建筑結(jié)構(gòu)試驗第五章建筑結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上建筑結(jié)構(gòu)試驗第五章建筑結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計 2004-12-28 建筑結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計中應(yīng)注意的問題建筑結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計要解決的問題：試件設(shè)計應(yīng)從哪些方面進(jìn)行考慮？要注意哪些問題？結(jié)構(gòu)試驗對試件設(shè)計有哪些要求？常用的模型材料有哪些？結(jié)構(gòu)模型相似的三個定理應(yīng)如何進(jìn)行理解？如何確定原型與模型的相似條件？量綱分析法確定相似條件的步驟？為什么有時采用不同于設(shè)計計算所規(guī)定的荷載圖式？試驗的加載制度包括哪些內(nèi)容？試驗加載程序包括哪幾部分內(nèi)容？觀測儀器如何選擇，測讀時應(yīng)遵循什么原則？結(jié)構(gòu)試驗時應(yīng)采取哪些安全措施？試驗報告要如何書寫？帶著所提出的問題進(jìn)行有針對性的學(xué)習(xí)。主要思路如下：結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計的內(nèi)

2、容，主要是通過反復(fù)研究，確定試驗的目的，試驗的性質(zhì)與規(guī)模，進(jìn)行試件設(shè)計，選定試驗場所，擬定加載與量測方案，設(shè)計專用的試驗裝置和儀表夾具附件以及制訂安全技術(shù)措施。同時，按試驗規(guī)模組織試驗人員，提出試驗經(jīng)費預(yù)算和消耗性器材數(shù)量和設(shè)備清單。最后在設(shè)計規(guī)劃的基礎(chǔ)上提出試驗大綱和進(jìn)度計劃。試驗工作者對新型的加載設(shè)備和測量儀器方面知識準(zhǔn)備充分。一、試件設(shè)計對于試件設(shè)計，包括試件的形狀，尺寸和數(shù)量的選擇都要遵循合理可行的規(guī)則。試件設(shè)計之所以要注意它的形狀，主要是要在試驗時形成和實際工作相一致的應(yīng)力狀態(tài)。在從整體結(jié)構(gòu)中取出部分構(gòu)件單獨進(jìn)行試驗時，必須要注意其邊界條件的模擬，使其能如實反映該部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際工

3、作，同時要注意有利于試驗合理加載。任一試件的設(shè)計，其邊界條件的實現(xiàn)與試件安裝、加載裝置與約束條件等有密切的關(guān)系。在整體設(shè)計時必須進(jìn)行周密考慮，才能付諸實施。結(jié)構(gòu)試驗所用試件的尺寸和大小，總體上分為真型（實物或足尺結(jié)構(gòu)）和模型兩類。不同情況下選擇不同的試件尺寸，采用縮尺或真型試件。必要時要考慮尺寸效應(yīng)的影響，在滿足構(gòu)造要求的情況下，太大的試件也沒有必要。對于結(jié)構(gòu)動力試驗，試驗尺寸常受試驗加載條件等因素的限制。動力特性試驗可在現(xiàn)場原型結(jié)構(gòu)上進(jìn)行。至于地震模擬振動臺加載試驗，因受臺面尺寸、激振力大小等參數(shù)的限制，一般只能作縮尺的模型試驗。試件設(shè)計同時必須考慮必要的構(gòu)造措施。在科研性試驗時，為了保證結(jié)

4、構(gòu)或構(gòu)件在某一預(yù)定的部位破壞，以期得到必要的測試數(shù)據(jù)，就需要對其它部位事先進(jìn)行局部加固。為了保證試驗量測的可靠性和安裝儀表的方便，在試件特定的部位必須預(yù)設(shè)埋件或預(yù)留孔洞。對于為測量混凝土內(nèi)部應(yīng)力的預(yù)埋元件或?qū)ｉT的混凝土應(yīng)變計、鋼筋應(yīng)變計等，應(yīng)在澆搗混凝土前，按相應(yīng)的技術(shù)要求用專門的方法就位固定埋設(shè)在混凝土試件內(nèi)部。采用模型試驗時，為了保證模型試驗所研究的物理現(xiàn)象與實物試驗的同一現(xiàn)象是相似的，下列問題必需考慮：試驗材料如何選擇；試驗參數(shù)如何確定；試驗中應(yīng)該測量哪些量；如何處理試驗結(jié)果以及可以推廣到什么樣的現(xiàn)象上去。相似設(shè)計要求模型和原型能描述同一物理現(xiàn)象，所以，要求模型材料和原型材料的物理性能、

