结构试验量测技术
土木工程结构试验与检测
土木工程结构试验与检测总结衣食住行是人类生活的主要方面，其中住虽然不是最重要的，却也是必不可少的。
而这学期学习的土木工程结构试验与检测让我了解到一个建筑的来之不易，更让我了解到建筑质量的重要性。
结构试验与检测是一项科学实践性很强的活动，是研究和发展工程结构新材料、新体系、新工艺，也是探索结构设计新理论及验证实体结构的受力性能、承载力和可靠性的重要手段。
通过学习这门课程，我了解到了建筑结构检测和试验的任务，目的，定义和作用，也了解到进行土木工程结构试验与检测的工具，比如重物加载的方法及相关的加载设备、液压加载的方法及相关的加载设备、加载辅助设备、试件支承装置。
结构试验是以工程结构、构件或者结构模型为对象，以试验仪器设备为工具，以各种测试技术为手段，通过试验方式量测结构受载后的各种参数（位移、应力、应变、裂缝、振幅、频率、加速度等），据此，对结构物的工作性能作出评价，对建筑物的承载能力、安全性能作出正确的评定，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。
根据不同的试验目的、荷载性质、试验对象、试验场所、构件破坏与否、荷载作用时间等不同因素进行分类，可以为研究性试验和检测性试验、静力试验和动力试验、实体（原理）试验和模型试验、试验室试验和现场试验、破坏性试验和非破坏性试验，以及短期荷载试验和长期荷载试验。
1、研究性试验和检测性试验根据试验目的，可分为研究性试验和检测性试验。
（1）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。
或是为了创造某种新型结构体系及其计算原理，而系统地进行的试验研究。
研究性试验一般都是在室内进行，需要使用专门的加载设备和数据测试系统，以便对受载试件的变形性能作连续观察、测量和全面的分析研究，从而找出其变化规律，为验证设计理论和计算方法提供依据。
这类试验通常研究以下几个方面的问题。
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
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。
结构检测技术与鉴定加固实用手册第三篇建筑结构静载试验
第一章建筑结构荷载试验设备第一节荷载试验分类与加载要求一、荷载试验分类作用于建筑结构上的荷载种类繁多。
就直接作用来说，有结构的自重；建筑物楼（屋）面的活荷载、雪荷载、灰载、施工荷载；作用于工业厂房上的吊车荷载、机械设备的振动荷载；作用于桥梁上的车辆振动荷载；作用于海洋平台上的海浪冲击荷载等；在特殊情况下，还有地震、爆炸等荷载。
除了直接作用，一般情况下，尚有温度、收缩、支座沉降等间接作用。
以上荷载按其作用的范围分，有分布荷载、集中荷载；按作用的时间长短分，有短期荷载、长期荷载；按荷载对结构的动力效应分，有静力荷载、动力荷载等；振动荷载尚有简谐振动与随机振动之分。
结构试验除极少数是在实际荷载下实测外，绝大多数是在模拟荷载条件下进行的。
结构试验的荷载模拟即是通过一定的设备与仪器，以最接近真实的模拟荷载再现各种荷载对结构的作用。
荷载模拟技术是结构试验最基本的技术之一。
结构试验中荷载模拟的方法有很多种。
就静载试验而有，有重物、液压、气压、机械和电液伺服加载系统以及和它们相配合的各种试验装置。
其中同步异荷液压加载及与计算机连接的电液伺加载则代表了加载技术方面的最新发展。
在具体结构试验中应根据试件结构特点，试验目的，场地条件以及经费开支等因素综合选择。
二、加载要求正确地选择加载试验所用的荷载设备和加载方法，对顺利地完成试验工作和保证试验的质量，有非常大的影响。
所以，在选择试验荷载和加载方法时，应满足下列几点要求：!"选用试验荷载的图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力值相一致或基本接近；#"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；$"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；%"加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还必须按变形条件来控制加载装置的设计，即尚必须满足刚度要求。
结构试验现场检测技术
