土木工程结构试验期末重点
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1.土木工程结构试验的任务:是基于结构基本原理,使用各种仪器仪表和试验设备,通过有计划地对结构物受载后的性能进
行观测,对测量参数(位移,应力,振幅,频率等)进行分析,达到对结构物的工作性能作出评价,对其承载能力作出正确估计,并为验证和发展结构的计算理论提供依据的目的。
2.土木工程结构试验的作用:是结构发展理论的重要途径,是发现结构设计问题的主要手段,是验证结构理论的主要方法,是结构质量鉴定的直接方式,是制定各类技术规范和标准的基础。
3.结构试验的分类:(1)按试验目的分类:科学研究性试验、生产鉴定性试验(2)按试验对象分类:真型试验、模型试验、小构件试验(3)按荷载性质分类:静力
试验,动力试验(4)按试验时间长短分类:短期荷载试验、长期荷载试验(5)
按试件破坏与否分类:(6)按试验场地
分类:实验室试验、现场试验
4.科学研究性试验:验证结构设计计算理论的各种假定、为制定设计规范提供依据、发展新的设计理论改进设计计算方法、为发展和推广新结构、新材料、新工艺提供理论和实践的依据。
5.生产鉴定性试验:鉴定结构设计和施工质量的可靠程度、为工程改建或加固判断结构的实际承载能力、为处理工程事故提供技术依据、检验结构可靠性、估算结构剩余寿命、鉴定预制构件的产品质量。
5.1发展简史:解放前,科学技术极端落后,根本没有土木工程结构试验这门学科,解放后,迅速发展,建立一大批各种规模的结构实验室,拥有一支实力雄厚的专业技术队伍,具有一定数量的现代化仪器设备,并积累了丰富的试验技术经验。目前随着智能仪器的出现、计算机和终端设备的广泛使用,各种试验设备自动化水平的提高,越来越先进的试验技术手段会不断涌现。
5.2试验准备阶段主要工作:试件的制作、试件的尺寸与质量检查、试件的安装与就位、安装加载设备、设备仪器的率定、做辅助试验、仪表的安装和连线调试、记录表格的设计准备、通过计算结构内力进行判断和控制加载
5.3试验实施阶段:(1)确定基本加载方案,如破坏与否、试验周期的长短等(2)荷载图式的选择,如集中荷载还是均布荷载。(3)加载顺序的确定,如直接加载
还是分级加载,按几个循环进行。(4)
观测注意点和测点布置。观测时应注意:首先观测试件的整体工作状态、整体工作变形能反映出整体工作的面貌,而后观测局部的变化。测点布置:要满足试验要求,便于操作和测读,数据准确等。
6.模型是仿照原型并按照一定比例关系
复制而成的试验代表物,相似模型试验要求比较严格的相似条件,即要求满足几何相似、力学相似和材料相似,破坏试验一般以模型结构为对象。
7.结构试验的一般过程:结构试验规划设计、结构试验准备、结构试验实施和结构试验资料整理分析并提出试验理论。其中制定试验规划设计阶段最为重要,试验实施阶段(试验加载测试阶段)是中心环节。
8.路标实验1767年法国科学家荣格密里在没有量测的情况下,首次用简单的试验,验证了受弯梁断面上应力的存在,这位就是著名的路标试验。
8.1.静力荷载加载顺序:预加载阶段、标准荷载阶段、破坏荷载阶段。
8.2动力荷载:动荷载是指使结构或构件产生不可忽略的加速度反应的作用。对结构施加动荷载,主要用于研究结构动力性能的试验,如结构的疲劳试验,采用匀速脉动荷载,一般应使试件在试验时不产生共振,远离共振区,加载顺序应根据实际情况而定。
9.分级加载的优点:对静荷载的加载通常采用分级加载方式,可以控制加载速度、便于观察结构变形与荷载之间的相互关系,了解各阶段的承载情况、有利于各点加载统一步调。
10.预加载的目的:使结构内、外部接触
良好,进入正常的工作状态;检验全部试验装置的可靠性,检查全部观测仪表的工作是否正常;起到演习的作用;总之通过预加载可以发现一些潜在的问题并将之
解决在正式试验之前,这对保证试验顺利进行具有重要意义。
11.加载方法:1)预加载一般分三级进行,每级取标准荷载值得20%,加载一级停歇10min,混凝土构件预加载荷载值小于开
裂荷载值的70%;2)正式加载:小于标准值时,每级不大于标准值的20%,一般分五级加至标准荷载值,超过标准值时,每级不大于标准值的10%,当所加荷载到达破坏荷载的90%时,采用标准值的5%加载
