02448《建筑结构试验》必过资料

第一章结构试验概论

第一节结构试验的任务

?★建筑结构试验的任务是什么（2011.10）

建筑结构试验的任务就是在结构物或试验对象（实物或模型）上，以仪器设备为工具，利用各种实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震力、风力等）或其他因素（温度、变形沉降等）作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数（变形、挠度、位移、应变、振幅、频率等），从强度（稳定）、刚度、抗裂性以及结构的破坏形态等各个方面来判断结构的实际工作性能，估计结构的承载能力，确定结构对使用要求的符合程度，并用以检验和发展结构的计算理论。

第二节结构试验的目的

★、生产性试验1.综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量。2.鉴定预制构件的产品质量。3.已建结构的可靠性检验，推断和估计结构的剩余寿命。4.工程改建或加固，通过试验判断具体结构的实际承载能力。

5.处理受灾结构和工程事故，通过试验鉴定提供技术依据。

★二、科学性试验1.验证结构计算理论的假定。2.为制定设计规范提供依据。3.为发展和推广新结构、新材料和新工艺提供实践经验。

第三节结构试验的分类

一、按试验对象尺寸分类★1.原型试验（一般用于生产性试验）2.模型试验

模型：仿照原型（真实结构）并按照一定比例关系复制而成的试验代表物，它具有实际结构的全部或部分特征，但大部分结构模型是尺寸比原型小得多的缩尺模型

(1)相似模型试验：几何相似、力学相似、材料相似(2)缩尺模型试验：不须遵循严格的相似条件(3)足尺模型试验：尺寸、材料、受力特性与原型结构相同

二、按试验荷载性质分类

1.结构静力试验（最大量最常见）加载过程：指荷载从零开始逐步递增一直加到试验某一预定目标或结构破坏为止，即在一个不长的时间段内完成试验加载的过程。、

简述静力试验的最大优点（2012.10）：设备相对简单，荷载可逐步施加，还可以停下来仔细观测结构变形的发展，给人以最明确和清晰的破坏概念。在实际工作中，即使是承受动力荷载的结构，在试验过程中为了了解静力荷载下的工作特性，在动力试验前往往也先进行静力试验。

2.结构动力试验★

根据试验荷载的性质，结构动力试验主要分为哪几类？（2012.01）(1)结构动力特性试验：测量结构自身所固有的动力性能(2)结构动力反应试验：量测结构或其特定部位动力性能参数和动态反应(3)结构疲劳试验：测试结构疲劳性能3.结构抗震试验(1)低周反复加载静力试验(2)拟动力试验(3)地震模拟振动台试验

三、按试验时间长短分类（2010.01）

1.短期荷载试验

2.长期荷载试验。

四、按试验所在场地分类1.实验室结构试验2.现场结构试验。

五、按试验是否破坏分类1.结构破坏试验（科研性试验较多采用）2.结构非破坏试验（生产性试验较多采用）

刚度检验法：以30%~60%的设计荷载进行加载，测得结构变形和材料的应变，判断试验结构和材料的可靠性。

第二章结构试验的加载设备和试验装置

结构的荷载试验是结构试验的基本方法。★

试验用的荷载形式、大小、加载方式等都是根据试验的目的要求，以如何能更好的模拟原有荷载等因素来选择的。

在进行结构的动力试验时，对于荷载激振设备或加载方法的选择主要决定于试验的任务与试验对象的性质；

正确的荷载设计和选择适合于试验目的需要的加载设备是保证整个试验工作顺利进行的关键之一；（一）结构试验荷载的类别

静力加载：重力加载方法；液压加载方法；机械加载法；气压加载法等。

动力加载：利用惯性力或电磁系统激振；电液伺服加载系统和地震模拟振动台加载；人工爆炸和利用环境随机激振(脉动法)加载。

（二）结构试验对加载设备的要求？（2008.01）

1.选用的试验的加载设备和试验装置应满足结构设计计算荷载图示的要求。

2.荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值要稳定，特别是静力荷载要不随加载时间、外界环境和结构的变形而变化。

3.荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求，加载设备要有足够的强度储备。

4.加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还应满足刚度要求。

5.加载设备要操作方便，便于加载和卸载，并能控制加载速度，又能适应同步加载或先后加载和恒载等不同要求。 6．试验加载方法要力求采用现代化先进技术，减轻体力劳动，提高试验质量。

第二节重力加载法

（一）重力加载的概念重力加载就是利用物体本身的重量加于结构上作为荷载。

加载方式：★直接加载将重物直接施加于试验结构或构件上；★间接加载通过杠杆原理将荷载放大作用在结构上；

★注意事项：使用砂石等松散材料颗粒材料加载时，如果将材料直接堆放于结构表面，将会造成荷载材料本身的起拱，而对结构产生卸荷（2011.01）作用，为此，最好将颗粒材料置于一定容量的无底箱框中，然后叠加于结构之上，在试验构件跨度方向施加的箱框数量不应少于两个；

（二）重力直接加载和杠杆加载的特点和使用注意事项

重力加载法的优点是试验用的重物容易取得，并可重复使用，但加载过程中需要花费较大的劳动力。

杠杆制作方便，荷载值稳定不变，当结构有变形时，荷载可以保持恒定，对于作持久荷载试验尤为适合。

第三节液压加载法

（一）液压加载器加载

液压加载（2010.01选择题）是目前结构试验中应用比较普遍和理想的一种加载方法。

★简述液压加载的优点（2011.10）

液压加载的最大优点是利用油压（2011.01）使液压加载器产生较大的荷载，试验操作安全方便。特别是对于大型结构构件试验，它不受加载点数的多少、加载点的距离和高度的限制，并能适应均布和非均布、对称和非对称加载的需要。尤其是电液伺服系统（模拟实际荷载）在试验加载设备重得到了广泛应用，此法为结构动力试验模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载创造了有利条件，使动力加载技术发展到了一个新的高度。}

液压加载的原理：用高压油泵将具有一定压力的液压油压入液压加载器的工作油缸．使之推动活塞，对结构施加荷载。

液压加载器的类型：手动液压加载器、单向作用及双向作用的液压加载器。

液压加载的试验装置：普通手动液压加载器、加荷承力架和静力试验台座。

★液压加载荷载值的确定：应按事先做好的标定曲线来确定荷载量。

注意事项：量测荷载值优先采用荷载传感器；荷载传感器的精度不应低于C级；指示仪表的最小分度值不宜大于被测力值总量的1.0%；示值误差应为±1.0%（全刻度量程）；油压表精度不应低于1.5级（2010.01）；在选择量程时，应使其使用状态试验荷载值所对应的油压表读数大致为油压表量程的1/3；

由于液压加载器内部摩阻力的影响，会出现荷载量和油压间不呈严格的线性关系的状况，应采用事先制作的标定曲线确定荷载量；

★液压加载器的标定：将加载器安置在荷载支承装置内，用力值量测仪表测定加载器的作用力。

力值量测仪表（优先采用）

采用试验机标定液压加载器时，按照加载器使用时的实际工况，必须采用加载器的活塞顶升试验机的主动加载方式。

在制作标定曲线时，至少加载器在不同行程位置上重复循环三次去平均值来绘制标定曲线，任一次测量值和曲线上对应点的力值偏差不应大于±5%

（二）液压加载系统加载系统由储油箱、高压油泵、测力装置和各类阀门组成的操纵台，通过高压油管同时并联连接若干个液压加载器组成。

特点：液压加载试验系统可完成各类建筑结构的静载试验，尤其对大吨位、大跨度、大挠度的结构更为适用，它不受加载点数的多少、加载点的距离和高度的限制，并能适应均布和非均布、对称和非对称加载的需要。

