《建筑結(jié)構(gòu)試驗》PPT課件.ppt

1 建筑結(jié)構(gòu)試驗 建 筑 結(jié) 構(gòu) 試 驗 任課教師：薛偉辰 2 建筑結(jié)構(gòu)試驗 建筑結(jié)構(gòu)試驗課程介紹 建筑結(jié)構(gòu)試驗是以 實驗技術(shù) 為手段，測量能反映結(jié) 構(gòu)或構(gòu)件 實際工作性能 的有關(guān)參數(shù)，為判斷結(jié)構(gòu)的 承載 能力和安全儲備 提供重要根據(jù)。 建筑結(jié)構(gòu)試驗是工業(yè)與民用建筑專業(yè)的一門專業(yè)技 術(shù)課程。本課程的任務(wù)是使學(xué)生獲得建筑結(jié)構(gòu)試驗方面 的基礎(chǔ)知識和基本技能，能夠進行一般建筑結(jié)構(gòu)試驗的 設(shè)計與實施。 3 建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計 試件設(shè)計 加載方案 荷載設(shè)備 測試方案 數(shù)據(jù)采集和測 量儀器 4 建筑結(jié)構(gòu)試驗 課 時 安 排 第一章 結(jié)構(gòu)試驗概論 第三章 結(jié)構(gòu)試驗的荷載設(shè)備 （ 2課時） （ 2課時） 第四章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)采集和測量儀器 （ 2課時） 第二章 結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計 第五章 結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗 第六章 結(jié)構(gòu)低周反復(fù)靜力加載試驗 第九章 結(jié)構(gòu)試驗現(xiàn)場檢測技術(shù) 第十章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)處理 （ 4課時） （ 2課時） （ 2課時） （ 2課時） （ 2課時） 5 建筑結(jié)構(gòu)試驗 第一章 結(jié)構(gòu)試驗概論 6 建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗與理論分析的關(guān)系： 作為一門試驗科學(xué)，目的是 對結(jié)構(gòu)物的受力性能作 出評價，并為驗證和發(fā)展計算理論 提供依據(jù)； 當 計算理論比較完善 ，足以分析結(jié)構(gòu)物的受力特性 時，則無須進行結(jié)構(gòu)試驗； 當計算理論有待完善或分析對象為 新材料、新工藝 或新型結(jié)構(gòu) 時，則需要進行結(jié)構(gòu)試驗。 如結(jié)構(gòu)的彈性內(nèi)力計算與塑性承載力設(shè)計方法、長期性能、耐 久性等 7 建筑結(jié)構(gòu)試驗 簡支受彎梁試驗：（著名的路標試驗） 研究簡支受彎梁截面應(yīng)力分布。 8 建筑結(jié)構(gòu)試驗 簡支受彎梁試驗：（路標試驗） 17世紀初，伽利略提出截面應(yīng)力均勻分布； 17世紀中，有人將其修正為三角形分布； 1713年，巴朗（法國）提出正確的應(yīng)力分布型式， 但未能進行試驗驗證； 1767年，容格密理（法國）提出 路標試驗 ； 1821年，拿維葉（法國科學(xué)院院士）推導(dǎo)了受彎構(gòu) 件應(yīng)力分布的計算公式； 1850年，阿莫歷思（法國科學(xué)院院士）完成了試驗 驗證。 9 建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗在我國的發(fā)展歷史： 解放前，結(jié)構(gòu)試驗在我國幾乎是空白； 1953年，長春市 25.3m輸電塔原型檢驗性試驗； 1957年，武漢長江大橋靜載和動載試驗； 1959年，北京火車站 35m 35m雙曲薄殼靜力試驗； 70年代后，上海體育館、南京五臺山體育館網(wǎng)架模型 試驗； 1977年， “建筑結(jié)構(gòu)測試技術(shù)的研究 ”八年規(guī)劃； 上世紀 80年代以來，隨著大型高精度試驗裝置和數(shù)采 系統(tǒng)的應(yīng)用，標志著我國結(jié)構(gòu)試驗達到一個新水平。 10 建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗的發(fā)展趨勢： 大型化、體系化； 精密性，包括試件設(shè)計、加載、測試； 計算機聯(lián)機試驗。 