第一章結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計1.1概述1、結(jié)構(gòu)試驗過程：試驗設(shè)計、試驗準備、試驗實施和試驗分析四個階段。其中試驗設(shè)計是結(jié)構(gòu)試驗成功與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2、試驗設(shè)計內(nèi)容試件設(shè)計：試件形狀、尺寸、數(shù)量荷載設(shè)計：荷載圖式、加載設(shè)備、加載制度觀測設(shè)計：觀測項目、測點布置、測試儀器誤差控制：試件制作安裝、材料性能、加載及測量誤差安全措施：試驗人員、試驗對象、儀器設(shè)備的安全試驗進度：經(jīng)費預算：3、試驗準備試件制作與安裝加載設(shè)備安裝調(diào)試測試設(shè)備標定、調(diào)試材料性能試驗試驗人員組織分工。4、試驗實施加載試驗數(shù)據(jù)采集裂縫分布圖破壞形態(tài)記錄5、試驗分析數(shù)據(jù)的處理結(jié)構(gòu)性能參數(shù)結(jié)構(gòu)破壞機理結(jié)構(gòu)性能評價試件可以是原型的全部或部分。設(shè)計時，突出研究問題的主要因素，忽略只要因素，確保試驗中研究部位受力一致。科研試驗：試件形狀、尺寸、數(shù)量和構(gòu)造，同時滿足結(jié)構(gòu)和受力的邊界條件要求。鑒定試驗：確定具體試驗或檢驗的部件和部位。重要工程綜合鑒定：選結(jié)構(gòu)受力最不利部位。施工質(zhì)量和受災(zāi)結(jié)構(gòu)：以受損程度和加固補強的需要，確定測試部位和構(gòu)件。預制構(gòu)件檢驗：按相關(guān)標準規(guī)定，在同批產(chǎn)品中隨機抽取檢驗樣品數(shù)量。（GB50204-2002砼施規(guī)范）1.2試件設(shè)計一、試件形狀試驗時形成和實際工作相一致的應(yīng)力狀態(tài)和邊界條件。框架梁、柱和節(jié)點試件設(shè)計：試驗柱A-A、B-B部位框架梁C-C、D-D試件框架節(jié)點試件梁柱取1/2梁跨和1/2柱高柱撓曲破壞柱剪切破壞砌體墻體試件橫墻縱墻二、試件尺寸試件尺寸受到尺寸效應(yīng)、構(gòu)造要求、試驗設(shè)備和經(jīng)費條件等因素的制約。一般情況，研究性試驗采用縮尺模型。研究局部：1／4～1，研究整體結(jié)構(gòu)：1／10～1／2。鑒定性：選用原型構(gòu)件，如屋架、吊車梁和屋面板?？蚣埽?/4～1/2；框架節(jié)點：1/2～1。單層剪力墻0.8x1.0～1.78x2.74M，多層1/10～1/3砌體墻體：1/4～1/2。薄殼和網(wǎng)架等大跨結(jié)構(gòu)：1/5～1/20。振動臺試驗?zāi)Ｐ停?/50～1/4。三、試件數(shù)量鑒定試驗：預制構(gòu)件按“GB50204-2002砼施工驗收規(guī)范”規(guī)定，每批（不超過三個月的1000件同類型產(chǎn)品為一批）中隨機抽取一件進行檢驗。抽樣時，取設(shè)計荷載最大、受力最不利或生產(chǎn)數(shù)量最多的構(gòu)件中抽取。（“同類型產(chǎn)品”是指采用同一鋼種、同一混凝土強度等級、同一工藝、同一結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)件）。科研試驗：由研究問題的影響因素個數(shù)A(分析因子）和每個因素的變化數(shù)B（水平數(shù)）確定。磚砌體的抗剪強度與截面積、砂漿強度、垂直應(yīng)力試件號截面積A砂漿強度垂直壓應(yīng)力抗剪強度10.20.50.0640.0920.20.50.3020.2430.22.50.0640.16940.22.50.3020.40750.70.50.0640.06460.70.50.3020.16070.72.50.0640.11180.72.50.3020.275fv隨A增大而降低，隨砂漿強度提高而增大，并隨垂直應(yīng)力的增加而提高。利用正交試驗設(shè)計，可以減少試件數(shù)量（等于水平數(shù)的平方）。如磚抗剪強度研究的試件為4。但不能提供某一因子的單值變化。試件號截面積砂漿強度垂直壓應(yīng)力抗剪強度10.20.50.0640.0940.22.50.3020.40750.70.50.3020.16070.72.50.0640.111(1+4)/20.21.50.1830.248(5+7)/20.71.50.1830.136(1+5)/20.450.50.1830.125(4+7)/20.452.50.1830.257(1+7)/20.451.50.0640.105(4+5)/20.451.50.3020.283四、構(gòu)造措施防止局部受壓破壞和按預定的破壞方式破壞。1.3荷載設(shè)計試件就位形式、荷載圖式、荷載裝置及加載制度的設(shè)計等。一、試件就位形式1）正位試驗：試驗時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實際工作狀態(tài)相一致。2）異位試驗：試驗時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實際工作狀態(tài)不相一致。便于加載和觀測，試驗較安全。反位試驗：與正位試驗在空間位置上相差180度。臥位試驗：與正位試驗在空間位置上相差90度。1.試件2.加固后作荷載平衡用的屋架