（三）结构试验机加载

大型结构试验机由液压操纵台、大吨位的液压加载器和试验机架三部分组成。

大型结构试验机的精度不应低于2级

结构疲劳试验机由液压脉动器、控制系统和液压加载脉动器组成。

液压脉动器：疲劳试验机的核心部分，是产生脉动负荷的主要机构；

脉动加载器：施加负荷的执行机构；

液压控制系统：试验机的操纵控制中心，脉动频率可根据试验的不同要求在100~150次/分（2011.01、2010.01）范围内任意调节选用；

结构疲劳试验机应满足2级试验机的精度要求，测力示值相对误差应为±2.0%（2010.10）；

（四）电液伺服加载系统加载

（五）地震模拟振动台加载

地震模拟振动台由振动台台体结构、液压驱动和动力系统、控制系统、测试和分析系统组成。

振动台必须安装在质量很大的基础上（2010.10），这样可以改善系统的高频特性，并减小对周围建筑和其他设备的影响。

使用频率范围由所做试验模型的第一频率而定，整个系统的频率范围应该大于10 Hz。

第四节机械力加载法

（一）机械力加载使用的机具种类

吊链、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋干斤顶及弹簧等。

（二）利用机具对结构施加拉力的试验装置与特点吊链，卷扬机，绞车和花篮螺丝等主要是配合钢丝或绳索对结构施加拉力，还可与滑轮组联合使用，改变作用力的方向和拉力大小。拉力的大小通常用拉力测力计测定，按测力计的量程有两种装置方式。

螺旋千斤顶是利用齿轮及螺杆式蜗轮蜗杆机构传动的原理，当摇动手柄时，就带动螺旋杆顶升，对结构施加顶推压力，用测力计测定加载值。

★（三）弹簧加载的特点与注意事项

弹簧加载法常用于构件的持久荷载试验。用弹簧作持久荷裁时，应布先估计到由于结构徐变使弹簧压力变小时，其变化值是否在弹簧变形的允许范围内。

（四）机械力加载的优缺点是什么？

机械力加载的优点是设备简单，容易实现，当通过索具加载时，很容易改变荷载作用的方向，故在建筑物、柔性构筑物(桅杆、塔架等)的实测或大尺寸模型试验中，常用此法施加水平集中荷载。其缺点是荷载值不大，当结构在荷载作用点产生变形时，会引起荷载值的改变。

第五节气压加载法

（一）气压加载法（正压或负压加载）的工作原理气压加载法主要是利用空气压力对试件施加荷载。气压加载产生的是均布荷载。

（二）气压加载的试验装置与特点优点是加载、卸载方便，荷载稳定。缺点是试件受力载面无法观测，利用真空加载时试件周边密封要求较高。

第六节惯性力加载法

★（一）惯性力加载法的含义、分类（2010.10）

在结构动力试验中，利用物体质量在运动时产生的惯性力对结构施加动力荷载的方法称之为惯性力加载法；根据荷载作用方法不同，分为冲击力加载和离心力加载两种。

（二）冲击力加载方法的特点与注意事项

冲击力加载：荷载作用时间极为短促，通过突加荷载或张拉卸载，使被加荷载结构产生自由振动，适用于进行结构动力特性的试验；冲击力加载包括初位移加载法（张拉突卸法）、初速度加载法（突加荷载法）。

初位移加载法（张拉突卸法）

加载原理：在结构上拉一钢丝缆绳，使结构变形而产生一个人为的初始强迫位移，然后突然释放，使结构在静力平衡位置附近作自由振动。加载时为防止结构产生较大的变形，加载的数量必须正确控制，经常是按所需的最大振幅计算求得。

初速度加载法（突加荷载法）

加载原理：利用摆锤或落重的方法使结构在瞬时内受到水平或垂直的冲击，产生初速度，同时使结构获得所需的冲击荷载。利用垂直落重冲击时，为防止重物回弹再次撞击和结构局部受损，拟在落点处铺设100~200mm的砂垫层。

（三）离心力加载方法的特点与注意事项

离心力加载的含义及特点（2011.01）：根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载；其特点是运动具有周期性，作用力的大小和频率按一定规律变化，使结构产生强迫振动。

第七节电磁加载法

（一）电磁激振器的构造与工作原理

电磁式激振器是由磁系统(包括励磁线圈、铁芯、磁极板)、动圈(工作线圈)、弹簧、顶杆等部件组成。当激振器工作时，在励磁线圈中通入稳定的直流电，使在铁芯与磁极板的空隙中形成一个强大的磁场。与此同时，由低频信号发生器输出一交变电流，并经功率放大器放大后输入工作线圈，这时工作线圈即按交变电流谐振规律在磁场中运动并产生一电磁感应力F，使顶杆推动试件振动。

（二）电磁振动台的工作原理和组成

电磁振动台通常是由信号发生器，振动自动控制仪，功率放大器，振动台激振器和台面组成。电磁振动台原理基本上与电磁激振器一样，在构造上实际是利用电磁激振器来推动一个活动的台面而构成。

第八节其他加载方法（了解）

反冲激振器加载法的含义；人工爆炸加载法的含义；人激振动加载法的含义；环境随机激振加载法的含义；

第九节结构试验荷载装置和试验台座

（一）结构试验荷载装置

结构试验荷载装置的作用和主要组成是什么？（2011.01）

结构试验荷载装置是满足试验荷载设计、实现试验荷载图示、模拟边界条件要求、保证试验加载正常进行的关键之一。它由试件支承装置（支座、支墩）、荷载传递装置、荷载支承装置、结构试验台座和试验辅助装置等部分组成。

试件支承装置，荷载传递装置，荷载支承装置，结构试验台座，试验辅助装置。

（二）试件支承装置

支座和支墩。试件支承装置的主要作用是什么？

支承结构构件、正确传递作用力、模拟实际荷载图示（2011.01）和边界条件。

支座的形式铰支座（滚动铰支座、固定铰支座）、固定端支座、受压构件刀铰支座、梁式受扭构件转动支座铰支座的划分:

按照自由度的不同划分滚动铰支座和固定铰支座

按照型式的不同划分滚轴式和刀铰式

★对铰支座的基本要求1、必须保证结构在支座处能自由水平移动和自由转动；2、必须保证结构在支座处力的传递；3、如果结构在支承处没有预埋支承钢垫板，则在试验时必须另加垫板，垫板的尺寸满足强度及相关的构造要求；4、滚轴的长度，一般取等于试件支承处截面宽度b；5、滚轴的直径根据受力进行选择，并应进行强度验算；

支墩支墩的构造要求：在试验荷载作用下，支墩和地基的总压缩变形不宜超过试件挠度（2011.01）的1/10。支墩的高度一般在400~600mm，以满足仪表安装、测读、裂缝观测和加卸荷载的要求；各支座支墩的高差不宜大于试件跨度的1/200。

（三）荷载传递装置

杠杆，分配梁和卧梁。分配梁的构造要求和使用注意事项：

分配梁一般均为单跨简支形式，不能用多跨连续梁的形式；单跨简支分配梁均为等比例分配，即将一个集中荷载分为两个集中力；分配梁的层次不宜大于三层；如需不等比例分配，比例不宜大于1:4，且需将荷载分配比例大的一端设置在靠近固定铰支座的一侧；

（四）荷载支承装置竖向荷载的支承装置，水平荷载的支承装置（水平反力梁和反力墙）。

（五）结构试验台座（2010.10）抗弯大梁式台座，空间桁架式台座，槽式台座，地锚式台座，箱式台座（孔式台座）和抗侧力台座。

（六）试验辅助装置竖向荷载的支承装置，水平荷载的支承装置（水平反力梁和反力墙）。

（七）结构现场试荷载装置构件试验和整体结构试验。

第三章结构试验的数据采集和测量仪器

(二)数据采集的方法始采集的数据分析处理试验结果数据采集得到的数据，是数据处理的原始资料。

数据采集是结构试验的重要步骤，是结构试验成功的必要条件之一。

★数据采集的方法1.用最简单的量测工具进行人工测量、人工记录（直尺测量）2.用一般的量测仪器进行测量、人工记录（百分表测量）3.用仪器进行测量、记录（传感器、X-Y函数记录仪）4.用数据采集系统进行测量和记录（传感器、数据采集仪、计算机）

数据采集方法的选用原则:用最经济合理的代价来获取最多的有用数据

(三)数据流通的过程和数据采集的原则

★数据的采集原则

同时性：要求一次采集（或一次测量）得到的所有数据是同一时刻试件受到的作用和试件的反应 ,这些同一时刻的数据才能正确的反映和描述某一时刻试件的作用和试件的反应之间的关系。

