建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程期末測(cè)試及解析前言建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是土木工程專業(yè)一門(mén)實(shí)踐性極強(qiáng)的核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本原理、方法與技能，能夠科學(xué)地觀察、分析和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的受力性能與工作狀態(tài)。通過(guò)試驗(yàn)，不僅能夠驗(yàn)證理論的正確性，更為重要的是能夠發(fā)現(xiàn)理論分析中難以預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工與維護(hù)提供可靠的第一手資料。本次期末測(cè)試及解析，旨在幫助同學(xué)們回顧課程核心知識(shí)點(diǎn)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，并進(jìn)一步深化對(duì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)精髓的理解與應(yīng)用能力。---建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程期末測(cè)試題一、填空題(每空1分，共15分)1.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)按試驗(yàn)?zāi)康目煞譃檠芯啃栽囼?yàn)、鑒定性試驗(yàn)和生產(chǎn)性試驗(yàn)。2.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載制度主要包括加載速度、加載循環(huán)次數(shù)和加載歷程。3.電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是指應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化與試件表面軸向應(yīng)變的比值。4.結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)中，常用的加載設(shè)備有液壓千斤頂、砝碼和杠桿加載裝置等。5.結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性主要包括自振頻率、振型和阻尼比三個(gè)基本參數(shù)。6.試件的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足受力條件、邊界條件和相似條件（對(duì)模型試驗(yàn)而言）的要求。7.數(shù)據(jù)處理中，常用的異常數(shù)據(jù)剔除方法有拉依達(dá)準(zhǔn)則（3σ準(zhǔn)則）和格拉布斯準(zhǔn)則等。二、單項(xiàng)選擇題(每題2分，共20分)1.在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，采用分級(jí)加載的主要目的是：()A.提高加載精度B.便于觀察結(jié)構(gòu)變形和裂縫發(fā)展C.減小加載設(shè)備的負(fù)荷D.縮短試驗(yàn)時(shí)間2.下列哪種儀器不屬于電測(cè)儀表？()A.電阻應(yīng)變儀B.百分表C.位移傳感器（LVDT）D.壓電式加速度傳感器3.結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)中，測(cè)定自振頻率最簡(jiǎn)便的方法是：()A.共振法B.自由振動(dòng)法C.脈動(dòng)法D.強(qiáng)迫振動(dòng)法4.進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)時(shí)，下列哪項(xiàng)不是必須滿足的相似條件？()A.幾何相似B.材料相似C.荷載相似D.邊界條件相似5.量測(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變片的粘貼方向應(yīng)與構(gòu)件的：()A.軸線方向一致B.最大應(yīng)力方向一致C.最小應(yīng)力方向一致D.任意方向均可6.下列哪種加載方式屬于重力加載？()A.液壓千斤頂加載B.電磁振動(dòng)臺(tái)加載C.堆載鐵塊加載D.風(fēng)荷載加載7.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)前，對(duì)試件進(jìn)行外觀檢查的主要目的是：()A.確定試件的實(shí)際尺寸B.檢查試件是否有初始缺陷C.測(cè)量試件的初始應(yīng)變D.估算試件的承載力8.在結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)中，模擬地震作用最常用的設(shè)備是：()A.單向振動(dòng)臺(tái)B.雙向振動(dòng)臺(tái)C.電液伺服加載系統(tǒng)D.擬靜力加載裝置9.數(shù)據(jù)處理中，對(duì)多次測(cè)量值取算術(shù)平均值的目的是：()A.消除系統(tǒng)誤差B.減小隨機(jī)誤差C.消除過(guò)失誤差D.簡(jiǎn)化計(jì)算10.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，下列哪項(xiàng)不屬于結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)范疇？()A.構(gòu)件達(dá)到最大承載力B.構(gòu)件發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形C.構(gòu)件出現(xiàn)明顯的塑性鉸D.構(gòu)件產(chǎn)生較大的裂縫寬度三、簡(jiǎn)答題(每題8分，共40分)1.