至破坏。
12.间歇时间:钢结构一般不小于10min,
混凝土或木结构不少于15min。满载时间:
标准长期宜持续30min~24h,对于标准短
期,钢试件和钢筋混凝土时间不小于
30min,木试件不小于60min,拱和砌体构
件为180min,预应力混凝土满载30min,
开裂持续30min。空载时间:一般钢筋混
凝土构件45min,重要的跨度大于12m的
构件去满载时间的1.5倍,钢结构时间不
大于30min。
13.试验加载图式:试验荷载在结构构件
上的布置形式。一般要求与理论计算图式
一致,在实际结构试验中因条件限制无法
实现,应根据试验目的与要求,采用与计
算简图等效的加载图式,等效荷载。
14.等效荷载:指加在试件上,使试件产
生的内力图形与计算简图相近、控制截面
的内力值相等的荷载。
15.等效荷载加载图式应满足的条件:等
效荷载产生的控制截面的主要内力应与
计算内力相等,等效荷载产生的主要内力
图形与计算内力图形相似,对等效荷载引
起的变形差别应予以修正,控制截面内力
等效时,次要截面上的内力应与设计值相
近。
15.1采用等效荷载应注意:除了控制截面
的某个效应与理论荷载相同外,该截面的
其他效应和非控制截面的效应,则可能有
差别,所以必须全面验算因荷载图式改变
对试验结构构件的各种影响。必须特别注
意结构构件是否因最大内力区域的某些
变化而影响承载能力,尤其对不等强的结
构,一定要细加分析和验算,采取有效的
等效荷载形式。比如增加集中荷载个数,
从而减少或消除影响。
16.加载方法与设备的要求:(1)选用的
试验荷载图式必须是等效荷载图式(2)
荷载传力方式和作用点明确,产生的荷载
数值准确稳定,静荷载不随加载时间、外
界环境和结构物变形而变化,保证荷载量
的相对误差不超过+-5%(3)静载试验便
于分级加载和卸载,能控制加、卸载速度,
荷载分级的分度值要满足试验量测的精
度要求(4)加载设备不参与结构工作,
不影响结构的自由变形,不影响结构受力
(5)加载装置本身要安全可靠,不仅满
足强度要求,还需严格控制变形量(6)
力求采用先进技术,减轻劳动强度,尽量
提高试验效率和质量
17.静力荷载试验中常用的加载方法:重
物加载、气压加载、机械加载、液压加载、
电液伺服加载系统
惯性力加载、电磁加载、人工激振加载。
18.液压加载器(千斤顶)的工作原理:
当油泵将具有压力的液压油压入千斤顶
的工作油缸时,活塞在压力油的作用下向
前移动,与时试件接触后,活塞便向结构
物施加荷载,荷载值的大小由油压表示值
和加载器活塞受底面积求得,也可以由液
压加载器与荷载承力架之间所置的测力
计直接测读,或用传感器将信号输给电子
秤显示或记录器直接记录。
19.液压加载系统主要由高压油泵、管路
系统、操作台、液压加载器、加载架、试
验台座等部分组成。
19.1液压加载:是目前结构试验中应用普
遍和理想的加载方法。优点:是利用油压
使液压器产生较大荷载,试验操作方便,
安全,特别是对于大型结构构件试验,当
要求荷载点数较多、吨位较大时更合适,
尤其是电液伺服加载系统的广泛应用,为
工程结构动力试验模拟地震荷载等不同
特性的动力荷载创造了有利条件。
20.目前国内结构试验常用的台座主要有:
板式试验台座(槽式试验台座和地脚螺丝
式试验台座)、箱式试验台座、抗弯大梁
式台座、空间桁架式台座。
21.离心力加载是根据旋转质量产生的离
心力对结构施加简谐振动荷载:结构长柱
试验机是大型结构试验的专门设备,其液
压加载器的吨位一般至少在2000kN以上;
机械式加载不仅可以对建筑物施加静力
荷载,也可以施加动力荷载;惯性力加载
法常用于结构动力试验中,由于荷载作用
的方法不同,可分为冲击力加载和离心力
加载两种方法。
22.卷扬机和倒链是通过钢丝绳或链条对
结构或构件施加拉力荷载;螺旋千斤顶可
用来施加压力荷载;采用初位移或初速度
的突卸荷载或突加荷载的方法,可使结构
受冲击荷载作用而产生自由振动;液压加
载的最大优点是利用油压是液压加载器
产生较大的荷载,试验操作方便安全。
23.结构疲劳试验机主要是脉动发生系统、
控制系统、液压加载器工作系统三部分组
成,结构疲劳试验机脉动频率可根据试验
