同济大学《建筑结构试验》课件1.ppt

1建筑结构试验建 筑 结 构 试 验任课教师：薛伟辰2建筑结构试验《建筑结构试验》课程介绍建筑结构试验是以实验技术为手段，测量能反映结构或构件实际工作性能的有关参数，为判断结构的承载能力和安全储备提供重要根据建筑结构试验是工业与民用建筑专业的一门专业技术课程本课程的任务是使学生获得建筑结构试验方面的基础知识和基本技能，能够进行一般建筑结构试验的设计与实施3建筑结构试验结构试验设计试件设计加载方案荷载设备测试方案数据采集和测量仪器4建筑结构试验课 时 安 排第一章 结构试验概论第三章 结构试验的荷载设备（2课时）（2课时）第四章 结构试验的数据采集和测量仪器 （2课时）第二章 结构试验设计第五章 结构单调加载静力试验第六章 结构低周反复静力加载试验第九章 结构试验现场检测技术第十章 结构试验的数据处理（4课时）（2课时）（2课时）（2课时）（2课时）5建筑结构试验第一章结构试验概论6建筑结构试验结构试验与理论分析的关系：作为一门试验科学，目的是对结构物的受力性能作出评价，并为验证和发展计算理论提供依据；当计算理论比较完善，足以分析结构物的受力特性时，则无须进行结构试验；当计算理论有待完善或分析对象为新材料、新工艺或新型结构时，则需要进行结构试验。

如结构的弹性内力计算与塑性承载力设计方法、长期性能、耐久性等7建筑结构试验简支受弯梁试验：（著名的路标试验）研究简支受弯梁截面应力分布8建筑结构试验简支受弯梁试验：（路标试验）17世纪初，伽利略提出截面应力均匀分布；17世纪中，有人将其修正为三角形分布；1713年，巴朗（法国）提出正确的应力分布型式，但未能进行试验验证；1767年，容格密理（法国）提出路标试验；1821年，拿维叶（法国科学院院士）推导了受弯构件应力分布的计算公式；1850年，阿莫历思（法国科学院院士）完成了试验验证9建筑结构试验结构试验在我国的发展历史：解放前，结构试验在我国几乎是空白；1953年，长春市25.3m输电塔原型检验性试验；1957年，武汉长江大桥静载和动载试验；1959年，北京火车站35m×35m双曲薄壳静力试验；70年代后，上海体育馆、南京五台山体育馆网架模型试验；1977年，“建筑结构测试技术的研究”八年规划；上世纪80年代以来，随着大型高精度试验装置和数采系统的应用，标志着我国结构试验达到一个新水平10建筑结构试验结构试验的发展趋势：大型化、体系化；精密性，包括试件设计、加载、测试；计算机联机试验。

我校的结构试验建设情况：共有六个试验室；静力、拟动力、振动台、抗火、风洞、耐久性建筑结构试验结构试验的任务：定义：课本P1－2PΔP应变片P－Δ曲线（构件）M－φ关系（截面）承载力、挠度、裂缝平截面假定验证1112建筑结构试验结构试验的目的：生产性试验（又称鉴定性试验或检验性试验）科研性试验13建筑结构试验生产性试验：特点：非探索性、有比较成熟的计算理论、针对实际结构或构件应用场合：♦♦♦♦♦检验结构设计和施工质量；检验已有建筑物的可靠性，推断剩余寿命；鉴定加固，改造工程的实际受力性能；为工程事故鉴定处理提供技术依据；检验结构构件或部位的受力性能14建筑结构试验科研性试验：特点：具有研究、探索、开发的性质，针对试件而不一定是具体结构应用场合：♦♦♦验证结构计算理论及有关假定、推断等；为编制有关设计规范提供依据；推广应用新结构、新材料、新工艺15建筑结构试验建筑结构试验的分类：按试验对象：真型试验、模型试验；按荷载性质：静力试验、动力试验；按试验时间：短期荷载试验、长期荷载试验；按试验场合：试验室试验、现场试验；按破坏程度：破坏性试验与非破坏性试验16建筑结构试验真型试验与模型试验：真型试验♦♦♦试验对象：实际结构或按比例复制的结构、构件优点：完全反映真实结构受力特性，试验结论可靠缺点：费用高，加载难度大，试验周期长模型试验♦♦♦试验对象：缩尺试件优点：实施方便，费用低，多参数、多试件缺点：严格相似条件难实现，尺寸效应17建筑结构试验静力试验与动力试验：静力试验♦♦♦单调静力试验、低周反复静力试验等优点：加载设备简单，试验观测方便缺点：不能反映结构动力性能动力试验♦♦♦振动台试验、疲劳试验、风载试验等优点：能真实反映结构的动力特性和动力响应缺点：加载设备和测试手段复杂18建筑结构试验短期荷载试验与长期荷载试验：短期荷载试验♦一般试验全过程持续几分钟到几天长期荷载试验♦♦试验全过程持续几个月、几年到数十年主要研究与时间有关的结构特性（如：混凝土的收缩、徐变，预应力筋的松弛，结构的耐久性能 等）19建筑结构试验试验室试验与现场试验：试验室试验♦♦适用于科研性试验是今后结构试验的主要发展方向现场试验♦试件或结构的工作条件、结构型式等完全反映工程实际情况20建筑结构试验破坏性试验与非破坏性试验：现场试验和长期荷载试验多为非破坏性试验试验室试验与短期荷载试验多为破坏性试验21建筑结构试验思考题：1、简述结构试验的任务。

2、按试验目的的不同，结构试验可分为哪两类？3、简述生产性试验的目的4、简述科研性试验的目的5、试对比真型试验与模型试验6、简述静力试验与动力试验的不同7、阐述短期试验与长期试验的区分8、说明试验室试验与现场试验的不同22建筑结构试验第三章结构试验的荷载设备23建筑结构试验结构试验中的加载方法：重力加载法；液压加载法；惯性力加载法；机械力加载法；气压加载法；电磁加载法；人激振动加载法；环境随机振动激振法24建筑结构试验重力加载法：包括重力直接加载法和杠杆加载法直接加载法应注意避免因荷重块产生拱作用而改变荷载分布杠杆加载法结构变形后荷载不改变，但无法自行卸载25建筑结构试验重力加载法：预应力钢－混凝土组合梁长期荷载试验建筑结构试验液压加载法：目前结构试验中最常用的加载方法；可适用于静、动载试验，吨位可大、可小；液压加载方法♦ 液压加载系统和试验台座；♦ 结构试验机系统液压加载装置♦ 液压加载器；♦ 结构试验机；♦ 地震模拟振动台26♦ 液压加载系统；♦ 电液伺服液压系统；27建筑结构试验液压加载器：液压千斤顶电动泵28建筑结构试验液压加载系统：组成部分♦ 液压加载器♦ 液压控制台♦ 反力架♦ 台座适用于各类结构的静载试验（包括拟静力试验）29建筑结构试验液压加载系统：5M钢桁架结构静力分析试验液压千斤顶手动油泵竖向反力架支墩10000kN垂向加载油缸建筑结构试验结构试验机：水平伺服跟动装置球铰及微动横梁缩紧机构探测装置垂向伺服跟动装置3000kN水平加载装置横梁升降机构1500kN水平加载装置10000kN大型多功能试验机系统（同济大学建筑结构试验室）3031建筑结构试验地震模拟振动台：同济大学土木工程防灾国家重点试验室美国MTS公司三向六自由度维模拟地震振动台，台面尺寸4m×4m，最大试件质量25t。

