第六章 结构拟静力与拟动力试验.
6 结构静载试验
§6-2 结构静载试验的荷载系统
电液伺服荷载系统： 3 电液伺服荷载系统：
液压源、控制系统、 液压源、控制系统、执行系统 基本工作原理
12
§6-2 结构静载试验的荷载系统
机械荷载系统： 4 机械荷载系统：
13
§6-2 结构静载试验的荷载系统
气压荷载系统： 5 气压荷载系统：
正压加载
负压加载
14
23
§6-4 一般结构的静载试验方法
2 试验观测方案的确定
测定方法。 （4）测定方法。 整体变形测量： ①整体变形测量： 屋架等受弯构件：最大挠度控制， 板、梁、屋架等受弯构件：最大挠度控制，消除支座沉降等误差 框架等， 柱、框架等，两个方向布置测点 仪表设置在固定不动点上 局部变形测量： ②局部变形测量： 控制截面的局部变形 受弯构件： 受弯构件：弯距最大截面沿高度方向布置 轴向受力构件、偏心受压构件、 轴向受力构件、偏心受压构件、受扭构件
24
§6-4 一般结构的静载试验方法
2 试验观测方案的确定
测定方法。 （4）测定方法。 ③裂缝测量 初裂缝观测 开裂荷载：构件出现第一批宽度不大于0 05mm裂缝时的荷载。 mm裂缝时的荷载 开裂荷载：构件出现第一批宽度不大于0.05mm裂缝时的荷载。 放大镜观测法、荷载—挠度曲线法 挠度曲线法、 放大镜观测法、荷载—挠度曲线法、连续布置应变计法 放大镜、显微镜、应变漆、应变片: 放大镜、显微镜、应变漆、应变片:电阻突变点 光纤传感器、声发射、电磁辐射： 光纤传感器、声发射、电磁辐射：内部裂隙 裂缝宽度观测 受弯构件的正截面裂缝 在构件侧面受拉主筋高度处测量最大裂缝宽度； 在构件侧面受拉主筋高度处测量最大裂缝宽度； 斜截面的裂缝应在斜裂缝与箍筋交汇处或斜裂缝与弯起钢筋 交汇处测量斜裂缝宽度。 交汇处测量斜裂缝宽度。 裂缝分布图： 裂缝分布图： 最大裂缝三条、裂缝的行迹、荷载、 最大裂缝三条、裂缝的行迹、荷载、裂缝位置和展开宽度
拟静力试验的原理
拟静力试验的原理拟动力试验是一种通过对试验对象施加静力或动力载荷，以模拟实际工程中受力情况的试验方法。
拟静力试验的原理基于力学平衡、静力学和材料力学的基本原理。
以下将详细介绍拟静力试验的原理。
拟静力试验是指在试验中，试验对象的载荷状态基本维持静力平衡，而外施加载作用是渐进的，使试验对象以恒定速度载荷施加到目标值，并达到稳定载荷状态。
这种试验方法的目的是为了模拟实际工程中受力的情况，以便评估结构的工作性能和安全性。
拟静力试验常用于桥梁、建筑物、地基、材料和结构元件等领域的研究和设计中。
拟静力试验的原理可以从静力平衡、材料力学和试验方法三个方面来解释。
首先，拟静力试验的原理基于静力平衡的基本原理。
根据静力平衡原理，一个物体处于静力平衡状态时，受力的合力为零。
在拟静力试验中，试验对象的载荷状态尽量维持静力平衡，即试验对象受到的内外力之和为零。
这样可以保证试验对象在施加载荷过程中不会发生明显的变形和位移，从而使试验结果更接近实际工程中的受力状态。
其次，拟静力试验的原理基于材料力学的基本原理。
材料的力学性能是衡量其工作性能和安全性的重要指标。
拟静力试验通过施加静力或动力载荷到试验对象上，模拟实际工程中材料受力的情况，从而可以评估材料的力学性能。