的不同要求,在100~500次/分范围内任
意调节选用。
24.电液伺服加载系统有电液伺服液压加
载器、控制系统、液压源三部分组成。
25.结构试验测量技术包括:量测方法、
量测工具、量测误差分析;量测方法主要
有直接测量法和间接测量法,偏位测定法
和零位测定法;量测误差包括系统误差、
过失误差、偶然误差;主要量测的内容暴
扣外部条件(外荷载、支座反力)、结构
变形(位移、应变、曲率等)、内力(应
力)、裂缝以及自振频率、振型、阻尼等
一系列动力特征。
26、量测仪表主要由感受部分、放大部分、
纪录显示部分;主要性能指标有:刻度值、
量程、灵敏度、分辨率滞后、精确度、可
靠性、零位温飘和满量程热漂移、线性范
围、线性度等等。
27.仪表率定的概念:为了确定仪表的精
确度和换算系数,定出其误差,需将仪表
示值与标准量相比较,求出被率定仪器的
刻度值。方法:在专门率定设备上率定,
这种设备能产生一个已知标准量的变化,
把它和被率定仪器的示值做比较,求出被
率定仪器的刻度值;采用和被率定仪器同
一等级的标准仪器进行比较来率定;利用
标准试件率定仪器。
28.索力测量的方法:电阻应变片测定法、
拉索伸长量测定法、索拉力垂度关系测定
法、压力表测定法、压力传感器测定法、
频率法、磁通量法。
29.应变测量的主要方法有:应变机测法、
应变电测法、应变光测法。
30.应变电测法:在结构试验中,因结构
受到外荷载或温度及约束等原因而产生
应变,应变为机械梁,用量电器量测非电
量,首先必须把非电量转化为电量的变化,
然后才能用量电器量测,量测由应变引起
的电量的变化称为应变电测法。
31.电阻应变片的工作原理及构造:电阻
丝感受的应变和它的电阻相对变化成线
性关系,当构件受力变形时,敏感元件的
截面、长度等尺寸将随构件的变形而变形,
因而其电阻值也将发生相应的变化。只要
用精密仪器测出电阻应变片电阻的变化
率,即可得出构件应变的大小,从而求出
其承受的应力。组成:敏感栅、引出线、
覆盖层、基底、粘接剂。
32.量测仪表选用原则或试验对仪表的基
本要求:(1)仪表性能应满足试验具体
要求,如合适灵敏度,精度和量程。精度:
最小刻度值小于等于被测值的5%;量程以
选用最大被测值的1.25~2.0倍为好(2)
动态量测仪表其线性范围、频响特性、相
对特性等均应满足试验要求(3)对于安
装在结构上的仪表或感受器,要求体积小、
自重轻,不影响结构的工作性能和受力(4)
同一试验中选用的仪表种类、规格尽可能
少,以便统一数据的精度,简化量测数据
的整理工作和避免出错(5)仪表对环境
的适应性要强且使用方便,工作可靠和经
济耐用
33.振动测量仪器主要由:拾振器、测振
放大器、显示记录仪。
34.精确度:是精密度和准确度的综合反
映,是指仪表指示值与被测值得符合程度,
常用满量程的相对误差来表示。仪器精度
越高说明随机误差和系统误差小,误差越
小,精度越高。
35.滞后:在恒定的环境下,某一输入量
从起始量程增至最大量程,再由最大量程
减至最小量程,正反两个行程输出值之间
的偏差称为滞后。
36.可靠性:在规定的条件下,满足给定
的误差极限范围内连续工作的可靠性,或
者说构成仪表的元件或部件的功能随时
间的增长仍能保持稳定的程度。
37.电桥原理:相邻两臂的应变输出符号
相反,相对桥臂的应变输出符号相同。
38.温度效应:用电阻应变片测量应变时,
应变片除了感受试件应变外,由于环境温
度变化的影响,同样也能通过应变片的感
受而引起电阻应变仪指示部分的示值变
动,此种变动即成作温度效应。
39.温度效应产生原因:电阻丝温度改变
Rt ,即Rt ;材料与应变片电阻思想膨
胀系数不相等,但二者又粘在一起,当温
度该改变t 时,引起附加电阻的变化。
40.消除温度效应方法:应变片自补偿法
和桥路补偿法(温度片补偿和工作片补
偿),常用为桥路补偿法。
41.常用的电桥连接有半桥连接和全桥连
接:应变片的粘结步骤:计划准备、试件
测点表面处理、应变片粘结、固化处理、
应变片粘结质量检查、导线连接、防护处
理。42.钢弦传感器工作原理:钢弦传
感器被张紧的钢弦作为敏感元件,利用其
固有频率与张拉力的函数关系,根据固有
频率的变化来反应外界作用力的大小。
43.读数显微镜是如何测定裂缝宽度的?
