第一节结构试验设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 结构试验设计,1.1,概 述,1,、结构试验过程,：试验设计、试验准备、试验实施和试验分析四个阶段。其中试验设计是结构试验成功与否的关键环节。,2,、试验设计内容,试件设计：试件形状、尺寸、数量,荷载设计：荷载图式、加载设备、加载制度,观测设计：观测项目、测点布置、测试仪器,误差控制：试件制作安装、材料性能、加载及测量误差,安全措施：试验人员、试验对象、仪器设备的安全,试验进度：,经费预算：,第一章 结构试验设计1.1 概 述,3,、试验准备,试件制作与安装,加载设备安装调试,测试设备标定、调试,材料性能试验,试验人员组织分工。,4,、试验实施,加载试验,数据采集,裂缝分布图,破坏形态记录,5,、试验分析,数据的处理,结构性能参数,结构破坏机理,结构性能评价,3、试验准备5、试验分析,试件可以是原型的全部或部分。设计时，突出研究问题的主要因素，忽略只要因素，确保试验中研究部位受力一致。,科研试验,：试件形状、尺寸、数量和构造，同时满足结构和受力的边界条件要求。,鉴定试验,：确定具体试验或检验的部件和部位。,重要工程综合鉴定,：选结构受力最不利部位。,施工质量和受灾结构,：以受损程度和加固补强的需要，确定测试部位和构件。,预制构件检验,：按相关标准规定，在同批产品中随机抽取检验样品数量。（,GB50204-2002,砼施规范）,1.2,试件设计,试件可以是原型的全部或部分。设计时，突出研究问题的主要因素，,第一节结构试验设计课件,第一节结构试验设计课件,第一节结构试验设计课件,第一节结构试验设计课件,第一节结构试验设计课件,一、试件形状,试验时形成和实际工作相一致的应力状态和边界条件。框架梁、柱和节点试件设计：,试验柱,A-A,、,B-B,部位,一、试件形状试验时形成和实际工作相一致的应力状态和边界条件。,框架梁,C-C,、,D-D,试件,框架节点试件梁柱取,1/2,梁跨和,1/2,柱高,柱挠曲破坏,柱剪切破坏,框架梁C-C、D-D试件框架节点试件梁柱取1/2梁跨和1/2,砌体墙体试件,横墙,纵墙,砌体墙体试件横墙纵墙,二、试件尺寸,试件尺寸受到,尺寸效应、构造要求、试验设备和经费条件,等因素的制约。一般情况，研究性试验采用缩尺模型。研究局部：,1,4,1,，研究整体结构：,1,10,1,2,。鉴定性：选用原型构件，如屋架、吊车梁和屋面板。,框架：,1/4,1/2,；框架节点：,1/2,1,。,单层剪力墙,0.8x1.0,1.78x2.74M,，多层,1/10,1/3,砌体墙体：,1/4,1/2,。,薄壳和网架等大跨结构：,1/5,1/20,。,振动台试验模型：,1/50,1/4,。,二、试件尺寸试件尺寸受到尺寸效应、构造要求、试验设备和经费条,三、试件数量,鉴定试验：,预制构件按“,GB50204-2002,砼施工验收规范”规定，每批（不超过三个月的,1000,件同类型产品为一批）中随机抽取,一件,进行检验。,抽样时，取设计荷载最大、受力最不利或生产数量最多的构件中抽取。,（“同类型产品”是指采用同一钢种、同一混凝土强度等级、同一工艺、同一结构形式的构件）。,三、试件数量鉴定试验：,科研试验,：由研究问题的影响因素个数,A(,分析因子）和每个因素的变化数,B,（水平数）确定。,砖砌体的抗剪强度与截面积、砂浆强度、垂直应力,试件号,截面积,A,砂浆强度,垂直压应力,抗剪强度,1,0.2,0.5,0.064,0.09,2,0.2,0.5,0.302,0.24,3,0.2,2.5,0.064,0.169,4,0.2,2.5,0.302,0.407,5,0.7,0.5,0.064,0.064,6,0.7,0.5,0.302,0.160,7,0.7,2.5,0.064,0.111,8,0.7,2.5,0.302,0.275,fv,随,A,增大而降低，随砂浆强度提高而增大，并随垂直应力的增加而提高。,科研试验：由研究问题的影响因素个数A(分析因子）和每个因素的,利用正交试验设计，可以减少试件数量（等于,水平数的平方,）。如砖抗剪强度研究的试件为,4,。但不能提供某一因子的单值变化。