结构试验现场检测技术
1.结构试验现场检测技术是用来检查结构实际状态的技术。
它通过对
结构的外观、尺寸和一定程度上的性能，运用诸如检查、测量、跟踪的方法，来诊断结构的当前状况，以及发现结构可能存在的问题，以实现安全、可靠、及时的施工。
2.现场检测技术是把结构的实际条件作为重点，而不是根据设计图纸
进行检测，通过实时观察，获取结构的当前状况，以便及时了解结构实际
状况，及时纠正施工质量问题。
它可以采用诸如现场拍照、拐角检查、结
构尺寸测量、支撑体系检查、螺栓紧固度测量等多种方法，检测结构抗力
及结构稳定性的性能，以确保结构物的安全使用。
3.使用结构试验现场检测技术的过程，基本上包括：现场有关结构的
检查，现场测量，结构图纸比对，结构及其设备检查，结构强度检查，结
构分析，结构元素检查，结构完整性检查等。
根据结构材料、构件类型和
结构类型，选择并结合各种不同测试技术，对结构的给定性能进行检测。
4.现场检测技术不仅可以及时掌握结构的实际情况，而且还能够对结
构的抗力性能和稳定性进行检测。
工程结构实验2.2 结构静载试验(仪器)
一、电阻应变计
1、应变计原理： 利用金属丝的电阻值随着其机械变形而变化的物 理特性。
2．位移计方法：
常用于实际结构、足尺试 件的应变测量。
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，两点之间 的距离L称为标。
3、应变传感器 1）弦式应变传感器 量测不受温度和长导线的 影响，工作稳定，但安装复杂。
《=振弦式应变计
使用中的振 弦式应变计 ==》
2）砼应变计传感器 浇筑时预埋，防水性 能好，能消除弯曲影响， 适合长期监测。
B
R
Vi
2
C
Vo
R
4
R
D
3
6. 温度补偿技术
采用1/4桥测量时需要设置温度补偿应变计，主要用 于消除温度变化引起的应变计的电阻变化。温度补偿 应变计必须满足： 1）与测量应变计规格相同； 2）粘在相同的材料上； 3）处在相同的温度场；
4）补偿片不能受力。
多点补偿：一个温度补偿片可供多个测量片使用。 一般砼5点，钢结构10点共用一个补偿片。
2、裂缝宽度:读数显微镜、裂缝标尺
读数显微镜
裂缝标尺
裂缝塞尺
《=裂缝宽度观 测仪
裂缝宽度测试=》 （数字显示）
2.3.6 数据采集仪器
一、X-Y记录仪
可直接绘出曲线，精度高，记录速度快，可用静载，也可用 于低平动载试验。
X-Y记录仪
二、计算机数据采集器
1）用传感器感受各种物理量，并把它们转换成电 信号。 2）通过A/D转换，把模拟量转变成数字量。 3）数据的记录、打印输出或存人磁盘文件。
土木工程结构试验与检测
土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测是指对土木工程结构进行各种试验和检测，以评估、验证和保证结构的安全性、可靠性和持久性。
土木工程结构试验与检测是土木工程中的重要环节，对于确保结构的安全运行具有重要意义。
下面将从试验方法、试验内容和检测技术等方面进行介绍。
一、试验方法1.非破坏试验：非破坏试验是指在不破坏结构的情况下，通过测量结构的变形、应力和振动等参数进行试验和检测。
常用的非破坏试验方法包括振动试验、应变测量、声发射、红外热像法等。
2.破坏试验：破坏试验是通过对结构进行一定负荷或冲击，直至结构失效，从而得到结构的极限承载力和破坏模式。
常用的破坏试验方法包括静载试验、冲击试验、疲劳试验、地震模拟试验等。
二、试验内容1.静力试验：静力试验是通过对结构施加静力负荷来测量结构的变形、应力和变形。
静力试验可以评估结构的承载力、抗侧扭刚度、抗震性能等。
2.动力试验：动力试验是通过对结构施加动力负荷，例如地震波或施加冲击负荷，来模拟结构在实际使用中的动态响应。
动力试验可以评估结构的动态性能、抗震性能等。
3.环境试验：环境试验是对结构在不同环境条件下的性能进行测试，例如高温试验、低温试验、湿度试验等。
环境试验可以评估结构在不同环境条件下的耐久性和可靠性。
三、检测技术1.传统试验测量技术：传统试验测量技术主要包括应变测量、变形测量、振动测量等。
这些技术通过悬挂传感器或安装测量仪器对结构的变形、应力和振动等参数进行实时监测和测量。
2.无损检测技术：无损检测技术是指在不破坏结构的情况下，通过使用电磁、超声波、红外线等方法，对结构进行缺陷检测和强度评估。
常用的无损检测技术包括超声波检测、磁粉检测、涡流检测等。
