建筑结构试验复习提纲.docx
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建筑结构试验复习提纲
《建筑结构试验》2008-2009复习提纲（完美版本）
1、研究性试验和生产性试验的概念。
（按试验目的进行分类）
生产鉴定性试验经常具有直接的生产目的，是以实际建筑物或结构构件为试验对象，经过试验对具体结构作出正确的技术结论。
科研性试验的任务是验证结构设计理论和各种科学判断、推理、假设以及概念的正确性，为发展新的设计理论，发展和推广新结构、新材料及新工艺提供实践经验和设计依据。
2、建筑结构试验的主要环节及各环节中的主要内容。
按试验目的分：
生产性试验（1、鉴定结构设计和施工质量的可靠程度；2、鉴定预制构件的产品质量；3、工程改建或加固，通过试验判断结构的实际承载能力；4、为处理受灾结构和工程事故，提供技术依据；5、已建结构可靠性检验，推定结构剩余寿命）、研究性试验（1、验证结构计算理论的各种假定；2、为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验；3、为制定设计规范提供依据）。
按试验对象的尺寸分类：
1、原型试验（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，一般用于生产性试验，可在室内试验，也可在现场进行试验，具有投资大、周期长的特点）；2、模型试验（分为相似模型试验和缩尺模型试验，其中相似模型试验要求严格的模拟条件，即要求集合相似、力学相似和材料相似等，而缩尺模型即小构件试验，是结构试验常用的研究形式之一，它有别于模型试验，采用小构件进行试验，不需依靠相似理论，无需考虑相似比例对试验结果的影响，即试验不要求满足严格的相似条件，是用试验结构与理论计算进行对比校核的方法研究结构的性能，验证设计假定与计算方法的正确性。
）
按试验荷载性质分类：
1、静力试验
是结构试验中使用次数最多、最常见的基本试验，可分为结构静力单调加载试验（加载过程是荷载从零开始逐步递增，一直到结构破坏位置，是在一个不长的时间段内完成试验加载的全过程）和结构低周反复静力加载试验（采用控制荷载或控制变形的周期性反复静力荷载，区别于一般单调加载试验，也叫伪静力试验）两种，可研究抗震。
2、动力试验
研究主要承受动力作用的结构或构件在动力荷载作用下的工作性能。
按试验时间长短分类
1、短期荷载试验
在结构试验时，限于试验条件、时间和试验方法，不得不采用短期荷载试验，即荷载从零开始施加到某个阶段进行卸荷或直至结构破坏，整个试验时间只有几十分钟、几小时或者几天；
2、长期荷载试验
结构在长期荷载作用下的性能，如砼结构的徐变，预应力结构中钢筋的松弛等，都必须进行静力荷载的长期试验，也称持久试验，它将连续几个月或几年时间，通过试验最终获得结构变形随时间变化的规律。
按试验所在场地分类
1、实验室结构试验，由于具备良好的工作条件，可以应用精密和灵敏的仪器设备，具有较高的准确度，甚至可以人为地创造一个适宜的工作环境，减少或消除各种不利因素对试验的影响，突出主要的研究方向，消除对试验结果影响的次要因素，适合于进行研究性试验。
2、现场结构试验
是指在生产或施工现场进行的实际结构试验，常用于生产性试验。
3、静力试验的典型加载制度。
1、控制荷载（包括开裂荷载、破坏荷载）；2、荷载分级；3、持续时间（观测读数，待稳定变形后）；4、预载；具体表述为：
先进行预加载荷试验，用20%~30%使用载荷拉紧试件，消除间隙，随即卸载，然后逐级加载至使用荷载。
