试验是一项细致而复杂的工作，因此必须进行很好的组织与设计，按照试验的任务制订的试验计划与大纲，并通过试验计划与大纲的执行来实现与完成提出的要求。,缩尺模型与足尺模型 试件可取实际结构整体或一部分，即可进行真型试验，也可进行缩尺模型试验。 由于真型结构试验规模大、试验设备的容量和费用也大，所以大多数情况下还是采用缩尺的模型试验。 缩尺模型必须满足严格的相似条件。,4.2 结构试验的试件设计,试件设计的内容及要求 内容： 试件形状的选择、试件尺寸与数量的确定、构造措施等； 要求： 结构与受力的边界条件、试验的破坏特征、试验的加载条件。 最后以最少的试件数量获得最多的试验数据，反

4、映研究的规律满足研究任务的需要。,试件设计的内容： (1)试件形状 最重要的目的是要造成和设计目的相一致的应力状态。局部构件取出后要注意边界条件模拟及受力情况。基本原则：受力条件和边界条件的模拟。 如框架节点的试验方案，板柱结构的受力特征（板带宽度的选取）。,(2)试件尺寸 静力试验试件的合理尺寸应该是不大不小（国外混凝土试件可以小到几厘米，大尺寸可以大到结构物真型）， 如太小的试件要考虑尺寸效应（尺寸效应就是指模型尺寸减小，强度略有所提高的现象），太大没必要。 在满足构造模拟要求的条件下，局部性的试件尺寸可取真型的四分之一到一，整体性的结构试验试件可取十分之一到二分之一。,国内采用框架截面尺

5、寸为真型的1/41/2，框架节点为真型的1/21； 剪力墙方面单层墙体的外形尺寸为80cm100cm178cm274cm，多层的剪力墙为真型的1/101/3; 砖石和砌块的砌体一般为真型的1/41/2; 如：混凝土抗压强度试验 100100100 0.95 150150150 1.0 200200200 1.05,（3）试件数目 生产性试验：一般按照试验任务的要求有明确的对象。 如：预制厂生产的一般工业与民用建筑钢筋混凝土和预应力混凝土预制构件的质量检验与评定，可以按照预制混凝土构件质量检验评定标准GBJ32190中结构性能检验规定，确定试件数目。 按标准GBJ32190规定成批生,产的构件，

6、应按同一工艺，正常生产的1000件，但不超过三个月的同类型产品为一批（不足1000件者亦为一批），在每批中随机抽取一个构件作为试件进行检验。当连续抽查10批，每批的结构性能均能符合标准规定的要求时，对同一工艺正常生产的构件，可改为按2000件，但亦不超过三个月的同类产品为一批，在每批中任随机抽取一个试件进行检验。 同类型产品是指：同一钢种、同一混凝土强度等级、同一工艺、同一结构形式的构件。,科研性试验： 根据影响构件基本性能的参数。(1) 单因素根据因素的水平数来确定试件数量；(2) 多因素采用正交试验设计法来进行试验设计并对试验结果进行科学分析。,多因素试验存在的问题： (1) 全面试验的次

7、数（试件数量）与实际可行的试验次数之间的矛盾。n个因素，m个水平，则全面试验次数mn。 (2) 实际所做的少数试验与全面掌握内在规律的要求之间的矛盾。,完全试验的试件数量,因素水平,2 4 8 16 32 3 9 27 81 243 4 16 64 256 1024 5 25 125 625 3125,1 2 3 4 5,正交试验设计法： 能在很多的试验条件中选出代表性强的少数试验条件，并能通过这较少次数试验条件，推断找到最好的生产条件，同时还可以作进一步的分析。也即： 利用事先制好的正交表来安排多因素试验，并进行试验结果分析的一种试验设计方法。,正交表 是正交试验设计法中合理安排试验并对试验

8、结果进行统计分析的一种特殊表格。 常用正交表有L4(23)、L9(34)、L8(27)等。(24种) 如：正交表：L9（34）： L正交表符号； 9试验次数（方案数）正交表的行数； 3因子的水平数（正交表的数码）； 4列数（因素数） 34全部试验次数,水平 因素试件,1 2 3 4,1 2 3,1 11 2 2 1 22 2 1,L4(23)正交表,水平 因素试件,1 2 3 4 5 6 7 8 9,1 1 1 1 2 2 21 3 3 32 1 2 32 2 3 1 2 3 1 2 3 1 3 23 2 1 33 3 2 1,1 2 3 4,L9（34） 正交表,水平 因素试件,1 2 3