32建筑结构试验惯性力加载法：利用运动物体质量的惯性施加动力荷载；冲击力加载法♦ 初位移加载法；♦ 初速度加载法；♦ 反冲激振法离心力加载法♦ 优点：结构简单，容易产生较大振幅和激振力；♦ 缺点：频率低，振幅调节难，只能产生简谐荷载直线位移惯性力加载法♦ 激振力大，但频率较小（< 1HZ），且设备笨重33建筑结构试验惯性力加载法：初位移加载法初速度加载法34建筑结构试验机械力加载法：常用机具包括：吊链（葫芦）、卷扬机、花篮螺丝、螺旋千斤顶、弹簧等；适用于施加水平荷载；优点：设备简单，集中力的方向便于控制；缺点：荷载较小，加卸载速度慢，荷载作用点的变形会引起荷载值的较大改变35建筑结构试验气压加载法：利用压缩空气加载，利用抽真空产生负压加载；适用于平板、壳体等平面结构施加均布荷载；优点：加、卸载方便，荷载稳定、安全，结构破坏时能够自动卸载；缺点：加载面无法观测36建筑结构试验电磁加载法：可进行静、动载试验；电磁式激振器♦ 优点：频率范围宽、重量轻、控制方便、可按给定信号产生多个波形的激振力；♦ 缺点：激振力不大、适用于小型结构试验电磁振动台♦ 优点：频率范围宽、振动稳定、波形失真小、振幅和频率的调节较为方便、容易实现自动控制；♦ 缺点：激振力小、适用于小型结构试验。

37建筑结构试验人激振动加载法：人身体有规律的运动，在共振情况下可产生较大的激振力（有阻尼自由振动）环境随机振动激振法：又称脉动法；由地面脉动产生建筑物脉动，再对其进行模态参数识别38建筑结构试验荷载支承设备和试验台座：支座；荷载支承机构；结构试验台座；现场试验荷载装置39建筑结构试验支座：支墩：简易支座，钢或钢筋砼制作，现场试验多为砖砌体；支座作用形式：滚动铰支座、固定铰支座、球铰支座；对铰支座的基本要求（课本P58－59）♦ 必须保证结构在支座处能自由转动；♦ 必须保证结构在支座处力的传递；♦ 构件支座处铰的上下垫板要有一定刚度；♦ 滚轴长度，一般取为试件支承处截面宽度；♦ 滚轴直径，可按表选用，并进行强度验算40建筑结构试验支座：41建筑结构试验荷载支承机构：又称反力架或荷载架；试验室试验♦ 反力架（由横梁立柱组成）；♦ 抗弯大梁或空间桁架式台座（适用于中小型构件）、试验台座现场试验♦ 反力支架（包括平衡重、锚固桩头、现浇地梁和箍架等）建筑结构试验荷载支承机构：试验台座（槽式）竖向反力架42立柱横梁43建筑结构试验荷载支承机构：水平反力架44建筑结构试验结构试验台座：抗弯大梁式台座和空间桁架式台座♦ 适用于中小型构件试验，跨度短、荷载小；♦ 特点：自平衡式，对支座和支承条件无要求。

空间桁架式台座抗弯大梁式台座45建筑结构试验结构试验台座：（试验台座）板式试验台座♦ RC板或PC板（厚板），由结构自重和刚度来平衡所施加的荷载♦ 槽式试验台座：加载点可沿台座纵向移动，但由于地脚螺丝较松，不适用于动力荷载试验♦ 地脚螺丝式试验台座：可适用于静力试验和动力试验，但试件就位灵活性差，螺丝受损后修复困难箱式试验台座♦ 特点：承载力高、刚度大、台座空间利用率高，但安装和移动设备困难46建筑结构试验结构试验台座：（试验台座）抗侧力试验台座♦ 作用：通过拉压千斤顶或电液伺服加载系统对试件施加模拟地震作用的低周反复荷载，进行拟动力和拟静力试验♦ 试验台座采用RC或PC的实体墙或箱形墙，有L型、U型等47建筑结构试验槽式试验台座：槽式试验台座，高出地面500mm（同济大学建筑结构试验室）48建筑结构试验现场试验荷载装置：关键问题：如何提供支座反力解决方法♦ 平衡重式♦ 压桩作为地锚♦ 成对试验加载49建筑结构试验思考题：1、简述重力加载法的特点2、如何避免重力加载法中的拱效应？3、液压加载器有哪几种？4、电液伺服加载系统的主要功能有哪些？5、阐述机械力加载法的常用机具及其特点。

6、简述气压加载法的优点和缺点7、支座有哪几种基本形式？8、结构试验台座的分类及其特点50建筑结构试验第四章结构试验的数据采集和测量仪器51建筑结构试验主要内容4.1 概述4.2 传感器4.3 记录器4.4 数据采集系统52建筑结构试验4.1 概述数据采集：用多种仪器和装置测量结构试验中的输入（作用）和输出（效应、响应）数据结构试验数据采集的发展过程：♦ 人工测量、人工记录：直尺、秤等♦ 仪器测量、人工记录：YJ-5应变仪等♦ 仪器测量、仪器记录：传感器 + X-Y记录仪等♦ 数据采集系统：输力强数据采集系统等建筑结构试验传感器感受部分显示、记录部分放大器放大部分分析仪器显示器记录器数据采集系统5354建筑结构试验结构静力试验：主要测量局部纤维应变和整体变形，多使用复合式仪表结构动力试验：量测结构动力特征和动态反应，使用动态模拟仪器数据采集的仪器设备（按功能与使用情况分）：传感器、放大器、显示器、记录器、分析仪器等4.1 概述（续）55建筑结构试验测量仪器设备的主要技术性能指标：♦ 刻度值（最小分度值）：指示或显示装置所能指示的最小量测值♦ 量程：仪器可以测量的最大范围。

♦ 灵敏度：仪器对被测物理量变化的反应能力♦ 分辨率：测量被测物理量最小变化值的能力♦ 线性度：仪器校准曲线对理想拟合直线的接近程度♦ 稳定性：规定时间内保持示值与特性参数不变的能力♦ 重复性：重复测试同一数值时保持示值一致的能力♦ 频率响应：动测仪器输出信号随输入信号变化的特性4.1 概述（续）56建筑结构试验结构试验对仪器设备的使用要求♦ 自重轻、尺寸小，不影响结构工作与受力；♦ 合适的灵敏度和量程；♦ 安装使用方便，稳定性和重复性好；♦ 价廉耐用，可重复使用，安全可靠，维修容易；♦ 多功能，多用途，适应多方面需要数据采集应遵循同时性和客观性原则为确定仪器设备的灵敏度和精确度、确定试验数据的误差，应在试验前后对仪器设备进行标定4.1 概述（续）57建筑结构试验4.2 传感器（一）基本原理：（教材P70-71）机械式传感器：利用机械原理进行工作，包括感受机构、转换机械、显示装置和附属装置四部分电测传感器：利用某种特殊材料的电学性能、或某种装置的电学原理，把所需测量的非电物理量变化转换成电量变化，主要包括感受部分、转换部分、传输部分和附属装置四部分。