我校的結(jié)構(gòu)試驗建設(shè)情況： 共有六個試驗室； 靜力 、擬動力、振動臺、抗火、風洞、耐久性。 建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)： 定義：課本 P1 2 P P 應(yīng)變片 P 曲線（構(gòu)件） M 關(guān)系（截面） 承載力、撓度、裂縫 平截面假定驗證 11 12 建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗的目的： 生產(chǎn)性試驗（又稱鑒定性試驗或檢驗性試驗） 科研性試驗 13 建筑結(jié)構(gòu)試驗 生產(chǎn)性試驗： 特點： 非探索性、有比較成熟的計算理論、針對實際結(jié) 構(gòu)或構(gòu)件 應(yīng)用場合： 檢驗結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量； 檢驗已有建筑物的可靠性，推斷剩余壽命； 鑒定加固，改造工程的實際受力性能； 為工程事故鑒定處理提供技術(shù)依據(jù)； 檢驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件或部位的受力性能。 14 建筑結(jié)構(gòu)試驗 科研性試驗： 特點： 具有研究、探索、開發(fā)的性質(zhì)，針對試件而不一 定是具體結(jié)構(gòu)。 應(yīng)用場合： 驗證結(jié)構(gòu)計算理論及有關(guān)假定、推斷等； 為編制有關(guān)設(shè)計規(guī)范提供依據(jù)； 推廣應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝。 15 建筑結(jié)構(gòu)試驗 建筑結(jié)構(gòu)試驗的分類： 按試驗對象：真型試驗、模型試驗； 按荷載性質(zhì)：靜力試驗、動力試驗； 按試驗時間：短期荷載試驗、長期荷載試驗； 按試驗場合：試驗室試驗、現(xiàn)場試驗； 按破壞程度：破壞性試驗與非破壞性試驗。 16 建筑結(jié)構(gòu)試驗 真型試驗與模型試驗： 真型試驗 試驗對象：實際結(jié)構(gòu)或按比例復(fù)制的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件 優(yōu)點：完全反映真實結(jié)構(gòu)受力特性，試驗結(jié)論可靠 缺點：費用高，加載難度大，試驗周期長 模型試驗 試驗對象：縮尺試件 優(yōu)點：實施方便，費用低，多參數(shù)、多試件 缺點：嚴格相似條件難實現(xiàn)，尺寸效應(yīng) 17 建筑結(jié)構(gòu)試驗 靜力試驗與動力試驗： 靜力試驗 單調(diào)靜力試驗、低周反復(fù)靜力試驗等 優(yōu)點：加載設(shè)備簡單，試驗觀測方便 缺點：不能反映結(jié)構(gòu)動力性能 動力試驗 振動臺試驗、疲勞試驗、風載試驗等 優(yōu)點：能真實反映結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響應(yīng) 缺點：加載設(shè)備和測試手段復(fù)雜 18 建筑結(jié)構(gòu)試驗 短期荷載試驗與長期荷載試驗： 短期荷載試驗 一般試驗全過程持續(xù)幾分鐘到幾天 長期荷載試驗 試驗全過程持續(xù)幾個月、幾年到數(shù)十年 主要研究與時間有關(guān)的結(jié)構(gòu)特性（如：混凝土的收 縮、徐變，預(yù)應(yīng)力筋的松弛，結(jié)構(gòu)的耐久性能 等） 19 建筑結(jié)構(gòu)試驗 試驗室試驗與現(xiàn)場試驗： 試驗室試驗 適用于科研性試驗 是今后結(jié)構(gòu)試驗的主要發(fā)展方向 現(xiàn)場試驗 試件或結(jié)構(gòu)的工作條件、結(jié)構(gòu)型式等完全反映工程 實際情況 20 建筑結(jié)構(gòu)試驗 破壞性試驗與非破壞性試驗： 現(xiàn)場試驗和長期荷載試驗多為非破壞性試驗 試驗室試驗與短期荷載試驗多為破壞性試驗 21 建筑結(jié)構(gòu)試驗 思考題： 1、簡述結(jié)構(gòu)試驗的任務(wù)。 2、按試驗?zāi)康牡牟煌?，結(jié)構(gòu)試驗可分為哪兩類？ 3、簡述生產(chǎn)性試驗的目的。 4、簡述科研性試驗的目的。 5、試對比真型試驗與模型試驗。 6、簡述靜力試驗與動力試驗的不同。 7、闡述短期試驗與長期試驗的區(qū)分。 8、說明試驗室試驗與現(xiàn)場試驗的不同。 