1、1结构试验论文（湖南科技大学土木工程学院）【摘要】：结构试验是在结构工程学科的发展基础，主要应用在生产和科研当中。结构试验的任务是基于结构的受力和破坏的基本原理，使用各种仪器表和试验设备，对结构物受力后的性能进行观测，通过测量的数据，如变形、应变、温度、振幅、频率和裂缝的宽度等，来了解并掌握结构的力学性能，对结构或构件的承载能力和使用性能做出评估；本文将重点介绍结构的静力加载试验。【关键词】：结构试验、 静力加载试验、测量技术1、结构试验解决的问题结构试验可以根据不同的试验目的将其分为研究型试验和生产型试验。研究试验主要用在科研上，生产型试验则不同于研究型试验，生产型试验通常具有直接的生产目的
2、和具体的工程对象，结构试验主要解决以下问题：(1).通过结构试验，验证结构计算理论或通过试验创立新的理论。比如不符合规范规定的型结构体系、新的设计方法的可行性试验研究等。(2).通过结构试验，制定工程技术标准。由于工程结构关系到国家的公共安全和经济发展，所以，结构设计、施工和维护都必须有严格的控制标准，在制定各种结构的规范和标准时，除了总结已有的工程经验和结构理论外，我们还需要做大量的构件或结构试验。系统化的结构试验和结构研究也为结构的安全性、使用性、耐久性提供了可靠的保证。(3).通过结构试验检验结构、构件的质量。(4).通过结构试验确定已建的结构的承载能力，特别是在结构在单凭结构计算不足以
3、完全确定结构的承载能力的时候，就必须要通过结构试验来确定结构的承载能力。(5).通过解雇试验验证结构设计的安全度。这种结构试验的对象多为缩小的结构模型，比如大跨度结构的屋盖或高层结构的抗震试验等。2、试验设计原理结构试验可以分为试验规划与设计、试验技术准备、试验实施过程、试验2数据分析与总结四个阶段。(1).规划与设计阶段。结构试验室一项细致而复杂的工作，试验前应该认真做好试验的规划，要明确试验的目的、试验的研究方法、试验装置的设置，要做好试验过程中的加载过程设计、观测方案的设计，并充分考虑试验中的中止条件和安全措施。(2).试验技术准备阶段。在试验之前要做好试验技术装备，这个阶段要做好试件制
4、备、预埋传感件，安装试验装置及试件、安装试验原件、调试标定仪器设备以及相关的材料性能测试等。此外，在试验技术准备阶段还需确定试验的加载和观测方案。(3).试验实施阶段。在试验的实施过程中，主要是试验仪器的操作和试验试件的观测。这一个阶段的工作内容主要包括：记录试件的初始数据，采集并记录试验过程中的试验数据，观测试验构件的反应特征，如裂缝、变形、破坏形态等。(4).试验数据的分析阶段。在试验结束后，要及时整理试验数据，撰写试验报告。这一阶段的工作主要包括：整理试验结果、判断异常数据、绘制试验曲线图表、分析试验误差，分析并总结试验现象。这四个试验阶段是环环相扣的，任何一个阶段的工作做得不好都会影响
5、到试验的结果，所以，在做试验时，需要多人相互协调工作。3、试验测量技术随着科学技术的不断发展和进步，现阶段的测量技术的发展主要以新型高性能的传感器和数据采集技术为主要方向，测量技术主要包括传感技术和微电子技术，试验技术的关键是传感技术。从广义上来说，传感技术就是一种转换技术，它能够把物理量转换为可以测量、可以观测的信号，在结构试验当中，被转换的物理量可以是力、位移、速度、加速度等。在结构试验中确定物理转化量的过程叫做测量，试验中的测量可以分为直接测量和间接测量。直接测量是指不需要任何的函数式转换就可以直接测量到的试验数据。试验中可以用百分表、钢尺等工具直接测量构件的尺寸和变形。在试验中所用的百