综上所述，土木工程结构试验与检测是土木工程中的重要环节，通过对结构进行试验和检测，可以评估结构的安全性、可靠性和持久性。
试验方法包括非破坏试验和破坏试验两种，试验内容包括静力试验、动力试验和环境试验，检测技术包括传统试验测量技术和无损检测技术。
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第二节结构试验的荷载设备和量测仪器一、结构试验的荷载设备结构试验为模拟结构在实际受力工作状态下的结构反应，必须对试验对象施加荷载，试验用的荷载型式、大小、加载方式等都是根据试验的目的要求，以如何能更好地模拟原有荷载等因素来选择。
在决定试验荷载时，还取决于试验室的设备和现场所具备的条件。
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工作顺利进行的关键之一。
（一）重力加载法重力加载就是利用物体本身的重量施加于结构上作为荷载。
在试验室内可以利用的重物有专门浇铸的标准铸铁砝码，混凝土立方试块，水箱等；在现场则可就地取材，经常是采用普通的砂、石、砖块等建筑材料，或是钢锭、铸铁、废构件等。
重力直接加载方法是将重物荷载直接堆放于结构表面(如板的试验)形成均布荷载或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载。
后者较多用于现场做屋架试验。
利用水作为重力加载用的荷载时，水可以盛在水桶内用吊杆作用于结构上，作为集中荷载。
也可以采用特殊的盛水装置作为均布荷载直接加于结构表面。
杠杆加载也属于重力加载的一种。
当利用重物作为集中荷载受到荷载量的限制时，利用杠杆原理，将荷重放大作用于结构上。
杠杆加载的装置根据试验室或现场试验条件的不同，可以有如图18—2—1的几种方案。
杆杠的支点、力点和重物的加载点的位置必须准确，由此确定杠杆的比例或放大率。
（二）液压加载法1．液压加载器液压加载器俗称千斤顶是液压加载设备中的主要部件。
其主要工作原理是用高压油泵将具有一定压力的液压油压人液压加载器的工作油缸，使之推动活塞，对结构施加荷载。
荷载值由油压表示值和加载器活塞受压面积求得，也可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，也可由记录器直接记录。
在静力试验中常用的有普通工业用的手动液压加载器；有专门为结构试验设计的单向作用及双向作用的液压加载器。
2．液压加载系统液压加载系统主要是由储油箱、高压油泵、液压加载器、测力装置和各类阀门组成的操纵台通过高压油管联接组成。
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量测仪器的分类
按仪器显示与记录方式分
➢直读式与自动记录式 ➢模拟式与数字式
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
精确度：当前测量值65.7℃， 实际精确值 65.5℃，则精确 度=（65.7-65.5）/100=0.2%
0℃
量测仪表的性能指标
灵敏度：被测量的单位变化引起仪器示值的变化值。
200mm
100 ℃
66℃
65℃ 0℃
量程：0℃~100℃
最小分度值：0.1℃
精确度：当前测量值65.7℃， 实际精确值 65.5℃，则精确 度=（65.7-65.5）/100=0.2%
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。
100 ℃
66℃
量程：0℃~100℃ 最小分度值：0.1℃
200m m
65℃ 0℃
量测仪表的性能指标
精确度（/测量精度/准确度）：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。
200mm
100 ℃
66℃
65℃
量程：0℃~100℃
最小分度值：0.1℃
量测仪器的分类
按功能分类 ➢传感器：将感受的各物理量（力、位移、 应变等）转变
成电信号；
➢放大器：将传感器传来的信号进行放大，使之可以被显
示和记录；
➢显示器：将信号用可见的形式显示出来； ➢记录器：将数据记录以利长期保存； ➢分析仪器：对采集的数据进行分析处理。
量测仪器的分类
按工作原理
• 机械式仪器：纯机械传动、放大和指示(千分表) • 电测仪器：利用机电转换，将机械量转换为电量
灵敏度：
200mm/100℃=2mm/℃
