结构试验结构试验测试技术
结构检测
1.结构试验：结构试验是在结构物或试验对象上，利用设备仪器为工具，以各种实验技术为手段，在施加各种作用的工况下，通过量测与试验对象工作性能有关的各种参数和试验对象的实际破坏形态，来评定试验对象的刚度、抗裂度、裂缝状态、强度、承载力、稳定和耗能能力等，并用以检验和发展结构的计算理论。
2.根据不同的试验目的、荷载性质、试验对象、试验场合、构件破坏与否、荷载作用时间等不同因素进行分类。
可分为研究性试验和检验性试验、静力试验和动力试验、实体试验和模型试验、实验室试验和现场试验、破坏性试验和非破坏性试验、短期荷载试验和长期荷载试验。
3.静力试验：静力试验可分为单调静力荷载试验、拟静力试验和拟动力试验。
所谓“静力”一般是指试验过程中，结构本身运动的加速度效应可以忽略不计。
4.拟动力试验：拟动力试验是将地震实际反应所产生的惯性力作为荷载加在试验结构上，使结构所产生的非线性力学特征与结构在实际地震作用下所经历的真实过程完全一致。
5.结构检测：结构检测是为评定结构工程的质量或鉴定既有结构的性能等所实施的检测工作。
检测包括检查和测试。
结构检测可分为结构工程质量的检测和既有结构性能的检测。
6.结构试验技术的新发展：先进的大型和超大型试验装备、现代测试技术、计算机技术的应用、基于网络的结构试验技术。
7.试验装置设计具体要求：（1）试验装置应有足够刚度。
（2）试验结构构件的跨度、支撑方式、支撑等条件和受力状态应符合设计计算简图，且在整个试验过程中保持不变。
（3）试验装置要满足构件的边界条件和受力变形的真实状态，且不应分担试验结构构件承受的试验荷载和不应阻碍结构构件变形的自由发展。
（4）应满足试件就为支撑、荷载设备安装、试验荷载传递和试验过程的正常工作要求。
8.加载制度：试验加载制度是指试验进行期间荷载与时间的关系。
它包括：加载速度的快慢、加载时间间歇的长短、分级荷载的大小和加卸载循环的次数等。
9.测点的选择与布置应满足以下原则：（1）在满足试验目的的前提下，应使重点观测项目突出，测点宜少不宜多。
土木工程结构试验与检测
研究性试验：验证结构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、推理、假设及概念的正确性，或者为了创造某种新型结构体系及计算理论，而系统地进行的试验研究。
静力试验：所谓“静力”一般是指试验过程中，结构本身运动均加速度效应（惯性力效应）可以忽略不计。
单调静力荷载试验：试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能的试验。
拟静力试验：也叫低周期反复荷载试验或伪静力试验。
利用加载系统对结构施加逐渐增大的反复作用荷载或交替变化的位移，使结构或构件受力的历程与结构在地震作用下的受力历程基本相似，属于结构抗震试验方法，但其加载速度远低于实际结构在地震作用下所经历的变形速度。
结构动力试验主要包括：①动荷载的特性试验方法：直接测定法、间接测定法、比较测定法。
②结构动力特性试验；③结构的动力反应试验；④模拟振动地震台试验；⑤风洞试验；⑥疲劳试验。
实体试验和模型试验；试验室试验和现场试验；非破坏性试验和破坏性试验。
结构检测：是为了评定结构工程的质量或鉴定既有结构的性能等所实施的检测工作。
研究性试验包括哪几个阶段？设计阶段→准备阶段→实施阶段→总结阶段。
试验阶段试验加载图式：试验荷载在试验结构构件上的布置（包括荷载类型和分布情况）称为加载图示。
试验装置：①试验装置应有足够的刚度，在最大的试验荷载作用下，应有足够承载力（包括疲劳强度）和稳定性。
②试验结构构件的跨度、支撑方式、支撑等条件和受力状态应符合设计计算简图，且在整个试验过程中保持不变。
③试验装置要满足构件的边界条件和受力变形的真实状态，且不应分担试验结构构件承受的试验荷载和不应阻碍结构构件变形的自由发展。
④应满足试件就位支撑、荷载设备安装、试验荷载传递和试验过程的正常工作要求。
加载制度：是指试验进行期间荷载与时间的关系。
测点的选择与布置：用仪器对结构或构件进行内力、变形等参数的量测时，测点的选择与布置应满足以下原则。
仪器选择与测读原则：①选择的仪器，必须能满足试验所需的精度与量程要求。
结构试验与检测中的若干新技术
嚣
试 验 技 术 以及 物联 网技 术 。
【 键 词 】结构 试 验 ；虚 拟 仪 器 ；分 布 式应 变 测 试 ：远程 协 同试 验 ；物 联 关
≯ 网
…
定 工 程 结 构 对 使 用 要 求 的 符 合 程 度 ，并
