建筑结构试验.pptx
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1、12建筑结构试验建筑结构试验是一门什么性质的是一门什么性质的课程?课程?建筑结构试验建筑结构试验是一门必修的专业基础课程(是一门必修的专业基础课程(32学时,理论学时,理论22学时,试验学时,试验10学时),是电学、光学、学时),是电学、光学、光电子学、力学、钢筋混凝土结构和钢结构等学科光电子学、力学、钢筋混凝土结构和钢结构等学科相互交叉的、实用性很强的一门学科,是用试验的相互交叉的、实用性很强的一门学科,是用试验的方法研究和测量建筑结构的强度、结构受荷载作用方法研究和测量建筑结构的强度、结构受荷载作用后的反应及评估建筑结构产品质量的一门学科。后的反应及评估建筑结构产品质量的一门学科。3建筑结
2、构试验建筑结构试验课程的学习应达到课程的学习应达到的基本要求是什么?的基本要求是什么?通过本课程的学习应达到的基本要求是通过本课程的学习应达到的基本要求是:1掌握经常使用的各种测试方法的基本原理和测量技术,掌握经常使用的各种测试方法的基本原理和测量技术,结合土木工程专业的特点,培养建筑结构试验的试验技能,结合土木工程专业的特点,培养建筑结构试验的试验技能,使之具有从事一般建筑结构的检测能力,为进行现场结构检使之具有从事一般建筑结构的检测能力,为进行现场结构检测和科学研究的试验打下良好的基础。测和科学研究的试验打下良好的基础。2掌握建筑结构试验的前期准备工作程序,为结构试掌握建筑结构试验的前期准
3、备工作程序,为结构试验验的顺利进行准备测试方案。的顺利进行准备测试方案。3掌握典型建筑结构试验的测试内容、测试方法、数据处掌握典型建筑结构试验的测试内容、测试方法、数据处理及书写测试报告的全过程。理及书写测试报告的全过程。4熟练掌握建筑结构无损检测的原理和检测方法。熟练掌握建筑结构无损检测的原理和检测方法。4建筑结构试验建筑结构试验课程内容体系课程内容体系建筑结构试验建筑结构试验课程主要是讲述建筑结构试验中课程主要是讲述建筑结构试验中的试验准备工作,加载方法的选择,测点和测试方的试验准备工作,加载方法的选择,测点和测试方法的选择,试验过程、数据处理及测试报告的书写法的选择,试验过程、数据处理及
4、测试报告的书写等内容。等内容。教学内容按教材的章节的模块化进行设计教学内容按教材的章节的模块化进行设计:建筑结构建筑结构试验准备工作、试验装置和加载设备、测试技术、试验准备工作、试验装置和加载设备、测试技术、无损检测技术、试验模型设计,试验数据的处理。无损检测技术、试验模型设计,试验数据的处理。5学习参考书:6第一章第一章 建筑结构试验概述建筑结构试验概述1.1建筑结构试验的任务建筑结构试验的任务1.2建筑结构试验的作用建筑结构试验的作用1.3建筑结构试验的分类建筑结构试验的分类7第一节第一节建筑结构试验的任务建筑结构试验的任务建筑结构试验建筑结构试验研究对象研究对象:建设工程的结构物:建设工
5、程的结构物建筑结构试验的建筑结构试验的任务任务:在试验研究对象上应用科学的试验组织程序,使用仪在试验研究对象上应用科学的试验组织程序,使用仪器设备为工具,利用各种实验为手段,在荷载或其它因器设备为工具,利用各种实验为手段,在荷载或其它因素作用下,通过量测与结构工作性能有关的各种参数,素作用下,通过量测与结构工作性能有关的各种参数,从强度、从强度、刚度和抗裂度以及结构实际破坏形态来判明结刚度和抗裂度以及结构实际破坏形态来判明结构的实际工作性能,估计结构的承载能力构的实际工作性能,估计结构的承载能力确定结构对使确定结构对使用要求的符合程度,并用以检验和发展结构的计算理论。用要求的符合程度,并用以检