并在卸载后无显著残余变形，然后再次加载至使用载荷后，继续对应变、挠度进行监控测量，逐级加载至设计荷载，要求保持一段时间，结构不破坏。
最后选各种设计情况中最严重的一种进行破坏试验，确定结构剩余强度系数；
补充说明：
主要分为单调一次加载制度和采用控制荷载或控制变形的周期性反复静力荷载的加载制度。
4、结构试验选择仪器、仪表的原则。
1、满足量测所需的量程及精度要求；2、动态试验量测仪表的线性范围、频响特性、以及相移特性等都应满足试验要求；3、对于安装在结构上的仪表或传感器，要求自重轻、体积小，不影响结构的工作。
特别要注意夹具设计是否合理、正确，不正确的安装夹具将给试验结果带来很大的误差；4、同一试验中选用的仪器仪表种类应尽可能少，以便统一数据的精度，简化量测数据的整理工作和避免差错。
；5、选用仪表时应考虑试验的环境条件，例如在野外试验时仪表经常受到风吹日晒，周围的温、湿度变化比较大，宜使用机械式仪表。
此外，应从试验实际需要出发，选择仪器仪表的精度，切忌盲目选用高精度、高灵敏度的仪表，相对误差达到5%即满足要求。
量测仪表的技术指标：
1、量程；2、最小分度值；3、精确度；4、分辨率；5、灵敏度；6、滞后；7、零位温漂和满量程热漂移；考虑的特性：
8、线性范围；9、频响特性；10相移特性。
5、应变片测量应变的原理。
通常是在预定的标准长度范（称标距）L内，量测长度变化增量的平均值△L，由应变=△L/L可求得应变。
6、位移测量的仪器设备。
1、接触式位移计；2、应变梁式位移传感器；3、滑线电阻式位移传感器；4、差动变压器位移传感器；5、水平仪法和拉紧钢丝法；
7、电阻应变片与电阻应变仪的连接关系。
全桥、半桥、四分之一桥；
8、低周反复荷载试验的研究目的。
1、研究结构在地震荷载作用下的恢复力特性，确定结构构件恢复力的计算模型；利用低周反复加载试验获得的滞洄曲线和曲线所包围的面积求得结构的等效阻尼比，衡量结构的耗能能力。
利用恢复力特性曲线还可以得到与一次加载想接近的骨架曲线、结构的初始刚度和刚度退化等重要参数；2、通过试验可以从强度、变形和能量等三个方面判别和鉴定结构的抗震性能。
3、用过试验研究结构构件的破坏机理，为改进现行抗震设计方法、修改现行抗震设计规范提供依据。
9、混凝土无损检测方法有哪些？
1、回弹法；2、超声脉冲法；3、超声回弹综合法。
10、实验一中，1/4桥路与弯曲桥路（半桥桥路）在接线、读数等方面的差异。
半桥电路由两个工作片和两个固定电阻组成，工作片接在AB和BC臂上，另半个桥上的固定电阻设在应变仪内部，例如悬臂梁固定端的弯曲应变可以用R1和R2来测定，输出公式Ubd=（U/4）K（ε1-（-ε1））=（U/4）*Kε*2。
即电桥输出灵敏度提高了1倍，温度补偿也由两个工作片自动完成，而四分之一桥电路常用于测量应力场的单个应变，温度补偿必须由一个补偿应变片R2来完成，这种接线方法对输出信号没有放大作用。
补充：
全桥电路就是在测量桥的四个臂上全部接入工作应变片，其中相邻臂上的工作片兼作温度补偿用，Ubd=（U/4）K（ε1-ε2+ε3-ε4）=（U/4）K*2*（1+μ）ε；可见桥路输出信号放大了2*（1+μ）倍，提高了量测灵敏度，温度补偿自动完成，并消除了读数中因轴向力偏心引起的影响。
11、确定试验测点的原则。
1、在满足试验目的前提下，测点宜少不宜多，测点的数量和布置必须是充分合理及足够的，这样可以节省仪器设备，避免人力浪费，使试验工作重点突出、精力集中、提高效率和保证质量；2、测点的位置必须要有代表性，以便于分析和计算；3、在测量工作中，为了保证测量数据的可靠性，还应该布置一定数量的校核性测点。