量测仪表的性能指标
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。
100 ℃
66℃
200m m
65℃ 0℃
滞后：将该温度计置于冰水
混合物中煮开再降为冰水混 合物，如显示1℃，则称该 温度计的滞后为1℃。
温度计
100℃
66℃
200mm
65℃ 0℃
量程：0℃~100℃
最小分度值：0.1℃
精确度：当前测量值65.7℃， 实际精确值 65.5℃，则精确 度=（65.7-65.5）/100=0.2%
灵敏度：
200mm/100℃=2mm/℃
滞后：将该温度计置于冰水 混合物中煮开再降为冰水混 合物，如显示1℃，则称该 温度计的滞后为1℃。
结构试验
模拟结构在实际受力工作状态下的反应
对试验对象施加荷载
量测应变、力、裂缝、 位移、速度、加速度 等
第四章 结构试验量测技术
➢概述 ➢应变量测 ➢力的量测 ➢位移与变形量测 ➢裂缝的测定 ➢加速度的测定
概述－试验数据的量测与采集方法
1、人工测量、人工记录(量结构的尺寸) 2、仪器测量、人工记录(千分表测应变) 3、仪器测量、仪器记录(应变仪测应变) 4、自动化数据采集系统进行测量、记录、处理 (智能数据采集系统)
区13幢房屋裂缝沉降急剧突变，当天下午，该 房屋发生结构坍塌，现场无人员伤亡。
➢ 4月27日：“常熟发布”更新微博：五星二
区13幢房屋承重结构严重破坏并出现坍塌，必 须立即依法组织拆除。
➢ 4月28日：“常熟发布”发布通告：对常熟
市五星二区13幢组织实施拆除。
花絮
快讯:宁波奉化一居民楼发生粉碎性倒塌 奉化20年房龄居民楼倒塌 年前已鉴定为C级危房 浙江奉化坍楼损失 谁该埋单 奉化塌楼2责任人被刑拘1人取保 浙江奉化塌楼调查：5年两起塌楼事件涉同一房企
花絮
➢ 4月8日：常熟市政府有关部门首次接到居
民反映房屋出现裂缝，当即启动应急程序。
➢ 4月19日：江苏省建设工程质量检测中心“
进驻”五星二区，发现房屋沉降速度“超常规 ”地快。
➢ 4月22日：常熟市政府官方微博“常熟发布
”发布消息：房屋存在明显严重隐患，政府组 织居民撤离。
➢ 4月27日：“常熟发布”发布消息：五星二
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。
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。
100 ℃
66℃
量程：0℃~100℃
200m m
65℃ 0℃
量测仪表的性能指标
概述
应变量测 L
L
千分表量测应变
L
L
L
2 应变量测
➢电阻应变计（简称应变片） ➢电阻应变计的测量电路 ➢应变片的粘贴技术 ➢应变的其他量测方法与仪表
电阻应变计－原理及构造
引线
覆盖层 基片
b
l 电 阻 丝式 敏 感 栅
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L 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,K
温度适用范围：取决于胶合剂的性质
电阻应变片的分类
按 丝式
栅 极
箔式
分 半导体
按
使 低温
用 温
常温
度 高温
分
按
基 纸基
底
材
料 分
胶基
电阻应变计的工作原理
➢电阻应变效应
当金属丝在外力作用下发生机械变形时 ，其电阻值将发生变化，这种效应称为 电阻应变效应。
一个长度为l，截面积为A，电阻率 为ρ的导体
(电测千分表、位移计) • 光学测量仪器：利用光学原理转换、放大和显示
(水准仪) • 复合式仪器：以两种或几种原理的组合 • 伺服式仪器：测量和控制功能的组合
量测仪器的分类
结构试验通常量测的参数有哪些？
按用途分
➢应变计：用来测量应变； ➢测力传感器：用来测量荷载； ➢位移传感器：用来测量位移； ➢倾角传感器：用来测量转角； ➢频率计：测量结构振动的频率； ➢裂缝传感器：测量混凝土的裂缝； ➢测振传感器：测量结构振动的位移、速度和加速度。
从简单到复杂、从单一学科到各学科互相渗透、从低级到 高级的过程。
量测系统的基本组成单元
试件
荷载
敏感元件
传感器
控制装置
指示记录系统
应变片
应变信号转换 为电阻值的变 化
测量桥路
将电阻值变化转 换成电流或电压 信号
电阻应变仪
对测量信号进行 控制、放大、显 示或记录的装置
显示器
显示所测数据， 分为模拟显示和 数字显示