用 以 检 验 和 发 展 工 程 结 构 的计 算理 论 【ｏ Ｉ
ｅ ａ ｉ ｅ ｔ ｒ ｔｎｇｔ ｓ，ＥＰＣ Ｓｙｓｅ Ｎｅ ｗｏｒ ｔ ｍ ｔ ｋ
０引 言
工 程 结 构 试 验 是 在 试 验 对 象 ｆ 部 或 局
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 力 和 安 全 储 备 提
供 重 要 依 据 。 建 筑 结 构 试 验 检 测 不 仅 对
新 建工 程安 全 性能 的评定 起 重要作 用 ， 而 且 对 于 危 旧 房 屋 的 更 新 改 造 ， 古 建 筑 整 体 、 实 物 或 模 型 ） 使 用 仪 器 设 备 和 工 上
一
【 摘 要 】结 构试验 与检 测是 土木 工程 结构研 究 、设 计 、施 ． ３ Ｌ，以￣ Ｔ程安 ２－ －
全 鉴 定 、 估 中的 重要 环 节 随 着 土 木 、材 料 、测 量 、 算 机 网络 等技 术 的发 展 ， 评 计 传 统 测 试 方 法 的局 限 性 变 得 日益 明显 ， 难 以 满 足 结 构 ＿ 程 技 术 进 一 步发 展 的 需 Ｔ － 要 ，由 此 产 生 了一 些 新 的 结构 试 验 与 捡 测技 术 。文章 主要 介 绍 了几项 当前 被 广 泛 研 究和 关 注 的新 技 术 ，包括 虚拟 仪 器技 术 、分 布 式 应 变 测试 技 术 、网络 远 程 协 同
结构试验与检测
一、名词解释1、结构试验：实在结构物或试验对象上，利用设备仪器为工具，以各种试验技术为手段，在施加各种作用的工况下，通过量测与试验对象工作性能有关的各种参数和试验对象的实际破坏形态，来评定试验对象的刚度、抗裂度、裂缝状态、强度、承载力、稳定和耗能能力等，并用以检验和发展结构的计算理论。
2、单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能的试验。
3、结构检测：是为评定结构工程的质量或鉴定既有结构的性能等所实施的检测工作。
4、试验加载图式：试验荷载在试验结构构件上的布置（包括荷载类型和分布情况）。
5、试验加载制度：是指试验实施过程中荷载的施加程序和步骤。
（加载制度也可认为是试验进行期间荷载与时间的关系。
包括：加载速度的快慢、加载时间间歇的长短、分级荷载的大小和加卸载循环的次数等。
）6、惯性力加载法：是在结构动力试验中，利用物体质量在运动时产生的惯性力对结构施加动荷载。
7、拟静力试验：也称低调周期反复荷载试验或伪静力试验。
其基本原理：是用低周期往复循环加载的方法对结构构件进行静力试验，试验中控制结构的变形值或荷载量，使结构构件在正反两个方向反复加载和卸载，用以模拟结构在地震作用下的受力过程。
8、屈服变形：混凝土构件受拉主筋应力屈服时的荷载或相应变形。
9、重物加载是利用本身的重量施加在结构上作为模拟荷载。
10、环境随机振动法：俗称脉动法，利用脉动，采用高灵敏度的传感器、放大记录设备，量测结构的反映，借助于随机信号数据处理的技术，分析确定结构的动力特性的方法。
二、考点1、（P11）研究性试验的4个阶段：设计、准备、实施和总结。
2、研究性试验装置要求：①应有足够刚度。
在最大试验荷载作用下，应有足够承载力和稳定性。
②试验结构构件的跨度、支承方式、支撑等条件和受力状态应符合设计计算图，且在整个试验过程中保持不变。
③试验装置要满足构件的边界条件和受力变形的真实状态，且不应分担试验结构构件承受的试验荷载和不应阻碍结构构件变形的自由发展。
土木工程结构试验与检测技术
土木工程结构试验与检测技术一、填空1、结构试验按实验对象可分为真型试验与模型试验，按荷载性质可分为静力试验与动力试验，按试验场所可分为实验室试验与现场试验，按持续时间分为短期荷载试验与长期荷载试验。
2、结构试验的四个阶段包括试验的规划设计阶段、准备阶段、实施阶段和完成阶段。
3、结构试验存在误差，在试验设计的各个环节中需对其加以控制，以提高测试精度，保证试验质量。
4、测试结构和构件混凝土内部缺陷的方法有对测法，斜测法和钻孔法。
5、用回弹仪测量混凝土的强度建立回弹曲线时碳化深度是一个重要影响因素。
6、试验加载常用的方法有重物加载与液压加载。
7、相同强度的混合砂浆与水泥砂浆相比，混合砂浆的和易性更好。
8、墙体破坏的三个阶段为：单砖出现裂缝，裂缝伸长出现多道裂缝，出现通缝。
9、砌体结构强度的检测方法主要有扁顶法、原位轴压法、原位单剪法、原位单砖双剪法。