客观性：要求按照客观事实进行数据采集，并把所有关于试验实际情况的数据都加以测量和记录，使采集得到的数据能够客观、完整的反映和描述整个试验过程。

(四)数据采集的仪器分类按功能和使用情况分类

传感器（感受各种物理量，并将其转换成电信号或其他容易处理的信号放大器（把传感器传来的信号进行放大，使之可以显示和记录）显示器 (把信号用可见的形式显示出来)记录仪（将采集得到的数据记录下来，作长期保存）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数据）

完整的数据采集系统（集成式仪器，包括传感器、数据采集仪和计算机或其他记录器、显示器等，可用于进行自动扫描、采集及数据处理）

量程（2011.01）仪器可以测量的最大范围。

灵敏度被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示装置示值的大小，即仪器对被测物理量变化的反应能力。分辨率仪器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。

稳定性当被测物理量不变，仪器在规定的时间内保持示值与特性参数不变的能力。

重复性（2010.10）在同一工作条件下，仪器多次重复测量同一数值的被测量时，保持示值一致的能力。

频率响应动测仪器输出信号的幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性。

精确度（精度）仪器指示值与被测值的符合程度。目前常以最大量程时的相对误差来代表精度，并以此相对误差值来判定仪表的精度等级。如精度为0.2级的仪表,其测定值的误差不超过最大量程的±0.2%。

六)结构试验对测量仪器的要求和仪器标定

结构试验对测量仪器的要求 1.测量仪器不应该影响结构的工作，要求仪器自重轻，尺寸小，尤其是对模型结构试验，还要考虑仪器的附加质量和仪器对结构的作用力。2.测量仪器具有合适的灵敏度和量程。3.安装使用方便，稳定性和重复性好，有较好的抗干扰能力。4.价廉耐用，可重复使用，安全可靠。维修容易。5.在达到上述要求的条件下尽量要求多功能、多用途，适应多方面的需要。

★仪器的标定

含义：为了确定仪器设备的精确度和灵敏度，确定试验数据的误差，而将仪表指示值和标准量进行比较的过程。

单件标定确定某一件仪器的灵敏度和精确度；

系统标定确定某些仪器组成的系统的灵敏度和精确度；

第二节仪器的工作原理

(一)传感器和放大器的工作原理

机械式传感器的组成部分有哪些（2010.01）

感受机构直接感受被测量的变化转换机械将被测量的变化转换成长度或角度等的变化，并加以放大或转换等；

显示装置用来显示被测量的大小，通常由指针或度盘等组成；

附属装置如外壳、装夹具等，使仪器成为整体，并便于安装使用机械式传感器是带有显示器的传感器电测式传感器的组成部分有哪些（2011.10）

感受部分直接感受被测量的变化

转换部分把感受到的物理量变化转换成电量变化

传输部分把电量变化的信号传输到放大器或记录器和显示器的导线和相应的接插件等

附属装置如传感器的外壳、支架等

(二)记录器的工作原理

记录器的功能：把放大部分传来的量测结果按照一定的方式记录在某种介质上，需要时可以把这些数据读出或输送到其他分析仪器进行处理。

模拟式记录器将模拟量直接记录在介质上，数据一般是连续的；

数字式记录器将模拟量转换成数字量后再记录在介质上，数据一般是间断的；

★第三节应变测量仪器

应变（2011.10）：单位长度内的变形（拉伸、压缩和剪切变形）线应变：单位长度内的直线变形剪应变：单位长度内的剪切变形

测量应变的仪器和方法（2010.01、2011.10）

1.电阻应变仪（结构试验中用来测量试件应变的最常用仪器）

2.手持应变仪3．位移计方法 4.光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）

有些仪器和方法可以直接测量应变，另一些仪器和方法只能测量相对位移（2010.01），需要通过换算得到应变。

(一)电阻应变仪(应变测量电桥)和电阻应变计的工作原理、构造和使用技术

电阻应变仪

利用电阻应变计作为应变传感器，和应变仪中的电阻元件（2011.01）组成测量电桥，进行应变测量，还可以用电阻应变仪配合各种电阻应变式传感器，测量其他物理量的变化。

★电阻应变计的工作原理

利用某种金属丝导体的“应变电阻效应”，即此金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物理特性。

电阻应变计的构造

在拷贝纸或薄胶膜等基底与覆盖层之间粘贴合金敏感器（电阻栅），敏感栅的两端焊上引出线。

★主要技术指标

电阻值R：选用时应考虑与应变仪配合，一般电阻值为120?;

标距L：敏感栅的有效长度，根据试件测点处应变梯度的大小来进行选择;

灵敏系数K （2011.01）：表示单位应变引起应变计的相对电阻变化;

电阻应变计的粘贴要求（2011.01）

测点基底平整，清洁、干燥；粘结剂的电绝缘性、化学稳定性和工艺性能良好，以及蠕变小、粘贴强度高，温湿度影响小；同一组应变计规格型号应相同；粘贴牢固、方位准确、不含气泡；在应变计粘贴完成后，有时还需对应变计作防潮绝缘处理；

★应变测量电桥

试件受力变形时，应变计将试件的应变转换成电阻变化。采用惠斯顿电桥（1/4电桥、半桥接法、全桥接法），将电阻变化转换为电压或电流的变化，使信号得以放大，并可以解决温度补偿等问题。

1 /4电桥仅连接一个应变计（R1为应变计）

半桥接法连接二个应变计（R1、R2为应变计）

全桥接法连接四个应变计（R1、R2、R3 、R4 均为应变计）

注意事项：

1、输出电压和四个桥臂的应变的代数和呈线性关系

2、相邻桥臂的应变符号相反，相对桥臂的应变符号相同

应变测量的温度补偿

试验过程中，设法去除由于温度变化所引起的应变。

温度补偿片的布置方法在试件旁边，与试件同样的温度环境中，放置一与试件同样材料的物体，此物体仅受温度作用，它的应变即代表试件由于温度引起的应变。

在试件的零应力部位布置应变测点，该测点的应变仅受温度影响，与荷载作用无关，该测点的应变可用于温度补偿。

(二)其他方法测量应变

手持应变仪，位移计方法，光测法。

手持应变仪工作原理：在标距两端粘结两个脚标（每边各一个），通过测量结构变形前后两个脚标之间距离的改变，求得标距内的平均应变。

位移计方法工作原理：利用位移计测量一条直线上两点之间的相对位移来表示两点之间的平均应变。

光测法（云纹法、激光衍射法、光弹法）常用于测量平面应变，较多应用于节点或构件的局部应力分析

第四节位移测量仪器

(一)线位移传感器的工作原理和构造(百分表、千分表、电阻应变式位移传感器、滑阻式位移传感器和差动式位移传感器)

线位移传感器（位移传感器）

测量内容：测点相对于位移传感器支架固定点的位移。

工作原理：利用一可滑动的测杆去感受线位移，然后把这个位移量用各种方法转换成表盘读数或各种电量。

通常把传感器支架固定在试验台或地面的不动点（2011.10）上，这时的所测得的位移表示测点相对于试验台座或地面的位移。

常用的位移测量仪器及其构造

（机械式）百分表：由测杆、弹簧、外壳、指针、齿轮、刻度盘等构成；

电子百分表：由测杆、弹簧、外壳、刻度盘、电阻应变计、电缆等构成；

滑阻式位移传感器：由测杆、弹簧、外壳、电缆、电阻丝等构成；

差动式位移传感器：由测杆、线圈等构成；

(二)角位移传感器的工作原理和构造(水准管式倾角仪、电阻应变式倾角传感器及DC一1 0水准式角度传感器)

角位移传感器

测量内容：测量一个截面相对于另一个截面的相对角位移；或一个截面相对于某一物体的角位移。

工作原理：将角位移传感器附着在结构上，以重力作用线为参考，以感受元件相对于重力线的某一状态为初值，当传感器随测量截面一起发生角位移后，其感受元件相对于重力线的状态也随之改变，将这个相应的变化量用各种方法转换成表盘读数或各种电量。