其他传感器：包括红外线传感器、激光传感器、光纤传感器和超声波传感器等建筑结构试验（二）电阻应变计工作原理：利用某种金属丝导体的“应变电阻效应”构造组成：♦ 引出线♦ 覆盖层♦ 电阻栅♦ 基底材料58dRR= KεK：灵敏系数ε：应变单位应变引起的相对电阻变化59建筑结构试验（二）电阻应变计（续）电阻应变计的特点：灵敏度高，应变片尺寸小（应力集中区密集贴片），质量轻，粘贴牢固，适用于高、低温环境（-50℃～100℃）主要技术指标♦ 电阻值 R：120Ω♦ 标距 l：即电阻栅的有效长度钢筋片2×1、3×2等，砼片80×4、100×5等（大于4倍最大粗骨料粒径，还与应变梯度有关）♦ 灵敏度系数 K：即单位应变引起应变计的电阻变化应与应变仪的灵敏度系数设置相协调建筑结构试验（二）电阻应变计（续）电阻应变仪的分类♦ 按电阻栅的种类分：丝绕式、短接式、箔式、半导体式、焊接式；♦ 按电阻栅的形状分：单向应变片、应变花（双向、三向）；♦ 按基底材料分：纸基、胶基；♦ 按使用极限温度分：低温、常温、高温60三向应变花61建筑结构试验电阻应变计的粘贴方法：顺序工作内容方法要求外观检借助放大镜肉眼检查应变片应无气泡、霉变、锈点、1应变片检查分选择查阻值检查测点检查用万用表检查用单臂电桥测量电阻值并分组检查测点处表面状况栅级应平直、整齐均匀应无短路或断路同一测区应用阻值基本一致的应变计，相差不大于 0.5%测点应平整、无缺陷、无裂缝打磨用砂布或磨光机平整、无浮浆、并不使断面减少用丙酮或酒精清洗清洗打底棉花干擦是无污染胶层厚度 0.05-0.1mm 左右，硬后用砂布打磨2测点处理测线定位上胶用镊子夹应变计引出线，在纵线与应变方向一致测点上十字中心与应变计上的标挤压背面上一层薄胶，测点也涂上薄胶，将片对准放上在应变计上盖一小片玻璃挤出多余胶水志对准胶层应尽量薄，并注意应变计位纸，用手指沿一个方向滚压，置不滑动。

3应变计粘贴加压快干胶粘贴，用手指轻压 1-2分钟，其它胶则适当方法加压 1-2 小时胶层应尽量薄，并注意应变计位置不滑动顺序工作内容方法要求4固化处理自然干燥在室温15度以上，湿度60%以下1-2天胶强度达到要求人工固化气温低，湿度大，在自然干燥后，用人工加温度加热温度不超过50度，且受热均匀5粘贴质量检查外观检查、阻值检查、绝缘度检查6导线连接引出线绝缘应变计引出线底下贴胶布保证引出线不与试件形成短路固定点设置用胶固定电线保证电线轻微拉动时，引出线不断导线焊接把引出线与导线焊接无虚焊7防潮防护62建筑结构试验电阻应变计的粘贴方法（续）：63建筑结构试验（三）应变测量电阻应变计测量应变♦ 采用惠斯登电桥（1/4电桥接法、半桥接法、全桥接法），将电阻变化转换为电压或电流的变化，使信号放大，从而进行测量；♦ 读数：零位读数法（电阻）、偏位读数法（电压）惠斯登电桥64建筑结构试验（三）应变测量（续）电阻应变计测量应变♦ 温度补偿技术：粘贴在试件测点上的应变计所反映的应变值，除了试件受力的变形外，还包含试件与应变计受温度影响而产生的变形和由于试件材料与应变计的温度线膨胀系数不同而产生的变形等。

这种变形不是荷载效应，一般采用温度补偿方法加以消除♦ 消除温度影响的方法：温度补偿法65建筑结构试验温度补偿应变计法66建筑结构试验（三）应变测量（续）其他方法测量应变♦ 位移法：♦ 用两点之间的相对位移近似表示两点之间的平均应变♦ 小标距（50mm～250mm）：手持应变仪（引申仪）、杠杆引申仪、百分表、位移传感器；♦ 大标距：收敛仪、水准仪、经纬仪♦ 光测法：多用于结构局部应力分析（云纹法、激光衍射法、光弹法）ε = Δl /l67建筑结构试验（四）力传感器和压力传感器主要有机械式传感器和电测式传感器两类；机械式：拉力测力计、压力测力计、拉压力测力计；电测式（应变式）：压力传感器、拉压传感器（较为常见，采用应变计量测方法，可自制）电测式荷载传感器建筑结构试验（五）线位移传感器简称位移传感器；机械式百分表、电子百分表、千分表、位移计、量程1～3mm量程10～30mm水准仪、经纬仪 等机械式百分表量程50、100、200、300mm电子百分表6869千分表经纬仪建筑结构试验（五）线位移传感器（续）位移计建筑结构试验（六）角位移传感器倾角仪、倾角传感器等。

七）裂缝测量仪器裂缝测量的两项内容：开裂时刻与位置、裂缝宽度与长度；判断裂缝是否出现的方法♦ 目测♦ 应变♦ 曲线试件表面刷白，裂缝一般与主拉应力垂直；通过钢筋应变和砼应变综合判定；通过P－Δ、P－γ曲线拐点判定常用裂缝宽度测量仪器：读数显微镜、裂缝标尺70♦建筑结构试验（八）测振传感器基本原理：测量结构振动参数（位移、速度、加速度等）的仪器♦ 利用相对运动原理手持式测振仪；惯性式测振传感器♦ 利用惯性原理传感器的频率特性应尽可能大应尽可能大♦ 位移传感器：w♦wn♦ 加速度传感器：wnww 为振动体的频率wn 为传感器固有频率7172建筑结构试验（八）测振传感器（续）磁电式速度传感器（教材P84-85）♦ 灵敏度高、性能稳定压电式加速度传感器（教材P86）♦ 优点：动态范围大（可达105g），频率范围宽，稳定性好，机械强度高，温度范围宽；♦ 缺点：灵敏度较低压电传感器73建筑结构试验4.3 记录器（一）概况（教材P70-71）数据的记录方式：模拟式、数字式常用记录器：光线示波器、磁带记录仪、磁盘驱动器、X－Y记录仪。

二）X－Y记录仪模拟式记录器；可记录一个X轴（荷载）、二～三个Y轴（位移、应变等）；多用于静力测试74建筑结构试验（三）光线示波器模拟式记录器；可同时记录多条曲线；主要用于振动测试四）磁带记录仪有模拟式和数字式两种；多用于测量振动参数；特点：工作频带宽、同时多通道记录、录放速度可调、可将磁信号还原为电信号75建筑结构试验4.4 数据采集系统（一）数据采集系统的组成（教材P90 图4-23）传感器部分：包含电测传感器数据采集部分：扫描传感器，对数据进行采集计算机部分：控制数据采集仪，并进行数据处理按系统组成模式分：♦ 大型专用系统♦ 分散式系统♦ 小型专用系统♦ 组合系统76建筑结构试验数据采集系统的组成77（二）数据采集过程（教材P90-92）结构试验的原始数据；力、线位移、角位移、应变和温度等物理量A/D转换扫描采集把物理量转变为电信号传感器感受各种物理量实时屏幕图象显示存入文件计算处理从数据采集仪读入数据打印输出、存入磁盘放入内存系数换算计算机数据采集仪建筑结构试验数据后处理打印输出数据流通过程图建筑结构试验（二）数据采集过程（续）（教材P90-92）数据采集程序框图启动处理测试参数文件仪器状态的诊断测试建立存放数据的文件设置屏幕曲线显示的坐标系采集初读数采集待命，可选择下一步操作如：①一次采集；②连续采集；③终止运行一次采集a)扫描采集；b)存入文件；c)屏幕曲线显示；d)打印输出终止连续采集a)扫描采集；b)存入文件；c)屏幕曲线显示；准备阶段集阶段78正式采79建筑结构试验思考题：1、数据采集应遵循的两个原则是什么？2、传感器的功能是什么？3、简述电阻应变计的工作原理。