22 建筑結(jié)構(gòu)試驗 第三章 結(jié)構(gòu)試驗的荷載設(shè)備 23 建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗中的加載方法： 重力加載法； 液壓加載法； 慣性力加載法； 機械力加載法； 氣壓加載法； 電磁加載法； 人激振動加載法； 環(huán)境隨機振動激振法。 24 建筑結(jié)構(gòu)試驗 重力加載法： 包括重力 直接加載法 和 杠桿加載法 。 直接加載法 應(yīng)注意避免因荷重 塊產(chǎn)生 拱作用 而改 變荷載分布。 杠桿加載法 結(jié)構(gòu)變形后荷載不 改變，但 無法自行 卸載 。 25 建筑結(jié)構(gòu)試驗 重力加載法： 預(yù)應(yīng)力鋼混凝土組合梁長期荷載試驗 建筑結(jié)構(gòu)試驗 液壓加載法： 目前結(jié)構(gòu)試驗中最常用的加載方法； 可適用于 靜、動載 試驗，噸位可大、可??； 液壓加載方法 液壓加載系統(tǒng)和試驗臺座； 結(jié)構(gòu)試驗機系統(tǒng)。 液壓加載裝置 液壓加載器； 結(jié)構(gòu)試驗機； 地震模擬振動臺。 26 液壓加載系統(tǒng)； 電液伺服液壓系統(tǒng)； 27 建筑結(jié)構(gòu)試驗 液壓加載器： 液壓千斤頂 電動泵 28 建筑結(jié)構(gòu)試驗 液壓加載系統(tǒng)： 組成部分 液壓加載器 液壓控制臺 反力架 臺座 適用于各類結(jié)構(gòu)的靜載試驗（包括擬靜力試驗） 29 建筑結(jié)構(gòu)試驗 液壓加載系統(tǒng)： 5M鋼桁架結(jié)構(gòu) 靜力分析試驗 液壓千斤頂 手動油泵 豎向反力架 支墩 10000kN垂 向加載油缸 建筑結(jié)構(gòu)試驗 結(jié)構(gòu)試驗機： 水平伺服跟 動裝置 球鉸及微動 橫梁縮緊機 構(gòu) 探測裝置 垂向伺服跟 動裝置 3000kN水 平加載裝置 橫梁升降機 構(gòu) 1500kN水 平加載裝置 10000kN大型多功能試驗機系統(tǒng)（同濟大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)試驗室） 30 31 建筑結(jié)構(gòu)試驗 地震模擬振動臺： 同濟大學(xué)土木工程防 災(zāi)國家重點試驗室 美國 MTS公司三向六自由 度維模擬地震振動臺， 臺面尺寸 4m 4m，最大 試件質(zhì)量 25t。 32 建筑結(jié)構(gòu)試驗 慣性力加載法： 利用運動物體質(zhì)量的慣性施加 動力荷載 ； 沖擊力加載法 初位移加載法； 初速度加載法； 反沖激振法。 離心力加載法 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易產(chǎn)生較大振幅和激振力； 缺點：頻率低，振幅調(diào)節(jié)難，只能產(chǎn)生 簡諧荷載 。 直線位移慣性力加載法 激振力大，但頻率較?。?500mm的裂縫檢測 鉆孔探測 還可用于鉆孔灌注樁的質(zhì)量檢驗 建筑結(jié)構(gòu)試驗 （六）超聲法檢測混凝土缺陷（續(xù)） 2、混凝土內(nèi)部空洞缺陷的檢測 具體檢測方法有：聲速法、波形法、振幅法、頻率 法等。 有缺陷處： 3、混凝土表層損傷的檢測 混凝土結(jié)構(gòu)由火災(zāi)、凍害、化學(xué)侵蝕等引起的混凝 土表層損傷，其損傷厚度可用表面平測法檢測。 此外，超聲法還可測定施工縫的質(zhì)量、加固修補結(jié) 構(gòu)面質(zhì)量、混凝土勻質(zhì)性的檢測。 177 變慢 波形畸變 首波滯后 減小 高頻分量減少 低頻分量增加 178 建筑結(jié)構(gòu)試驗 （七）混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋位置和鋼筋銹蝕的檢測 1、鋼筋位置的檢測 鋼筋位置測試儀：利用電磁感應(yīng)原理，可以檢測鋼 筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的位置、直徑和保護層厚度。 電磁感應(yīng)檢測適用于：配筋稀疏、保護層不太大、 鋼筋在同一平面內(nèi)。 2、鋼筋銹蝕的檢測 檢測方法：半電池電位法、雙極法、磁差頻率法。 試驗方法 試驗?zāi)康?