6、验和发展结构的计算理论。8 所谓建筑结构试验,就是对建筑结构或者是它的所谓建筑结构试验,就是对建筑结构或者是它的构件施加一定的荷载,这个荷载我们指的就是比较广构件施加一定的荷载,这个荷载我们指的就是比较广义的,包括力,也包括温度或者是变形,然后用现代义的,包括力,也包括温度或者是变形,然后用现代的测试手段对它引起来的各种反应,比如说:变形、的测试手段对它引起来的各种反应,比如说:变形、位移、应变等等进行测量,通过这些测量来观测结构位移、应变等等进行测量,通过这些测量来观测结构对荷载的反应能力,考查它是否符合使用和设计要求,对荷载的反应能力,考查它是否符合使用和设计要求,同时,也可以通过这种观测
7、,来得到荷载与它产生的同时,也可以通过这种观测,来得到荷载与它产生的变形之间的关系,为计算提供实践根据。变形之间的关系,为计算提供实践根据。9例如:例如:钢筋混凝土简支梁在静力集中荷载作用下,钢筋混凝土简支梁在静力集中荷载作用下,可以通过测得梁在不同受力阶段的挠度、角变位、可以通过测得梁在不同受力阶段的挠度、角变位、截面应变和裂缝宽度等参数,来分析梁的整个受力截面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、挠度和抗裂性能。过程以及结构的强度、挠度和抗裂性能。适筋受弯构件截面受力的几个阶段适筋受弯构件截面受力的几个阶段:第一阶段第一阶段截面开裂前阶段(抗裂验算)截面开裂前阶段(抗
8、裂验算)第二阶段第二阶段从截面开裂到受拉区纵向钢筋开始从截面开裂到受拉区纵向钢筋开始 屈服阶段(变形和裂缝宽度验算)屈服阶段(变形和裂缝宽度验算)第三阶段第三阶段破坏阶段(承载力计算)破坏阶段(承载力计算)10结结论论建筑结构试验是以实验方式测定有关数据,建筑结构试验是以实验方式测定有关数据,由此反映结构或构件的工作性能、承载能力由此反映结构或构件的工作性能、承载能力和相应的安全度,为结构的安全使用和设计和相应的安全度,为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要根据的学科理论的建立提供重要根据的学科。11 第二节第二节 建筑结构试验的作用建筑结构试验的作用一、建筑结构试验是发展结构理论的重要途径
9、一、建筑结构试验是发展结构理论的重要途径二、建筑结构试验是发现结构设计问题的主要手段二、建筑结构试验是发现结构设计问题的主要手段三、建筑结构试验是验证结构理论的唯一方法三、建筑结构试验是验证结构理论的唯一方法四、建筑结构试验是建筑结构质量鉴定的直接方式四、建筑结构试验是建筑结构质量鉴定的直接方式五、建筑结构试验是制定各类技术规范和技术标准的基础五、建筑结构试验是制定各类技术规范和技术标准的基础12(1)结构试验是发展结构理论的重要途径)结构试验是发展结构理论的重要途径17世纪初伽利略(1564-1642)在1638年错误地提出:受弯梁的断面应力为均匀受拉。46年后法国物理学家马里奥脱和德国数学
10、家莱布尼兹对这个假设提出了修正,认为:断面应力不是均匀分布,是三角形分布。后来胡克和伯努里又建立了平面假设。131713年法国巴郎提出了中和层理论:认为一边受拉,一边受压,但该理论无法用试验验证,而未被人们接受。1767年法国科学家容格密里用简单的试验验证了巴郎理论中一边受拉,一边受压的结论。后人把该试验誉为“路标试验”。1821年法国科学院院士拿维叶从理论上导出了受弯构件断面应力计算公式,20年后该公式被法国另一位院士莫列恩一用试验方法验证了。14(2)结构试验是发现结构设计问题的主要手段)结构试验是发现结构设计问题的主要手段斜撑几乎不起作用;斜撑几乎不起作用;斜撑交点首先出现塑性角而破坏。