簡(jiǎn)述建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的主要目的和意義。2.結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的加載程序一般包括哪幾個(gè)階段？各階段的主要任務(wù)是什么？3.什么是電阻應(yīng)變片的溫度效應(yīng)？如何進(jìn)行溫度補(bǔ)償？4.簡(jiǎn)述結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)試中，共振法和脈動(dòng)法的基本原理和主要區(qū)別。5.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)應(yīng)包括哪些主要內(nèi)容？四、綜合分析題(15分)某鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，跨度為5米，截面尺寸為b×h=200mm×500mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，縱向受拉鋼筋為HRB400級(jí)，配置2Φ20?，F(xiàn)擬對(duì)該梁進(jìn)行短期靜力加載試驗(yàn)，以測(cè)定其正截面受彎承載力和變形性能。請(qǐng)回答以下問(wèn)題：(1)簡(jiǎn)述該梁試驗(yàn)的加載方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)（包括荷載形式、加載點(diǎn)位置、加載分級(jí)等）。(2)為量測(cè)該梁的受力性能，應(yīng)選擇哪些主要的測(cè)試項(xiàng)目？并說(shuō)明各測(cè)試項(xiàng)目所選用的傳感器類(lèi)型及布置要點(diǎn)。(3)在試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)觀測(cè)哪些現(xiàn)象？如何根據(jù)觀測(cè)結(jié)果判斷梁的受力階段及破壞形態(tài)？---建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程期末測(cè)試解析一、填空題(每空1分，共15分)1.研究性試驗(yàn)、鑒定性試驗(yàn)、生產(chǎn)性試驗(yàn)(或答：檢驗(yàn)性試驗(yàn)、驗(yàn)證性試驗(yàn)等，根據(jù)教材表述可能略有差異，核心是按試驗(yàn)?zāi)康姆诸?lèi))*解析：結(jié)構(gòu)試驗(yàn)按目的可分為研究性（探索未知，發(fā)展理論）、鑒定性（評(píng)估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)性能）和生產(chǎn)性（如工藝檢驗(yàn)、產(chǎn)品合格性）。2.加載速度、加載循環(huán)次數(shù)、加載歷程(或答：加載路徑)*解析：加載制度是指試驗(yàn)期間荷載與時(shí)間的關(guān)系，包括加載速率、循環(huán)特征以及整個(gè)加載過(guò)程的路徑。3.應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化(ΔR/R)、試件表面軸向應(yīng)變(ε)*解析：靈敏系數(shù)K=(ΔR/R)/ε，是應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的關(guān)鍵參數(shù)。4.液壓千斤頂、砝碼、杠桿加載裝置(或答：沙袋、水箱等重力加載設(shè)備，或其他機(jī)械加載設(shè)備)*解析：靜載試驗(yàn)常用加載設(shè)備，液壓千斤頂屬機(jī)械液壓加載，砝碼、杠桿屬重力加載。5.自振頻率(或固有頻率)、振型(或振動(dòng)模態(tài))、阻尼比*解析：這是描述結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的三個(gè)基本固有參數(shù)，是結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析與抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。6.受力條件、邊界條件、相似條件*解析：試件設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能模擬原型結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)和邊界約束，對(duì)于模型試驗(yàn)，相似理論是核心，需滿足幾何、物理、邊界等相似條件。7.拉依達(dá)準(zhǔn)則(3σ準(zhǔn)則)、格拉布斯準(zhǔn)則(或答：肖維勒準(zhǔn)則、狄克松準(zhǔn)則等)*解析：這些均為常用的統(tǒng)計(jì)方法，用于識(shí)別和剔除測(cè)試數(shù)據(jù)中的異常值（粗大誤差）。二、單項(xiàng)選擇題(每題2分，共20分)1.B*解析：分級(jí)加載便于細(xì)致觀察結(jié)構(gòu)變形發(fā)展、裂縫出現(xiàn)與擴(kuò)展情況，了解結(jié)構(gòu)受力過(guò)程，同時(shí)也有利于控制加載精度和保護(hù)儀器設(shè)備，但主要目的是B。2.B*解析：百分表是利用機(jī)械齒輪傳動(dòng)原理進(jìn)行位移測(cè)量的機(jī)械式儀表，不屬于電測(cè)儀表。其他三項(xiàng)均將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。3.C*解析：脈動(dòng)法利用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)（如車(chē)輛、風(fēng)等）作為激勵(lì)，無(wú)需專門(mén)激振設(shè)備，操作簡(jiǎn)便，是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)構(gòu)自振頻率的常用方法。自由振動(dòng)法也較簡(jiǎn)便，但需要初始激勵(lì)。