在试验过程中，可以测量和记录试验对象的应力-应变关系、屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等力学性能指标，以便评估材料的质量和可靠性。
最后，拟静力试验的原理还涉及试验方法的选择和实施。
拟静力试验可以通过控制外部加载的方式实现。
常见的实施方法包括静定法和半静定法。
静定法是指试验对象在外施加载作用下整体产生运动，而内部受力状态保持不变的情况。
静定法的典型应用是悬索桥的试验研究。
半静定法是指试验对象在外施加载作用下发生一定程度的变形和位移，而内部受力状态在达到平衡后维持不变的情况。
半静定法的典型应用是建筑物和地基的试验研究。
综上所述，拟静力试验是一种模拟实际工程中受力情况的试验方法。
《土木工程结构试验》课程教学大纲
《土木工程结构试验》课程教学大纲二、课程目标土木工程结构试验课程是土木工程专业的专业课，在该专业中占有重要地位。
课程主要介绍现代的工程结构试验技术、手段与仪器设备，实验数据的采集与处理方法。
设置本课程的目的使学生了解土木工程结构试验理论、技术的发展和趋势，使学生掌握建筑结构的试验思路和试验方法。
从而在面对土木工程的复杂问题时可以采用工程试验方法进行研究，创新性地利用工程试验理论提出解决方案，并能够合理地开发、选择与使用恰当的试验设备与技术手段解决土木工程中的复杂工程问题，通过课内实验培养学生分工协作共同解决复杂问题的团队合作能力。
三、本课程与其它课程的关系本课程的先修课程是高等数学、线性代数、理论力学、材料力学、结构力学、混凝土结构基本原理、钢结构基本原理等。
其中高等数学、线性代数课为试验数据分析提供计算工具；理论力学、材料力学、结构力学为试验方案设计提供力学理论依据；混凝土结构基本原理、钢结构基本原理为本课程中学习不同结构形式试验对象的试验方法、数据分析与结构判定提供了专业基础知识。
四、本课程所支撑的毕业要求五、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（2学时）1、主要内容（1）工程结构理论与工程结构试验的关系（2）工程结构试验与电算的关系（3）工程结构结构试验的任务（4）工程结构结构试验分类（5）工程结构试验的一般过程（6）土木工程结构试验的最新进展（7）工程结构结构试验课程的特点2、重点（1）工程结构结构试验的任务（2）工程结构结构试验分类3、教学要求要求学生了解工程结构理论与工程结构试验的关系，工程结构试验与电算的关系，工程结构试验的一般过程，土木工程结构试验的最新进展，工程结构结构试验课程的特点；理解工程结构结构试验的任务，工程结构结构试验分类。
（二）工程结构试验设计（2学时）1、主要内容（1）结构试件设计（2）结构试验荷载设计（3）结构试验观测设计（4）试验大纲与试验报告2、重点（1）结构试验荷载设计（2）试验大纲与试验报告试件设计、试件的形状、尺寸，数量（2）正位、卧位、反位试验，荷载图式。
第六章1工程结构静力试验
一、受弯构件的试验
二、受压构件试验
•受压构件（轴心和偏心受压构件）是建筑结构中的基
本承重构件，主要承受竖向压力，是常见的受压构件
1、安装：
正位与卧位（高大柱子要考虑自重的影响）
具备大型结构试验机条件时，试件在长柱试验机
上进行正位受压试验，也可利用静力试验台座上的大
型荷载支承设备和液压加载系统配合进行试验。
3.受压（轴压、小偏压）试验，发生下列情况之 一视为破坏 ：