11、斜撑交点首先出现塑性角而破坏。15通过多次改进:有如一些特殊结构的研究,需要做大量的结构试验,如混凝土-复合结构:钢管混凝土结构,钢筋混凝土-钢,笼式结构等。16(3)结构试验是验证结构理论的唯一方法)结构试验是验证结构理论的唯一方法如爱因斯坦的相对论如歌德巴赫猜想负物质理论等各种科学猜想和预言17(4)结构试验是建筑结构质量鉴定的直接方)结构试验是建筑结构质量鉴定的直接方式;式;(5)结构试验是制定各类技术规范和技术标)结构试验是制定各类技术规范和技术标准的基础;准的基础;18 第三节第三节 建筑结构试验的分类建筑结构试验的分类 建筑结构试验按试验目的、荷载性质、试验对象、试验建筑结构试验按
12、试验目的、荷载性质、试验对象、试验周期、试验场合等因素进行分类。周期、试验场合等因素进行分类。(一)按照试验目的分类(一)按照试验目的分类 试验可以按照各种方法来分类,但最基本的就是按照试试验可以按照各种方法来分类,但最基本的就是按照试验目的来分类。按试验目的可以将结构试验分成下面两类:验目的来分类。按试验目的可以将结构试验分成下面两类:一生产检验性试验,二科学研究性试验一生产检验性试验,二科学研究性试验.。由于试验目的不同,整个试验安排和某些试验方法、试由于试验目的不同,整个试验安排和某些试验方法、试验要求都有很大的不同,所以这是建筑结构试验分类里面最验要求都有很大的不同,所以这是建筑结构试
13、验分类里面最基本的一种分类方法。基本的一种分类方法。191.3建筑结构试验的分类建筑结构试验的分类1.3.1生产性试验和科研性试验生产性试验和科研性试验1生产性试验目的:以具体实际的结构为鉴定的对象,通过试验对具体结构作出正确的技术结论。常解决的问题:(1)设计论证、施工质量控制和鉴定(2)预制构件质量鉴定(3)已建结构的可靠性鉴定、剩余寿命评估(4)改建、扩建或加固工程,通过试验判明结构的实际承载能力(潜力)(5)为工程事故处理提供技术依据2021工程事故处理的一般程序工程事故处理的一般程序:1、基本情况调查、基本情况调查2、结构及材料检测结构及材料检测3、复核分析、复核分析4、专家会商、专
14、家会商5、调查报告、调查报告22结构及材料检测内容结构及材料检测内容1、地基基础、地基基础2、建筑物所用材料的实际性能检测、建筑物所用材料的实际性能检测3、建筑物表面缺陷的观测、建筑物表面缺陷的观测4、对结构内部缺陷的检查、对结构内部缺陷的检查5、必要时可作模型试验或现场加载试验,通、必要时可作模型试验或现场加载试验,通过试验检查结构或构件的实际承载力。过试验检查结构或构件的实际承载力。232科研性试验目的:验证、改进和发展结构设计计算的理论和方法主要表现:(1)验证结构设计计算的各种假定;(2)制定各种设计规范;(3)发展新的设计理论;(4)为发展和推广新结构、新材料及新工艺提供理论与实践的
15、经验。242526(1.3.2静力试验和动力试验静力试验和动力试验(二)按照荷载性质、试验对象、试验持续(二)按照荷载性质、试验对象、试验持续时间、试验场所等不同因素进行分类。时间、试验场所等不同因素进行分类。1、按荷载性质来分类、按荷载性质来分类(1)静力试验)静力试验(2)动力试验)动力试验271.3.2静力试验和动力试验静力试验和动力试验按试验荷载性质分:静力试验、动力试验。1.静力试验:静力试验:应有最多、最常见的基本试验。分两种:(1).结构静力单调加载试验:结构加载过程从零开始逐步递增一直到结构破坏。即在一个不长的时间内试验加载全过程。结构低周反复静力加载试验:也称伪静力试验也称伪