6、分表测量实际上是一种间接比较的方法，因为百分表在测量的过程中是将构建的变形转换成百分表指针的转动，构件的物理变形和指针之间存在函33数关系。间接测量则是在直接测量的基础上，根据已知的函数关系式，将已经测量的数据转换成被测的物理量。在使用各种测量仪器测量时，最重要的就是传感器和测量系统的标定或校准，所以，在做测量之前必须要知道仪器的工作原理。在校准时，可以用比较校准的方法来校核仪器，其中，作为被校准的传感器或其他测量仪器必须经过标定或校准，标定的过程就是做传感器和测量系统的输出值与标准值之间的比较，进而确定传感器和测量系统的精确度。4、静力加载试验静力加载试验是一种普遍用于研究型试验和生产型试验
7、中的常规试验之一。静力加载试验使用的仪器、仪表和设备可以分为加载设备、测量原件和仪表、放大仪和记录仪等仪器设备。在静力加载试验中观测的物理量为力、位移、应变、裂缝宽度与分布、破坏形态或失稳状态等。以下将重点分析静力加载的加载设备、支座和试件的设计以及应变片的工作原理。(1).加载设备。试验的加载方法可以分为重力加载、液压加载机械加载和气压加载。重力加载的加载设备较为简单，重力加载主要用于长期试验和现场试验，一般来说，加载的劳动量大，安全性较差，对于破坏型试验一般不采用。液压加载设备是在结构试验中用的比较多的一中加载设备，液压加载设备一般有液压泵源、液压管路、控制装置和加载油缸组成。加载是用的最
8、多的实际上是液压千斤顶，它是一种小型的集成化液压加载系统。液压千斤顶主要用于反力梁的静力加载试验中，而且在试验中主要用的是手动的液压千斤顶，这种手动的液压千斤顶无需电源，使用时比较方便，因此，比较适合用在结构试验中。(2).支座设计。根据试验的目的的不同，有两种不同的思路来设计试验装置的支座或支墩。一种思路是被试验结构或构件的边界条件与实际结构一致，此为模拟实验。另一种思路是被试验结构或构件的边界条件尽可能理想化，受力条件明确并与结构设计所采用的计算简图一致，这种设置方法可以使结构的受力性能得到正确的分析。在结构试验中，所才用的支座设计思路一般属于第二种设计思路。支座在设计时可以设计成活动脚支
9、座、固定脚支座、柱式构件较脚支座。4活动脚支座只能提供一个竖向的支座反力，不能传递弯矩，也不能传递水平力，活动脚支座在设计时，一般设计成单轴脚支座。固定脚支座不同于活动脚支座，固定脚支座上的构件可以自由移动，但是不可以转动。在理论上，固定脚支座可以承受水平力的作用，但是，只要一个脚为活动脚支座，另外一个脚可以承受的书评里便可以忽略不计。在做连续梁的精力试验中，只有一个支座为固定脚支座，其余的支座都应该设置成活动脚支座，为了避免构件或支座的制作产生误差，在支座的制作过程中应该将支座做成可以调节高度的活动支座。柱式构件的支座也属于固定脚支座，在柱的试验中对压力有比较高的要求，所以，可以在试验机的脚
10、板安装脚支座，形成柱式脚支座。(1).试验台和反力架 。在静力加载试验中，试验台的支座下部的钢梁与加载架上的横梁形成平衡体系，加载千斤顶的反力通过加载钢架的拉杆传至下部钢梁上，使钢梁的支座对钢梁施加向下的力，形成力平衡体系。这种加载的试验支座主要用在小型的机构试验当中。与反力架一起工作的还有试验台，试验台一般由封闭的钢架组成。结构试验当中一般采用地槽式反力台座和螺旋式反力台座。地槽式反力台座是将结构试验的场地设计成一块整体现浇的钢筋混凝土厚板，在厚板上留设有纵向的槽道，称为地槽。在槽道内部设置有地脚螺栓，用来固定加载的反力钢架，在工作时，地脚螺栓可以沿着地槽移动，使得反力钢架的位置可以根据不同
11、的试验调整。反力钢架主要由立柱和横梁组成，台式支座的立柱为螺旋杆形式，板式台座上的立柱多采用工字形截面的型钢。在设计时，为了避免立柱收到过大的弯矩，立柱和横梁之间的链接可以做成铰接。试验台座、反力钢架和反力墙的设计不仅仅要满足承载力的要求，还要满足刚度的要求以及承受反复荷载时的疲劳强度要求。(2).应变片的工作原理。静力加载试验中的应变片可以分为梁的应变片和钢筋的应变片。这两种应变片都是电阻应变片，但是两种应变片的尺寸大小是不一样的，用于测量混凝土的应变片要长些，这是应为在混凝土开裂时，其裂缝的发展是呈树枝状开裂的，每一条裂缝相对于钢筋产生的裂缝来说涉及的范围较广，所以需要长些的应变片才能准确