4、简述电阻应变计的主要粘贴步骤5、何谓1/4电桥、半桥接法以及全桥接法6、简述电阻应变计的构造组成7、常用的位移传感器有哪些？8、裂缝测量主要有哪两项内容，常用方法是什么？9、常用的数据记录器有包括哪些？10、简述数据采集系统的硬件组成80建筑结构试验第二章结构试验设计81建筑结构试验主要内容2.1 概述2.2 试件设计2.3 结构试验的模型设计2.4 结构试验荷载设计2.5 结构试验的观测设计2.6 材料的力学性能与结构试验的关系2.7 结构试验大纲和试验基本文件82建筑结构试验2.1 概述结构试验全过程包括：试验设计、试验准备、试验实施和试验分析等几部分结构试验设计定义(P9)：♦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83建筑结构试验2.1 概述（续）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-Δ、挠度、裂缝、应变、曲率等尽可能多地测量内容，充分利用试验84建筑结构试验2.2 试件设计缩尺模型与足尺模型♦ 缩尺模型必须满足严格的相似条件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85建筑结构试验2.2 试件设计（续）（一）试件形状基本原则：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）二）试件尺寸尺寸效应（构件与结构）；混凝土抗压强度试验 100×100×100150×150×150200×200×2000.951.01.0586建筑结构试验（三）试件数量生产性试验：按试验任务的要求来确定试件数量科研性试验：(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mn2) 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。

87建筑结构试验（三）试件数量（续）正交试验设计：指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)、L12(31×24)等试验次数 因素的水平数 因素数88建筑结构试验（三）试件数量（续）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，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）则每种数对出现的次数相等如（1、2）（1、1）（2、1）（2、2）各出现一次89312212121211122因素水平试件1234建筑结构试验（三）试件数量（续）L4(23)正交表90建筑结构试验（三）试件数量（续）完全试验的试件数量23455322431024312541681256625382764125249162512345因素水平911234567894123312231312323131221231231231111222333因素水平试件建筑结构试验（三）试件数量（续）L9(34)正交表92建筑结构试验22223122121211212112212211112112211221121212121212122221111333123456789101154321因素水平试件（三）试件数量（续） L12(31×24)正交表建筑结构试验（三）试件数量（续）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。

♦ 具体步骤：(1) 填写评价指标，将每个试件的试验结果填入正交表的右栏内；(2) 计算各因素的水平效应值Kmf、Kmf和极差Rm值3) 比较各因素的极差R值，根据其大小，列出各因素的主次关系R值较大者，即对试验结果的影响较大、即主要因素4) 比较同一因素下各水平的效应值Kmf，能使指标达到满意值的为较理想的水平值93Kmf 正交表中m列第f水平相应的指标值之和Kmf ＝Kmf，m列第f水平的重复次数Rm m列中Kmf的极大值与极小值之差94建筑结构试验（四）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95建筑结构试验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。

96建筑结构试验2.3 结构试验的模型设计（续）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：♦ 第一相似定理：彼此相似的现象，单值条件相同，其相似准数也相同，由牛顿在1786年首先提出，它确定了相似现象的性质♦ 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函数关系相似准数常用π表示第二相似定理也称π定理，为模型设计提供了理论基础♦ 第三相似定理：现象的单值条件相同，并且由单值条件导出的相似准数相等，是现象彼此相似的充要条件97建筑结构试验2.3 结构试验的模型设计（续）（一）模型的相似要求和相似常数相似常数的独立性几何相似要求模型和真型之间所有对应部分尺寸成比例Sl（长度）、SA（面积）、Sw（抗弯模量），SI（惯性矩），Sx（位移）、Sε（应变）质量相似Sm（质量）、Sρ（比重）荷载相似SP（集中力）、Sw（面力）、Sq（体力）、SM（弯矩）98建筑结构试验（一）模型的相似要求和相似常数（续）物理相似Sσ（应力）、Sτ（剪力）、Sγ（剪切角）、SE（弹性模量）时间相似St，时间相似不是指时刻相似，而是指时刻的间隔相似。

边界条件相似指模型的支承与约束条件相似初始条件相似针对动力问题，包括初始位置、位移、速度、加速度等99建筑结构试验（二）模型设计的相似条件（教材P19-25）按模型设计的相似理论确定相似条件的方法有：方程式分析法、量纲分析法方程式分析法：已知各参数与物理量的函数关系，并有显式表达式时适用于较简单的物理现象量纲分析法：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￿=1￿￿ ⋅ 2 l S Sσ￿ ⋅ ⋅ l E f S S S100建筑结构试验（二）模型设计的相似条件（续）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￿ =1￿ =1￿ S p￿ S p￿ S p ⋅SlSM￿ S￿￿Sγ ⋅S l￿ ￿ Sσ￿ Sγ ⋅Sl￿ ￿Sγ ⋅S l建筑结构试验1、静力试验模型的相似条件（续）考虑自重荷载的模型相似条件=1=1=1M4￿￿S f ⋅SE￿ 2，此时模型材料很难实现，1Sl①当σ m =σ p，Sσ =1 ，Sγ =只能采用附加质量方法，但强度与刚度须保持不变。

须提高测量精2度101Sγ ——为材料容重的相似常数dtm⋅d x/dtmd x/dt102建筑结构试验2、动力试验模型的相似条件（教材P22-23）单自由度体系受迫振动的振动方程dxdtd 2x2md 2xgdt2+kx = −m+c22kx2d 2xg /dt2d 2x/dt2= −+c⋅dx/dt21+即：x 为未知量∴ 动力模型的相似条件为￿Sc ⋅St /Sm =1￿￿SkSmSmSkSw =此外，自频及周期的相似常数为： ST =运动初始条件的相似：SlStSlSt &S & x & =Sx & =Sx = Sl)之间，SE/Sρ∈[ 2, 6模型试验中的相似关系：= SlSESg ⋅Sρ♦ 当选用Sg=1，而Sl一般(]121， 611这在模型选用材料时很难实现，通常需对材料试级配♦ 当选用材料相同，SE＝Sρ＝1，则Sg＝1/Sl，采用附加质量法103建筑结构试验2、动力试验模型的相似条件（续）关于重力加速度的相似常数Sg104建筑结构试验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3、钢筋混凝土结构和砌体结构试验模型的相似条件（教材P24-25）105建筑结构试验4、模型材料（续）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♦ 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♦ 细石混凝土：非弹性性能较难模拟，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106建筑结构试验2.4 结构试验荷载设计结构试验荷载的分类♦ 按作用形式♦ 集中荷载、分布荷载♦ 按作用方向♦ 垂直荷载、水平荷载、任意方向荷载♦ 单调荷载、重复荷载、反复荷载♦ 动力荷载、静力荷载107建筑结构试验2.4 结构试验荷载设计（续）（一）试验加载图式（教材P25）定义：试验荷载在试验结构上的布置形式（包括荷载类型与分布情况）试验加载图式要与结构设计计算时荷载图式一致108建筑结构试验（二）试验加载装置的设计试验加载装置包括♦ 竖向加载装置：荷载架♦ 水平加载装置：反力架、反力墙（砼制）♦ 其他加载装置：(1) 荷载传递装置(2) 荷载支承装置♦♦♦♦分配梁、垫块或垫梁、滑动轴承等；支座（固定式、滑动式、铰接式、滚动式）、支墩。