常用的角位移测量仪器及其对应的感受元件

水准管式倾角仪利用水准管作为感受元件

电阻应变式倾角传感器利用梁式摆作为感受元件

DC-10水准式角度传感器利用液体摆作为感受元件

第五节力值测量仪器

力传感器和液压传感器的工作原理、构造和使用(机械式测力传感器、电阻应变式测力传感器及液压传感器)

力传感器和液压传感器的类型：机械式和电测式两种

工作原理：利用弹性元件感受力或液压，使弹性元件发生与外力或液压成对应关系的变形，测量此变

形值并作适当转换后即可得到作用力的数值。

机械式传感器：利用机械装置对变形进行放大和显示的装置机械式传感器为直读仪器，可直接从传感器上读取力值；

应变式传感器：利用电阻应变计将变形转变成电阻变化后进行测量的装置；

第六节裂缝测量

开裂，即裂缝发生的时刻和位置；

度量，即裂缝的宽度和长度；

裂缝测量仪器的类型：裂缝测量仪器有放大镜、读数显微镜等，放大镜用于观察发现开裂，读数显微镜用于测量裂缝宽度。

最常用的发现开裂的简便方法是借助放大镜用肉眼观察

(二)裂缝测量的仪器(读数显微镜、裂缝标尺和塞尺)

第七节振动测量仪器

(一)测振传感器的基本原理

测振传感器的基本原理：由惯性质量、阻尼和弹簧组成一个动力系统，此动力系统固定在振动体上（即传感器的外壳固定在振动体上），与振动体一起振动，通过测量惯性质量相对于传感器外壳的运动，来获得振动体的振动规律。

(三)磁电式速度传感器的工作原理、构造和特性

★主要技术指标：灵敏度、频率响应、阻尼

(四)压电式加速度传感器的工作原理、构造和特性

压电式加速度传感器的构造和特点

构造：压电式加速度传感器是由外壳、硬弹簧、质量块、压电晶体、输出端等构成。

特点：电式加速度传感器是利用晶体的压电效应而制成的，其特点是稳定性高，机械强度高及能在很宽的温度范围内使用，但灵敏度较低。

★主要技术指标：灵敏度、安装谐振频率、频率响应、横向灵敏度比、幅值范围

第八节数据采集系统

(一)数据采集系统的组成

数据采集系统的组成及各部分的作用

1. 传感器部分

组成：各种电测传感器等

作用：感受各种物理变量，如线位移、角位移等，并把这些物理量转变为电信号。

2. 数据采集仪

组成：包括与各种传感器相对应的接线模块和多路开关、A/D转换器、主机、储存器、其他辅助部件。

第四章结构试验设计

(一)结构试验的程序和主要环节

第二节结构试验的试件设计

(一)结构试件设计的内容

★当不能用原型或足尺模型结构进行试验时，也可采用它的缩尺比例的模型结构或构件，这时试验的模型应考虑与原型之间的相似关系（2013.01）。

结构试验对试件设计的要求

科研性试验的试件设计应包括试件形状的设计、尺寸和数量的确定、构造措施、同时必须满足结构和受力的边界条件的要求。

试件设计要求考虑的具体内容有哪些？

试件的形状、试件的尺寸、试件的数量、结构试验加载和测试对试件设计的要求。

★(二)试件的形状

试件的形状设计，主要是要求满足在试验时形成和实际工作相一致的应力状态。

当从整体结构中取出部分构件单独进行试验时，特别是对在比较复杂的超静定体系中的构件，必须要注意其

(三)试件的尺寸

1、结构试验所用试件的尺寸和大小，总体上分为原型和模型两类。

?尺寸效应

(四)试件的数量

★控制试件数量的因素和正交试验设计法。

?生产性试验科研型试验

(五)结构试验加载和测试对试件设计的要求

1、为满足试件安装、加载、量测的需要，试件设计同时应考虑必要的构造措施。

2、科研性试验时，为了保证试件在某一预定的部位破坏，以期得到必要的测试数据，试件设计就需要对其他部位事先加强或进行局部加固。

3、为了保证试验量测的可靠性和安装仪表的方便，在试件特定的部位必须预设埋件或预留孔洞。

第三节结构试验的模型设计

★(一)结构模型按相似理论设计的要求

结构模型: 按照原型的整体、部件或构件复制的试验代表物，较多采用的是缩小比例的结构模型进行试验。

★结构模型按相似理论设计的要求

? 几何相似：模型和原型的几何尺寸相似并保持一定的比例； ? 材料相似：模型和原型的材料相似或具有某种相似关系； ? 荷载相似：施加于模型的荷载和原型荷载方向一致，且按照某一比例缩小或放大； ?

物理相似：确定模型结构试验过程中各参与的物理量的相似常数，并由此求得反映相似模型整个物理过程的相似条件；

★(二)结构模型的相似要求和相似常数

相似常数：模型和原型结构之间对应参数的比例关系；

? 几何相似：模型和原型结构之间所有对应部分尺寸成比例关系； 质量相似：模型和原型结构之间对应部分的质量成比例关系； ? 荷载相似：模型和原型在各对应点所受的荷载方向一致，荷载大小成 比例关系；

? 物理相似(2010.10)：模型和原型的各相应点的应力和应变、刚度和变形间的关系相似； ? 时间相似(2011.01) ：模型和原型的各对应的时间成比例关系； ? 边界条件相似(2010.01) ：模型和原型在与外界接触区域内的各种条件保持相似；也即要求支承条件相似、约束情况相似以及边界上的受力情况相似；

? 初始条件相似：模型和原型结构初始时刻的各运动参数相似；运动的初始条件包括初始状态下的初始几何位置、质点的位移、速度和加速度等。

(三)结构模型设计的相似条件 ? 相似条件：模型和原型结构之间相似常数所应满足的一定关系； 模型和原型间的相似条件为 、 、 ★结构模型设计的程序 ? 根据力学及设计理论推导原型和模型结构的相似条件； ? 确定几何比例，即几何相似系数，还可以设计确定几个物理量的相似常数； ? 确定模型材料，并由此确定材料相似系数； ? 根据模型和原型的相似条件推导出其他物理量的相似常数的数值。 结构动力模型试验解决重力失真的处理方法

在模型上附加适当的分布质量，即 采用高密度材料来增加结构上有效的模型材料密度。 第四节 结构试验的荷载设计

(一)结构试验荷载设计的内容 ★结构试验中，影响荷载设计的主要因素有哪些？

结构试验的荷载设计主要取决于结构试验的目的要求、 试验对象的结构型式、 试件承受荷载的类型和

性质以及实验室或现场所具有的加载条件（2010.01）等因素。

荷载设计内容：

试验设备和加载方法的选择、试件就位与加载方案的确定、试验荷载图式的设计、试验荷载装置的设计及试验荷载值的计算和加载制度的设计等。

★(二)试件就位与加载方案

正位试验，异位试验(反位和卧位)与原位试验

★各种试验加载方案的含义

正位试验 （最常见的加载方案，应优先采用）:试验结构构件是在与实际工作状态相一致的情况下进行

异位试验：结构构件安装位置与实际工作状态不相一致的情况下进行的试验。 反位试验：加载方案正好与正位试验方案在空间位置上相差180。 卧位试验：加载方案与正位试验方案在空间位置上相差90。 原位试验：加载方案为检验已建结构性能进行现场荷载试验唯一使用的方法。

(三)试验荷载图式的选择与设计 等效荷载和框架梁、柱和节点的试验荷载图式。

★等效荷载（2010.01）

指的是在它的作用下，结构构件的控制截面和控制部位上能产生与原来荷载作用时相同的某一作用效应

（轴力、弯矩、剪力或变形等）的荷载。等效荷载的数值要根据其相同的某一效应的等效条件换算而得到。

(四)试验荷载装置的设计 ★结构试验中，对试验装置设计的要求有哪些？

? 试验荷载装置应有足够的强度储备； ? 试验荷载装置要求满足刚度要求； ? 试验荷载装置要满足试件的边界条件和受力变形的真实状态； ? 试验荷载装置应尽可能使其构造简单，组装时花费时间短；方便试件的安装，并缩短其安装调整的时间；如有可能，最好设计成多功能、能满足各种试验要求的荷载装置。