4.B*解析：模型試驗(yàn)的相似條件主要包括幾何相似、物理相似（主要指力學(xué)性能，如彈性模量、泊松比等的相似，而非材料本身完全相同）、邊界條件相似和初始條件相似。材料可以不同，只要其力學(xué)性能滿足相似要求。5.B*解析：應(yīng)變片粘貼方向應(yīng)與測(cè)點(diǎn)處期望測(cè)量的應(yīng)變方向一致，通常是最大主應(yīng)力方向，以獲得最有代表性的應(yīng)變值。6.C*解析：堆載鐵塊利用鐵塊的重力施加荷載，屬于重力加載。A是機(jī)械液壓加載，B是動(dòng)力加載，D是自然環(huán)境加載。7.B*解析：試驗(yàn)前外觀檢查主要是查看試件是否有裂縫、損傷、變形等初始缺陷，這些會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。8.A/B/C(注：此題為單選題，最常用的基礎(chǔ)設(shè)備是單向振動(dòng)臺(tái)，復(fù)雜試驗(yàn)會(huì)用雙向或三向，電液伺服系統(tǒng)可組成擬動(dòng)力或振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)。根據(jù)課程深度，A或C可能為更優(yōu)選項(xiàng)，若強(qiáng)調(diào)“模擬地震作用”和“最常用設(shè)備”，A.單向振動(dòng)臺(tái)是基礎(chǔ)且常用的。)*解析：振動(dòng)臺(tái)是直接模擬地震地面運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，單向振動(dòng)臺(tái)應(yīng)用最為廣泛。電液伺服加載系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)力或位移控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可用于擬靜力或擬動(dòng)力試驗(yàn)。9.B*解析：算術(shù)平均值可以減小隨機(jī)誤差的影響，根據(jù)大數(shù)定律，多次測(cè)量的平均值更接近真值。系統(tǒng)誤差需通過(guò)校準(zhǔn)等方法消除，過(guò)失誤差需通過(guò)數(shù)據(jù)審核剔除。10.D*解析：承載力極限狀態(tài)涉及結(jié)構(gòu)的安全性，如最大承載力、失穩(wěn)、疲勞破壞等。較大的裂縫寬度通常屬于正常使用極限狀態(tài)的范疇。三、簡(jiǎn)答題(每題8分，共40分)1.簡(jiǎn)述建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的主要目的和意義。*解析：*目的：1.檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論的正確性與適用性：通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案、計(jì)算理論、構(gòu)造措施的合理性。2.評(píng)定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力性能和承載能力：對(duì)于已建結(jié)構(gòu)、受損結(jié)構(gòu)或特殊結(jié)構(gòu)，通過(guò)試驗(yàn)確定其實(shí)際承載能力和使用性能。3.發(fā)展新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝：為新型結(jié)構(gòu)體系、高性能材料、先進(jìn)施工工藝的研發(fā)和推廣提供試驗(yàn)依據(jù)。4.積累工程經(jīng)驗(yàn)，為修訂和完善設(shè)計(jì)規(guī)范提供依據(jù)。5.培養(yǎng)工程技術(shù)人員的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。*意義：結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是土木工程學(xué)科發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁。它不僅能夠解決工程中的實(shí)際問(wèn)題，保障結(jié)構(gòu)安全，還能推動(dòng)結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新。通過(guò)試驗(yàn)，可以深化對(duì)結(jié)構(gòu)受力行為的理解，彌補(bǔ)理論分析的不足。2.結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的加載程序一般包括哪幾個(gè)階段？各階段的主要任務(wù)是什么？*解析：結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)加載程序一般包括：預(yù)加載階段、標(biāo)準(zhǔn)荷載階段（或正常使用荷載階段）、破壞荷載階段（或極限荷載階段）和卸載階段。*預(yù)加載階段：*任務(wù)：1.檢查試驗(yàn)裝置、量測(cè)儀器是否正常工作；2.消除試件、支座、儀器等之間的間隙；3.使試件進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，減少后續(xù)加載的非彈性變形影響。*加載值一般較小，通常為預(yù)計(jì)最大荷載的10%-20%。*標(biāo)準(zhǔn)荷載階段（正常使用荷載階段）：*任務(wù)：1.分級(jí)施加至設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載（或正常使用極限狀態(tài)荷載）；2.每級(jí)加載后觀測(cè)并記錄結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)變、裂縫等情況；3.檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)荷載下的工作性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。