9、4 5 6 7 8,1 1 1 2 2 1 22 1 2 2 1 1 11 2 2 2 2 2 12 2 1 2 1 2 21 1 2 1 1 2 22 1 1 1 2 2 11 2 1 1 1 1 12 2 2 1 2 1 2,1 2 3 4 5 6 7,L8(27)正交表,正交表的特点（凡符合下列两个特点的表均称为正交表）： (1) 每一列中，不同的数字出现的次数相等； (2) 任意两列中，其横向组成的几个数字对中，则每种数对出现的次数相等。,将同一横行的数字看成有序数对（左列的数放在前，右列的数放在后）,例如：表L9（34） 1.表中任何一列，其所含各种水平的个数都相同； 如L9（34）

10、中每列中“1”“2”“3”全部都是3个；2.表中任何两列，所有各种可能的数对出现的次数都相同。 如L9（34）中，1、2、3的可能数对为（1，1），（1，2），（1，3），（2，1），（2，2），（2，3），,（3，1），（3，2），（3，3）九种，表中任何两列，这九对数皆出现一次。 关于正交表的构造原理，要用较多的抽象代数知识。正交表还有下列两个特点：1.将正交表任两行交换，或任两列交换，它任然是正交表。2.将某一列中的各数码作对换，轮换，它任然是正交表。 将某一列中的1换为2，2换为3，3换为1，它任然是正交表；,将某一列中的1全部换为2，2换为1，3不变，它任然是正交表。例如： 进行混凝

11、土抗剪切强度基本性能试验研究： 第15页表2.1、2.2、2.3,轮换因子法：固定其它因子，只让一个因子变好了固定，再让另一个因子变；,主要因子：对试验结果（即指标）可能有影响的，而且在试验中提出了明确的条件加以对比的因素。如表2.2中的水平：每个因子在试验中的具体条件称它为各个的水平，如表2.2中的 0.4、0.8、1.2。 表2.3中，其中混凝土强度等级不变，故只有四个主要因子为 ；每个因子有三个水平数。 即可用正交表L9（34）进行分析，由原来需要的243个试件综合为9个。,由表2.3可见，这样做的方案比较好，由正交表的性质可知道这九次试验有均衡搭配的特点，即：1.每个因子的各个不同水平

12、，在9次试验中都出现了相同次数（3次）；2.每两个因子的各种不同搭配，在9次试验中都出现了相同次数（1次）；,例如：表2.3中 B1C1，B1C2，B1C3，出现在1，4，7中，9种搭配全部恰好各出现一次。,正交试验结果分析直观分析法 目的： (1) 确定各因素的主次关系； (2) 确定各影响因素的最佳水平。,结构试验对试件的要求 在试件设计中当确定了试验形状、尺寸和数量后，对于每一个具体试件的设计和制作过程中还必须同时考虑试件安装、加荷、量测的需要，在试件做出必要的构造措施，这对于科研型实验尤为重要。,结构试验加载与测试对试件设计的要求试件支承条件的要求：支承点的水平、局压、支承点的明确（跨

13、度）。试件加载点的要求：分配梁（简支梁型式）、局压。试件破坏型式和破坏机制的要求：如弯与剪的破坏问题、节点与梁柱构件的强度问题、防止粘结滑移的措施。试验测量的要求：预埋件、预留孔道、预贴应变片。辅助试件的要求：试件材料的材性试件、节点或局部结构构件的单体试件。,六、结构试验对试件设计的构造要求,试件设计时考虑加荷需要的构造措施,2 . 3 结构试验的模型设计,结构模型设计要求按相似理论进行设计，以保证“试验过程与试验结果相似” 几何相似 材料相似 物理相似 荷载相似 科研性试验中常采用小型试件，即缩尺模型。,下一页,相似理论： 要求模型和真型尺寸的几何形似并保持一定的比例；要求模型和真型的材料

14、相似或具有某种相似关系；要求施加于模型的荷载按真型荷载的某一比例缩小或放大；要求确定模型结构试验过程中各参与的物理量的相似常数，并由此求得反映相似模型整个物理过程的相似条件。,返回,模型的相似要求和相似常数1.几何相似 模型和真型结构之间所有对应部分尺寸或比例，模型比例即为长度相似常数。 SL（长度）、SA（面积）、Sw（抗弯模量），SI（惯性矩），Sx（位移）、S（应变）。,2.质量相似 在结构动力问题中，要求结构的质量分布相似，即模型与真型结构对应部分的质量成正比。 Sm（质量）、S（比重）。3.荷载相似 要求模型和真型在各对应点所受的荷载方向一致，荷载大小成比例。 SP（集中力）、Sw（