★结构试验中，试验装置的强度、刚度以及边界条件的模拟对试验的影响有哪些？

? 对于荷载装置的强度，首先要满足试验最大荷载量的要求，保证有足够的强度储备，同时要考虑结构受载后有可能使局部构件的强度有所提高。

? 试验装置的刚度直接影响试件的破坏状态，当试验装置刚度不足时，将难以获得试件受极限荷载后变形极限状态的反应。

? 试验加载装置要求它能符合结构构件的受力条件，要求能模拟结构构件的边界条件和变形条件，否则它将失去受力的真实性。

(五)试验荷载值的计算和加载制度的设计 12=??l E f S S S S γ1=?l S S S γσ14=?l M S S S γ

根据国家标准《建筑结构设计统一标准》（GBJ 68-84）和各种结构设计规范的规定，结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态，还规定结构构件应按不同的荷载效应（2010.01）组合设计值进行承载力计算及稳定、变形、抗裂和裂缝宽度验算。

★以混凝土结构试验为例，试验荷载值应如何进行计算？（2010.01）

?对结构构件的刚度、裂缝宽度进行试验时，应确定正常使用极限状态的试验荷载值；

?对结构构件的抗裂性进行试验时，应确定开裂试验荷载值；

?对结构构件进行承载能力试验时，应确定承载能力试验荷载值；

?按荷载作用时间的不同，正常使用极限状态的试验荷载值可分为使用状态短期试验荷载值和长期试验荷载值，由于大部分试验是在短时间内进行的，故应按规定要求，考虑长期效应组合影响值进行修正。

★试验加载制度的含义

试验加载制度是指结构试验进行期间荷载与加载时间的关系。它包括加载速度的快慢、加载时间间歇的长短、分级加载的大小和加载卸载循环的次数等。

第六节结构试验的误差控制

(一)结构试验误差控制的内容

★结构试验中，引起误差的原因：试件制作误差；材料性能误差；试件安装误差；试验装置和试验加载误差；仪器使用和测试方法误差；荷载和量测设备误差；结构试验方法非标准误差；

(二)试件制作的误差

试件尺寸，模板变形，钢筋移位，砌体砌筑等产生的误差。

控制试件制作误差的方法：

试验前必须量测试件主要受力区的实际外形尺寸，试验后打开混凝土实测主筋位置和保护层厚度，采用试件的实测尺寸进行理论计算。

(三)材料性能的误差

材性试件与结构试件的同一性，材性试验方法的标准化。

(四)试件安装的误差

试件支承、荷载作用点和支座变形等产生的误差。

(五)试验装置和试验加载误差

杠杆、分配梁和卧梁等加载装置安装不妥产生的误差。

结构静力试验采用杠杆加载时，杠杆比例不宜太太（不宜大于1:6），不然，试件挠度增大时，会使杠杆倾斜，在加载点产生水平分力，造成试件双向受力和出平面的变形以致倾覆。

当施加集中荷载要求按荷载分配梁的比例分配试验荷载时，梁的分配比例同样不宜过大（不宜大于1:4）。试验安装时应将分配比例大而长度短的一端支承在不动铰支座上。

卧梁的抗弯刚度直接影响受压应力的均匀性，刚度愈大，则荷载作用的均匀性愈好。

(六)仪表使用和测试方法误差

仪表安装、试验环境和使用操作等产生的误差。

由于混凝土材质的非均匀性，应变计的标距至少应大于骨料粒径的2-3倍。

(七)荷载和量测设备的误差

(八)结构试验方法非标准的误差

第七节结构试验的安全与防护措施

结构试验考虑安全措施的重要意义：

结构试验的安全与防护措施不仅关系到试验工作是否能顺利进行和很好完成预定的试验任务，更重要的是它关系到试验人员的生命安全和国家财产不受损失。因此，试验工作中必须采取切实有效的措施，贯彻“安全第一”和“预防为主”的方针。

(一)结构静力试验的安全与防护

?试件、试验设备和荷载装置等在起重运输、安装就位以及电气设备线路架设连接过程中，必须注意安全操作，遵守我国现行有关建筑安装和电气使用的安全技术规程；

?试件的起吊安装要注意吊点的设置，防止和避免混凝土试件在自重作用下的开裂（2013.01）。

?试验进入破坏阶段，对于有可能发生突然脆性破坏的试件应采取特别的防护措施，防止混凝土碎块和钢筋飞出危及人身安全、损坏仪器设备，造成严重后果；

?结构现场试验时，必须对地基承载力和刚度进行复核，防止试验时随试件荷载的增大，而使支座支墩产生不均匀沉降和倾侧；

(二)结构动力试验的安全与防护

?试件、试验设备和荷载装置等在起重运输、安装就位以及电气设备等方面与静力试验一样，必须注意安全操作，遵守我国现行有关建筑安装和电气使用的安全技术规程；

?对于结构动力试验，由于动力试验在荷载性质、试验对象和加载设备等方面具有自身的特点，尚需采取专门的安全防护措施。

第八节结构试验大纲和试验报告（大纲无具体要求）

(一)结构试验大纲的内容

(二)结构试验报告的内容

第五章结构静力试验

(一)结构静力试验的定义，静力试验和单调加载。

★结构静力试验

静力试验一般是指在不长的时间内对试验对象进行平稳的连续加载，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发生破坏。

单调加载（2010.01）：单调加载是指荷载从“零”开始，一直加到结构构件破坏的一次性连续加载方法。

一般来说，结构实际承受的静力荷载不是单调加载，单调加载是把结构实际承受的静力荷载理想化。与结构实际荷载情况相比，单调加载更为经济、方便和有效。单调加载试验可以得到结构或构件的结构性能等。

(二)结构静力试验的作用，研究结构或构件的承载力、挠度、抗裂度、变形能力等基本性能和破坏机制

静力试验主要用于模拟结构承受静荷载作用下的工作情况，试验中可以观测和研究结构构件的承载力、挠度、抗裂度、变形能力等基本性能和破坏机制。

(三)结构试验方法的国家标准

第二节结构静力试验的加载设计

(一)加载制度和荷载与时间的关系

试验荷载的确定和荷载分级。分级加载和级间持荷时间。预载和正式加载。

★加载设计的内容

结构静力试验的加载设计包括加载制度和加载图示两方面的设计内容。

?加载制度指的是试验进行期间荷载的大小和方向与时间的关系；

?加载图示指的是试验中荷载的空间布置；

★加载设计的目的

在试验中模拟结构的实际荷载情况，提出与结构的实际荷载相似的加载制度和加载图示。

★加载制度的意义

只有正确制定试验的加载制度，才能正确了解结构的承载能力和变形性质，才能将试验的结构相互进行比较。

?试验加载制度取决于不同的试验对象和试验目的；

?科学研究与生产鉴定的结构构件试验一般均需进行破坏试验；

?为了充分研究结构的工作情况，试验加载常分级并按几个循环进行，最后才加载至结构破坏。

★采用分级加载制度的优点有哪些？

?采用分级加载一方面可控制加载速度，另一方面便于观测结构变形时随荷载变化的规律，了解结构各个阶段的工作性能。从操作上看，分级加卸荷载也为加载和观测提供了方便的条件。

★什么是典型的静力试验加载制度？

?选分级加载到试验需要的相应的试验荷载值，然后在满载情况下持久停留足够长的时间，观测变形的发展，以后再作分级卸载，卸载完成后给以一定的空载时间，最后在分级逐步加载至结构破坏。如何确定分级加载级间的持续时间？

分级加载持续时间取决于结构变形的发展情况，即要求在试验分级加载的持荷时间内结构的变形能充分的得到反映。

第三节受弯构件的试验

(一)试件安装和加载方法

常见的典型受弯构件——单向板、梁。

受弯构件的试验布置方案是什么？

试验安装时常采用正位试验方案，其一端为可动铰支座，另一端为固定铰支座，支座下面用支墩安置在地面上。

当试验荷载的布置图示不能完全与设计的规定或实际情况相符，或者为了试验加载的方便及加载条件的限制时，可以采用等效荷载。

(二)试验项目和测点布置

★梁的挠度测量：

1、梁的挠度值是试验数据中最能反映其总体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；

2、受弯构件中最主要的测量内容是测定跨中最大挠度值及其挠度曲线；

3、在实际试验加载中，由于荷载的作用，梁的两个端点处的支座都会或多或少地发生向下的位移称为支座沉陷，以致使梁产生刚性位移，试验中通过是测量梁上某一点相对地面的位移。为测量真实的跨中挠度，应该去除支座沉陷影响，一般需布置三个测点。

