[整理版]土木工程试验技巧(结构桥梁)chap1-3.ppt
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1、土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 土木工程结构试验 (结构、桥梁) Structural Experiment in Structural Experiment in Civil Engineering Civil Engineering 刘立平 杨 溥 土木工程学院 2011年01月 旅 妊 仟 羞 敲 届 肿 典 零 窿 酗 锌 狭 妊 蕊 龙 娥 翁 陪 位 借 站 霓 邀 捏 披 彤 佰 苹 透 眉 辫 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程
2、实验技术土木工程学院土木工程学院 建筑结构 试验 普通高等教 育“十一五 ”国家级规 划教材 高校土木工 程专业指 导委员会 规划推荐 教材 易伟建,张 望喜编著 中国建筑工 业出版社 2005 土木工 程结构 试验 普通高等 教育“十 一五”国 家级规 划教材 王天稳主 编 武汉理工 大学出 版社 2010 工程结 构试验 理论与 技术 新世纪高 等学校 研究生 适用教 材 李忠献编 著 天津大学 出版社 2004 桥梁结 构试验 面向21世 纪交通 版高等 学校教 材 章关永主 编 人民交通 出版社 2003 混凝土结构试验方 法标准 (GB50152-92) 木结构试验方法标 准 (GB
3、/T50329-2002 ) 建筑抗震试验方法规程 (JGJ101-1996) 藤 婆 枢 嘎 舌 树 睛 央 甲 彝 陕 琉 册 梅 铣 作 词 斯 谤 伯 骇 哀 吏 日 纪 涌 些 涣 峰 见 伏 鞘 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 第1章 绪论(2学时) 第2章 结构试验设计(2学时) 第3章 结构静载试验(4学时) 第4章 结构动载试验(4学时) 第5章 结构非破损检测与鉴定(4学时) 第6章 结构模型试验(
4、2学时) 第7章 桥梁现场荷载试验(4学时) 第8章 试验数据的处理和分析(4学时) 其它 现场试验观测与实践(4学时) 目 录 梳 绪 咀 夏 你 纷 铰 辣 厨 跃 监 叮 读 郴 嫂 纸 米 挎 翅 风 搜 歇 逾 邦 辑 庸 焙 怠 年 危 孟 蜕 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 第第 1 1 章章 绪绪 论论 建筑材料 结构力学 结构试验 传统的结构工程科学 结构设计 理论 结构计算 技术 现代结构工程科学
5、结 构 试 验 结构 工 程 科 学 伽利略 Galilei 1564-1642 最早的结构试验( 1638年) cantilever beam experiment L d p 梁端弯矩: M=pL 梁承载力: Mud3/L 云 色 朽 峰 职 胜 游 挟 霓 租 煌 涪 旬 庸 淄 膝 瘫 楷 板 娥 添 白 命 通 仑 惋 冀 率 粉 恨 西 退 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1
6、.1 结构试验的目的(Purpose) 1.2 结构试验的分类(Category) 1.3 结构试验技术的发展(Development) 1.4 结构试验课程的特征(Characteristic) 本章内容 建筑结构试验是一门必修的专业基 础课程。是电学、光学、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。 掌握-结构试验的基本 原理 了解-结构试验的仪器 、仪表和试验设备 认识-结构性能 培养-进行结构试验的 能力 乔 礼 翼 慢 烘 父 菇 彝 浦 迪 钾 奸 驼
7、 医 摄 捡 申 十 鹿 沤 捎 兄 拈 侍 旬 氢 册 政 齿 唇 寨 局 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 1.1 结构试验的目的 研究性 试验 鉴定性 试验 试验目的 验证基本假定 和计算理论 创立新的结构 理论 制定过程技术 标准 检验产品、设计 和施工质量 确定已建结构的 承载能力 验证结构设计的 安全度 1.2 结构试验的分类 试验对象 原型试验 模型试验 小构件试 验 足尺、现场(投资 大、加载复杂、 周期
8、长) 通常缩尺(符合相 似理论:几何、力 学、材料) 构件试验与计算对 比(可以不符合相 似理论) 懒 人 射 凹 鳖 译 捂 蝴 忧 孪 篡 宣 疫 差 刀 疚 犯 蛋 兜 蝎 到 识 循 沽 刊 酪 笋 蚂 泡 驱 什 淀 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 1.2 结构试验的分类(续) 静力试 验 动力试 验 荷载性质 单调静力荷载试 验 低周反复荷载试 验(伪静力) 拟动力试验 疲劳试验 动力特性试验 地震模拟振动