,试件号,截面积,砂浆强度,垂直压应力,抗剪强度,1,0.2,0.5,0.064,0.09,4,0.2,2.5,0.302,0.407,5,0.7,0.5,0.302,0.160,7,0.7,2.5,0.064,0.111,(1+4)/2,0.2,1.5,0.183,0.248,(5+7)/2,0.7,1.5,0.183,0.136,(1+5)/2,0.45,0.5,0.183,0.125,(4+7)/2,0.45,2.5,0.183,0.257,(1+7)/2,0.45,1.5,0.064,0.105,(4+5)/2,0.45,1.5,0.302,0.283,利用正交试验设计，可以减少试件数量（等于水平数的平方）。如砖,四、构造措施,防止局部受压破坏和按预定的破坏方式破坏。,四、构造措施防止局部受压破坏和按预定的破坏方式破坏。,1.3,荷载设计,试件就位形式,、,荷载图式,、,荷载装置,及,加载制度,的设计等。,一、试件就位形式,1,）正位试验：试验时，结构构件安装位置与实际工作状态相一致。,1.3 荷载设计试件就位形式、荷载图式、荷载装置及加载制度的,2,）异位试验：试验时，结构构件安装位置与实际工作状态不相一致。便于加载和观测，试验较安全。,反位试验：与正位试验在空间位置上相差,180,度。,2）异位试验：试验时，结构构件安装位置与实际工作状态不相一致,卧位试验：与正位试验在空间位置上相差,90,度。,1.,试件,2.,加固后作荷载平衡用的屋架,3.,支承反力架,1.,液压加载器,5.,荷载传感器,图,4,9,屋架成对卧位试验,3,）原位试验,卧位试验：与正位试验在空间位置上相差90度。,二、 荷载图式,荷载图式：与结构设计计算的荷载图式，或者实际荷载情况一致。有时受试验条件的限制和加载方便，也常用等效荷载图式（控制截面内力相等，内力图形相近）。,二、 荷载图式 荷载图式：与结构设计计算的荷载图式，或者实,等 效 荷 载,等 效 荷 载,框架梁图式 柱荷载图式,框架梁图式,框架节点荷载图式,框架节点荷载图式,框架节点梁端和柱端边界模拟,框架节点梁端和柱端边界模拟,三、荷载装置,1,、应有足够的,强度,储备：加载值的,1.7,倍。,2,、应有足够的,刚度,：减小试件临近破坏时，试验装置积蓄的变形能量对试件产生过大冲击。,3,、满足试件的边界条件和受力变形的真实状态，不产生卸荷和约束作用。,4,、注意支承点摩擦力对试件的影响。,三、荷载装置1、应有足够的强度储备：加载值的1.7倍。,第一节结构试验设计课件,第一节结构试验设计课件,第一节结构试验设计课件,四、试验荷载值,裂缝宽度,：正常使用极限状态试验荷载值,Qs,。,抗裂性试验,：抗裂检验系数,(,实测值,/,设计值,) XQs,；,承载能力试验,：承载力检验系数,(,实测值,/,设计值,) XQd,。,科研试验：根据材性和截面的实际参数计算试验荷载值。,鉴定试验：对于已建结构的可靠性检验，由于材性和截面的实际参数已知，,也可参照科研性试验的方法来确定试验荷载值。,结构动力试验：应考虑动力荷载的动力系数。,四、试验荷载值裂缝宽度：正常使用极限状态试验荷载值Qs 。,五、 加载制度,1,）概念：指试验进行期间荷载的大小和方向与时间的关系。,2,）加载制度：预载、标准荷载（正常使用荷载）和破坏荷载。,五、 加载制度1）概念：指试验进行期间荷载的大小和方向与时间,预载,1,）目的：,使试件进入正常工作状态；检验加载装置的可靠性和测试系统是否工作正常。,2,）荷载,：一般分三级，每级,20%,标准荷载，然后分,2-3,级卸完。对混凝土构件不超过,70%,开裂荷载。,标准荷载,Q,S,：,1),一般原则：,五级，每级,20%Q,S,。,Q,S,后每级,10% Q,S,；,90%,开裂或破坏荷载后，每级,5% Q,S,。,2),对于柱,，按,(1/101/15)Q,u,分级，接近开裂和破坏荷载时每级细分,2-3,级。,3),对于砌体,，按,10%Q,u,分级，,80%,后不分级。,卸载：,按加载级别，也可放大级别，可取,20,50,Q,S,。,持荷时间,：钢结构,10min,；钢筋砼结构,15min,，标准荷载时,30min,。抗裂检验荷载：,10-15imn,；大跨：短期荷载下,12h.,预载,1.4,观测设计,试验目的,=,观测项目,=,测点布置,=,测量仪器,一、观测项目,1,、静力试验,整体变形：挠度、位移、转角和支座偏移等；,局部变形：应变、裂缝、钢筋滑移等。在确定试验的观测项目时，首先应该考虑整体变形。,2,、动力试验,动力特性：自振频率（周期）、振型和阻尼,动力反应：振幅、频率（频谱）、速度、加速度、动应变、动力系数等。