15、面力）、Sq（体力）、SM（弯矩）,4.物理相似 物理相似要求模型与真型的各相应点的应力和应变、刚度和变形间的关系相似。 S（法向应力）、S（剪应力）、S（剪应变）、SE（弹性模量）。5.时间相似 对于结构动力问题，在随时间变化的过程中，要求结构模型和真型在对应的时刻进行比较，要求对应的时间成比例，时间相似常数St，时间相似不是指时刻相似，而是指时刻的间隔相似。,6.边界条件相似 要求模型和真型在与外界接触的区域内的各种条件保持相似，如模型的支承与约束条件相似。7.初始条件相似 对于结构动力问题，为了保证模型与真型的动力反应相似，往往要求初始几何位置、质点的位移、速度、加速度等。,二、模型设计

16、的相似条件：,相似原理 相似原理是研究自然界相似现象的性质和鉴别相似现象的基本原理，由三个相似定理组成，这三个相似定理从理论上阐明了相似现象有什么性质，满足什么条件才能实现现象的相似。 第一相似定理：彼此相似的现象，单值条件相同，其相似准数的数值也相同。,单值条件是指决定于一个现象的特征并使它从一群现象中区分出来的那些条件。它在一定试验条件下，只有唯一的试验结果。 属于单值条件的因素有：系统的几何特性(面积，长度，惯性矩)；重大影响的物理参数；系统的初始状态；边界条件等。 第一定理是揭示相似现象的性质，说明两个相似现象在数量上和空间中的相互关系，由牛顿在1786年首先提出。,以牛顿第二定理为例

17、：对于实际的质量运动物理系统，则有：Fp=MpAp 而模拟的质量运动系统，有： Fm=MmAm 因为这两个系统运动现象相似，故他们各个对应的物理量成比例Fm=SFFp Mm=SmMp Am=SaAp式中SF,Sm和Sa分别为两个运动系统中对应的物理量的相似常数（代入实际运动中得）： (SF/SmSa)Fp=MpAp 在此方程中，显然只有当SF/SmSa=1时，才满足实际质量系统。,SF/SmSa称为相似指标 上式是相似现象的判别条件，它表明两个物理系统现象相似，则它们的相似指标为1，各物理量的相似常数不能任意选择，它们相互关系受上式条件的约束。又可写成另一种形式Fp/MpAp=Fm/MmAm=

18、F/MA 它是一个无量纲比值，对于所有的力学相似现象，这个比值都是相同的，故称它为相似准数（或称相似判据）。,把它定义为 ， =F/MA=常量 相似准数把相似系统中各物理量联系起来，说明它们之间的关系，故又称“模型律”。利用模型律可将模型试验中得到的结果推广到相似的原型结构中。相似常数和相似准数区别： 相似常数是指在两个相似现象中，两个相对应的物理量始终保持的常数，但对于在与此两个现象互相相似的第三个相似现象中，它可具有不同的常数值。,相似准数则在所有互相相似的现象中是一个不变量，它表示相似现象中的各物理量应保持的关系。 第二相似定理：某一现象各物理量之间的关系方程式，都可表示为相似准数之间的

19、函数关系。写成相似准数方程式的形式为： f(x1,x2,x3,.)=g(1, 2, 3,) 相似准数的记号通常用表示。因此第二相似定理也称定理， 定理是量纲分析的普遍定理，由美国人J.白肯汉提出，为模型设计提供了理论基础。,第二相似定理就是讲在彼此相似的现象中，其相似准数不管用什么方法得到，描述物理现象的方程均可转化为相似准数的方程形式。也就是在处理模型试验的结果时，应当以相似准数间关系所给定的形式处理试验数据，并将试验结果推广到其它相似现象上去。 举例：以梁为例, 第三相似定理：现象的单值条件相似，并且由单值条件导出的相似准数的数值相等，是现象彼此相似的充要条件。 第一、第二相似定理是以现象