3.支承反力架1.液壓加載器5.荷載傳感器圖4－9屋架成對臥位試驗3）原位試驗二、荷載圖式荷載圖式：與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的荷載圖式，或者實際荷載情況一致。有時受試驗條件的限制和加載方便，也常用等效荷載圖式（控制截面內(nèi)力相等，內(nèi)力圖形相近）。等效荷載框架梁圖式柱荷載圖式框架節(jié)點荷載圖式框架節(jié)點梁端和柱端邊界模擬三、荷載裝置1、應(yīng)有足夠的強度儲備：加載值的1.7倍。2、應(yīng)有足夠的剛度：減小試件臨近破壞時，試驗裝置積蓄的變形能量對試件產(chǎn)生過大沖擊。3、滿足試件的邊界條件和受力變形的真實狀態(tài)，不產(chǎn)生卸荷和約束作用。4、注意支承點摩擦力對試件的影響。四、試驗荷載值裂縫寬度：正常使用極限狀態(tài)試驗荷載值Qs?？沽研栽囼灒嚎沽褭z驗系數(shù)(實測值/設(shè)計值)XQs；承載能力試驗：承載力檢驗系數(shù)(實測值/設(shè)計值)XQd。科研試驗：根據(jù)材性和截面的實際參數(shù)計算試驗荷載值。鑒定試驗：對于已建結(jié)構(gòu)的可靠性檢驗，由于材性和截面的實際參數(shù)已知，也可參照科研性試驗的方法來確定試驗荷載值。結(jié)構(gòu)動力試驗：應(yīng)考慮動力荷載的動力系數(shù)。五、加載制度1）概念：指試驗進行期間荷載的大小和方向與時間的關(guān)系。2）加載制度：預載、標準荷載（正常使用荷載）和破壞荷載。預載