109建筑结构试验（二）试验加载装置的设计（续）试验加载装置的基本要求♦♦♦♦♦满足最大试验荷载的要求，并有一定的安全储备50～100％；满足自身刚度的要求；符合试验结构的受力条件，能模拟试验结构的边界条件和变形条件；满足试件的支承条件：如支承点的摩擦力影响使实际弯矩减小；构造简单，加工、组装方便110建筑结构试验（三）试验的加载制度定义：结构试验中控制荷载与加载时间的关系结构试验的加载制度分类：♦ 单调静力加载：预加载、预定荷载、破坏荷载♦ 伪静力加载：荷载与位移混合的低周反复加载（见后图）♦ 伪动力加载：由计算控制，按地震位移反应时程曲线加载♦ 抗震动力加载：按模拟地震时地面运动加速度地震波加载《混凝土结构试验方法标准》(GB50152—92)《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101-96)N111Δy=屈服位移PPcr变形控制1Δy2Δy3Δy4ΔyPcr荷载控制P0.75P γ0.75P γ预加载建筑结构试验低周反复加载制度112建筑结构试验2.5 结构试验的观测设计观测设计的内容确定测试项目、选择测点位置、选择测试仪器和测试方法一）观测项目的确定试件在荷载作用下的变形分为以下两类♦ 整体变形：能够反映试件的整体工作性能，如P-Δ、P-γ曲线♦ 局部变形：ε、ωmax、f、τ-s曲线等。

113建筑结构试验（二）测点的选择与布置测点的布置原则♦ 满足试验要求为目的，宜少不宜多；♦ 测点的位置要有一定的代表性；♦ 应布置一定量的校核性测点（受力明确的部位）；♦ 测点的布置应便于试验时操作和测读三）仪器的选择与测读的原则（教材P30-31）114建筑结构试验2.6 材料的力学性能与结构试验的关系（一）概述结构设计中最基本的公式 R≥S♦♦抗震试验中尚需要考虑周期性反复荷载下的材料本构关系（见下图）R需要试件材料的基本力学性能数据：fc fcu Ec f y fu Esα砼反复本构预应力筋反复本构115建筑结构试验（一）概述（续）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，同条件试件；♦ 间接测定法（非破损试验法或半破损试验法），回弹仪、超声波法 等建筑结构试验（二）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三）试验方法对材料强度指标的影响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）fc = 0.76 fcu23cuft = 0.76 ff c' = 0.83fcu试验加载速度的影响（教材P32－34）2.7 结构试验大纲和试验基本文件（教材P35-36）116117建筑结构试验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思考题：118建筑结构试验第五章结构单调加载静力试验119建筑结构试验主要内容5.1 概述5.2 结构单调加载静力试验的加载制度5.3 基本构件的单调加载静力试验5.4 扩大构件的单调加载静力试验5.5 建筑物或其部件的单调加载静力试验120建筑结构试验5.1 概述定义：单调加载静力试验是指在短时期内对试验对象进行平稳的一次连续施加荷载，荷载从“零”开始一直加到结构构件破坏，或是在短时期内平稳地施加若干次预定的重复荷载后，再连续增加荷载直到结构构件破坏单调加载静力试验是最普遍的试验类型单调加载静力试验主要用于模拟结构承受静荷载作用下观测和研究结构构件的强度、刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制121建筑结构试验5.2 结构单调加载静力试验的加载制度定义：试验进行期间荷载与时间的关系试验加载应与结构的实际受力情况吻合，如三种荷载组合（短期、长期、基本）情况典型的单调加载静力试验的加载程序(见后图，教材P94)。

预加载试验♦ 预加载荷载值为开裂荷载的70％左右，一般为开裂荷载的30-70％122建筑结构试验续单调静力试验的加载程序123建筑结构试验5.2 结构单调加载静力试验的加载制度（续）荷载量分级要求♦ 开裂前，在达到开裂荷载计算值的90％以前，按荷载短期效应组合的20％分级；♦ 开裂前，达到开裂荷载计算值的90％后，按荷载短期效应组合的5％分级；♦ 开裂后，直至达到荷载短期效应组合值，仍按20％分级；、4Δy分级荷载值下降♦ 对非线性 ♦ 超过荷载短期效应组合值后，直到结构屈服前，按分析重要； 10％分级；♦ 按荷载加难以控制 ♦ 结构屈服后，按Δy的倍数施加荷载，按2Δy、3Δy124建筑结构试验5.2 结构单调加载静力试验的加载制度（续）分级加载级间间歇时间t1（卸载级间间歇时间t3）♦ 砼结构≥10min，钢结构略少；♦ 基本原则：变形、应变等基本稳定恒载持续时间t2♦ 一般科研性试验≥30min♦ 生产鉴定性试验≥10min♦ 新结构和大跨结构≥12h空载持续时间t4：1.5t2125建筑结构试验5.3 基本构件的单调加载静力试验（一）受弯构件的试验试件的安装和加载方法♦ 简支座与固定支座的实现♦ (1)♦ (2) 应尽量保证加载面与支承面平整（砂浆、垫沙层、橡胶+钢板）♦ 加载方法：千斤顶+分配梁 最常见♦ 一般采用等效荷载的加载图式（按照所研究的界面位置）梁下部会伸长126建筑结构试验（一）受弯构件的试验（续）试验项目和测点布置(1) 挠度测量♦ 梁的挠度f，P－f曲线、框架的P－Δ曲线、节点的P－γ曲线♦ 梁的真实挠度f♦ a) 剔除支座位移；♦ b) 对宽度较大的梁，两边对称贴片，以消除扭转的影响（支座偏心、加载点偏心）；♦ c) 挠度的预计大小（选择仪器的量程）。

127建筑结构试验（一）受弯构件的试验（续）(2) 应变测量♦ 一般在以下几个截面上：M+max、M-max、σl、σy 或弯矩突变处；♦ 贴片的原则：①按应变梯度；②受拉区少、压区密（如采用引伸仪则不用）；③一般情况下多采用不均匀布置的方法♦ a)单向应力测定：单向片♦ b)平面应力测定：多个单向片、应变花♦ c)箍筋和弯筋应力测量：预埋式和表面开槽式♦ d)翼缘与孔边应力测量：连续贴片（力学分析结果）可确定有效翼缘宽度孔边最大应力，孔边跨度 ♦ e)校核测点：不受力位置，检验系统误差128建筑结构试验（一）受弯构件的试验（续）裂缝测量♦ 裂缝包括：弯曲裂缝、剪切裂缝、弯剪裂缝♦ 基于力学分析，在裂缝位置的垂直方向布置测点♦ 裂缝永远与σl垂直（事故处理常用原则）♦ 裂缝出现的判别方法：①目测；②P－Δ曲线；③应变值♦ 最大裂缝宽度的测量方法：等弯矩段选取3条，在纵筋水平位置处采用读数放大镜或裂缝标尺♦ 裂缝的标注方法：试验完毕后绘制裂缝开展图129建筑结构试验裂缝的标注方法1.5T续建筑结构试验（一）受弯构件的试验（续）受弯塑性铰测量♦ 测量内容：塑性铰的出现、长度，钢筋及砼的应变情况、裂缝情况。