10、用载荷试验法进行地基承载力检测时，浅层平板载荷试验适用于浅层地基土，深层平板载荷试验适用于埋深大于3m和地下水位以上的地基土，螺旋板载荷试验适用于深层地基土或地下水位以下的地基土。
11、基桩承载力检测时，单桩承载力易通过现场静载试验确定，在同一条件下试桩数量不宜少于总桩数的1%，并且不少于3根。
12、基桩承载力检测中荷载系统的加载能力至少不低于破坏荷载或最大加载量的1.5倍，最好能达到1.5~2.0倍。
二、选择1、回弹法检测混凝土强度每一个结构和构件测区数不少于（ B ）个，对某一方向尺寸小于4.5m切另一方向尺寸小于0.5m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于（）个。
A15 5 B 10 5 C 20 10 D 20 52、回弹法检测混凝土强度时当测区有一对平行侧面时，则在每个侧面各测取8个回弹值；若侧区仅有一个侧面时，在该侧面需测取（ C ）个回弹值，相邻两测区的间隔控制在2m 以内，测区面积不宜大于（）㎡。
A10 0.2 B 15 0.02 C 16 0.04 D 16 0.0253、混凝土结构的检测内容除钢筋强度、混凝土强度之外还包括（ D ）A混凝土构件外观质量与内部缺陷B 混凝土构件的尺寸偏差、变形与损伤C 钢筋的位置、锈蚀D 以上皆是4、用钻芯法检测砼强度时，钻取芯样的数量一般不少于（A）个。
第4章 试验量测技术
R1 R1 R1 R1 R2
Ui
R4 R3 R4
Ui
R1
R2 R4
R2 R3
R4
R1 R1
4.2 应变量测
如果AB桥路上接的是应变片： 则有：
UO
Ui
R1
R2 R4
R2 R3
R4
R1 R1
=Ui
R1
R2 R4
R2 R3
4.2 应变量测
3.光测法——光纤光栅应变计
分布式光纤传感系统原理是同时 利用光纤作为传感敏感元件和传输信 号介质，采用先进的OTDR技术，探测 出沿着光纤不同位置的温度和应变的 变化，实现真正分布式的测量。 应变 测量原理是基于Brillouin散射的分布 式温度和应变传感系统，它可以同时 测量温度和应变。
（2）四分之一桥路：桥臂中，当且仅 当有一肢桥臂的电阻是外接的电阻应 变片，其阻值发生相应变化，而其余 桥臂采用无感电阻的桥路称1/4桥路。 不能实现温度补偿
等臂桥路 1/4桥路
4.2 应变量测
（3）半桥桥路：在四肢桥臂中，有两 肢相邻桥臂的电阻是外接电阻应变片， 其电阻阻值发生相应变化，而另外两肢 相邻桥臂的电阻是无感电阻的桥路称半 桥桥路。能实现温度补偿
4.2 应变量测
温度补偿应变片法桥路连接示意
半桥外部桥路
4.2 应变量测
于是有：
UO
Ui 4
R1
Rt1 R
Rt 2 R
Ui 4
R1 R
UiK 4
1
半桥互补桥路Βιβλιοθήκη UOUi 4
14结构试验量测技术及实验内容
量测仪表的性能指标
量程：仪表所能量测的最小至最大的量值范围。 最小分度值：仪器的指示或显示装置所能指出 的最小测量值。 精确度：仪表的指示值与被测值的符合程度， 常用满程相对误差表示。 灵敏度：被测量的单位变化引起仪器示值的变化值。 滞后：在恒定的环境条件下，仪器在整个量测 范围内，从起始值到最大值来回输出中 的最大偏差值或该值与量程的百分比。
电阻应变计－原理及构造
L
引出线 覆盖层
基底 敏感栅
B
电阻应变片的主要技术指标
标距：敏感栅在纵轴方向的有效长度 规格：敏感栅的有效使用面积L×B 电阻值：产品标准为120Ω 灵敏系数：由出厂前抽样试验确定，使用 时应变仪的灵敏系数一般应与 应变片相同 温度适用范围：取决于胶合剂的性质
应变测量的原理-物理学和数学知识
资料整理(续)
根据百分表的读数 ，计算各级荷载作用下试验 图。 梁的实测跨中挠度值，作 绘制试验梁的裂缝分布图。 根据《混凝土结构设计规范(GB50010-2002)》， 计算试验梁开裂弯矩、最大裂缝宽度、跨中挠度 和正截面受弯承载力，并与试验实测结果进行比 较分析。
受弯梁承载力计算
α1 f c bx = f y As
进行温度补偿的原因：
(1)温度改变使电阻应变片的导电率ρ发生改变； (2)应变片与构件测点粘贴在一起，温度改变使构件 发生变形。
温度对测量结果的影响程度：
贴在钢结构上的应变片，当应变片的电阻丝为镍铬 合金时，温度变动1度，如果不进行补偿，将引起应 力的偏差为14.7MPa。
温度补偿技术－温度补偿应变片法
F E
G
400
2∠40×40×4mm
800
400
400
土木工程结构试验与检测