混凝土压溃 液压千斤顶在不卸油的情况下荷载不断下降。
4.局部受压、冲切、扭转、复合受力等试验
应对试验破坏标准事先作专门研究确定。
6.3 基本构件的单调加载静力试验
一、受弯构件的试验
1. 试件的安装
单向板和梁是受弯构件中的典型构件。试验安装 时都采用正位试验，一端采用铰支座，另一端采用 滚动支座。要求支座符合规定的边界条件，并在试 验过程中保持牢固和稳定。
4. 卸载时，级距可以加大，为20%~50%。
加载时间的一般规定：
1. 满载时间
t 2 ≥30min科研（混凝土结构、钢结构、） t 2 ≥60min科研（木结构） t 2 ≥180min科研（砌体结构、拱结构、） t 2 ≥20min生产
12米跨以上结构 t 2 ≥12小时，在这段时间内变形继续增长 而无稳定趋势时，应延长持续时间直至变形发展稳定为止。如 果荷载达到开裂试验荷载计算值时，试验结构已经出现裂缝则 开裂试验荷载可不必持续作用。
1
混凝土梁弯起钢筋和钢箍的应变测点 1.试件；2.箍紧应力测点； 3.弯起钢筋上的应力测点
T型梁翼缘的应变测点布置 1.试件；2.翼缘上应变测点
一、受弯构件的试验
翼缘与孔边应力测量
建筑结构试验课件：结构模型试验
二、模型试验的理论基础
二、模型试验的理论基础
模型试验的理论基础是相似原理和量纲分析。相 似是指模型结构和原型结构的主要物理量或物理 过程相似。相似原理是指模型设计时需与原型结 构保持相似，包括过程相似、几何相似、质量相 似、荷载相似、应力与应变相似、时间相似、边 界条件和初始条件相似等，才能根据模型试验的 数据和结果推算出原型结构的数据和结果。
具有分布质量的试件，用密度表示更合适：
S
m p
Sρ：称为密度相似常数
密度相似常数可由质量相似常数和几何相似常数 表达：
S
Sm Sl3
二、模型试验的理论基础
c 荷载相似：荷载相似要求模型和原型在对应部位 所受的荷载大小成比例，方向相同。
Sp
pm pp
Am m Ap p
S Sl2
Sw S Sl
Sq S SM S Sl3
✓定量试验 通过模型试验直接得到原型结构的性能指标是模 型试验的主要目的
一、 概述
4. 按试验加载方法 ✓静力模型试验 ✓动力模型试验 ✓拟静力模型试验 ✓拟动力模型试验
5. 按模型试验模拟的受力复杂程度 ✓截面模型试验或节段模型试验 ✓局部模型试验 ✓整体模型
一、 概述
模型试验的特点
1. 经济性好 几何尺寸按比例缩小，可取原型结构的1/6~1/2， 有时可取1/20~1/10或者更小。模型制作容易， 装拆方便，节省材料、劳动力、时间和空间，并 且同一个模型可进行多个不同目的的试验。大幅 度降低加载设备的容量和使用。
二、模型试验的理论基础
2. 相似指标
两个系统中的相似常数之间的关系称为相似指标。
Pp
Pm
hp
hm
lp
bp
第六章 结构低周反复加载
５.
节点核心区剪切角可通过核心对角线位 移量来确定；
６.
钢筋应力一般通过电阻应变计测定。
７. 梁内纵筋滑移可通过主筋上一点对 柱面混凝土一点的位移来确定。
6.4 计算机-加载器联机试验 尽管低周反复加载试验可以测定结构在 反复荷载作用下的性能，但是由于试验历 程预先人为设定，不能反映结构在地震作 用下的真实反应。为了真实了解结构在地 震作用下的真实反应，需要按照地震反应 制定加载历程。
பைடு நூலகம்
１.