5、力學(xué)性能和加工性能相似：建筑結(jié)構(gòu)模型可分為彈性模型和強(qiáng)度模型兩大類，模型材料也可分為彈性模型材料和強(qiáng)度模型材料兩大類。對材料所涉及的種類和物理性能要有充分的認(rèn)識。相似設(shè)計中要掌握結(jié)構(gòu)模型相似的必要與充分條件，即掌握相似理論的三個定理，并弄清其中的關(guān)系。兩個物理現(xiàn)象相似，就是描述這個物理現(xiàn)象的各種參數(shù)之間具有相同的關(guān)系。簡單地講，就是兩個物理現(xiàn)象可用同一個表達(dá)式描述。盡管這種表達(dá)式可能是未知的。相似第一定理：若兩個物理現(xiàn)象相似，則相似指標(biāo)必為1；或者相似判據(jù)相等，且為常數(shù)。相似第一定理說明了，相似指標(biāo)為1或相似判據(jù)相等是相似的必要條件。同樣可以證明逆定理也是成立的，它給出了相似的充分條件，即相似

6、第三定理：如果相似指標(biāo)為1或相似判據(jù)相等且其它單值條件（邊界條件、初始條件等）相同，則兩現(xiàn)象必相似。設(shè)計模型就是要確定相似判據(jù)，進(jìn)而確定相似指標(biāo)，再確定模型各參數(shù)的相似常數(shù)，最后設(shè)計出試驗?zāi)Ｐ?。相似判?jù)存在定理定理表述如下：如果一個物理現(xiàn)象可由n個物理量構(gòu)成的物理方程式描述，在n個物理量中有k個獨立的物理量，則該物理現(xiàn)象也可以用這些量組成的（n-k）個無量綱群的關(guān)系來描述。這些無量剛?cè)壕勺鳛橄嗨婆袚?jù)。所謂量綱，就是物理的種類。定理的意義在于：相似判據(jù)一定存在，而且至少存在一個。結(jié)構(gòu)模型設(shè)計結(jié)構(gòu)模型試驗的過程要客觀地反映出參與該模型工作的各有關(guān)物理量之間的相互關(guān)系。由于要在模型和真型建立相似關(guān)

7、系。因此，也必然反映出模型與真型結(jié)構(gòu)相似常數(shù)之間的關(guān)系。這樣，相似常數(shù)之間所應(yīng)滿足的一定關(guān)系就是模型與真型結(jié)構(gòu)之間的相似條件，也就是模型設(shè)計需要遵循的原則。確定相似條件的方法有方程式分析法和量綱分析法兩種。前者是根據(jù)基本的力學(xué)方程式，把所有變量移到等式一端，常數(shù)移到另一端，求得相似判據(jù)。在相似判據(jù)中，將所有的變量都用相應(yīng)的相似常數(shù)代替，得相似指標(biāo)，并令其等于1。在每一個相似指標(biāo)中，有一個相似常數(shù)不能任意取值，而按相似指標(biāo)為1來計算出。一般地，首先確定模型材料。按模型材料可得模型材料的彈性模量及波桑比，可確定出彈性模量的相似常數(shù)及波桑比的相似常數(shù)，稱為材料相似。其次，按實際可能與試驗條件，隨意確

8、定幾何尺寸的相似常數(shù)，模型的所有集合尺寸全部按此相似常數(shù)確定，稱為幾何相似。在相似判據(jù)方程式中，一些相似常數(shù)決定后，還會有其它相似常數(shù)，可隨意選取其中一些值，最后按式計算出另外的相似常數(shù)。可取，即荷載的比例，稱為荷載相似。用方程式分析法建立相似條件相當(dāng)方便明確，但必須在進(jìn)行模型設(shè)計前對所研究的物理過程中各物理量之間的函數(shù)關(guān)系，亦即對試驗結(jié)果和試驗條件之間的關(guān)系提出明確的數(shù)學(xué)方程式。這常常需要通過試驗研究才能提出，尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)或荷載條件較復(fù)雜，我們還沒有掌握其間的客觀規(guī)律時，在進(jìn)行模型設(shè)計前一般不能提出明確的函數(shù)方程式。用量綱分析法進(jìn)行模型設(shè)計僅需明確哪些物理量影響該物理現(xiàn)象以及量測這些物理量的單