16、静力试验,是以静力的方式模拟地震作用的试验,它是一种控制荷载或控制变形的周期性反复静力试验。2829土木工程材料土木工程材料3031静力试验的优点:加载设备相对来讲比较简单,荷载可以逐步静力试验的优点:加载设备相对来讲比较简单,荷载可以逐步 施加,还可以停下来仔细观察结构变形的发施加,还可以停下来仔细观察结构变形的发 展,给人们以最明确、最清晰的破坏概念。展,给人们以最明确、最清晰的破坏概念。322、动力试验、动力试验 对于在实际工作中主要承受动力作用的结构或构件,为了对于在实际工作中主要承受动力作用的结构或构件,为了研究结构在施加动力荷载作用下的工作性能,一般要进行动力研究结构在施加动力荷载
17、作用下的工作性能,一般要进行动力试验。试验。例如:研究厂房承受吊车及动力设备作用下的动力特性;例如:研究厂房承受吊车及动力设备作用下的动力特性;吊车梁的疲劳强度与疲劳寿命问题;吊车梁的疲劳强度与疲劳寿命问题;多层厂房由于机器设备上楼后产生的振动影响;多层厂房由于机器设备上楼后产生的振动影响;高层建筑和高耸构筑物在风荷载作用下的动力问题;高层建筑和高耸构筑物在风荷载作用下的动力问题;结构抗爆炸、抗冲击问题结构抗爆炸、抗冲击问题;抗震动力试验采用电液伺服加载设备或地震模拟振动台抗震动力试验采用电液伺服加载设备或地震模拟振动台动力试验的特点:由于荷载特性不同,动力试验的加载设备动力试验的特点:由于荷
18、载特性不同,动力试验的加载设备 和测试手段与静力试验有很大的差别,而和测试手段与静力试验有很大的差别,而 且要比静力试验复杂得多。且要比静力试验复杂得多。33在结构的抗震性能研究中,除了采用结构低周在结构的抗震性能研究中,除了采用结构低周反复静力加载试验外,更为理想的是直接施加反复静力加载试验外,更为理想的是直接施加动力荷载进行试验。动力荷载进行试验。抗震动力试验采用电液伺服加载设备或地震模抗震动力试验采用电液伺服加载设备或地震模拟振动台等设备来进行。拟振动台等设备来进行。如广州大学抗震研究中心、同济大学抗震中心如广州大学抗震研究中心、同济大学抗震中心342.动力试验:动力试验:荷载大小随时间
19、变化的,可能是有规律变化,也可能是无规律变化的。一些研究动力问题的,需要做动力试验,如35如下图为东方明珠电视塔的振动台模型试验如下图为东方明珠电视塔的振动台模型试验。36371.3.3、按试验对象分类、按试验对象分类(1)真型试验)真型试验(2)模型试验)模型试验(3)小构件试验)小构件试验381.3.3真型试验、模型试验和小构件试验真型试验、模型试验和小构件试验按试验对象的尺寸分:真(原)型试验、模型试验及小构件试验。1真型试验真型试验试验对象是实际结构或按实际结构足尺复制的结构或构件。对于实物试验一般均为生产性试验,很多为非破坏性的现场试验居多。足尺及小构件试验一般多在试验室进行,也可在
20、现场进行,如梁、板及屋架。对结构整体性研究,一直是国内外研究的热门课题,多为大型试验,可在试验室进行,也可在现场进行。39(1)真型试验)真型试验试验对象:(试验对象:(1)实际结构)实际结构(2)实物结构足尺复制的结构或构件。)实物结构足尺复制的结构或构件。(1)实际结构试验)实际结构试验一般均用于生产性试验。例如:秦山核电站安全一般均用于生产性试验。例如:秦山核电站安全壳壳加压整体性的试验就是一种非破坏性的现场试验。加压整体性的试验就是一种非破坏性的现场试验。又如对工业厂房结构的刚度试验、楼盖承载能力试验又如对工业厂房结构的刚度试验、楼盖承载能力试验等均在实际结构上加载量测。等均在实际结构