4、对于跨度较大的梁，为测量梁的弹性挠度曲线，则需布置5~7个测点，并沿梁的跨间对称布置。

如何判断混凝土构件出现微细裂缝？

混凝土的微细裂缝不能光凭肉眼观察，当出现下列现象时，也可判明混凝土构件开裂：若构件在某级荷载作用下开始开裂，则跨越裂缝测点的仪器读数将会有较大的跃变，此时相邻测点仪器读数可能变小，有时甚至出现负值，使原有光滑的曲线产生突然转折的现象。

★考虑到各仪器标距的不连续性，为防止裂缝正好出现在两个仪器的间隙内，可以将仪器交错重叠布置。★裂缝宽度测量时，可根据裂缝出现前后两级荷载（2011.01）所产生的仪器读数差值来表示。

★每一构件中测量裂缝宽度的裂缝数目一般不少于3条；

第四节受压构件的试验

(一)试件安装和加载方法

轴心压杆或偏心压杆的边界条件，球铰支座和刀口支座，几何对中和物理对中。各种加载

方法和相应的加载装置(液压加载、结构试验机加载)。

★(二)试验项目和测点布置

荷载、力和强度，挠曲、转角和曲率，应变和应力，混凝土结构的裂缝和抗裂度等。

位移和挠曲测量的测点布置，支座位移的修正。轴压和压弯截面应变测量的测点布置，双

肢柱腹杆应变和杆件内力测量的测点布置。

第五节屋架的试验

(一)试件安装和加载方法

简支的边界条件，转动角支座和滚动角支座。各种加载方法和相应的加载装置(液压加载、

重力加载)。屋架试验的侧向支撑布置。

★(二)试验项目和测点布置

荷载、力和强度，杆件和屋架的挠度和转角，杆件和节点的应变和应力，混凝土结构的裂缝

和抗裂度等。

挠度测量的测点布置，支座沉陷的修正。杆件内力和节点约束作用测量的应变测点布置。

端部节点平面应力问题的应变测量的测点布置。预应力锚头性能测量的应变测点布置。预应

力混凝土屋架下弦钢筋应变测量的测点布置，裂缝测量的测点布置。

第六节薄壳和网架的试验

(一)试件安装和加载方法

薄壳结构的多点支承和周边支承。网架受压和受拉压铰支座的边界条件。各种加载方法

和相应的加载装置。

(二)试验项目和测点布置．

荷载、力和承载力，挠度和转角，应变和应力，混凝土结构的裂缝等。

对称性的利用，结构对称，荷载对称，边界条件对称。薄壳结构壳面和周边构件挠度和挠曲

面测量的测点布置。壳面平面应力问题的测点布置。网架结构挠度和挠曲线测量的测点布置。

网架结构杆件内力和次应力测量的测点布置。

第七节整体结构的静力试验

(一)钢筋混凝土平面楼盖试验

1．试件安装和加载方法

部分楼板、次梁、主梁和整个楼层楼板试验的试验荷载和荷载图式。连续结构试验的等效

荷载。各种加载方法和相应的加载装置。

2．试验项目和测点布置

荷载、力和强度，楼板、梁的挠度和转角，构件的应变和应力，混凝土结构的裂缝和抗裂度

挠度测量的测点布置，支座沉陷的修正。楼盖混凝土初始应力测量的测点布置。混凝土或

预应力混凝土楼盖的钢筋应变测量的测点布置。

(二)单层工业厂房整体空间工作的试验

1．加载方法

各种加载方法和相应的加载装置。

2．试验项目和测点布置

荷载和力、位移等。排架位移测量的测点布置等。

(三)足尺房屋结构的整体试验试验对象。试验荷载和加载方式。试验项目和测点布置。

各楼层的水平位移，基础的沉降、转角和水平位移，结构的内力和应力分布等。

第八节结构静力试验的数据处理

(一)原始数据的整理(数据整理和修正)

数据处理：结构静力试验后（有时在试验中），对采集得到的数据进行整理、换算、统计分析和归纳演绎，以得到代表结构性能的公式、图像、表格、数学模型和数值的过程。

★(二)结构变形的计算

梁的挠度、转角、曲率和构件剪切变形等的计算。

由位移等测量数据换算得到挠度、转角、曲率和剪切变形等。计算时，考虑支座变形、结构

自重等的影响，结构反拱的修正、等效荷载的修正等。

★简支梁的弯曲变形

的挠度修正

由试验得到荷载与挠度的关系线，从曲线的初始线性段自重和设备重量作用下的挠度：

(三)内力和应力的计算

弹性构件截面内力、平面问题的主应力和剪应力等的计算。

由应变等测量数据换算得到截面内力、主应力和剪应力等。

(四)试验结果的表示

试验结果的表示形式：表格、图像和函数。

试验曲线的绘制。常用的试验曲线、荷载一变形曲线等。

建立函数形式和计算函数的系数。

第九节结构性能检验与评定

(一)构件的承载力检验(二)构件的挠度检验(三)构件的抗裂检验(四)构件的裂缝宽度检验(五)结构性能评定

第六章结构动力试验

(一)结构动力荷载的类型地震作用机械设备振动和冲击荷载高层建筑和高耸构筑物的风振环境振动（地面的随机脉动）爆炸引起的振动

(二)结构动力试验的内容

1．动力荷载特性试验

结构动力荷载特性试验要求测定的内容有哪些？

动力荷载(作用力)的数值大小、作用方向、作用频率及其规律。

2．结构动力特性试验

结构动力特性试验的测定内容有哪些？

结构构件的固有频率、阻尼系数和结构振型。

3．结构动力反应试验结构强迫振动特性，即位移(振幅)、速度、加速度、动应力、动力系数等。

第二节结构动力荷载特性试验

(一)主振源的探测

常见的振动波形（2012.01）

分析方法：取一个单元进行分析

主振源：对结构起主导作用而危害最大的振源；

主振源的探测方法有哪些？

当在工业厂房中有多台振动机械设备时，逐个开动并观察结构在单个振源影响下的振动情况，从中找到主振源；

分析实测振动波形，按照不同振源将引起不同规律的强迫振动的这一特点，间接判定振源的某些性质，作为探测主振源的参考依据；

分析结构振动的频率（结构强迫振动的频率和作用力的频率相同），作为进一步判断主振源的依据；(二)动力荷载特性的试验测定

动力荷载特性试验的测定方法有哪些？（2011.01）

直接测定法：在测量对象上直接安装传感器，通过传感器的反应来测定动荷载本身参数以确定其特性；

鉴于量测技术不断提高，各种传感器不断完善，此方法的应用也愈来愈广；

间接测定法：通过测定专用的、有足够变形的弹性结构上的振动情况，间接获得动力荷载的特性；此法适用于动力设备制造部门和检验单位作产品检验和标定时采用。

比较测定法：比较振源的承载结构在已知动荷载作用下的振动情况和待测振源作用下的振动情况，从而获得动荷载的特性数据；此法对产生简谐荷载的振源效果最好

第三节结构动力特性试验

结构动力特性试验的量测内容：

动力荷载(作用力)的数值大小、作用方向、作用频率及其规律。

量测结构动力特性的意义和作用。

★结构的动力特性与外荷载无关，仅和结构自身因素相关，如结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质、构造连接等；

结构动力特性试验的方法及其相应的特点有哪些？

人工激振法（自由振动法和强迫振动法）、环境随机振动法；

?人工激振法是一种早期使用的方法，试验得到的数据直观简单、容易处理；

?环境随机振动法是一种建立在计算机技术发展基础上采用数理统计处理数据的方法，它能利用环境脉动的随机振动，不需要激振设备，对于现场测试特别有利。

(二)人工激振法测量结构动力特性

包括：自由振动法、强迫振动法(共振法)。

自由振动法测量结构动力特性的原理：设法使结构产生自由振动，通过记录仪记下有衰减的自由振动曲线，由此求出基本频率和阻尼系数等。

★试验结果：

自振频率f=1/T

阻尼(波形图中有零线时) λ=ξ/2π; λ=2(㏑x n/x n+K)/K

振型（2011.10）：结构在对应某一固有频率下的一个不变的振动形式。即结构在某一固有频率下，结构振动时各点的位移呈现出一定的比例关系，沿结构各点将位移连线所形成的曲线。