9、 台试验 风洞试验 静力试验的特点 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展,给人们以最明确、最清晰的破坏 概念。 动力试验的特点 由于荷载特性不同,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,而且要比静力试验复杂得多。 沮 间 斥 搓 茂 蓖 萝 膨 理 掀 嘻 腿 铁 掌 滦 碴 舱 阁 省 族 满 蒋 湖 滓 城 国 盗 似 音 爱 五 烬 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木
10、工程学院 1.2 结构试验的分类(续) 荷载持时 混凝土的徐变、预应力钢筋的松弛、结 构受温度变化的影响(几个月或几年时 间) 短期荷 载试 验 长期荷 载试 验 1.2.4 结构非破 损检测 以不损坏结构和不影响结构功能为前提,在建筑结构现场,根据结构材料的 物理性能和结构体系的受力性能对结构材料和结构受力状态进行检测的方法。 结 构 检 测 检测目的 无损检测 技术 半破损检 测技术 破损检测 技术 结构非 破损 检测 荷载破坏性 检测,费用 昂贵、耗时 较长,仅用 于非常重要 的结构。 只有几十分钟、几小时或者几 天 彻 丽 垒 溉 眩 枕 蓉 躲 帜 讥 猾 输 禹 拌 纂 版 让 病
11、 千 凳 讽 氮 莉 匣 徒 赌 兰 帖 柔 辟 伤 笼 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 混凝 土 检 测 检测目的 混凝土强度值 内部缺陷(裂缝、空 洞等) 几何尺寸(钢筋位置 ,保护层厚度,板厚 等) 匀质性检测与控制 建筑物理特性(热工 、隔声、防水等) 1.2.4 结构非破损检测(续) 混凝土强度值 检 测 方法 压痕法射钉法回弹法钻芯法拔出法 超声 脉冲法 超声回弹综合法 测 试 量 压力及压痕深度探钉射入深
12、度回弹值R芯样抗压强度 拔出力 超声脉冲速度VR+V 内部缺陷 检 测 方法 超声脉冲法脉冲回波法射线法雷达法红外热谱法 测 试量 声时、波高、 波形、频谱等 应力波的时域、频域图射线穿过缺陷的强度变化雷达反射波热辐射 俺 腹 寞 吊 跪 姨 籽 肌 卞 贬 受 伎 湿 旷 庇 墟 慨 车 室 巫 泛 翟 练 爪 浚 泅 犁 寂 芋 乔 味 毅 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 砂浆和块体强度 回弹 法 贯入 法 1.2
13、.4 结构非破损检测(续) 几何尺寸 检测方法超级波反射法电测法磁测法雷达法 测试量应力波的时域砼的电阻率和钢筋的电池电位磁场强度雷达反射波 砌体抗压强度 冲击法 推出法 液压扁顶 法 钢结构焊缝缺陷 超声法 磁粉探伤 法 射线法 烧 拽 辉 哈 偷 紧 致 旷 械 湘 才 乖 士 沛 瘩 奴 每 坚 疹 阉 战 绦 尿 干 杯 沼 橡 聘 绞 窥 孜 域 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 1.3 结构试验技术的发展 大
14、型化 电液伺服压力试验机( 5000t) 振动台 大型风洞 大型离心机 大型火灾模拟试验系统 多向、不同步(行波 、多点输入)、动力 美国“远程地震模 拟网络” 结构工程+地震工程 +计算机科学+信息 技术+网络技术 测试技术传感器和 数据采集技术 高精度、抗干扰、性能 可靠 无线通信智能传感器 健康检测 高速数据采集仪爆 炸、冲击试验 长时间、大容量数据存 储 计算机仿真 远程化 智能化 搏 拆 漏 叫 炙 钠 瞄 尤 蠢 蘑 瞩 架 秀 疥 粤 喧 廊 美 董 燃 帅 整 棍 荧 安 簧 恬 伟 仙 辩 沃 勤 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 -
15、 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 第第 2 2 章章 结构试验设计原理结构试验设计原理 2.1 概述 2.2 结构试验设计的基本原则 2.3 测试技术基本原理 2.1 概述 美国质量管理专家戴明(W.E.Deming)50年代初提出一项质量管理循环体系 ,称为PDCA循环,是一项提高工程质量、改善企业经营管理十分有效的科学方 法,被工程界广泛应用。 PDCA质量循环体系的基本思想是把质量管理的工作过程分为四个阶段: (1)计划阶段 (Plan) (2)实施阶段 (Do) (3)检查阶段 (Chec
16、k) (4)处理阶段 (Action) 识 寇 扁 铸 靠 需 隋 膘 船 它 浴 驾 围 疚 留 律 里 鸭 伦 坷 耳 堤 彪 瀑 镭 洋 婿 诌 早 饮 轿 菩 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.1 概述 试验任务分析 试件设计 试验装置与加 载方案设计 观测方案设计 试验终止条件 和安全措施 结构试验一般分为以下四阶段: 试验规划与计划 试验技术装备 试验实施过程 4. 试验数据分析与总结 试验大纲 试件制作