破損情況 代表性 可靠性 主要限制條件 破壞荷載試 驗 構(gòu)件強度和性能 試件破壞 優(yōu) 高 必須從結(jié)構(gòu)上取出，試驗 條件應(yīng)與計算條件一致 超載試驗 構(gòu)件強度和性能 構(gòu)件可能 破壞 優(yōu) 高 構(gòu)件宜從結(jié)構(gòu)上取出，試 驗條件與計算條件一致， 當做原位試驗時，應(yīng)考慮 相鄰構(gòu)件的影響 取芯試驗 混凝土強度 應(yīng)修補 良 高 取芯試件尺寸和分布有限 制和要求 拔出試驗 混凝土強度 應(yīng)修補 接近表面 中 最小邊距和構(gòu)件厚度限制 超聲波試驗 混凝土強度、密 實度、缺陷 無損傷 優(yōu) 中 應(yīng)做對比試驗，被測面要 處理 回彈試驗 混凝土強度 無損傷 表面 低 有條件限制，并需測碳化 深度 化學(xué)分析法 混凝土質(zhì)量、配 合比、水泥含量 微破損 接近表面 中 應(yīng)有計劃，分布取樣 179 建筑結(jié)構(gòu)試驗 混凝土結(jié)構(gòu)檢測方法的比較 180 建筑結(jié)構(gòu)試驗 9.3 磚砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測技術(shù) （一）磚砌體強度的間接測定法 沖擊法：適用于 M5-M15的砂漿和 MU5-35的磚塊的 抗壓強度檢測。 回彈法：利用專門的磚塊回彈儀和砂漿回彈儀檢 測抗壓強度。 推出法：通過測定水平砂漿的抗剪強度推算其抗 壓強度。 181 建筑結(jié)構(gòu)試驗 9.3 磚砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測技術(shù)（續(xù)） （二）磚砌體原位軸心抗壓強度測定法 扁頂法：由扁式液壓加載器量測，可以測定砌體 抗壓強度、原位工作應(yīng)力、應(yīng)力應(yīng)變曲線等。 原位軸壓法：可以測定結(jié)構(gòu)不受擾動情況下的抗 壓強度，結(jié)果較為可靠，而且試驗對結(jié)構(gòu)造成的 局部損失易修復(fù)。 182 建筑結(jié)構(gòu)試驗 9.4 鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù) （一）鋼材強度測定 表面硬度法：利用布式硬度計測定。 （二）鋼材和焊縫缺陷檢測 超聲法：能探測試件深處的缺陷，在鋼材中可深 達 1.5m。頻率較高（ 0.5-2MHz） 脈沖反射法：又分為縱波探傷和橫波探傷兩種 透射法 磁粉探傷：利用鋼材或焊縫缺陷處磁力線發(fā)生偏 轉(zhuǎn)的原理。 射線探傷：利用鋼材或焊縫缺陷處射線衰減較少 的原理。 183 建筑結(jié)構(gòu)試驗 1、超聲回彈綜合法中是否還要進行混凝土碳化深度的修正？ 為什么？ 2、超聲法檢測混凝土強度，混凝土強度和超聲波波速度關(guān)系 是什么？ 3、簡述超聲回彈綜合法檢測混凝土強度的工作原理以及測區(qū) 的選擇方法。 4、混凝土強度的局部破損檢測技術(shù)有哪幾種？各自特點？ 5、簡述混凝土內(nèi)部缺陷的超聲法檢測技術(shù)。 6、闡述混凝土強度與缺陷的幾種檢測方法。 7、試對比混凝土內(nèi)部鋼筋位置和內(nèi)部鋼筋銹蝕的幾種檢測技 術(shù)？ 8、砌體結(jié)構(gòu)強度的非破損檢測技術(shù)有哪幾種，原理是什么？ 9、鋼材強度測定方法及原理？ 思考題： 184 建筑結(jié)構(gòu)試驗 第十章 結(jié)構(gòu)試驗的數(shù)據(jù)處理 185 建筑結(jié)構(gòu)試驗 主要內(nèi)容 10.1 概述 10.2 數(shù)據(jù)的整理和換算 10.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析 10.4 誤差分析 10.5 數(shù)據(jù)的表達 186 建筑結(jié)構(gòu)試驗 10.1 概述 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容和步驟 原始數(shù)據(jù)的整理與轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)的誤差分析 數(shù)據(jù)的表達 187 建筑結(jié)構(gòu)試驗 10.2 數(shù)據(jù)的整理和換算（續(xù)） 國家標準數(shù)值修約規(guī)則（二） 負數(shù)修約時，先將它的絕對值按上述規(guī)則修約后 再加負號 一次修約，不得連續(xù)修約 加減：先加減運算，再修約 乘除：先乘除運算，再按最小有效 位數(shù)修約 乘方、開方：同 “乘除 ”運算 數(shù)值運算時 188 建筑結(jié)構(gòu)試驗 10.2 數(shù)據(jù)的整理和換算 國家標準數(shù)值修約規(guī)則（一） 將數(shù)值修約成規(guī)定有效位數(shù)的數(shù)值 擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字小于 5，則舍去 擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字大于等于 5，但其后 跟有并非全部為零的數(shù)字，則進 1 擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)為 5，而右邊無數(shù)字或 皆為 0時，若所保留的末位數(shù)字為奇數(shù)則進 1，為 偶數(shù)則舍去 189 建筑結(jié)構(gòu)試驗 10.2 數(shù)據(jù)的整理和換算（續(xù)） 數(shù)據(jù)的換算（教材 P241-246） 10.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析（教材 P246-249） 平均值：算術(shù)平均值、幾何平均值、加權(quán)平均值 標準差 變異系數(shù) 隨機變量和概率分布 190 建筑結(jié)構(gòu)試驗 10.4 誤差分析 誤差的定義：真值與測量值的差值稱為測量誤差， 簡稱誤差 實際試驗中，真值是無法確定的，常用平均值代替 絕對誤差、相對誤差，相對誤差為絕對誤差除以真 值 誤差的分類：系統(tǒng)誤差，隨機誤差、過失誤差 191 建筑結(jié)構(gòu)試驗 10.4 誤差分析（續(xù)） （一）誤差的分類 1、系統(tǒng)誤差（經(jīng)常誤差） 特點：誤差值在整個測量過程中保持一定規(guī)律，而且是 可以避免的 產(chǎn)生原因：測量方法、測量工具、環(huán)境、操作不當、主 觀性 等 處理辦法：查明系統(tǒng)誤差的原因，在測量中采取改進措 施或在數(shù)據(jù)處理時對測量結(jié)果進行修正 表示方法：準確度（表示系統(tǒng)誤差的大?。?，它反映平 均值 x 的大小 192 建筑結(jié)構(gòu)試驗 （一）誤差的分類（續(xù)） 2、隨機誤差（偶然誤差） 特點：誤差的絕對值和符號變化無常，但當測量數(shù)據(jù)較 多時，隨機誤差的數(shù)值分布符合一定的統(tǒng)計規(guī)律，一般 是正態(tài)分布，隨機誤差是不可避免的 產(chǎn)生原因：測量儀器、方法和環(huán)境條件的隨機變化等 表示方法：精確度（它與準確度是獨立的，反映標準差 處理辦法：對隨機誤差進行統(tǒng)計分析，在數(shù)據(jù)處理時進 行修正 的大?。?1 193 建筑結(jié)構(gòu)試驗 （一）誤差的分類（續(xù)） 3、過失誤差（粗差） 一般數(shù)值較大，應(yīng)予以剔除 （二）誤差計算 1 n a = ai = xi x (a1 +a2 +L +an) n = ai2 n1 i=1 cv = a 誤差的平均值： 誤差的標準差： 誤差的標準差： 194 建筑結(jié)構(gòu)試驗 （三）誤差傳遞（微分原理，教材 P251） （四）誤差的檢驗 誤差的檢驗：區(qū)分誤差的類型，盡可能減小誤差或計 算中考慮誤差 1、系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)和消除 系統(tǒng)誤差有積累變化、周期變化、按復(fù)雜規(guī)律變化三 種，可通過數(shù)種不同的測量方法或同時用幾種測量工 具進行測量比較即可發(fā)現(xiàn) 195 建筑結(jié)構(gòu)試驗 （四）誤差的檢驗（續(xù)） 2、隨機誤差：進行統(tǒng)計分析予以檢驗 3、異常數(shù)據(jù)的舍棄 教材 P253，并參閱有關(guān)數(shù)據(jù)處理的專著 常用的過失誤差判別范圍和鑒別方法 3 法：誤差服從正態(tài)分布，誤差絕對值大于 3 的 概率僅為 0.3，大于應(yīng)剔除該數(shù)據(jù) 肖維納方法：進行 n次試驗，誤差服從正態(tài)分布，誤 差絕對值大于 ( xi x ) 的概率小于 1/2n，大 于應(yīng)剔除該數(shù)據(jù) 格拉布斯方法：以 t分布為基礎(chǔ)，某數(shù)據(jù)誤差絕對值 滿足 xi x T0(n, )S 時，應(yīng)剔除 196 建筑結(jié)構(gòu)試驗 10.5 數(shù)據(jù)的表達（教材 P254-263） 表格方式：有匯總表格和關(guān)系表格兩類 圖象方式：曲線圖、形態(tài)圖、直方圖、餡餅形圖 函數(shù)方式：函數(shù)回歸分析、系統(tǒng)參數(shù)識別 197 建筑結(jié)構(gòu)試驗 謝 謝 各 位 同 學(xué) ！