,1.4 观测设计试验目的=观测项目=测点布置=测量仪器,1.4,观测设计,（续）,二、测点布置原则,1,、测点数量：满足试验要求的前提下，宜少不宜多。测某一部位的最值：,1-3,点（最大挠度、应力）；测分布规律不少于五点（如挠曲线、截面应力分布）。,2,、测点位置：具有代表性。,控制测点：最不利位置,校核测点：结构边缘凸角，对称位置。,方便安全，便于操作。,1.4 观测设计（续）二、测点布置原则,1.4,观测设计,（续）,三、测量仪器选择,仪器精度,：仪表的最小刻度不大于,5%,的最大被测值。,仪器量程,：被测最大值在,1/5-2/3,量程内。,型号规格：,尽可能一致，种类愈少愈好。,仪器种类,：被测物理量的类型和测点位置、数量。测点数量很多且测点又位于很高很远的部位，则采用电测仪表和自动记录仪器。,动测仪器,：线性范围、频响特性、相位特性和仪器的配套性。,1.4 观测设计（续）三、测量仪器选择,四、数据测读,1,）试验前，进行读初始读数。,2,）试验时，在每级加载、卸载间歇时间内，同时读取数据。,3,）当荷载维持较长时间不变时（如,12h),，应该按规定时间（如加载后的,5,分钟、,10,分钟，,30,分钟，,1,小时），以后每隔,3,6,小时读数一次。同样，当结构卸载完毕（空载）时，也应按规定时间记录变形的恢复情况。,4,）长时间试验，每次读数的同时记录周围环境的温度。,5,）动载试验和抗震试验，加载与观测同步进行。,四、数据测读1）试验前，进行读初始读数。,1.5,误差控制,试件制作误差,：严格制作，试验前后测量试件有关尺寸，,采用试件的实测尺寸进行理论计算,。,材料性能误差,：试件制作时预留材料试样，测量其力学性能，,计算时采用实测材料强度,。,试验装置误差,：不能模拟边界，加载对试件产生约束或卸载。杠杆比例太大使杠杆倾斜产生水平分力，分配梁比例过大和滚动支座设置不当。,1.5 误差控制试件制作误差：严格制作，试验前后测量试件有关,1.5,误差控制,（续）,试件安装误差,：支座位置、荷载作用点、支座约束条件。,严格与设计相符。,仪器误差,：仪器安装、使用不当误差和以其本身的量测误差。,严格按仪器操作规程使用仪器，测量前后进行系统标定减少误差,。,试验方法非标准误差,：砼试块的尺寸和加载速率，尺寸效应的影响。,按有关标准的要求进行试验,。,1.5 误差控制（续）试件安装误差：支座位置、荷载作用点、支,1.6,安全措施（人员、仪器设备和试件）,试件安装要注意,吊点的设置,，防止开裂与倾覆。,荷载装置,应有足够安全储备，以防加载装置破坏。,严格遵守设备的操作规程使用加载设备。,增设保护措施，防止试件失稳和倒塌：,对长细试件设置侧向支撑防止侧向失稳。,设置安全托架和支墩垫块，,防止试件破坏时所加荷载或杠杆等随试件一起塌下。,附着式机械仪表应设保护装置，防止试件破坏时损害仪表。,试验进入,破坏阶段时,，应采取特别,防护措施,，防止碎块、钢筋飞出，危及人身和仪器设备的安全,1.6 安全措施（人员、仪器设备和试件）试件安装要注意吊点的,1.7,试验大纲和试验报告,试验大纲（包含试验设计的全部内容）,1,试验目的。,2,试件设计及制作要求（试件设计的依据及理论分析，试件数量及施工图，对试件原材料、制作工艺、制作精度等的要求）。,3,辅助试验内容（辅助试验的目的，试件的种类、数量及尺寸，试件的制作要求，试验方法等）。,4.,试件的安装与就位（试件的支座装置，保证侧向稳定装置等）。,5,加载方法（荷载数量及种类，加载设备，加载装置，加载图式，加载程序）。,1.7 试验大纲和试验报告试验大纲（包含试验设计的全部内容）,1.7,试验大纲和试验报告,（续）,6,量测方法（测点布置，仪表型号选择，仪表标定方法，仪表的布置与编号，仪表安装方法，量测程序）。,7,试验过程的观察（试验过程中除仪表读数外在其他方面应做的记录）。,8,安全措施（安全装置，脚手架，技术安全规定等）。,9,试验进度计划。,10,、附件（经费，器材及仪表设备清单等）。,1.7 试验大纲和试验报告（续）6量测方法（测点布置，仪表,1.7,试验大纲和试验报告,（续）,试验报告,（,1,）试验目的,（,2,）试验对象,（,3,）试验依据,（,4,）试验方案：模型、测试、加载,（,5,）试验情况描述,（,6,）试验结果处理与分析,（,7,）技术结论,（,8,）附录,1.7 试验大纲和试验报告（续）试验报告,