自由振动法测量结构的自振频率时，一般只能测得结构的一阶振型（基本振型）。一般情况下，结构的一阶振型是最容易激发的；

强迫振动法（共振法）测量结构动力特性的原理：利用专门的激振器，对结构施加简谐振动荷载，使结构产生恒定的强迫简谐振动，借助共振现象来观测结构的自振性质。

★试验结果

自振频率、阻尼、振型

(三)环境随机激振法测量结构动力特性

第四节结构动力反应试验

(一)结构动态参数的测量

测定结构在动力荷载作用下特定部位的动态参数，包括位移（振幅）、速度、加速度、动应力、动力系数等。

(二)结构振动形态的测量

★结构的振动变形图和振型

?结构的振动变形图是结构在特定荷载作用下的变形曲线；

?结构的振型是结构物按其固有频率振动时，由惯性力引起的弹性变形曲线，它与外荷载无关，属于结构本身的动力特性；

(三)结构动力系数的测量

★结构的动力系数：最大动挠度和最大静挠度的比值；

结构动力系数的测量方法是什么？（2011.01）

为了求得动力系数，先使作用在结构上的移动荷载以最慢的速度驶过结构，测得结构的挠度曲线，然后使移动荷载按某种速度驶过，这时结构产生最大挠度，得到最大静挠度和最大动挠度，结构的动力系数即为最大动挠度和最大静挠度的比值。

第五节结构疲劳试验

结构疲劳现象。结构疲劳试验的内容。

★结构或材料的疲劳现象

结构在等幅等频或变幅变频的多次重复和反复荷载作用下，由于结构某一部分局部损伤的递增和积累，导致裂纹的形成并逐步扩展，材料的极限强度降低，以致结构在低于相同荷载作用情况下被破坏的现象。结构疲劳试验的目的是什么？

研究结构在多次重复或反复荷载作用下的结构性能及其变化规律，确定结构疲劳破坏时的强度值和荷载重复作用的次数，也即是确定疲劳极限和疲劳寿命。

结构疲劳试验的分类等幅等频疲劳（最为常用）、变幅变频疲劳和随机疲劳

(四)结构疲劳试验的安全装置

第七章结构抗震试验

(一)结构抗震试验的任务

结构抗震试验的任务：

?对新材料抗震性能进行研究，为在地震区推广使用这种新材料提供科学依据；

?对新结构的抗震能力进行研究，提出新结构的抗震设计方法，以便在地震区推广应用这种新结构；

?通过对实际结构的模型试验研究，验证结构的抗震性能和能力，评定安全性；

?为制定和修改抗震设计规范提供科学依据；

抗震能力：小震不坏、中震可修、大震不倒

(二)结构抗震试验的分类和特点

★结构抗震试验的分类实验室内试验低周反复加载试验、拟动力试验、地震模拟振动台试验野外试验人工地震模拟加载试验、天然地震加载试验

★低周反复加载试验（伪静力试验或拟静力试验）

含义：低周反复加载试验一般给试验对象施加低周反复作用的力或位移，用以模拟地震对结构的作用，并评定结构的抗震性能和能力。

特点（优点和不足）

优点在试验过程中可以随时停下来观测试件的开裂和破坏状态，检验校核试验数据和仪器工作情况，并可根据试验需要改变加载历程；

缺点试验的加载历程是研究者预先主观确定的，与实际地震作用历程无关，另外由于加载周期长，不能反映实际地震作用时应变速率的影响。

★拟动力试验（伪动力试验或计算机加载器联机试验）

含义试验加载可按输入地面运动加速度（2010.10）时程，由计算机求得结构的位移时程，控制加载器施加荷载，它是一种对结构边分析边试验的抗震研究方法。通过拟动力试验，可研究结构的恢复力特性、结构的加速度反应和位移反应、结构的开裂、屈服和破坏全过程。

特点（优点和不足）（2011.01）

拟动力试验在整个数值分析过程中不需要对结构的恢复力特性作任何的假设，这对于分析结构弹塑性阶段的性能特别有利；

由于拟动力试验加载的时间周期可设置的比较长，为此，同样有条件给试验者足够的时间来观测结构性能变化和受损破坏的过程，从而获得比较详尽的数据资料；

由于拟动力的加载器作用力较大，可进行大比例尺试件的模拟地震试验，从而弥补了模拟地震振动台试验时，小比例尺模型的尺寸效应，并能较好的反映结构的构造要求；

★模拟地震振动台试验

含义：地震模拟振动台对结构物进行地震模拟实验，配合先进的测试仪器设备和数据采集分析系统，再现天然地震记录（2011.10），使结构抗震实验的水平得到了很大提高，且大大促进了结构抗震研究工作的进展。

第二节低周反复加载试验

(一)低周反复加载试验的加载制度(单向加载和双向加载)

●低周反复加载试验单向加载制度的类型和方法

?控制位移加载法——变幅加载、等幅加载、变幅等幅混合加载;

?控制作用力加载法；

?控制作用力和控制位移的混合加载法——先控制作用力后控制位移

●低周反复加载试验双向加载制度的类型和方法

X、Y轴双向同步加载；X、Y轴双向非同步加载；

(二)低周反复加载试验的加载设计

1．墙体试验装置设计。

?墙体竖向均布加载的悬臂式试验装置中，可以采用哪些水平加载方式？

?使用大吨位的电液伺服加载器，它可以实现低频大位移双向加载，是比较理想的加载方式；

?使用一般双作用加载器来满足反复加载的要求；

?使用两台单作用加载器安装在试件两侧，通过油路中的换向阀交替对墙体施加水平推力，适用于加载设备条件的限制；

?使用水平反力架，通过水平拉杆与墙体上部压梁连接后，用两台加载器对墙体交替施加抗侧力支架。

2．框架节点试验装置设计。

?钢筋混凝土框架节点的试件，可取框架在侧向荷载作用下节点相邻梁柱反弯点之间的组合体，经常采用十字型试件。

?对于检验性试验或预制装配节点，宜采用足尺构件，并保证配筋构造符合或接近实际。

?对于必须考虑荷载位移效应的试验，应该采用柱端加载的方案；

?对于以梁端塑性铰或核心区为主要研究对象时，可采用梁端反对称加载方案；

(三)低周反复加载试验的观测设计

2．框架节点试验观测设计。

★(四)低周反复加载试验数据资料整理

★1．强度(开裂荷载、屈服荷载、极限荷载和破损荷载)。

?开裂荷载—试件出现水平裂缝、垂直裂缝或斜裂缝时的截面内力或应力值；

?屈服荷载—试件刚度开始明显变化时的截面内力或应力值；

?极限荷载—指试件达到最大承载能力时的截面内力或应力值；

?破损荷载（2011.10）—试件经历最大荷载后，达到某一剩余承载能力时的截面内力或应力值，现今试验标准和规程规定可取极限荷载的85%。

2．刚度(初始刚度、卸载刚度和等效刚度)。

3．骨架曲线。在低周反复加载试验所得荷载—变形滞回曲线中，取所得每一级荷载第一次循环的峰点（卸载顶点）连接的包络线作为骨架曲线，它是每次循环的荷载—变形曲线到达最大峰点的轨迹；

4．延性系数。在低周反复加载试验所得的骨架曲线中，结构破坏时的极限变形和屈服时的屈服变形之比，延性系数反映的是结构构件的变形能力，是评价结构抗震性能的一个重要指标；

5．退化率。指在控制位移作等幅低周反复加载时，每施加一周荷载后强度或刚度降低的速率；退化率反映结构在一定变形条件下，强度或刚度随反复荷载次数增加而降低的特性，它的大小反映了结构是否经受得起地震的反复作用；

