同济大学《建筑结构试验》课件1

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1112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）3031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5354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