21、上加载量测。(2)足尺结构或构件试验)足尺结构或构件试验试验对象是一根梁、一块扳或一榀屋架之类的实试验对象是一根梁、一块扳或一榀屋架之类的实物构件,它可以在试验室内试验,也可以在现场进行。物构件,它可以在试验室内试验,也可以在现场进行。404142(2)模型试验)模型试验模型试验:采用比真型结构缩小的模型进行试模型试验:采用比真型结构缩小的模型进行试验。模型的设计制作与试验是根据相似理论,验。模型的设计制作与试验是根据相似理论,要求做到几何相似、力学相似和材料相似等要求做到几何相似、力学相似和材料相似等等。等。43(2)模型试验)模型试验投资大、周期长、测量精度受环境因素影响大,在财力和技术上
22、有困难时,可以考虑采用缩尺模型试验。模型试验:仿照真型并按一定比例关系复制而成的试验构件或试验结构物,它具有实际结构的全部或部分特征,尺寸比真型小得多。4445464748(3)小构件试验)小构件试验 小构件试验是结构试验常用的研究形式之一。小构件试验是结构试验常用的研究形式之一。试验不要求满足严格的相似条件,只是用试验结果试验不要求满足严格的相似条件,只是用试验结果与理论计算进行对比校核的方式来研究结构的性能,与理论计算进行对比校核的方式来研究结构的性能,验证设计假定与计算方法的正确性。验证设计假定与计算方法的正确性。493小构件试验小构件试验比较常用,可能是足尺试验,也可能是缩尺试验。它有
23、别于模型试验:不依靠相似理论,不考虑相似比例对结果的影响,即不要求严格的相似条件。认为这些结果所证实的一般规律与计算理论可以推广到实际结构中去。5051土木工程材料土木工程材料521.3.4、按试验持续时间分类、按试验持续时间分类(1)短期荷载试验)短期荷载试验(2)长期荷载试验)长期荷载试验53(1)短期荷载试验)短期荷载试验荷载从零开始施加到最后结构破坏或到某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、几阶段进行卸荷的时间总和只有几十分钟、几小时或者几天。小时或者几天。1短期荷载试验短期荷载试验绝大数承受静力荷载的结构或构件实际上一般都是承受的长期荷载作用。由于
24、试验条件、时间和试验步骤限制,我们不得不采取短期荷载试验。试验时荷载从零开始加,到结构破坏可能几十分钟、几小时或几天。这与实际情况是有差别的。5455(2)长期荷载试验)长期荷载试验 对于研究结构在长期荷载作用下的性能对于研究结构在长期荷载作用下的性能就必须要进行静力荷载的长期试验,它将连就必须要进行静力荷载的长期试验,它将连续进行几个月或几年时间。续进行几个月或几年时间。如:混凝土的徐变、结构受温度变化的如:混凝土的徐变、结构受温度变化的影响、预应力结构中的钢筋的松弛、三峡大影响、预应力结构中的钢筋的松弛、三峡大坝长期变形监控试验。坝长期变形监控试验。565758591.3.5、按试验场所分
25、类、按试验场所分类(1)试验室试验)试验室试验(2)现场试验)现场试验1、试验室试验、试验室试验适宜于研究性试验。适宜于研究性试验。2、现场试验、现场试验多用于解决生产性的问题。多用于解决生产性的问题。601.3.5试验室试验和现场试验试验室试验和现场试验按试验所在场地分:试验室试验、现场试验1.试验室试验试验室试验试验室试验条件较好,仪器设备精度高,可以排除一些不利因素对试验结果的干扰。适合做研究性试验。2现场试验现场试验现场试验与室内试验相比,环境因素影响较大,不宜使用精度较大的仪器设备。多是解决生产中的实际问题,可以获得实际结构物的工作状态的数据参数。此外还可以按试验是否破坏分:破坏性试
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