20、相似为前提的情况下，确定了相似现象的性质，给出了相似现象的必要条件。第三相似定理补充了前面两个定理，明确了只要满足现象单值条件相似和由此导出的相似准数相等这两个条件，则现象必然相似。,第三相似定理终于使相似原理构成一套完整的理论，并且成为组织试验和进行模拟的科学方法。 在模拟试验中，为使模型与原型保持相似，必须按相似原理推导出相似的准数方程。模型设计则应保证这些相似准数方程成立的基础上确定出适当的相似常数，最后将试验所得数据整理成准时间的函数关系来描述所研究的现象。,三、模型设计的分析,由模型设计的相似理论确定相似条件，可以采用方程式分析法和量纲分析法。 方程式分析法：当已知研究对象各参数与物

21、理量之间的函数关系，并可以用明确的数学方程式(显式)表示时，则可以根据基本方程建立相似条件。 适用于较简单的物理现象 量纲分析法：当研究对象不能用明确的方程式来描述研究各参数与物理量之间的函数关系时，也即对较复杂的物理现象，不能用显,式表达来描述各参数与物理量之间的函数关系，可以采用量纲分析法进行。 此时，物理参数的合理选择对模型设计具有决定性的作用。（取决于对该物理现象的正确认识程度）。,方程式分析法,1. 静力试验模型 的相似条件（P20） 可见，相似常数的数目多于相似条件的数目，模型设计时须预先假设几个相似常数，一般假设几何相似常数Sl和材料相似常数SE。,考虑自重荷载的 模型相似条件

22、当 此时模型材料很难实现，只能采用附加质量方法，但强度与刚度须保持不变。 当材料相当 须提高测量精度。,2.动力试验模型的相似条件 单自由度体系受迫振动的振动方程,3. 钢筋混凝土结构和砌体结构试验模型的相似条件（教材2425） 4. 模型材料 模型材料的要求 相似要求：材料的基本性质相似。 测量要求：为便于测量仪表有足够的读数，弹性模量应适当低一些。 材料性能稳定，受环境温度、湿度的影响较小。 加工制作方便,模型材料的种类 金属（一般钢材和铝合金）：弹性好、变形量大、泊松比与钢筋砼相似。 塑料和有机玻璃：强度大、弹性模量低、各向同性、加工方便、但徐变较大、热稳定性较差。 细石混凝土：非弹性性

23、能较难模拟，缩尺比例不宜太小。主要缺点是粘结应力模拟不好，不适用于研究Wmax、f等。, 石膏：加工容易、成本低、泊松比与砼十分接近、弹性模量可人为调整、但抗拉强度低、较脆。石膏被广泛用于制作弹性模型，也可大致模拟砼的塑性性能。 水泥砂浆：相比上述三种材料，最接近混凝土，常用于制作砼薄壁结构，此时采用的钢筋为钢丝或铅丝。,量纲分析法,量纲说明量测物理量时所用单位的性质。长度单位L：米、厘米、毫米时间单位T：时、分、秒力单位F：牛、千牛等；,在一般工程结构中，各物理量的量纲都可由长度、时间、力这三个量纲导出，故可将长度、时间、力三者取为基本量纲，称为绝对系统；在这组基本量纲中，任何一个量纲不可能

24、由其它量纲组成，而所研究的物理过程中的全部有关物理量的量纲都可由这组基本量纲导出。 量纲分析法：根据描述物理过程的物理量的量纲和谐原理，寻求物理过程中各物理量间的关系而建立相似条件的方法。 见例题,量纲间的相互关系可简要归纳如下：（1）两个物理量相等，是指不仅数值相等，而且量纲也要相同。（2）两个同量纲参数的比值是无量纲参数，其值不随所取单位的大小而变。（3）一个完整的物理方程式中，各项的量纲必须相同，因此方程式才能用加、减，并用等号联系起来，这一性质称为量纲和谐。（4）导出量纲可和基本量纲组成无量纲组合，但基本量纲之间不能组成无量纲组合。（5）若在一个物理过程中共有几个物理参数x1、x2、x

25、n和k个基本量纲，则可组成n-k个独立的无量纲组合，无量纲组合简称“数”,在静力模型试验中，若几何相似常数S1= =1/4，线荷载相似常数SW= =1/10，求原型结构和模型结构材料弹性模量的相似常数SE。,一、试验加载图式的选择与设计 1.定义： 试验荷载在试验上的布置形式，包括荷载类型与荷载分布情况。,2.原则： 试验时荷载图式要尽量与结构设计计算的荷载图式一致；如果无法或不便满足，应采用与计算简图等效的荷载图式。,4.4 结构试验的荷载设计,【等效荷载】 加在试件上、使试件产生的内力图形与计算简图相近、控制截面的内力值相等的荷载。,二、试验加载装置的设计 1.试验加载装置包括,2.试验加