4、测点的布置应有利于试验时操作和测读，不便于观测读数的测点往往不能提供可靠的结果。
12、试件形状的确定。
（P.72）
1、应力状态与实际一致；2、满足受力的边界条件；3、满足试验加载条件；4、安装固定的措施；5、满足试验的破坏的特征；
13、杠杆在加载中的作用。
为了减少重力加载时的工作量或将荷载转变为集中荷载，常利用杠杆原理把荷载放大作用在结构试件上。
14、混凝土强度无损检测的概念。
混凝土无损检测技术，是在不破坏结构件的情况下，直接从结构物上测试或钻取芯样测试，推定混凝土强度及缺陷等。
它既适于工程施工过程中混凝土质量的监测，又适于工程的竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量的鉴定。
15、测量应变有哪些方法？
1、电测法；2、机测法；3、光测法。
16、应变片的灵敏系数的物理意义。
通常把单位应变能引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量。
17、模型试验与小试件试验的区别。
小构件试验，是结构试验常用的研究形式之一，它有别于模型试验，采用小构件进行试验，不需依靠相似理论，无需考虑相似比例对试验结果的影响，即试验不要求满足严格的相似条件，是用试验结构与理论计算进行对比校核的方法研究结构的性能，验证设计假定与计算方法的正确性。
18、回弹法检测混凝土强度的概念。
用回弹仪弹击混凝土表面时，由仪器重锤回弹能量的变化，反映混凝土的弹性和塑性性质称为回弹法，它的基本原理是使用回弹仪的弹击拉簧驱动仪器内的弹击重锤，通过中心导杆，弹击混凝土的表面，并测得重锤反弹的距离，以反弹距离与弹簧初始长度之比作为回弹值R，由它与混凝土强度的相关关系来推定混凝土强度。
19、测量仪器量程的概念。
仪器能测量的最大输入量与最小输入量之间的范围。
20、应变仪平衡的原理。
电桥原理（全桥电路、半桥电路、1/4桥路）
21、单调静力加载试验的概念。
是指在不长的时间内对试验对象进行平稳地一次连续施加荷载，荷载从“零”开始一直加到结构构件破坏或达到预定荷载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。
22、温度补偿的作用及原理。
温度补偿的作用在于消除温度效应引起电阻应变仪指示部分的示值变动，其原理分为三种补偿方法：
1、温度补偿应变计法的温度补偿方法是在电桥的BC臂上接一个与工作应变计R1同样阻值的应变计R2，R2为温度补偿计；2、工作应变计温度互补偿法，某些被测结构或构件，存在着应变符号相反，比例关系已知，温度条件又相同的两个或四个测点，可以将应变符号相反的应变计，分别接在相邻桥臂上，在等臂条件下，即都是工作应变计，又互为温度补偿应计；上述两种方法是最常用的消除温度影响的方法，均是通过桥路连接方法实现温度补偿的，称为桥路补偿；3、温度自补偿计法，如果找不到一个适当位置来安装温度补偿片，或者工作片与补偿片的温度变动不相等时，可以使用温度自补偿计，它是一种单元片，由两个单元组成，这两个单元可以通过相应效应改变外电路。
23、电阻应变计粘贴的基本要点。
1、为保证质量，要求测点基底平整、清洁、干燥；2、粘合剂的电绝缘性、化学稳定性及工艺性能良好，蠕变小，粘贴强度高，温湿度小；3、同一组应变计规格型号应相同；4、应变片的粘贴应牢固，方位准确，不含气泡；5、粘贴前后阻值不改变；6、粘贴干燥后，敏感栅对地绝缘电阻一般不低于500兆欧；7、应变线性好，滞后、零漂、蠕变等要小，保证应变能正确传递。