荷载和支座反力通过测力传感器测定， 梁端加载需要柱端支座反力，而柱端加载 需要梁端支座反力。 ２. 荷载变形曲线通过电子位移计测得； ３. 对于梁端或柱端位移的测定，主要是量 测加载截面处的位移，并在控制位移加载 阶段依次控制加载程序； ４. 对于构件塑性铰区段曲率和转角的测点， 一般可在梁或柱距离柱或梁截面１／２截 面高度布置。
钢筋混凝土柱滞回曲线
恢复力模型
恢复力：结构或构件承受外力产生变形后企图恢 复都原有状态的抗力，称为恢复力。
衡量结构的耗能能力，确定结构等效阻尼
比，从恢复力曲线确定结构一次加载到骨 架曲线，结构的初始刚度和刚度退化等重 要参数。
通过试验可以从强度、变形和能量等三个
方面判别和鉴定结构的抗震性能。
通过试验结构或构件的破坏机理，为改进
抗震设计方法和修改设计规范提供依据。
优点：试验过程中
可以随时停下来观察结 构的开裂和破坏状态，可根据试验需要修 正和改变加载历程。 不足之处是：加载历程是事先由试验者确 定的，与地震 记录不发生关系。由于荷载 在是按照力或位移对称反复加载，与实际 地震反应相差很远，另外不能反映应变速 率对结构的影响。
浅谈结构拟动力试验
浅谈结构拟动力试验作者：张萍来源：《城市建设理论研究》2013年第14期摘要: 拟动力试验方法是进行结构抗震试验十分有力且适用面广的方法。
本文介绍了拟动力试验的基本原理与实现过程，对国内外拟动力试验的研究现状进行了评述，最后对该抗震试验方法的发展进行了展望。
关键词: 抗震试验；拟动力试验；远程协同试验中图分类号： TU973+.31 文献标识码： A 文章编号：前言我国是世界上多地震国家之一，历史上曾发生多次强烈地震。
中国这7%的国土上承受了全球33%的大陆强震，是世界上大陆强震最多的国家[1]。
例如1976年的唐山地震、2008年的汶川地震，波及范围之广、遭受损失之大、人员伤亡之多在世界上也是少有的。
这些地震给人民生命财产和国民经济造成了十分严重的损失。
因此，提高建筑物的抗震能力，保障人民生命财产安全是广大工程技术人员的当务之急。
由于地震机制和结构抗震性能的复杂性，人们仅以理论分析的手段尚不能完全把握结构在地震作用下的性能、反应过程和破坏机理，需要通过结构抗震试验，才能准确地把握结构的抗震性能特别是对大型复杂结构、超出抗震设计规范规定的结构和新型结构体系，必须进行抗震试验。
目前，拟静力试验、振动台试验和拟动力试验[2]是三种主要的结构抗震试验方法。
拟动力试验方法吸收了前2种试验方法的优点，也吸收了结构理论分析和计算的优点，可进行大比例模型或足尺结构抗震试验，可慢速再现结构在地震作用下的弹性-弹塑性-倒塌全过程反应，自开发成功以来，在抗震试验方面得到了广泛应用。
本文首先简单介绍了拟动力试验的研究进展，阐述了拟动力试验的基本原理、试验过程并给出了不同的拟动力试验分类及拟动力试验限制，对该方法在国内的实际应用及有关研究成果进行了评述。
一、拟动力试验的研究进展为了能够真实地模拟地震对结构的作用，日本学者M.Hakuno等人[3]最早于1969年由提出将计算机与做动器联机求解动力方程，这种方法后来被称为拟动力试验。
《结构检验》部分复习题参考答案
《结构检验》部分复习题参考答案一、名词解释1、静载试验与动载试验：结构静载试验是用物理力学方法，测定和研究结构在静力荷载作用下的反应，分析、判断结构的工作状态与受力情况；通过动力加载设备直接对结构施加动力荷载，了解结构的动力特性，研究结构在一定动力荷载下的动力反应，评估结构在动力荷载作用下的承载力及疲劳寿命等特性的试验称为结构动载试验。
2、刻度值与量程：刻度值指的是仪器的指示或显示装置所能指示的最小测量值，即是每一最小刻度所表示被测量的数值。
量程是指仪器所能测量的最大范围。
3、应变计灵敏系数：表示单位应变引起应变计的阻值的变化。