26、载装置的基本要求 强度 刚度 真实性 简便性,1.试验荷载的几个概念：（1）正常使用短期荷载检测值,（2）长期荷载（频遇）组合值,（3）短期承载力检测值,三、结构试验荷载值和加载制度的设计,标准值,设计值,2.加载程序,（1）预载,级距、循环次数、间隙时间,可分两级或三级，每级不超过40%Qs，并卸载至零，对于混凝土结构或构件，预载不应超过所计算的开裂荷载值的70%。,密实，正常工作状态,检查试验装置、仪器仪表,人员就位，准备工作已好,1）加载至少分为五级，每级为20%Qs加 至Qs。 2）加至Qs时，应恒载30min，变形充分 得挠度。 3）卸载时分两次卸载完成 4）卸载后通常空载45min

27、，以观测残余 变形。,2.Qs试验（检测）,3.Qd试验（检测）,1）先取20%Qs至Qs，然后，以10Qs加至90%Qd。2）再以5%Qd直至出现承载力极限状态的标志，以确定其承载力的实测值。,4. 5 结构试验的观测设计,1.按整个试验的目的要求，确定试验测试的项目；2.按确定的量测项目要求，选择测点位置；3.选择测试仪器和测试方法。,测试方案包括的内容：,一、观测项目的确定,1.试件在荷载作用下的变形,整体变形,局部变形,二、测点的选择与布置测点的布置原则 1.满足试验要求为目的，宜少不宜多； 2.测点的位置要有一定的代表性； 3.应布置一定量的校核性测点； 4.测点布置应安全、方便，满

28、足仪器的 特殊要求。,位移测点布置,1.对于梁、单向板、桁架等受弯构件,a.若宽度不超过0.6m，挠度表沿跨度方向单排布置。b.若宽度超过0.6m，双排布置，取平均值。c.具有边肋的单向板，三排布置，测量边肋和板宽中心线的最大挠度。d.跨度不超过6m的构件，沿跨度方向布置三个挠度表，大于6m，增加。,e.屋架、桁架的上下弦受力状态不同，应分别布置挠度表。f.高跨比较大的桁架或其他构件，还要布置观测水平位移和出平面的侧向位移的仪表。2.对于双向板 空间薄壳结构等双向受力构件，挠度测点应沿两个跨度方向或沿主曲率方向的跨度或挠度最大部位布置挠度表。,3.对于柱、框架、杆、塔或足尺房屋结构等，为了测定

29、整体位移及变形曲线，一般沿主轴方向的跨中或挠度最大的部位布置位移计。4.对于高层楼房或高耸结构，为了测定在风荷载下的顶部位移，可使用经纬仪。,对于关键位移观测测点要每一级荷载都要进行位移计算以得知结构或构件的变形情况。到试验末期，位移计位移值出现连续加快变化时，要及时拆卸位移计，以免损坏。,位移观察,a.对于轴向受力构件，为消除荷载偏心影响，可在试件两相对侧面沿平行于杆轴方向布置两个应变片，取平均值作实测应变b.对于受弯构件，若测定最大应力，可在最大弯矩作用的截面的上、下缘布置应变测点；若测定中和轴位置或验证平截面假定，应沿侧面高度方向布置一定数量的应变测点，测点数不应小于5个。,应变测点布置

30、,1.主应力方向已知,c.对于弯矩和轴力共同作用的构件，应在最大弯矩作用的截面处沿平行于杆轴方向的两个侧面布置两个或四个应变测点。d.对于有开孔薄腹梁或薄壁容器，可沿孔边切线方向布置应变测点。e.对于梁的剪压破坏的斜裂缝开裂应变的测定，可在构件内力最大的受拉区沿受力主筋方向连续布置测点。,f.对于超静定梁或框架，可在估计的反弯点位置两旁布置两个应变测点，测出应变后，按比例得出应变为零的反弯点位置。,2.主应力方向未知 在结构的平面应力状态的某些部位，主应力和剪应力的方向是未知的，此时，可在同一点，沿三个不同方向（45度或60度）布置应变化测点，由相应的计算公式得出主应力。,加载后读数时要先定性