1.结构试验分类：研究性试验和检验性试验〔目的〕、静力试验和动力试验〔荷载性质〕、实体试验和模型试验〔试验对象不同〕、实验室试验和现场试验〔试验场合〕、破坏性试验和非破坏性试验〔是否被破坏〕，以及短期荷载试验和长期荷载试验〔荷载作用时间的长短〕。
2、结构检测是为评定结构工程的质量或鉴定既有结构的性能等所实施的监测工作。
检测包括检查和测试。
结构检测可分为结构工程质量的检测和既有结构性能的检测。
研究性试验的全过程：①设计阶段〔试件设计、加载方案设计、测量方案设计、平安措施〕；②准备阶段〔试件制作、试件安装、仪器调试〕；③实施阶段〔加载试验、观测试验〕；④总结阶段〔数据处理、试验分析、试验报告〕。
什么是研究性试验？研究性试验具有研究探索和开发的性质，其目的在于验证结构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、推理、假设及概念的正确性，或者是为了创造某种新型结构体系及其计算理论，而系统的进行的试验研究。
什么是检验性试验？检验性试验对象一般是真实的结构或构件，其目的是通过试验来检验结构构件是否符合结构设计标准及施工验收标准的要求，并对检验结果做出技术结论的试验。
常用的加载方式有哪些？重物加载、气压加载、机械机具加载、液压加载、动力加载。
重物直接加载时应注意哪些问题？当采用铸铁砝码、砖块、袋装水泥等作为均布荷载时，应注意重物尺寸和堆放距离；当采用砂石等松散颗粒材料作为局部荷载时，切勿连续松散堆放，宜采用袋装堆放，以防止砂石材料摩擦角引起的拱作用；当环境温度不同时，可能引起砂石重量随含水率而变化，造成荷载值的不稳定。
液压加载系统有哪几局部组成？优点？油泵、油管系统、千斤顶、加载控制台、加载架和试验台。
优点是利用油压使液压千斤顶产生较大的荷载，试验操作平安方便。
量测技术包括量测方法，量测工具，量测误差分析量测仪表的根本量测方法，偏位测定法，零位测定法量测仪器通常由哪几局部组成？感受局部、放大局部、显示记录局部。
感受局部，直接与被测对象连系，感受被测参量的变化，并将此变化传给放大局部，对于电测仪来说感受局部将非电量的量测对象转换为电量放大局部，将感受局部传来的被测参量通过各种方式进行放大显示记录局部，将放大局部传来的量测结果通过指针或电子数码管屏幕进行显示或通过各种记录设备将实验数据或曲线记录下来。
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4.2 应变测量
丝栅式应变片
标距：0.2mm ~ 200mm
第4章 结构试验测试技术
4.1 概述
➢试件的外部作用：力、位移、温度、振动（输入数据）;
➢试件的反应：应力、应变、位移、裂缝、转角、速度、加速度 （输出数据）; ➢试验测试技术就是用各种方法，对这些数据进行测量和记录。
信号输入 数据采集
系统
信号输出 数据采集
结构测试过程
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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、量程和精度。 3.安装使用方便，稳定性和重复性好。 4.价廉耐用，可重复使用，安全可靠，维修容易。 5.在达到上述要求条件下，尽量要求多功能，多用途，以适应多 方面的需要。
可以测量的表面纤维的变形
测点位置应变片与纤维协同变形
问题转化为测量金属丝的电阻的变化
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4.2 应变测量
由于电阻片的敏感栅并不是一根直丝，再有 受到弯头横向变形、胶层、基底等传递变形的影 响，所以应变片灵敏度系数K ，一般在标准应变 梁上由抽样标定测出，标定梁为纯弯梁或等强度 钢梁。
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4.1 概述
4.按功能种类： 3.按仪器仪表用途分：
➢ 单件式和集成式； ➢测力传感器；
5.按仪器仪表与结构的关系分： ➢位移传感器；
➢ 附着式与手持式； ➢应变计；
➢ 接触式与非接触式； ➢倾角传感器；
➢ 绝对式与相对式。 ➢频率计；
电阻栅
栅长
栅宽
4.2 应变测量 3.电阻应变片的种类
1.按敏感栅的种类划分 ：有箔式、丝绕式、半导体等； 2.按基底材料划分：有纸基、胶基等； 3.按使用极限温度划分：有低温、常温、高温等； 4.按敏感栅形状分：单轴与多轴。
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4.2 应变测量