6．能量耗散。结构构件吸收能量的好坏，可由滞回曲线所包围的滞回环面积和它的形状来衡量。

第三节拟动力试验

(一)拟动力试验的工作原理

计算机分析和恢复力实测相结合的半理论半试验的非线性地震反应分析方法；即由计算机监测和控制整个试验，结构的恢复力不需要事先假定，而可直接通过测量作用在试验对象上的荷载值和位移得到（2011.01），然后再通过计算机来完成非线性地震反应微分方程的求解工作。

(二)拟动力试验的加载设计和工作流程输入地面运动加速度；计算下一步的位移值；位移值的转换，施加下一步荷载量测恢复力及位移值；由数据采集系统进行数据处理和反应分析；

(三)拟动力试验的试验设备

电液伺服加载器加载器活塞冲程的最大位移量应大于试验设计位移量的120%；加载器最大出力应大于试验设计荷载的150%；当对加载速度有要求时，应认真核查加载器的频率响应特性；

第四节地震模拟振动台试验

(一)地震模拟振动台试验的加载设计(对输入振动台地面运动加速度时程曲线的要求，

输人加速度时程曲线的种类)

(二)地震模拟振动台试验的加载过程和试验方法(一次加载、多次加载)

(三)地震模拟振动台试验的观测设计和反应量测

(四)地震模拟振动台试验的安全措施

第八章非破损检测技术

(一)非破损检测技术的内容和分类

★非破损（局部破损）检测技术的含义是什么？

非破损（局部破损）检测技术是在不破坏（微破损）结构构件材料内部结构、不影响整体工作性能和不危及结构安全的情况下，利用和依据物理学的力、声、电、磁和射线等的原理、技术和方法，测定与结构安全材料性能有关的各种物理量，并以此推定结构构件材料强度和检测内部缺陷的一种测试技术。

砼非破损检测技术的分类和特点

?分类——回弹法、超声法、回弹超声综合法

?特点（2011.10）

非破损检测技术的最大优点是可直接在结构构件上进行全面检测，可以比较真实地反映构件材料在测定时的实际强度，可以在不破坏结构和不影响使用性能的条件下检测结构内部有关材料质量的信息。

(二)非破损检测技术在结构工程中的应用和意义

评定结构构件的质量；加强施工管理，控制施工进度；诊断已建结构构件的承载能力和耐久性，评定已建结构的可靠度等级和估算剩余寿命；

第二节混凝土强度的非破损检测技术

(一)回弹法检测混凝土强度回弹法检测混凝土强度的含义

回弹法利用回弹仪对混凝土表面进行弹击，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。

回弹法的基本原理

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。

碳化深度测量的注意事项

应选择不少于构件的30%的测区数在有代表性的位置上测量碳化深度值；

回弹法检测混凝土强度时要求量测碳化深度值的意义是什么？

随混凝土龄期的增长，表面产生碳化现象后，使表面硬度随着碳化深度的增加逐渐增大（这对混凝土强度的影响不大），这样使回弹值与强度的增加速率不等，从而显著影响力 的相互关系，对于碳化后的混凝土直接采用回弹值来推定混凝土强度时，必然会产生误差。因此，用回弹法测定混凝土强度时，必须量测和考虑碳化深度的影响。

超声回弹综合法的含义： 超声回弹综合法是建立在超声波传播速度和回弹值与混凝土抗压强度之间相互关系的基础上，以超声波速度和回弹值综合反映混凝土抗压强度的一种非破损检测方法。 ● 超声回弹综合法检测混凝土强度的工作原理 在超声回弹综合检测时，结构或构件上的每一测区的混凝土强度是根据该测区实测的超声波波速V 和回弹平均值Rm ，按事先建立的三者之间的关系曲线而推定。

第三节 混凝土强度的局部破损检测技术 ● 钻芯法的含义 钻芯法试验是使用专用的取芯钻机，从被检测的结构或构件上直接钻取圆柱形的混凝土芯样，并根据芯样的抗压试验由抗压强度推定混凝土的立方抗压强度。 ● 拔出法的含义（2011.10） 拔出法试验是用一金属锚固件预埋入未硬化的混凝土浇筑构件内，或是在已经硬化的混凝土构件上钻孔埋入一金属锚固件，然后测试锚固件从硬化混凝土中被拔出时的拉力，并由此推算混凝土的抗压强度，这是

一种局部破损检测混凝土强度的试验方法。 ● 拔出法检测混凝土强度的基本原理 基本原理是依据混凝土的抗拔力（或抗拔强度）与抗压强度（2010.01）的相关关系而提出，通过拔出试验得到被拔出的圆锥体混凝土块的投影面积，确定混凝土的拔出强度，并由此推算混凝土的抗压强度。 ? 拔出法的分类——预埋拔出法和后装拔出法 后装拔出法在结构构件的硬化混凝土表面通过专用的钻孔机、磨槽机进行钻孔、磨槽和嵌入锚固件后，进行拔出试验检测混凝土强度的方法。

第四节 混凝土内部缺陷的超声法检测技术 ? 声法检测混凝土缺陷的基本原理 采用低频超声波检测仪，测量超声脉冲的纵波在结构混凝土中的传播速度，接收波形信号的振幅和频率等声学参数的相对变化，对同条件下无缺损的混凝土进行比较，来判断和评定混凝土的缺陷和损伤情况。

★ 对于结构 混凝土开裂深度小于或等于500mm （2011.10）的裂缝，可采用平测法或斜测法进行检测。 平面对测法。平面斜测法。钻孔法。检测数据处理与缺陷的判定。混凝土内部空洞尺寸

的估算。

? 测试方法 对测法 斜测法 钻孔法

? 第五节 混凝土内部钢筋位置和钢筋锈蚀的检测技术

(一)混凝土内部钢筋位置的检测 钢筋测试仪的原理和检测技术。 ? 混凝土内部钢筋位置的检测原理—电磁感应原理 混凝土是带弱磁性的材料，而结构内部配置的钢筋是带有强磁性的。钢筋测试仪的探头接触混凝土表面时，探头中的线圈通过交流电，其周围将产生交流磁场。由于磁场中钢筋的存在，线圈中将产生感应电动势。该感应电压的变化值是钢筋与探头的距离和钢筋直径的函数，且钢筋越靠近探头，钢筋直径越大时，感应强度变化就越大。

(二)混凝土内部钢筋锈蚀的检测 钢筋锈蚀测试仪的原理和检测技术。 ? 钢筋锈蚀检测的工作原理 钢筋的锈蚀是一个电化学的过程。钢筋因锈蚀而在表面有腐蚀电流存在，使电位发生变化，检测时采用钢筋锈蚀测量仪，用半电池电位法测量钢筋表面与探头之间的电位差，利用钢筋锈蚀程度与测量电位间建立的一定关系，由电位高低变化的规律，可以判断钢筋锈蚀的可能性及其锈蚀程度。试验表明：负电位数值越高，钢筋锈蚀程度越高。

第六节 砌体结构强度的非破损检测技术

(一)砌体强度的间接测定 砌筑砂浆抗压强度测定：回弹法，推出法。

? 回弹法

基本原理：采用专门的砂浆回弹仪量测砖砌体内的砌体砂浆强度，由反映砂浆表面的回弹值和用酚酞试剂测试的砂浆碳化深度这两项指标与砂浆强度的相关关系换算得到砂浆强度值。

本方法不适用于推定高温、长期侵水、化学侵蚀和火灾情况下的砂浆抗压强度。 ? 推出法

基本原理：利用特制的加载装置对砖砌体中被选定的某一丁专施加水平推力，该丁砖的顶面及两侧侧面砂浆已被事先清除，当达到极限推力时，被试砖块沿砖底面水平砂浆层或砖和砂浆结合面被推出，其极限推力实质上反映了水平砂浆的抗剪强度，利用水平灰缝砂浆抗剪强度与砂浆试块立方强度之间的相关关系，由极限推力值推算砂浆的抗压强度值。 ● 推出法的检测数据分析（2011.10） (二)砌体强度的直接测定 砌体原位抗压强度测定：扁顶法的原理试验装置和检测技术。

砌体原位抗剪强度测定：原位单砖双剪法的试验方法和检测技术。

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