31、观察应变受力状况是否正确，当荷载加载加至接近开裂荷载时要密切注意容易开裂处的应变的变化，观察应变是否出现突变的现象，发现突变即说明此处出现裂缝或有新的裂缝开展。通过应变的变化可以观察结构此时所处的工作状态（弹性、塑性、屈服）当钢筋混凝土试件在加载末期，荷载并不增加，而钢筋应力不断增加放大时，可判定钢筋已经屈服。,应变观察,a.对于高跨比较大的桁架（或其他构件），应在支座处布置倾角仪，测定倾斜度。b.对于柱、杆、塔等结构，应在支座处布置倾角仪，测定基础转角。,转角测点布置,把在最大拉应力处出现第一条（批）裂缝时的荷载称之为开裂荷载，并以裂宽大于0.05mm称之为开裂。,裂缝观察,1.加载过程中出

32、裂，取前一级荷载2.在规定的持荷时间内出裂，取本级与前一级荷载的平均值3.在规定的持荷结束后出裂，取本级荷载,开裂荷载的确定,1.对于受弯构件的正截面裂缝，应在构件的侧面受拉主筋处测量最大裂宽，2.对于斜截面裂缝应在斜裂缝与箍筋交汇处或斜裂缝与弯起钢筋交汇处量取斜裂缝宽度。,3.每一测区或每一构件测定裂缝宽度的裂缝数目，一般取目估的最大三大条裂缝来量取。,裂宽的测定,裂缝分布图,破坏特征,a.在荷载不再增加的情况下，由设置在构件受拉主筋处的应变测点出现连续变化或受拉主筋的拉应变达到104b.梁的跨中挠度达到跨度的1/50，悬臂结构的挠度达到悬臂长的1/25c.受拉主筋处的垂直裂缝宽度达到1.5

33、mm,1.钢筋混凝土构件的破坏特征：,d.受剪斜裂缝宽度达到1.5mm，或斜裂缝末端受压区混凝土剪压破坏，或沿斜截面混凝土斜压破坏；e.受拉主筋在端部滑脱达0.2mm，或其它锚固破坏；f.受拉主筋拉断；g.受压混凝土构件混凝土被压坏。,2.钢结构构件的破坏特征：,a.螺栓或铆钉剪断或脱落b.主要螺栓或铆钉松动，节点板变形c.在荷载不增加的情况下，由设置在构件最大拉应力测点或最大压应力的测点出现应变读数值连续变化d.节点焊缝开裂e.受压或受弯部分屈曲或整体失稳。,极限破坏荷载的实测值,三、仪器的选择与测读的原则,1.仪器的选择,2.读数的原则,2.6 材料的力学性能与结构试验的关系,一、概述 一

34、个结构或构件的受力和变形特点，除受荷载等外界因素影响外，还要取决于组成这个结构或构件的材料内部抵抗外力的性能。可见，建筑材料的性能直接影响到结构或构件的质量，因此对于结构材料性能的检验与测定是结构试验,中的一个重要的组成部分。特别是充分了解材料的力学性能，对于在结构试验前或试验过程中正确估计结构的承载能力和实际工作状况，以及在试验后整理试验数据，处理试验结果等工作中都具有非常重要的意义。,在结构试验中按照结构或构件材料性质的不同，必须测定相应的一些最基本的数据，如混凝土的抗压强度、钢材的屈服强度和抗拉极限强度、砖石砌体的抗压强度等。 在测量材料各种力学性能时，应按照国家标准或部颁标准所规定的标

35、准试验方法进行，对于试件的形状、尺寸、加工工艺及试验加荷、测量方法等都要符合规定的统一标准。“强度标准值”,包兴格效应： 钢材在拉（压）超过弹性极限后、反面弹性极限会明显降低。1887年，德国包兴格提出。测定试件材料力学性能的方法： 直接试验法 是最普通最基本的测定方法，是把材料按规定做成标准试件，然后在试验机上用规定的标准试验方法加荷试验进行测定。, 间接测定法 （非破损试验法或半破损试验法） 对于已建结构的生产鉴定性试验，由于结构的材料力学性能随时间发生变化，为判断结构目前实有的承载能力，在没有同条件试块的情况下，必须通过对结构各部位现有材料的力学性能检测来决定。 回弹仪、超声波法等。,二