12、地测量出混凝土表面的变形。虽然这两种应变片的形式不同，但是它们的工作原理的搜是相同的，在受到外荷载的作用时，构件的表面会产生变形，这时便会带动应变片产生机械变形，应变片的35机械变形会使其电阻值发生变化，电阻值得变化在电流计上具体体现为电流的变化，在试验数据的收集过程中，可以利用电阻值的变化转化测量出构件物理量的变化。(3).试件设计。静力加载试验的构件在设计时，可以采用与原结构试件一直的构件，也可以采用缩小比例的模型。构件的设计主要包括构件形、构件的尺寸和数量以及构造设计。试件的尺寸的选取需要考虑试验的成本、试验的设备能力、试件的尺寸对试件性能的影响等因素。当试件的尺寸与实际结构的尺寸相同时
13、，称为真型试件，试件的尺寸比实际结构尺寸小时，称为模型试件。在静力加载试验中，当以研究构件或截面的力学性能为主要目的时，预应力混凝土和钢筋混凝土试件的尺寸由材料特性所要求的最小尺寸控制。例如，在做钢筋混凝土受弯构件的裂缝跨度试验研究中，在诸多的影响因素中，涉及到构件的尺寸大小的主要有钢筋直接、间距和保护层厚度等。(4).试验用仪器仪表。结构试验的目的是通过试验了解结构的静力性能和破坏特征。所以，在试验时必须采用合理的测量手段和数据收集方法获得有效可靠的数据。结构试验的数据主要包括两个部分，一个部分是结构上的作用，如荷载、支座反力等。一个部分是结构在荷载作用下的反应，如位移、应变、裂缝等。为了得
14、到准确的试验数据，在试验中可以采用电子测量系统来收集数据。测量系统的组成包括三个部分：传感部分、放大部分、显示部分。传感部分主要是传感原件或传感器，放大部分主要是对信号进行放大，显示部分将经过烦的机械或电子信号通过指针、磁盘记录下来以方便读数。在试验时，为了准确的数据，必须充分了解仪器的工作性能，如仪器表的量程、灵敏度、分辨率、准确度、线性度、漂移量等。在结构试验中，数据的测量只要包括位移的测量、转角的测量、力的测量、裂缝的测量和温度的测量。位移包括线位移、角位移、裂缝张开的相对位移和变形引起的相对位移等。位移的测量可以采用百分表或千分表，同时可以采用张线式位移传感器、电阻应变式位移传感器和滑
15、动式位移传感器等。对于静力加载试验，力的测量是十分重要的，测量力时，需要测量液压千斤顶的加载荷载和反力荷载。测量时多用力的传感器，如机械式力传感器、电阻应变式力传感器、振动弦式力传感器等。其中电阻应变式力传感器是目前用得最广泛的一6种。它利用安装在力传感器上的电阻应变片测量传感器的弹性变形体的应变，在将弹性变形体的应变值转换成为弹性体的力。振动弦式力传感器的工作原理同应变式的相同。在液压系统加载时，一般采用间接测量的测力方法：采用压力传感器的测量液压系统的工作压力，将测量的工作压力乘以加载油缸的活塞有效面积，可以得到加载油缸对试验结构所施加的压力。5、结束语结构试验在生产和研究方面都是非常重要
16、的，无论是在生产或可以中，都可以在明确试验目的的前提下，采用相似理论研究方法，根据试验的模型的要求设计支座和试件的尺寸或直接试验实际结构构件，设计合理的加载方案和观测方案，在做好一切试验前准备工作之后，进行结构研究型或生产型试验，并采用科学合理的测量仪器来收集准确的数据，然后根据数据分析出结构构件的受力和变形性能，研究构件的破坏形态，进而对构件的承载力或使用性能做出评估。7参 考 文 献1 易伟健. 张望喜，高校土木工程专业指导委员会规划推荐教材结构试验，中国工业出版社，20132 湖南大学等合编. 结构试验（第二版）. 北京：中国工业出版社，19983 杨学山编. 工程振动测量仪器和检测技术. 北京：中国计量出版社，20014 谭萧. 刘良坤. 相似理论与模型研究，PPT，百度网 5 杨晓明. 结构试验结构静力加载试验 PPT. 辽宁工程技术大学结构工程学院，20126 杨晓明. 结构试验结构试验设计原理 PPT. 辽宁工程技术大学结构工程学院，2012