4、测量电桥：用电阻应变仪测量应变时，用电阻应变仪中的电阻和电阻应变计共同组成的惠斯通电桥称为测量电桥。
5、正位实验与异位试验：在结构构件安装位置与实际工作状态相一致的情况下进行的试验称为正位试验；在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称为异位试验；6、结构振型与振幅：在结构某一固有频率下，结构振动时各点的位移之间呈现一定的比例关系，如果这时沿结构各点将其位移连接起来，即形成一定形式的曲线，这就是结构在对应某一固有频率下的一个不变的振动形式，称为对应该频率时的结构振型；振幅是结构振动位移曲线中离开平衡位置的最大距离。
7、基本频率和高阶频率：固有频率中最小的频率称为基本频率；除基本频率外的其他固有频率称为高阶频率。
8、强度退化与刚度退化：在循环往复荷载的作用下，当保持相同的峰点位移时，峰值荷载随循环次数得增多而降低现象称作强度退化；在循环往复荷载的作用下，当保持相同的峰值荷载时，峰点位移随循环次数的增多而增加的现象称为刚度退化。
9、滞回曲线与骨架曲线：滞回曲线是指加载一周得到的荷载--位移曲线，它是拟静力试验的典型实验结果；骨架曲线是将各次滞回曲线的第一循环峰值点连接后形成的包络线。
二、填空题1.根据不同的试验目的，结构试验可归纳为科学研究性试验和生产鉴定性试验两大类。
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该加载制度在两种大幅值控制位移之间有几次小幅值 位移循环，这是为了模拟构件承受二次地震作用，其中 小加载方法 单向反复加载制度
②荷载控制加载法 通过控制施加于结构或构件的作用力数值的变化来实 现低周反复加载的要求，与变形控制加载方法不同，变 形控制加载法可以直观的根据试验对象屈服位移的倍数 来研究结构的恢复特性。 ③荷载－变形双控制加载法 试验中先控制作用力后控制位移的加载方法，用荷载 控制法加载时，并不考虑实际位移是多少，由初始设定 的控制力值开始加载，逐级增加控制力，经过结构开裂 阶段后，一直加到试件屈服，再用位移控制加载，直到 结构破坏。
♦ 加载设备：推拉千斤顶或电液伺服作动器 ♦ 加载反力装置：包括竖向反力装置和水平向反力装置， 如反力 墙、反力台座、专用的水平反力架、钢结构竖向反力架等； ♦ 拟静力试验加载装置的设计应根据不同结构或试件研究的目的， 提供与实际结构受力情况尽可能一致的模拟边界条件，即尽可 能使试件满足试验的支承方式和受力条件的要求。
当构件不具有明确的屈服点时（如轴力大的柱子）或干脆无屈服点时（如无筋砌体）， 往往由研究者主观制定一个认为恰当的位移值来控制试验加载。
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
① 变形控制加载法 变幅加载 根据控制位 移值规律的 不同 等幅加载
主要用于研究构件的强度退化和 刚度退化规律。 这种加载制度每加载一周后，都会 增加位移的幅值，当对一个构件的 性能不太了解，作为探索性的研究 或者在确定恢复力模型的时候，多 用变幅加载来研究构件的强度、变 形和耗能的性能。
加载装置类型
①.以剪切变形为主的构件 试件上下对称，推拉千斤顶或作动器安装在试件的1/2高度上， 平行联杆机构的杠杆和L型杠杆均应有足够的刚度，连接铰应作 精密加工，尽可能减小间隙和摩阻力。
一、拟静力试验
2. 加载设备与加载反力装置 加载装置类型
②.以弯剪变形为主的构件
垂直荷载的施加宜采用仿重力荷载架，尽可能减小滚动摩擦 力对推力抵消作用。
♦ 滞回环的形状随反复加载循环次数的增加而改变，对混凝