♦ 延性系数♦ 钢筋在塑性铰区的连续贴片（教材P102-103）130PuPy0.85Puμ = Δu /Δ yΔ yΔ uPΔ131建筑结构试验（二）压杆和柱的试验主要研究轴压比和长细比的影响试件的安装和加载方法♦ 正位试验（试验机上或大型荷载架上进行）、卧位试验（大型试件）两端采用可动铰支座（反弯点截取试件模型），可考虑P－Δ效应♦ 对受压构件的安装就位，关键在于对中：首先进行几何对中，再进行物理对中（通过应变测量，施加20-40％试验荷载）132建筑结构试验（二）压杆和柱的试验（续）试验项目和测点布置♦ 试验项目：P－Δ曲线、εs、εc、ωmax等，注意需要成对测量♦ 为研究混凝土受压区的实际应力图形，可采用测力板进行测定（教材P105，类似自制传感器）♦ (1)将测力板浇筑在棱柱体试件中进行标定；♦ (2)将测力板浇筑在试件中进行测量133建筑结构试验5.4 扩大构件的单调加载静力试验（教材P106－120）一、钢筋混凝土平面楼盖试验楼盖包括板、次梁、主梁三个部分，试验目的是研究活荷载的作用5.5 建筑物或其部件的单调加载静力试验134建筑结构试验（一）试验荷载布置对于连续梁，活荷载最不利布置的原则♦ 跨中Mmax：该跨布置，左右隔跨布置♦ 支座Mmax：该支座左、右跨布置，左右隔跨布置♦ 支座最大剪力：同支座Mmax可从弯矩图、挠曲线来理解试验中为简化，可忽略较远跨的影响或仅在荷载数值上考虑其影响板的试验♦ 确保为单向板135建筑结构试验（一）试验荷载布置（续）次梁的试验♦ 当主梁支承次梁时，可将次梁视为连续梁♦ 当柱支承次梁时，将次梁视为固支梁♦ 实际上结构中均为弹性支座，无绝对意义上的铰支、固支主梁的试验♦ 同次梁的试验柱的试验♦ Nmax：柱相邻跨满布♦ Mmax：同梁端Mmax时布置方案136建筑结构试验（二）试验观测平面楼盖试验一般为非破坏性，这是由于T形梁（强度大），多梁式经常为现场试验板、梁挠度的观测♦ 工程中：精密水准仪、引出法♦ 消除支座的影响混凝土梁、板中混凝土及钢筋的原始应力测定♦ 卸载法荷载的施加一般采用成袋砂、石、水泥137建筑结构试验二 单层工业厂房整体结构空间工作试验单层工业厂房由排架、屋盖系统、山墙等组成，由于屋盖系统和山墙对各榀平面排架的约束作用，从而形成空间结构。

试验目的：确定厂房整体空间作用性质及具体分配系数138建筑结构试验（一）试验荷载布置采用机械力加载的方式加载方法（二）试验观测主要测量加载柱列各柱柱顶的横向水平位移，从而可确定分配系数139建筑结构试验三 足尺房屋结构的整体试验一般花费巨大，试验设备、台座、荷载架等的要求都很高，但能反映真实结构的实际工作性能，通常用作模拟试验基础上的验证性试验五层中型砌块建筑足尺结构抗震静力试验（教材P129-134）♦ 足尺试验意义及特点（教材P133）140建筑结构试验1、简述单调加载静力试验的定义2、绘出阐述结构单调加载静力试验的加载制度3、试根据弯矩和剪力等效原则绘出均布荷载下简支梁的等效荷载加载图式4、如何布置测量简支梁弯曲应力、剪应力分布的应变测点？5、混凝土梁裂缝的测量有几种方法？6、柱的安装和加载方案有哪两种，特点是什么？7、何谓几何对中与物理对中，在柱的试验中如何实现？8、如何布置测量柱的侧向位移和变形曲线的测点？9、屋架安装和加载方法有几种，特点是什么？思考题：141建筑结构试验第六章结构低周反复加载静力试验142建筑结构试验主要内容6.1 概述6.2 结构低周反复加载静力试验的加载制度6.3 结构低周反复加载静力试验6.4 计算机－加载器联机试验143建筑结构试验6.1 概述建筑结构抗震设计的基本概念：抗震延性的保证，包括抗震设计计算和抗震构造措施两部分。

三个水准的抗震要求，二阶段的抗震验算结构抗震性能研究的主要内容：地震荷载作用下结构的破坏机制、破坏形态、延性、耗能、强度等结构抗震性能研究的主要试验手段：♦ 伪静力试验♦ 伪动力试验♦ 振动台试验144建筑结构试验6.1 概述（续）结构低周反复加载静力试验的主要研究内容♦ 恢复力模型：相当于结构的物理方程，常用M-N-φ方程、M-φ方程表示γRE系数的引入Pu♦ 抗震性能判定：强度、刚度、变形、延性、耗能等♦ 破坏机制研究：为抗震设计提供方法和依据一般情况下低周反复加载静力试验结果偏于安全，-P cr-P yP yPP uβK βKΔy ΔuP cr0-Δcr-Δy-Δu-Δult-PultΔultΔKΔcrP ult145建筑结构试验6.2 结构低周反复加载静力试验的加载制度真实地震的位移时程曲线（多为加速度时程曲线）（一）单向反复加载制度常用的三种加载方法①控制位移加载法；②控制荷载加载法；③控制荷载和位移混合加载法146建筑结构试验（一）单向反复加载制度（续）1、控制位移加载法常以屈服位移或最大层间位移的某一百分比来控制加载♦ 变幅加载：常作为探索性试验研究用（我国规范规定同一级荷载下重复三次）。

♦ 等幅加载：用于研究强度退化和刚度退化（规范规定不少于5次）♦ 变幅等幅混合加载：研究内容广，常用于综合性研究变幅等幅混合加载制度147建筑结构试验续变幅加载制度等幅加载制度148建筑结构试验（一）单向反复加载制度（续）2、控制荷载加载法（教材P138）3、控制荷载和控制位移的混合加载法我国规范规定的加载制度NΔy=屈服位移PPcr变形控制1Δy2Δy3Δy4ΔyPcr荷载控制P0.75P γ0.75P γ预加载149建筑结构试验（二）双向反复加载制度用于研究地震作用下空间结构的抗震性能♦ 实际结构受力情况♦ 结构计算模拟的选取1、 X、Y轴双向同步加载2、 X、Y轴双向非同步（异步）加载150建筑结构试验6.3 结构低周反复加载静力试验伪静力试验的特点：试验装置及加载设备简单、观测方便，但加载制度是人为确定的，与真实情况差异较大，且不能考虑应变速度及阻尼的影响，试验值偏低一）砖石及砌块结构抗震性能研究主要研究砌体结构的破坏机制、抗震性能及设计方法等151建筑结构试验（一）砖石及砌块结构抗震性能研究（续）1、试件和边界条件的模拟：符合实际结构受力图式2、试验装置和加载设计墙体顶部能自由平移，避免竖向荷载产生水平约束。

多个加载器的同步加载：液压加载器的优点，或采用多个分配梁式♦ 建研式低周反复加载装置：钢横梁的水平移动（见后图）竖向荷载的施加需配置稳压装置152建筑结构试验日本建研式低周反复加载装置续153建筑结构试验（一）砖石及砌块结构抗震性能研究（续）3、试验观测项目与测点布置裂缝及初裂荷载：初裂荷载的判定（目测、应变片、曲线拐点）破坏荷载墙体位移和荷载变形曲线：消除支座位移影响、平面外偏心影响应变测量：由于墙体（砖、砂浆）由两种材料组成，具有不均匀性，用大标距的电阻应变片或机械引伸仪测量，或大标距的位移计等154建筑结构试验（二）钢筋混凝土框架梁柱节点组合体的抗震性能试验框架节点复杂的受力特征（水平荷载下）：以抗剪为主♦ 强节点弱构件♦ 强剪弱弯♦ 强柱弱梁梁纵筋屈服内渗滑移导致节点转动（作为支座位移）下柱塑性铰，下柱固定，反弯点法混凝土斜压杆节点核心区建筑结构试验（二）钢筋混凝土框架梁柱节点组合体的抗震性能试验（续）1、试件和边界条件的模拟：十字型节点、上下左右反弯处截取试件由于节点受力的复杂性，试件比例不少于1/2并辅以足尺试件柱端加载方案和梁端加载方案：区别在于P-Δ效应X形试件：梁有轴力、柱轴力可变。