36、、材料试验结果对结构试验的影响 真正的试件材性很难准确测得 一般混凝土弹性模量约在测定平均值10%以内波动，强度大致也在10%的范围内变动，而钢筋的强度波动较小，约在5%10%。 为此在进行科研性试验研究中，要求同一型号的试件与试件，结构试件与材性试件之间要保证做到严格的材料性质的一致性、施工工艺的一致性和养护条件的一致性。,三、试验方法对材料强度指标的影响 长期以来人们通过生产实践和科学实验发现试验方法对材料强度指标有一定的影响，特别是试件的形状、尺寸和加荷速度。 世界各国都相应地制订了适用于本国情况的材料试验规定，主要是在试件尺寸、形状、试验加荷方法、速度等方面加以统一，以建立起材料的各种

37、强度指标相互比较的基准。,试件尺寸与形状的影响： 尺寸效应（加载面的约束及内部缺陷） 我国现行试验方法规定用15*15*15的立方体试件和15*15*30的棱柱体试件 试验加荷速度（应变速率）的影响： 在测定材料力学性能试验时，加荷速度愈快，即引起材料的应变速率愈高，则试件的强度和弹性模量也就相应提高。 一般认为试件开始加荷并在不超过破坏强度值的50%内，可以用任意速度进行，而不会影响最后的强度指标。,2.7 结构试验大纲和试验基本文件,试验大纲是进行整个试验的指导性文件试验大纲一般包括以下内容：1.试验目的要求（即通过试验最后应得出的数据，如破坏荷载值，设计荷载下的内力分布和挠度曲线，荷载-

38、变形曲线等）2.试件设计及制作要求（包括试件设计的依据及理论分析，试件数量及施工图，对试件原材料，制作工艺，制作精度等的要求）,3.辅助试验内容（包括辅助试验的目的，试件的种类，数量及尺寸，试件的制作要求，试验方法等）4.试件的安装与就位（包括试件的支座装置，保证侧向稳定装置等）5.加载方法（包括荷载数量及种类、加载设备，加载装置、加载图式、加载程序）6.量测方法（包括测点布置、仪表型号选择、仪表标定方法、仪表的布置与编号、仪表的安装方法、测量程序）,7.试验过程的观察（包括试验过程中除仪表读数外在其他方面应做的记录）8.安全措施（安全装置、脚手架、技术安全规定等）9.试验进度计划10.附件（

39、如经费、器材及仪表设备清单等）,除试验大纲外，每一结构试验从规划到最终完成应包括以下各个文件：1.试件施工图及制作要求说明书。2.试件制作过程及原始数据记录（包括各部分实际尺寸及疵病情况）。3.自制试验设备加工图纸及设计资料。4.加载装置及仪表编号布置图。5.仪表读数记录表（原始记录）。6.量测过程记录，包括照片及测绘图等。7.试件材料及原材料性能的测定。,8.试验数据的整理分析及试验结果总结，包括整理分析所依据的计算公式，整理后的数据图表等。9.试验工作日志。10试验报告。 上述前九条都是原始资料，应整理装订归档保存，最重要的是第十条。 试验报告是全部试验工作的集中反映，概括了其他文件的主要

40、内容，一般包括以下内容：试验目的；试验对象的简介和考察；试验方法及依据；试验情况及问题；试验成果处理与分析；技术结论；附录。,试件的就位,卧位试验,练习题：1. 下列（ ）不属于科学研究性试验。 A验证结构计算理论的假定 B为制订设计规范提供依据 C为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验 D服役结构的可靠性鉴定2.下列（ ）不属于长期荷载试验。 A 混凝土的徐变 B 预应力钢筋的松弛 C 混凝土的碳化 D 钢筋的锈蚀 E 混凝土试块150150150抗压试验,3.结构试验中用分配梁传递荷载的下列装置中，不正确的是（）,4.按试验目的可将结构试验分为 性试验和 性试验。5.简述试验加载装置的基本要求。,答案： DEB 生产 试验,思考题：1、结构试验包括哪些主要环节？2、结构试验设计的定义为？3、生产性试验的试件数目的确定原则是什么？4、采用什么方法确定多因素科研试验的试件参数？5、简述模型设计中主要的相似要求。,6、确定相似条件的方法有哪两种，试对比分析。 7、试列出不考虑自重荷载的静力试验模型的相似条件。8、阐述结构试验荷载的分类。9、何谓结构试验的加载制度。10、简述试验测点选择与布置的原则。,