9、位系統(tǒng)的量綱就夠了。量綱的概念是在研究物理量的數(shù)量關(guān)系時產(chǎn)生的，它說明量測物理量時所用單位的性質(zhì)。每一種物理量都對應(yīng)一種量綱。注意，有些物理量是無量綱的，用1表示，有些物理量是由量測與它有關(guān)的量后間接求出的，其量綱由與它有關(guān)的物理量的量綱導(dǎo)出，稱為導(dǎo)出量綱。在一般的結(jié)構(gòu)工程問題中，各物理量的量綱都可由長度、時間、力這三個量綱導(dǎo)出，故可將長度，時間，力三者組合取為基本量綱，稱為力量系統(tǒng)。另一組常用的基本量綱組合是長度、時間、質(zhì)量，稱為質(zhì)量系統(tǒng)。基本量綱組合必須是互相獨立的和完整的，即在這組基本量綱中，任何一個量綱不可能由其它量綱組成而且所研究的物理過程中的全部有關(guān)物理量的量綱都可由這組基本量綱組

10、成。兩個物理量量綱相同，才能相加減。一個物理方程式中，等式兩邊各項的量綱必須相同。常把這一性質(zhì)稱為“量綱和諧”；量綱和諧的概念是量綱分析法的基礎(chǔ)。量綱分析法歸納如下：列出與所研究的物理過程有關(guān)的物理參數(shù)，根據(jù)第二相似定理和量綱和諧的概念找出數(shù)，并使模型和原型的數(shù)相等，從而得出模型設(shè)計的相似條件。二、試驗加載加載圖式的選擇與設(shè)計結(jié)構(gòu)試驗時的荷載作用應(yīng)使結(jié)構(gòu)處于某一種實際可能的最不利工作狀態(tài)。試驗時，荷載的圖式要與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的荷載圖式一樣，結(jié)構(gòu)的工作和其實際情況才最為接近。有時，也常由于一些原因而采用不同于設(shè)計計算所規(guī)定的荷載圖式，對這些情況應(yīng)注意。如試驗時采用某種更接近于結(jié)構(gòu)實際受力情況的荷載

11、布置方式?；虿捎玫刃Ш奢d的方式來改變原來的加載圖式。采用等效荷載試驗時，必須全面驗算由于荷載圖式改變對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各種影響。必要時，應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件作局部加強(qiáng)，或?qū)δ承﹨?shù)進(jìn)行修正。當(dāng)構(gòu)件滿足強(qiáng)度等效而整體變形條件不等效時，則需對所測變形進(jìn)行修正。當(dāng)取彎矩等效時，尚需驗算剪力對構(gòu)件的影響。同時要求采用等效荷載的試驗結(jié)果所產(chǎn)生的誤差控制在試驗允許的范圍以內(nèi)。試驗加載裝置的設(shè)計為保證試驗工作的正常進(jìn)行，對于試驗加載用的設(shè)備裝置，也必須進(jìn)行專門的設(shè)計。在使用實驗室內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備裝置時，也要按每項試驗的要求對裝置的強(qiáng)度剛度進(jìn)行復(fù)核計算。對于加載裝置的強(qiáng)度，首先要滿足試驗最大荷載量的要求，保證有足夠的安全儲備，

12、同時要考慮到結(jié)構(gòu)受載后有可能使局部構(gòu)件的強(qiáng)度有所提高。試驗加載裝置在滿足強(qiáng)度要求的同時，還必須考慮剛度的要求，在結(jié)構(gòu)試驗時，如果加載裝置剛度不足時，將難以獲得試件極限荷載下的性能。試驗加載裝置設(shè)計還要求使它能符合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力條件，要求能模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊界條件和變形條件，否則就失去了受力的真實性。在加載裝置中還必須注意試件的支承方式。試驗加載裝置除了在設(shè)計上要滿足一系列要求外，應(yīng)盡可能使其構(gòu)造簡單，組裝時花費時間少，特別是當(dāng)要做同類型試件的連續(xù)試驗時，還應(yīng)考慮能方便試件的安裝，并縮短其安裝同調(diào)整的時間。要掌握結(jié)構(gòu)試驗時構(gòu)件空間就位形式的不同和特點。結(jié)構(gòu)試驗的加載制度試驗加載制度是指結(jié)構(gòu)試驗進(jìn)行

13、期間控制荷載與加載時間的關(guān)系。它包括加載速度的快慢、加載時間間歇的長短、分級荷載的大小和加載、卸載循環(huán)的次數(shù)等。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和變形性質(zhì)與其所受荷載作用的時間特征有關(guān)。對于不同性質(zhì)的試驗，必須根據(jù)試驗的要求制訂不同的加載制度。對于預(yù)制混凝土構(gòu)件，在進(jìn)行質(zhì)量檢驗評定時，可按混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50204-2002)的規(guī)定進(jìn)行。一般混凝土結(jié)構(gòu)靜力試驗的加載程序可按混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)(GB50152-92)的規(guī)定進(jìn)行。對于結(jié)構(gòu)抗震試驗，則可按建筑抗震試驗方法規(guī)程(JGJl0196)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計，抗震的靜力試驗采用控制荷載和變形的低周反復(fù)加載，而結(jié)構(gòu)擬動力試驗則由計算機(jī)控