155研究柱端塑性铰研究梁端塑性铰和核心区抗剪156建筑结构试验2、试验装置和加载设计3、试验观测项目的测点布置（教材P149-150）建筑结构试验6.4 计算机－加载器联机试验即为伪（拟）动力试验，其实质就是按照某种确定性的地震反应进行加载而由于结构的恢复力模型未知，运动方程无法求解，故采用“边试验、边求解”的方法分步得到实测的结构恢复力模型，然后可完成整个试验加载过程加载设备可利用伪静力试验设备，但必须可联机控制加载，即计算机控制的电液伺服加载系统（包含数个作动器，即加载器）157通过计算机分步求解结构非线性地震反应微分方程158建筑结构试验6.4 计算机－加载器联机试验（续）伪动力试验设备由电液伺服加载器和计算机两部分组成♦ 计算机：利用分步试验结果，求解动力方程根据某一时刻的地面运动加速度计算结构位移，并以此控制加载系统♦ 加载系统：完成伺服加载过程159建筑结构试验6.4 计算机－加载器联机试验（续）1、伪动力试验的工作流程① 在计算机系统中输入某一确定性的地震地面运动加速度（按时间分段）；⑤ 重复上述步骤②-④，直到完成整个加载过程② 由计算机按输入的第几步的地面运动加速度& x &on，求③ 按位移 xn+1控制加载系统对结构加载；④ 测量结构的恢复力Fn+1；解第n+1步位移xn+1 ；160建筑结构试验6.4 计算机－加载器联机试验（续）2、伪动力试验的特点优点：① 适用于复杂结构的非线性地震反应分析，试验结果比较准确；② 可以缓慢再现结构地震反应，便于观测；③ 可进行真型或大比例尺的结构在确定性地震下的试验研究。

161建筑结构试验6.4 计算机－加载器联机试验（续）2、伪动力试验的特点缺点：① 不能实时再现真实地震反应，不能进行材料特性与时间有关的结构试验；② 结构实际反应所产生的惯性力用加载器的荷载来代替，因此仅适用于离散质量分布的结构；③ 计算机系统除进行运动方程的数值积分外，还需要准确控制加载器，精度方面很难实现；④ 试验设备庞大，分析系统复杂，试验费用高162建筑结构试验6.4 计算机－加载器联机试验（续）子结构的伪动力试验：♦ 国际发展新趋势，很有发展前途；♦ 可进行大型结构的真型试验；♦ 边界条件很难准确模拟七层钢筋混凝土框架足尺结构的伪动力试验（教材P156-159）163建筑结构试验1、简述结构抗震性能研究的三种试验方法2、伪静力试验和伪动力试验是否属于静力试验？3、单向反复加载方案有哪三种？4、控制位移的单向反复加载方案可分为几种？5、结构低周反复加载试验的特点是什么？6、钢筋混凝土梁柱节点组合体试件低周反复静力加载试验中边界条件的模拟通常有哪两种加载方式，画出加载图示简图并说明各自特点？7、如何布置框架节点低周反复加载试验的测点？8、简述拟动力试验的工作流程。

9、拟动力试验的特点是什么？10、试对比拟静力试验与拟动力试验思考题：164建筑结构试验第九章结构试验现场检测技术165建筑结构试验主要内容9.1 概述9.2 混凝土结构现场检测技术9.3 砖砌结构的现场检测技术9.4 钢结构现场检测技术建筑结构试验9.1 概述结构现场检测结构可靠性鉴定♦ 结构现状及剩余寿命预测♦ 加固工程，改造工程（发达国家的热点，我国今后数十年的发展方向之一）结构检测按破损情况分类♦ 破损检测：破损检测或荷载试验主要用于整体结构和构件承载力、变形的测定这明显区别于无损和半破损检测♦ 半破损检测♦ 非破损检测半破损和非破损检测的一个重要特点是对比性和相关性，即事先须建立对检测结果的评价指标，目前尚依赖于有关检测规范、规程166167建筑结构试验9.1 概述（续）结构检测的主要方法有① 材料强度检测非破损检测：回弹法、超声法、回弹超声综合法半破损检测：钻芯法、拔出法非破损检测：表面硬度法非破损检测：回弹法半破损检测：扁顶法、原位轴压法、冲击法、推出法混凝土结构钢结构砌体结构168回弹仪建筑结构试验续钻芯法169建筑结构试验9.1 概述（续）结构检测的主要方法有② 材料内部缺陷、探伤检测（均为非破损检测）混凝土：超声法钢筋：半电池电位法钢筋位置检测法超声法混凝土结构钢结构170建筑结构试验9.2 混凝土结构现场检测技术（一）回弹法检测混凝土强度回弹法定义：指在结构混凝土上测得回弹值和碳化深度值来评定混凝土强度的方法。

回弹值越大、碳化深度越浅，混凝土强度越高回弹法的特点：仪器简单、使用方便、测试速度快、试验费用低、误差一般在±13％以内171建筑结构试验（一）回弹法检测混凝土强度（续）回弹法适用于龄期14～365天、C10～C50级、自然养护的普通混凝土，不适用于内部有缺陷或遭化学腐蚀、火灾、冻害的混凝土和其它的混凝土《 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 》JGJ/T23-2001172建筑结构试验（二）超声脉冲法检测混凝土强度基本原理：超声波在混凝土中传播时，其速度的平方与混凝土的弹性模量Ec成正比、与混凝土的密度成反比、与混凝土的强度成正比在普通混凝土检测中，常用500KHz以下的低频超声波，在探测大体积混凝土时用20～30KHz的超声波173建筑结构试验（三）超声回弹综合检测混凝土强度定义：是建立在超声传播速度和回弹值与混凝土抗压强度之间相互关系的基础上，以声速和回弹值综合反映混凝土抗压强度的一种非破损检测方法首先在罗马尼亚提出，得到国际上的普遍认可特点：①检测精度高于回弹法和超声法；②既能反映混凝土的弹性性质（超声），又能反映混凝土的塑性性质（回弹）；③既能反映混凝土的表层状态（回弹），又能反映混凝土混凝土的内部构造（超声）。

174建筑结构试验（四）钻芯法检测混凝土强度定义：使用取芯钻机从被检测结构上直接钻取圆柱形的混凝土芯样，并由芯样的抗压强度推算结构混凝土的强度特点：①属于半破损检测方法，需及时修补；②试验结果直观可靠，从某种意义上比预留混凝土试块更能反映实际情况；③试验费用高，试验周期长（需取芯，芯样需处理）；④不宜用于混凝土强度低于C10的情况175建筑结构试验（五）拔出法检测混凝土强度定义（教材P225）：属于半破损检测法试验方法有两种：① 预埋法，也称无装法、LOK试验，适用于工程施工和验收② 后装法，也称CAPO试验，适用于已建结构检测特点：能比较直接反映混凝土的强度，虽然仅仅测量表面以下一定深度，但比回弹法深，比超声法影响因素少，比取芯法方便、费用低、损伤范围小176建筑结构试验（六）超声法检测混凝土缺陷在施工验收、事故处理、加固改造和已建建筑物可靠性鉴定中，都必须进行混凝土缺陷和损伤检测1、混凝土裂缝检测① 浅裂缝检测：对混凝土开裂深度小于或等于500mm的裂缝检测♦ 检测方法 平测法：结构裂缝部位只有一个可测表面斜测法：结构裂缝部位有两个可测表面② 深裂缝检测：对在大体积混凝土中预计裂缝宽度>500mm的裂缝检测♦ 钻孔探测 还可用于钻孔灌注桩的质量检验建筑结构试验（六）超声法检测混凝土缺陷（续）2、混凝土内部空洞缺陷的检测具体检测方法有：声速法、波形法、振幅法、频率法等。