1）目的：使試件進入正常工作狀態(tài)；檢驗加載裝置的可靠性和測試系統(tǒng)是否工作正常。

2）荷載：一般分三級，每級20%標準荷載，然后分2-3級卸完。對混凝土構(gòu)件不超過70%開裂荷載。標準荷載QS

：

1)一般原則：五級，每級≯20%QS。QS后每級≯

10%QS

；90%開裂或破壞荷載后，每級≯

5%QS

。

2)對于柱，按(1/10~1/15)Qu分級，接近開裂和破壞荷載時每級細分2-3級。

3)對于砌體，按10%Qu分級，80%后不分級。卸載：按加載級別，也可放大級別，可取20％～50％QS

。持荷時間：鋼結(jié)構(gòu)≮10min；鋼筋砼結(jié)構(gòu)≮

15min，標準荷載時≮

30min?？沽褭z驗荷載：10-15imn；大跨：短期荷載下≮12h.1.4觀測設(shè)計試驗?zāi)康?〉觀測項目=〉測點布置=〉測量儀器一、觀測項目1、靜力試驗整體變形：撓度、位移、轉(zhuǎn)角和支座偏移等；局部變形：應(yīng)變、裂縫、鋼筋滑移等。在確定試驗的觀測項目時，首先應(yīng)該考慮整體變形。2、動力試驗動力特性：自振頻率（周期）、振型和阻尼動力反應(yīng)：振幅、頻率（頻譜）、速度、加速度、動應(yīng)變、動力系數(shù)等。1.4觀測設(shè)計（續(xù)）二、測點布置原則1、測點數(shù)量：滿足試驗要求的前提下，宜少不宜多。測某一部位的最值：1-3點（最大撓度、應(yīng)力）；測分布規(guī)律不少于五點（如撓曲線、截面應(yīng)力分布）。2、測點位置：具有代表性。控制測點：最不利位置校核測點：結(jié)構(gòu)邊緣凸角，對稱位置。方便安全，便于操作。1.4觀測設(shè)計（續(xù)）三、測量儀器選擇儀器精度：儀表的最小刻度不大于5%的最大被測值。儀器量程：被測最大值在1/5-2/3量程內(nèi)。型號規(guī)格：盡可能一致，種類愈少愈好。儀器種類：被測物理量的類型和測點位置、數(shù)量。測點數(shù)量很多且測點又位于很高很遠的部位，則采用電測儀表和自動記錄儀器。動測儀器：線性范圍、頻響特性、相位特性和儀器的配套性。四、數(shù)據(jù)測讀1）試驗前，進行讀初始讀數(shù)。2）試驗時，在每級加載、卸載間歇時間內(nèi)，同時讀取數(shù)據(jù)。3）當荷載維持較長時間不變時（如12h)，應(yīng)該按規(guī)定時間（如加載后的5分鐘、10分鐘，30分鐘，1小時），以后每隔3～6小時讀數(shù)一次。同樣，當結(jié)構(gòu)卸載完畢（空載）時，也應(yīng)按規(guī)定時間記錄變形的恢復情況。

4）長時間試驗，每次讀數(shù)的同時記錄周圍環(huán)境的溫度。5）動載試驗和抗震試驗，加載與觀測同步進行。1.5誤差控制試件制作誤差：嚴格制作，試驗前后測量試件有關(guān)尺寸，采用試件的實測尺寸進行理論計算。材料性能誤差：試件制作時預留材料試樣，測量其力學性能，計算時采用實測材料強度。試驗裝置誤差：不能模擬邊界，加載對試件產(chǎn)生約束或卸載。杠桿比例太大使杠桿傾斜產(chǎn)生水平分力，分配梁比例過大和滾動支座設(shè)置不當。1.5誤差控制（續(xù)）試件安裝誤差：支座位置、荷載作用點、支座約束條件。嚴格與設(shè)計相符。儀器誤差：儀器安裝、使用不當誤差和以其本身的量測誤差。嚴格按儀器操作規(guī)程使用儀器，測量前后進行系統(tǒng)標定減少誤差。試驗方法非標準誤差：砼試塊的尺寸和加載速率，尺寸效應(yīng)的影響。按有關(guān)標準的要求進行試驗。1.6安全措施（人員、儀器設(shè)備和試件）試件安裝要注意吊點的設(shè)置，防止開裂與傾覆。荷載裝置應(yīng)有足夠安全儲備，以防加載裝置破壞。嚴格遵守設(shè)備的操作規(guī)程使用加載設(shè)備。增設(shè)保護措施，防止試件失穩(wěn)和倒塌：對長細試件設(shè)置側(cè)向支撐防止側(cè)向失穩(wěn)。設(shè)置安全托架和支墩墊塊，防止試件破壞時所加荷載或杠桿等隨試件一起塌下。附著式機械儀表應(yīng)設(shè)保護裝置，防止試件破壞時損害儀表。試驗進入破壞階段時，應(yīng)采取特別防護措施，防止碎塊、鋼筋飛出，危及人身和儀器設(shè)備的安全1.7試驗大綱和試驗報告試驗大綱（包含試驗設(shè)計的全部內(nèi)容）1．試驗?zāi)康摹?．試件設(shè)計及制作要求（試件設(shè)計的依據(jù)及理論分析，試件數(shù)量及施工圖，對試件原材料、制作工藝、制作精度等的要求）。3．輔助試驗內(nèi)容（輔助試驗的目的，試件的種類、數(shù)量及尺寸，試件的制作要求，試驗方法等）。4.試件的安裝與就位（試件的支座裝置，保證側(cè)向穩(wěn)定裝置等）。5．加載方法（荷載數(shù)量及種類，加載設(shè)備，加載裝置，加載圖式，加載程序）。1.7試驗大綱和試驗報告（續(xù)）6．量測方法（測點布置，儀表型號選擇，儀表標定