14、制按結(jié)構(gòu)受地震地面運動加速度作用后的位移反應(yīng)時程曲線進(jìn)行加載試驗。合理選擇均布荷載或集中荷載的加載圖式，數(shù)量及作用位置布置。也可以根據(jù)試驗的目的要求，采用與計算簡圖等效的荷載圖式。荷載種類和加載圖式確定以后，還應(yīng)按一定程序加載。加載程序可以有多種，根據(jù)試驗?zāi)康囊蟮牟煌x擇，一般結(jié)構(gòu)靜載試驗的加載程序均分為預(yù)載、標(biāo)準(zhǔn)荷載（正常使用荷載）、破壞荷載三個階段。理解分級加載的目的和方法。三、試驗的觀測在確定試驗的觀測項目時，首先應(yīng)該考慮反映結(jié)構(gòu)整體工作和全貌的整體變形，通過對某些指標(biāo)的測量結(jié)果深入分析，掌握整個結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和物理性能變化。對于某些試驗，反映結(jié)構(gòu)局部工作狀況的局部變形也是很重要的，可

15、以用來推斷結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等重要指標(biāo)。要注意測點的選擇與布置的基本原則，保證測點的適合數(shù)量和可靠性，校核性。注意儀器的選擇與測讀的原則，遵循儀器的精度要求，測試結(jié)果的范圍限制，以及現(xiàn)場具體情況和方便操作，以及儀表本身的特性與試驗要求的吻合等。儀器儀表的測讀應(yīng)按一定的程序進(jìn)行，具體的測定方法與試驗方案、加載程序有密切的關(guān)系。在擬定加載方案時，要充分考慮觀測工作的方便與可能，反之，確定測點布置和考慮測讀程序時，也可根據(jù)試驗方案所提供的客觀條件，密切結(jié)合加載程序加以確定。由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形、特別是混凝土構(gòu)件的變形在一定程度上與荷載持續(xù)時間有關(guān)，因此，在結(jié)構(gòu)靜力試驗中，量測變形在時間上應(yīng)有一個統(tǒng)一的規(guī)定，這樣

16、，量測的結(jié)果才具有可比性。同樣，在結(jié)構(gòu)動力試驗時，也必須嚴(yán)格控制儀表測讀時間。在試驗中，對于重要的控制測點的讀數(shù)，應(yīng)邊做記錄，邊做整理，與預(yù)計理論值進(jìn)行比較，以利于發(fā)現(xiàn)問題并及時糾正。四、試驗大綱和報告及分析處理結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計必須擬制一個試驗大綱并匯總所有有關(guān)的文件。試驗大綱是進(jìn)行整個試驗的指導(dǎo)性文件。對其中包含的內(nèi)容要全面細(xì)致的制定。除試驗大綱外，每一結(jié)構(gòu)試驗從規(guī)劃到最終完成尚應(yīng)包括其它一些文件作為原始資料，在試驗工作結(jié)束后均應(yīng)整理裝訂歸檔保存。此外，試驗報告是全部試驗工作的集中反映，它概括了其他文件的主要內(nèi)容。編寫試驗報告，應(yīng)力求精簡扼要。試驗報告有時也不單獨編寫，而作為整個研究報告中的一部分。試驗報告內(nèi)容要全面條理，不能缺項。結(jié)構(gòu)試驗必須在一定的理論基礎(chǔ)上才能有效地進(jìn)行。試驗的成果將為理論計算提供寶貴的資料和依據(jù)。我們決不可憑借一些觀察到的表面現(xiàn)象，為結(jié)構(gòu)的工作妄下斷語，一定要經(jīng)過周詳?shù)目疾旌屠碚摲治觯趴赡軐Y(jié)構(gòu)的工作作出正確的符合實際情況的結(jié)論。不應(yīng)該認(rèn)為結(jié)構(gòu)試驗純系經(jīng)驗式的實驗分析，相反，它是根據(jù)豐富的試驗資料對結(jié)構(gòu)工作的內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行更深入一步的理論研究。在試件制作、材料選用(注意試塊和構(gòu)件材料的同一性)、安裝就