*破壞荷載階段（極限荷載階段）：(主要針對(duì)研究性試驗(yàn)或承載力鑒定試驗(yàn))*任務(wù)：1.在標(biāo)準(zhǔn)荷載基礎(chǔ)上繼續(xù)分級(jí)加載，直至結(jié)構(gòu)破壞或達(dá)到預(yù)定的極限狀態(tài)；2.詳細(xì)觀測(cè)結(jié)構(gòu)從屈服到破壞的全過(guò)程性能，如變形增長(zhǎng)速率、裂縫開(kāi)展情況、破壞特征等；3.確定結(jié)構(gòu)的極限承載力、破壞模式。*卸載階段：*任務(wù)：1.分級(jí)卸載，觀測(cè)結(jié)構(gòu)的回彈變形；2.評(píng)估結(jié)構(gòu)的彈性恢復(fù)能力，判斷是否存在不可恢復(fù)的塑性變形；3.檢查量測(cè)儀器在卸載過(guò)程中的讀數(shù)變化。3.什么是電阻應(yīng)變片的溫度效應(yīng)？如何進(jìn)行溫度補(bǔ)償？*解析：*溫度效應(yīng)：環(huán)境溫度變化時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵材料和試件材料的線膨脹系數(shù)不同，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變片產(chǎn)生附加的電阻變化（虛假應(yīng)變）；同時(shí)，敏感柵材料的電阻率也會(huì)隨溫度變化而變化，進(jìn)一步引起電阻變化。這種由溫度變化而非試件真實(shí)應(yīng)變引起的電阻變化，稱為溫度效應(yīng)（或熱輸出）。*溫度補(bǔ)償方法：1.單點(diǎn)補(bǔ)償法（補(bǔ)償片法）：將一片與工作片規(guī)格、材料完全相同的應(yīng)變片（補(bǔ)償片）粘貼在與試件材料相同但不受力的補(bǔ)償塊上，并將補(bǔ)償塊置于與試件相同的溫度環(huán)境中。工作片和補(bǔ)償片分別接入電橋的相鄰橋臂，利用電橋的特性，補(bǔ)償片產(chǎn)生的溫度效應(yīng)電阻變化可與工作片的溫度效應(yīng)電阻變化相互抵消。這是最常用的方法。2.自補(bǔ)償應(yīng)變片法：選擇特定材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)變片，使其自身的溫度效應(yīng)盡可能減小或消除，如選擇溫度自補(bǔ)償應(yīng)變片（敏感柵材料與試件材料線膨脹系數(shù)匹配，或利用兩種不同材料的溫度系數(shù)相互抵消）。3.橋路補(bǔ)償法：利用半橋或全橋接法，通過(guò)合理布置應(yīng)變片（如對(duì)臂同名，鄰臂異名），也可在一定程度上減小溫度影響。4.簡(jiǎn)述結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)試中，共振法和脈動(dòng)法的基本原理和主要區(qū)別。*解析：*共振法基本原理：對(duì)結(jié)構(gòu)施加簡(jiǎn)諧激振力，通過(guò)改變激振頻率，當(dāng)激振頻率接近結(jié)構(gòu)的某一階固有頻率時(shí)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，此時(shí)振幅達(dá)到最大。記錄不同激振頻率下結(jié)構(gòu)的振幅響應(yīng)，繪制幅頻特性曲線，曲線上峰值對(duì)應(yīng)的頻率即為結(jié)構(gòu)的自振頻率。通過(guò)改變激振點(diǎn)和拾振點(diǎn)的位置，可識(shí)別振型。*脈動(dòng)法基本原理：利用環(huán)境中隨機(jī)微小振動(dòng)（如風(fēng)力、地面車(chē)輛行駛、人員活動(dòng)等）對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的持續(xù)激勵(lì)（稱為“脈動(dòng)”），這些脈動(dòng)包含了較寬的頻率成分。通過(guò)測(cè)量結(jié)構(gòu)在這種隨機(jī)激勵(lì)下的響應(yīng)信號(hào)，利用頻譜分析（如FFT）等數(shù)據(jù)處理方法，從響應(yīng)信號(hào)的功率譜密度函數(shù)中識(shí)別出結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型。阻尼比可通過(guò)半功率帶寬法等求得。*主要區(qū)別：比較項(xiàng)目共振法脈動(dòng)法:-----------:-----------------------------------:---------------------------------------**激勵(lì)方式**人工施加有規(guī)律的簡(jiǎn)諧激振力利用環(huán)境隨機(jī)脈動(dòng)（自然激勵(lì)）**設(shè)備要求**需要專門(mén)的激振設(shè)備（激振器、功率放大器等）僅需拾振器、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)**適用對(duì)象**中小型結(jié)構(gòu)模型或構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)大型結(jié)構(gòu)也可但設(shè)備笨重各種類(lèi)型和規(guī)模的結(jié)構(gòu)，尤其適用于現(xiàn)場(chǎng)大型結(jié)構(gòu)**測(cè)試精度**較高，可獲得較準(zhǔn)確的頻率和振型精度相對(duì)較低，主要獲取基本頻率和振型**操作復(fù)雜度**較復(fù)雜，需控制激振頻率和幅值簡(jiǎn)便，對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)干擾**能否測(cè)阻尼**能能，但精度受環(huán)境噪聲影響5.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)應(yīng)包括哪些主要內(nèi)容？*解析：結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)是試驗(yàn)成功的