补充步骤：
1、选、分应变片（选择应变片的规格和型式时，应注意到试件的材料性质和试件的应力状态，确保片内无气泡、霉斑、锈点等）；2、选择粘合剂（分为水剂和胶剂两种，选择粘合剂的类型应视应变片基底材料和试件材料的不同而异，一般要求粘合剂具有足够的抗拉强度和抗剪强度，蠕变小，电气绝缘性能好）；3、测点表面清理（为使应变片能牢固地贴在试件表面，应对测点表面进行加工，其方法是先用工具或化学试剂清除贴片处的漆层、油污、锈层等污垢，然后用锉刀锉平，再用砂纸打磨成45度斜纹，吹去浮尘再用丙酮等溶剂擦洗）；4、应变片的粘贴与干燥（取一块聚乙烯薄膜盖在应变片，用手指稍加压力等待其干燥）；5、焊接导线（先在离应变片3~5mm处粘贴接线架，然后将引出线焊于接线架上，最后把测量导线的一端与接线架焊接，另一端与应变仪测量桥联接）；6、应变片的粘贴质量检查（用兆欧表量测应变片的绝缘电阻，观察应变片的零点漂移，漂移值小于5με，在3min之内，认为合格，最后将应变片接入应变仪，检查其工作稳定性，若漂移值过大，工作的稳定性差，则应铲除重贴）；7、防潮和防水处理（用松香、石蜡或凡士林涂于应变片表面，需要在检查应变片质量合格后进行）。
24、试件数量设计的原则和方法。
（P.76）
试件数量的多少直接关系到能否满足试验的要求以及整个试验的工作量问题，同时试件数量的确定也应考虑试验经费和时间期限等相关因素。
对于生产性试验，一般按照试验任务的要求有明确的试验对象，试件宜从设计荷载最大、受力最不利或生产数量最多的构件中抽取；
对于科研性试验，其试验对象是按照研究要求而专门设计制造的，要根据各参数构成的因子数和水平数来决定试件数量。
试件的数量主要取决于测试参数的多少，需要测试的参数愈多试件数量愈大，采用正交设计法进行设计，可以大幅减少试件数量的同时满足试验目标的要求。
正交试验设计法是将参数组合与试验结果合并在一起考虑，一方面使试件数量减少，同时还能提供丰富的量测数据和试验信息，最终得出全面的试验结论，它主要是使用正交表这一工具来进行整体设计、综合比较，可以妥善解决实际所作少量试件试验与要求全面掌握内在规律直接的矛盾。
试件数量的设计直接关系到试验的工作量，在实践中我们应该使整个试验的试件数目要少而精，以质取胜，切忌盲目追求数量，要使所设计的试件尽可能做到一件多用，即以最少的试件、最少的经费，得到最多的数据，以满足研究目的和要求。
因子数：
影响因素的个数；水平数：
每种影响因素的等级数；理论上，试件数量=水平数因子数
25、实验四（钢桁架试验）的要点。
26、低周反复加载静力试验的加载制度。
（P.157）
1、单项反复加载制度，包括控制位移加载法、控制作用力加载以及控制作用力和控制位移的混合加载等三种方法。
控制位移加载法是目前在结构抗震恢复力特性试验中使用最为普遍和最多的一种加载方法，它在加载过程中以位移为控制值，以屈服位移的数倍作为加载的控制值，根据控制位移的不同，可分为变幅加载、等幅加载和变幅等幅混合三种。
2、双向反复加载制度
为了研究地震作用对结构构件的空间组合效应，克服结构构件在采用单方向（平面内）加载时不考虑另一方向（平面外）地震作用对结构影响造成的局限性，可在X、Y两个主轴方向同时施加低周反复荷载，对框架柱或压杆的空间受力情况以及框架柱节点在两个主轴方向所在平面内采用梁端加反复荷载试验分为X、Y轴双向同步加载和X、Y轴双向非同步加载。
27、电阻应变计（应变片）的工作原理。