土结构来说，滞回环的形状可以反映钢筋的滑移或剪切变形 的扩展情况，其面积的缩小，标志着耗能能力的退化，因 此可根据滞回环的形状和面积来衡量和判断试验构件的耗 能能力和破坏机制； ♦ 进行结构抗震性能研究时，根据骨架曲线和滞回曲线，可从 结构的承载力、延性、退化以及能量耗散等方面进行综合分 析来评定结构的抗震性能。
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
③荷载－变形双控制加载法
《混凝土结构试验方法标准》 中给出的加载方法和加载程序， 要求根据结构构件特点和试验 研究目的确定，并应符合相关 规定，见教材P79。
我国规范规定的加载制度
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 双向反复加载制度
♦为了研究地震作用对结构构件的空间组合效应，克服结构构
一、拟静力试验
2. 加载设备与加载反力装置 加载装置类型
③.梁柱节点 垂直水平力加于柱顶，梁 有纵向反复位移，但不可上 下移动。竖向荷载用千斤顶 在柱顶施加，属自平衡系统， 在反复水平力作用下其柱顶 上压力不随柱顶位移而改变， 从而能计入几何非线性的影 响。 为此，该装置可模拟实际框架结构节点的受力状态。但为了简 化，取相邻梁（或相邻柱）反弯点间距离为节点的梁长（柱高）， 这样节点试件的上下和左右杆端均可按铰接处理。
件在采用单方向（平面内）加载时，不考虑另一方向（平面 外）地震作用对结构影响造成的局限性，可在 、 两个主轴方 向同时施加低周反复荷载；
（1）X、Y轴双向 同步加载 （2）X、Y 轴双向 非同步加载
一、拟静力试验
4. 量测方案
♦ 拟静力试验量测内容可根据试验研究的目的而定， 不同试验结构构件有不同的量测内容，以梁柱节点 为例，通常有以下量测项目； （1）荷载及变形 （2）塑性铰区段曲率或转角 （3）节点核心区剪切角 （4）梁柱纵筋应力 （5）核心区箍筋应力 （6）钢筋滑移
（7）裂缝
一、拟静力试验
5. 数据分析
荷载－位移曲线的各级第一 循环的峰点（卸载顶点）连 接起来的包络线作为骨架曲 线
♦ 低周反复加载试验的结果通常由荷载－变形滞回曲线以及相
关参数描述，它们是研究结构抗震性能的基础数据；
♦ 骨架曲线在研究非线性地震反应时，反映了每次循环的荷载
－变形曲线达到最大峰点的轨迹及试验构件的开裂荷载、极 限荷载和延性特征；
变幅等幅混合加载
将变幅、等幅两种加载制度结合起来运用，可以综合地研究构件的性能，其中包 括等幅加载法的强度和刚度变化，以及变幅加载时，特别是大变形增长情况下强 度和耗能能力的变化，采用这种加载制度时，等幅部分的循环次数应随研究对象 和要求的不同而异，一般可选3～6次。
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
♦ 单向反复加载制度有变形控制加载、荷载控制加载 以及荷载－变形双控制加载3种方法； ① 变形控制加载法 ♦目前在结构抗震恢复力特性试验中使用最为普遍和最 多的一种加载方法； ♦加载过程中以位移为控制值，以屈服位移的倍数作为 加载的控制值，这里位移的概念是广义的，它可以是 线位移，也可以是转角、曲率或应变等相应的参量。
目的：
♦用静力方法研究地震作用下构件的受力和变形性能； ♦ 通过试验获得结构构件超过弹性极限后的荷载－变形工 作性能和破坏特征，用以比较和验证抗震构造措施的有 效性和确定结构的抗震极限承载能力的可靠性，进而为 建立数学模型进行结构抗震非线性计算机分析提供依据。
一、拟静力试验
2. 加载设备与加载反力装置
第六章 结构拟静力与拟动力试验
安徽工业大学建工学院
一、拟静力试验
1. 概述
拟静力试验，也称伪静力试验，低周反复荷载 试验，属于工程结构抗震试验；
基本原理：
用低周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。