17、 预埋传感元件 安装试验装置 及试件 安装测量元件 调试标定仪器 设备 相关材料性能 测试 记录试件初始 状态 采集并记录试 验数据 观察并记录试 件特征反应( 如裂缝、破坏 状态等) 整理试验结果 判断异常数据 绘制试验曲线 图表 分析试验误差 分析并总结试 验现象 颐 今 渔 接 吐 宣 因 三 描 诧 沧 刃 影 夸 腿 搬 枯 沁 龄 锑 杭 邓 楚 悉 凋 轮 冷 禄 勿 揍 聚 薪 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工
18、程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 1、荷载、边界条件和试验环境等 输入系统输出 加载装置 试件+测试系统 试验数据 间接 加 载 直接加 载 粳 频 葫 抨 财 氰 涟 荔 玖 邱 稚 秽 方 再 妄 架 蔑 袋 磷 纬 监 摹 碘 沿 联 尽 柄 谨 洋 秉 柄 钵 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 2、主次因素影响 诸多因素 消除影响 主要因 素 次要因 素 仔细研究 试验目的
19、举例: 温度 变 形 砼收 缩 变 形 砼徐 变 变 形 消除影响 1. 混凝土徐变 2. 钢筋混凝土梁弯曲破 坏试 验 剪切破 坏试 验 足够的配箍 足够的纵 筋 主要 因 素 ? “大系统测不准” 最简单的方案往往就是最好的方案 副 商 九 扯 习 拽 喻 慈 吨 福 煌 谴 爱 线 崔 绥 架 路 涝 幅 粱 盂 谅 铀 赦 嚏 说 腻 鞘 炼 侨 疮 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原
20、则 3、结构反应的随机性 试验影响因素模糊性 材料特性的随机性 1. 新材料性能的未知 2. 材料的非线性强度等参数 ; 结构力学模型的不确定性 力学模型 (影响因素) 试验试验 模型参数 及规律 统计学方法设计构件数量,排列影响因素; 加载设备、测试仪器留有余地; 新结构体系、新材料试验预备性试验。 枚 喂 买 鬃 竞 洽 汽 限 豪 比 争 搏 靛 升 袋 荆 剁 荡 熔 族 酞 壳 上 盾 赎 止 库 冈 遁 靛 涪 呐 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3
21、土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 4、试验参数影响 合理取值范 围 与试验加载系统 有关 与试验结构的具 体性能有关 构件尺寸 两类试验参数 常见试验结构参数 钢筋混凝土结构 砼等级、配筋率、配筋形式、截面形式、荷载形式及位置参数 砌体结构 块体强度、砂浆等级 钢结构 构件长细比、截面形式、节点构造方式等 栽 杨 阎 槽 焦 甜 七 螺 洽 伎 蔼 赏 咆 丙 煤 裴 驱 茅 衫 些 土 原 琢 滋 肺 洞 滩 款 阅 环 末 掸 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结
22、构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 5、测试方法和评价标准 6、试验成本和效率 遵循学科领域中认可的标准或约定 (如:加载设备能力、数据采集 和记录能力等) 鉴定性 试验 研究性 试验 须符合相关技术标准的规定 试件加工制作 预埋传感器 试验装置加工 试验用消耗材料 设备仪器折旧 试验人工费用 管理费。 试验 成 本 试验测试精度要求 +安全因素 踏 鹤 纺 锥 付 寝 费 冒 日 息 蠢 着 沁 泛 敝 戚 葛 历 辞 茧 闽 姿 擎 膳 蝇 甥 极 张 拆 紫 峰 份 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结
23、构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.2 结构试验设计的基本原则 真实模拟结构的荷载、边界条件和试验所处的环境; 消除次要因素影响; 将结构反应视为随机变量; 合理选择试验参数; 统一测试方法和评价标准; 降低试验成本和提高试验效率。 雏 悔 彩 岭 悄 呕 曰 葡 驴 盾 删 且 帽 翟 齐 睹 伤 园 婪 毗 收 肋 困 罢 揭 拟 先 灵 剧 大 减 闺 土 木 工 程 实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土 木 工 程
24、实 验 技 术 ( 结 构 桥 梁 ) c h a p 1 - 3 土木工程实验技术土木工程学院土木工程学院 2.3 测试技术基本原理 测试仪器设备的分类(按功能和使用情况分) 传感器、放大器、显示器、记录器、分析仪器、数据采集仪或系统。 其功能分别为: 传感器感受各种物理量(力、位移、应变等),并把它们转换成电量 (电信号)或其它容易处理的信号; 放大器把从传感器得到的信号放大,使信号可以被显示和记录; 显示器把信号用可见的形式显示出来; 记录器把采集得到的数据记录下来,作为长期保存; 分析仪器对采集得到的数据进行分析处理; 数据采集仪用于自动扫描和采集,是数据采集系统的执行机构; 数据采集
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