电阻应变片的工作原理是基于电阻丝具有应变效应，即电阻丝的电阻值随其变形而发生改变。
R=p*L/A，dR/R=Kε（电阻应变计工作原理），应变片的电阻变化率与应变值呈线性关系，K。
为单丝灵敏系数，对多大数电阻丝而言，K。
为常量，对丝栅状应变片或箔式应变片，考虑到已不是单丝，故用灵敏系数K代替K。
28、测量简支梁或悬臂梁的挠度和弯矩时，测点如何布置？
实际挠度的计算方法如何？
（P108-109）
梁的挠度值是量测数据中最能反映其总的工作性能的一项指标，因为梁的任何部位的异常变形或局部破坏（开裂）都将通过挠度或在挠度曲线中反映出来。
对梁结构最主要的是测定跨中最大挠度值及梁的弹性挠度曲线。
在试验中，为了得到梁的实际挠度值，试验时必须考虑支座沉陷的影响，由于荷载的作用，其两个端点出的支座常常会有沉陷，以致使梁产生刚性位移，因此，如果跨中的挠度是相对地面进行测定的话，则同时还必须测定梁两端支承面相对同一地面的沉陷值，所以至少布置三个测点。
由于支座承受的巨大作用力，将或多或少地引起周围地基的局部沉陷，因此安装仪器的架子必须离开支座墩子有一定距离，在永久性的钢筋混凝土台座上进行试验时，上述地基沉陷可不考虑，两端部的测点可以测量梁端相对于支座的压缩变形，从而可以比较正确地测得梁跨中的最大挠度fmax。
对于跨度较大的梁，为了保证量测结果的可靠性，并求得梁在变形后的弹性挠度曲线，则相应地增加至5~7个测点，并沿梁的跨间对称布置。
对于宽度较大的梁，必要时应考虑在截面的两侧布置测点，所需仪器的数量也就需要增加一倍，此时各截面的挠度取两侧仪器读数的平均值。
Fmax=fn-（fa+fb）/2。
fa、fb为简支梁两段的挠度变形值，fn为跨中百分表所记录挠度变形值。
补充：
对于应变测量，梁属于受弯构件，要量测由于弯曲产生的应变，一般在梁承受正负弯矩最大的截面或弯矩有突变的截面上布置测点，对于变截面的梁，则应在抗弯控制截面上布置测点（即在截面较弱而弯矩值较大的截面上），有时也需在截面突然变化的位置上布置测点，若只求测量弯矩引起的最大应力，则只需在该截面上下边缘纤维出安装应变计即可，为减少误差，上下纤维上的仪表应设在梁截面的对称轴上或是在对称轴的两侧各设一个仪表，以求取它的平均应变量。
弯曲应力测量，在梁的纯弯曲区域内，梁的截面上仅有正应力产生，故在该处截面上可仅布置单向的应变测点，平面应力测量，需要在既受弯矩剪力作用的截面上布置直角应变网络，通过三个方向上应变的测定，求得最大主应力的数值及作用方向。
对于测点箍筋和弯起钢筋的应力测量，除了混凝土表面需要布置测点外，通常在梁的弯起钢筋和箍筋上布置应变测点，对于翼缘与孔边应力测量应该在翼缘宽度布置测点。
29、回弹法评定混凝土强度的数据处理方法（计算方法）。
回弹值R=x/l。
x为重锤反弹位置或重锤回弹时弹簧拉伸长度；l为弹击弹簧的初始拉伸长度；评定方法：
1、测区大于或等于10或按排号检测，fccu=（平均）fcu-1.645σfcu；
2、测区小于10个，取最小值；
采用试验归纳法，建立混凝土强度fcu与回弹值R之间的一元回归公式。
回弹值R=x/l。
x为重锤反弹位置或重锤回弹时弹簧拉伸长度；l为弹击弹簧的初始拉伸长度；采用试验归纳法：
fccu（某测区混凝土的强度换算值）=A（Rm）B
Rm为该区平均回弹值；A、B为常数项，按原材料条件等因素不同而变化。
回弹法测点混凝土强度对于每一结构与构件的测区数目应不少于10个，每个测区的大小宜为0.04平方米，以能容纳16个回弹测点为宜。