试件表面的裂缝经过物镜在刻度分划板
上成像,然后经过目镜进入肉眼,由于微
调螺丝的螺距和上分划板的分化值均为
0.5mm,所以读数鼓轮每转动一圈,下分
划板上划线相对上分划板边移动一刻度
值。
44.裂缝观测的主要内容:裂缝的出现时
间和位置,裂缝出现的最大宽度,裂缝的
基本走向描绘。
45.电阻应变片的主要技术性能指标:灵
敏系数,标距,使用面积,电阻值,应变
极限等。
46.电阻应变片的优缺点:优点是灵敏度
高、尺寸小、重量轻、粘结牢固、适用于
各种温度场和外部环境;缺点是不能重复
使用,黏贴工作量大、估计参数不精确、
具有近似性。
47.按基底材料应变片分为:纸基应变片、
胶基应变片、金属基应变片、临时基底应
变片。
48.钻心检测混凝土强度原则:钻去芯样
的位置应尽量避免在结构主要受力部位
避免在结构边缘,接缝处取样;混凝土强
度质量有代表性的部位;便于钻芯机安防
和操作的部位,避免主筋等钢筋;每个芯
样应清楚的标注几号,并记录芯样在混凝
土结构中的钻去位置。
49.芯样要求:芯样数量、芯样直径、芯
样高度、芯样外
观检查、芯样测量、芯样端面补平方法。
50.回弹法检测混凝土的基本原理及检测
原则:检测原则前提是混凝土结构内外质
量一致。检测原理:采用回弹仪的弹簧驱
动一起内的重锤,通过弹击杆弹击混凝土
表面,并检测处重锤反弹回来的距离,以
反弹距离与弹簧初始长度之比,回弹值R,
由R与混凝土强度的相关关系来推算混凝
土的抗压强度。
51.回弹法检测混凝土强度测强曲线及用
途:专用测量曲线:影响因素的干扰较少,
推算强度的误差也较小;地区测量曲线:
适用于某一地区情况,设计影响因素比专
用曲线广泛,误差较大;通用测量曲线:
覆盖面广。
52.钻心取样法检验混凝土强度方法:从
施工已完成的混凝土结构中,用钻机或冲
击钻钻处芯样,将芯样进行处理,通过芯
样测定混凝土的劈裂抗拉强度或抗拉强
度。
53.后张预应力结构的工作原理:由于预
加应力和外荷载引起的应力叠加后,可能
是结构中出现拉应力,或裂缝出现延缓,
或将裂缝控制在一定范围内,这即是后张
预应力的基本原理。
54.什么是先张和后张预应力结构?答:
先张预应力结构:先张法指采用永久和临
时台座在构建混凝土浇筑之前施张预应
力筋待混凝土达到设计强度和龄期后,将
施加在预应力筋上的拉力逐渐释放,在预
应力筋回缩的过程中利用好其余混凝土
之间的粘结握裹力对混凝土施加预应力。
后张法是指在混凝土构件浇筑,养护和强
度达到设计值后,利用预设在混凝土构件
内的孔道穿入预应力筋,以混凝土构件本
身为支撑采用千斤顶来张拉预应力筋,然
后用特定的锚具将预应力筋锚固形成永
久预应力,最后在预应力筋孔道内压注水
泥浆防锈,并使预应力筋和混凝土黏结成
整体。
55.穿心式千斤顶的工作原理:张拉预应
力筋时,张拉缸油嘴进油,顶压缸油嘴出
油,顶压油缸,连接套件和成套连成一体
顶住锚环,张拉油缸、端盖螺母及堵头和
穿心套连成一体带动工具锚移动张拉预
应力筋,顶压锚固时,在保持张拉力稳定
的条件下,顶压油缸嘴进油,顶压活塞、
保护套和顶压头连成一体移动将夹片强
力顶入锚固环内,此时张拉油缸嘴回油、
顶压缸油嘴进油张拉缸解压回程。最后,
张拉缸、顶压缸油嘴同时回油,顶压活塞
在弹簧力作用下回程复位。
56.千斤顶标定的原因:油压千斤顶的作
用力一般有油压表测定和控制,油压表上
的指针读数为油缸内单位油压,在理论上
将其乘以活塞面即为千斤顶的作用力。但
是由于油缸与活塞之间有一定的摩阻力,
此项摩阻力抵消一部分作用力,因此实际
作用只要比理论值偏小。为正确的控制张
拉力,一般均用校验标定的方法测定油压
千斤顶的实际作用力与油表读数的关系。
由于每台千斤顶的配合面积及尺寸和表
面的粗糙程度不同,密封圈和防尘圈的松
紧程度不同,造成千斤顶内摩阻力不同,
而且摩阻力虽有压高和使用时间的变化
而变化,所以,千斤顶要进行定期标定,
且要进行配套校验,以减少累积误差,提
高预应力控制张拉力的测力精度。
57.对张拉千斤顶进行校验情况:新千斤
顶初次使用前;油压表指针不能退回原点;
千斤顶、油压表和油压管进行过更换或者
维修后;张拉二百次或连续张拉两月后;
张拉应力终于仅出现多跟断裂事故或者
张拉伸长值有较大误差;停放三个月不用