有缺陷处：3、混凝土表层损伤的检测混凝土结构由火灾、冻害、化学侵蚀等引起的混凝土表层损伤，其损伤厚度可用表面平测法检测此外，超声法还可测定施工缝的质量、加固修补结构面质量、混凝土匀质性的检测177变慢波形畸变首波滞后减小高频分量减少低频分量增加178建筑结构试验（七）混凝土结构钢筋位置和钢筋锈蚀的检测1、钢筋位置的检测钢筋位置测试仪：利用电磁感应原理，可以检测钢筋混凝土结构中钢筋的位置、直径和保护层厚度电磁感应检测适用于：配筋稀疏、保护层不太大、钢筋在同一平面内2、钢筋锈蚀的检测检测方法：半电池电位法、双极法、磁差频率法试验方法试验目的破损情况代表性可靠性主要限制条件破坏荷载试验构件强度和性能试件破坏优高必须从结构上取出，试验条件应与计算条件一致超载试验构件强度和性能构件可能破坏优高构件宜从结构上取出，试验条件与计算条件一致，当做原位试验时，应考虑相邻构件的影响取芯试验混凝土强度应修补良高取芯试件尺寸和分布有限制和要求拔出试验混凝土强度应修补接近表面中最小边距和构件厚度限制超声波试验混凝土强度、密实度、缺陷无损伤优中应做对比试验，被测面要处理回弹试验混凝土强度无损伤表面低有条件限制，并需测碳化深度化学分析法混凝土质量、配合比、水泥含量微破损接近表面中应有计划，分布取样179建筑结构试验混凝土结构检测方法的比较180建筑结构试验9.3 砖砌体结构的现场检测技术（一）砖砌体强度的间接测定法冲击法：适用于M5-M15的砂浆和MU5-35的砖块的抗压强度检测。

回弹法：利用专门的砖块回弹仪和砂浆回弹仪检测抗压强度推出法：通过测定水平砂浆的抗剪强度推算其抗压强度181建筑结构试验9.3 砖砌体结构的现场检测技术（续）（二）砖砌体原位轴心抗压强度测定法扁顶法：由扁式液压加载器量测，可以测定砌体抗压强度、原位工作应力、应力－应变曲线等原位轴压法：可以测定结构不受扰动情况下的抗压强度，结果较为可靠，而且试验对结构造成的局部损失易修复182建筑结构试验9.4 钢结构现场检测技术（一）钢材强度测定表面硬度法：利用布式硬度计测定二）钢材和焊缝缺陷检测超声法：能探测试件深处的缺陷，在钢材中可深达1.5m频率较高（0.5-2MHz）♦ 脉冲反射法：又分为纵波探伤和横波探伤两种♦ 透射法磁粉探伤：利用钢材或焊缝缺陷处磁力线发生偏转的原理射线探伤：利用钢材或焊缝缺陷处射线衰减较少的原理183建筑结构试验1、超声回弹综合法中是否还要进行混凝土碳化深度的修正？为什么？2、超声法检测混凝土强度，混凝土强度和超声波波速度关系是什么？3、简述超声回弹综合法检测混凝土强度的工作原理以及测区的选择方法4、混凝土强度的局部破损检测技术有哪几种？各自特点？5、简述混凝土内部缺陷的超声法检测技术。

6、阐述混凝土强度与缺陷的几种检测方法7、试对比混凝土内部钢筋位置和内部钢筋锈蚀的几种检测技术？8、砌体结构强度的非破损检测技术有哪几种，原理是什么？9、钢材强度测定方法及原理？思考题：184建筑结构试验第十章结构试验的数据处理185建筑结构试验主要内容10.1 概述10.2 数据的整理和换算10.3 数据的统计分析10.4 误差分析10.5 数据的表达186建筑结构试验10.1 概述数据处理的内容和步骤♦ 原始数据的整理与转换♦ 数据的统计分析♦ 数据的误差分析♦ 数据的表达187建筑结构试验10.2 数据的整理和换算（续）国家标准《数值修约规则》（二）♦ 负数修约时，先将它的绝对值按上述规则修约后再加负号♦ 一次修约，不得连续修约加减：先加减运算，再修约乘除：先乘除运算，再按最小有效位数修约乘方、开方：同“乘除”运算数值运算时188建筑结构试验10.2 数据的整理和换算国家标准《数值修约规则》（一）♦ 将数值修约成规定有效位数的数值♦ 拟舍弃数字的最左一位数字小于5，则舍去♦ 拟舍弃数字的最左一位数字大于等于5，但其后跟有并非全部为零的数字，则进1♦ 拟舍弃数字的最左一位数为5，而右边无数字或皆为0时，若所保留的末位数字为奇数则进1，为偶数则舍去189建筑结构试验10.2 数据的整理和换算（续）数据的换算（教材P241-246）10.3 数据的统计分析（教材P246-249）平均值：算术平均值、几何平均值、加权平均值标准差变异系数随机变量和概率分布190建筑结构试验10.4 误差分析误差的定义：真值与测量值的差值称为测量误差，简称误差实际试验中，真值是无法确定的，常用平均值代替绝对误差、相对误差，相对误差为绝对误差除以真值误差的分类：系统误差，随机误差、过失误差191建筑结构试验10.4 误差分析（续）（一）误差的分类1、系统误差（经常误差）特点：误差值在整个测量过程中保持一定规律，而且是可以避免的产生原因：测量方法、测量工具、环境、操作不当、主观性 等处理办法：查明系统误差的原因，在测量中采取改进措施或在数据处理时对测量结果进行修正表示方法：准确度（表示系统误差的大小），它反映平均值 x 的大小192建筑结构试验（一）误差的分类（续）2、随机误差（偶然误差）特点：误差的绝对值和符号变化无常，但当测量数据较多时，随机误差的数值分布符合一定的统计规律，一般是正态分布，随机误差是不可避免的产生原因：测量仪器、方法和环境条件的随机变化等表示方法：精确度（它与准确度是独立的，反映标准差处理办法：对随机误差进行统计分析，在数据处理时进行修正σ 的大小）1∑193建筑结构试验（一）误差的分类（续）3、过失误差（粗差）一般数值较大，应予以剔除（二）误差计算1na =ai = xi − x(a1 +a2 +L+an)nσ =ai2n−1 i=1σcv =a误差的平均值：误差的标准差：误差的标准差：194建筑结构试验（三）误差传递（微分原理，教材P251）（四）误差的检验误差的检验：区分误差的类型，尽可能减小误差或计算中考虑误差1、系统误差的发现和消除系统误差有积累变化、周期变化、按复杂规律变化三种，可通过数种不同的测量方法或同时用几种测量工具进行测量比较即可发现195建筑结构试验（四）误差的检验（续）2、随机误差：进行统计分析予以检验3、异常数据的舍弃教材P253，并参阅有关数据处理的专著常用的过失误差判别范围和鉴别方法♦ 3σ法：误差服从正态分布，误差绝对值大于3σ的概率仅为0.3％，大于应剔除该数据♦ 肖维纳方法：进行n次试验，误差服从正态分布，误差绝对值大于 α ⋅σ( xi − x >α ⋅σ) 的概率小于1/2n，大于应剔除该数据♦ 格拉布斯方法：以t分布为基础，某数据误差绝对值满足 xi − x >T0(n,α)⋅S 时，应剔除196建筑结构试验10.5 数据的表达（教材P254-263）表格方式：有汇总表格和关系表格两类图象方式：曲线图、形态图、直方图、馅饼形图函数方式：函数回归分析、系统参数识别197建筑结构试验谢 谢 各 位 同 学 ！。