两个相邻测区的间距应控制在2m以内，而测区宜选在使回弹仪处于水平仪方向检测的混凝土浇筑侧面。
测点宜在测区内均与分布，同一侧点只允许弹击一次，测点不应在气孔或外露石子上，相邻两测点的净距一般不小于20mm，测点距离距离结构件边缘或外露钢筋，预埋件的距离一般不小于30mm，每一个测点的回弹值读数估读至1。
回弹值测完后，要在每个测区上选择一处测量混凝土的碳化深度，在测区表面用适当的工具形成直径为15mm的孔洞，去除孔中的碎屑和粉末，再用1%的酚酞酒精滴在孔洞内壁的边缘处，再用钢尺测量自混凝土表面到深部不变色的深度，即为碳化深度。
当回弹仪按水平方向测得砼浇筑侧面的16个回弹值后，提出3个最大和3个最小，余下10个取平均，在非水平方向测试时须进行不同角度的修正。
Rm=（1/10）∑（i=1,10）Ri；Rm为测区平均回弹值，精确至0.1；Ri为第i个测点的回弹值；
平均碳化深度dm=（1/n）∑（i=1,n）di，dm为测区的平均碳化深度值，精确到0.5mm，di为第i次测量的碳化深度值，n为测量次数。
最后由实测Rm和dm的值，按测区混凝土强度值换算表（分国家、地方、专用）求得测区混凝土强度的换算值fccu，并由此评定检测结构构件的混凝土强度。
补偿：
静力试验加载分级的目的：
为了方便控制加（卸）载速度和观测变形与荷载的关系，也为了统一各点加载步骤和为取各种数据提供所需时间。
2008年复习提纲
1、建筑结构试验的分类。
（按对象P.5-6）
2、试验构件方案设计的内容。
（P.72）
1、试件的形状；2、试件的尺寸；3、试件的数量；4、试件的制作与安装（试件尺寸误差、保护层厚度控制、材料强度控制、传感器及应变片的埋置、构造措施设计、试件的安装就位）；5、辅助式试件设计。
3、测试方案的内容。
（P.92）
1、按整个试验目的要求，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、选择测试仪器和测定方法；
4、结构试验常用的加载方式。
（P.9-23）
重力加载、机械力加载、气压加载、液压加载、惯性力加载、电磁加载、人激振动加载、振动台。
5、确定试件数量的要素（P.76）。
因子数和水平数
6、试件的形状与试验方法的关系。
在设计试件形状时，虽然和试件的比例无关，但最重要的是需要形成和设计目的相一致的应力状态，还必须满足边界条件、加载要求、安装固定、试验的破坏特征等
7、试验测点数目多少为好？
测点的数量和布置必须是充分合理的，同时是足够的。
8、应变片测量的应变值的实质。
9、结构的阻尼比与应变振幅衰减率的关系。
1、当ω/ω。
》1，D<1时，由于此时振动体振动频率较之仪器的固有频率大很多，不管阻尼比D大还是小，Xm/X。
趋近于1，而φ趋近于180。
；2、当ω/ω。
约等于1，D》1时，拾振器反应的示值与振动体的速度成正比，故称为速度计；当ω/ω。
《1，D<1时，拾振器反应的位移与振动体的加速度成正比，比例系数为当1/ω。
2，称为加速度计。
10、回弹法检测混凝土的强度的原理、方法、局限性。
超声和回弹都是以混凝土材料的应力应变行为与强度的关系为依据的，超声波在混凝土材料中的传播速度反映了材料的弹性性质，由于声波穿透被检测的材料，因此也反映了混凝土内部构造的有关信息，回弹法的回弹值反映了混凝土的弹性性质，同时在一定程度上也反映了混凝土的塑性性质，但它只能确切反映混凝土表层约3cm厚度的状态。
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