AD
L
dR d (1 2) R
dL
L
常数
d
dR R
1 2
Ks
线性
dR R
Ksቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
dL L
Ks
Ks：表示单位应变引起的相对电阻变化，称金属丝灵
敏系数。越大，单位应变引起的电阻变化也越大。
4.2 应变测量
4.2 应变测量
测量结构构件的内力 各截面应力分布 各截面应变分布 根据假定由表及里
本 构 关 系
电阻效应”，即金属丝的电阻值随其机械变形而变化 的物理特性（图4-1）。
根据欧姆定律： R L
A
当金属丝受力而变形时，其长
度、截面面积和电阻率都将发生变 dR dL dA d
化，微分得到：
R LA
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4.2 应变测量
dA 2 dD 2( dL) 2
4.1 概述
4.1.1设备仪器的分类 2.按仪器仪表的工作原理分：
1.按功能和使用情况分： ➢传感器： ➢放大器： ➢显示、记录器： ➢分析仪器：
➢机械式仪器； ➢电测仪器； ➢光学测量仪器； ➢复合式仪器； ➢伺服式仪器：带有控制功能仪器
➢数据采集仪：自动采集记录；
➢数据采集系统：可以实现以上各功能的设备仪表综合系统；
精确度高的仪表意味着随机误差和系统误差都很小。常以最大量程时的相 对误差来表示精度，并以此来确定仪器的精度等级。例如，一台精度为 0.2级的仪表，意思是测定值的误差不超过最大量程的±0.2％ 。
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4.1 概述
4.1.3结构试验对仪器设备的使用要求
6.按仪器仪表显示与记录的方式分： ➢测振传感器。
➢直读式与自动记录式； ➢模拟式和数字式。
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4.1 概述
4.1.2仪器仪表的主要技术性能指标
1.刻度值：仪器的最小分度值，是指示或显示装置所能指示的 最小测量值，即每一最小刻度所表示的测量数值。 2.量程：仪器仪表可以测量的最大范围。20%~80% 3.灵敏度：被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示值的大 小，即仪器仪表对被测物理量变化的反应能力或反应速度。 4.精确度：仪表指示值与被测真值的符合程度。
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4.2 应变测量
4.2.1电阻法
应变测量
应变量测一般是用应变计测出试件在一定长度范围 l （称为标 距）内的长度变化 l ，再计算出应变值 l / l 。测出的应变 值实际是标距范围内的平均应变。因此，对于应力梯度较大的结 构或混凝土等非匀质材料，都应注意应变计标距的选择。
（3）频率响应好。可测量静态到数十万赫的动态应变。 （4）应变片尺寸小，重量轻。 （5）测量过程中输出电信号，可制成各种传感器。 （6）可在各种复杂环境下测量。
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4.2 应变测量
1.电阻应变片的工作原理
电阻应变片的工作原理是利用金属导体的“应变
➢混凝土结构，应变计的标距应大于2～3倍最大骨料粒径； ➢砖石结构，应变计的标距应大于4皮砖； ➢木结构试验时，一般要求应变计标距不小于20cm； ➢钢材等匀质材料，应变计标距可取小一些。
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4.2 应变测量
4.2.1电阻法
（1）测量灵敏度和精度高。其最小应变读数为 1（微 应变，1 1106 ）在常温测量时精度可达1 ~ 2% 。 （2）测量范围广。可测1 ~ 20000。
dR K
R
此式用于应变片粘贴后的情形
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4.2 应变测量
引出线
2.电阻应变片的构造
主要技术指标 1.电阻值（Ω）：120、
350
2.规格： l b
影响测试性能。
3.灵敏系数K：
应变片的灵敏系数与应变仪的灵敏系 数设置相协调。
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