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第一章.土木工程结构试验的一般过程）制定试验规划；）试验准备；）试验加载；）试验资料整11234理分析和提出试验结论2土木工程结构试验的分类一依据试验目的分类研究性试验、生产性试验；按试验荷载的性质分为静力试验和动力试验；按实验对象尺寸可分为原型试验和模型试验；按试验时间长短分为短期试验和长期试验；按试验所在场地分为实验室试验和现场试验；按试验是否破坏分为破坏试验和非破坏试验重物加载法利用物体本身的重量施加在结构上作为载荷特点荷载稳定，不会因结构变3形而减小，不影响结构的自由变形，特别适用于作长期荷载和均布荷载试验实验室试验:常用标准铸铁捺码、混凝土块、水箱现场试验就地取材，常用砂、石、砖块等建筑材料,或是钢锭、铸铁、废构件等重物可以直接施加或者通过杠杆间接施加于试验结构或构件上用块状材料做均布加载装置块状材料直接分垛堆放，垛宽度W1/6,垛间距50—100mm；颗粒材料装袋或装无底箱；用水做均布加载的试验装置；重物加载注意事项当采用铸铁祛码、砖块、袋装水泥等作均布荷载时应注意重物尺寸和41堆放距离以防止试件变形后引起拱作用而产生卸载影响；当采用砂、石等松散颗粒材料作2为均布荷载时，宜采用袋装堆放，以防止砂石材料摩擦角引起拱作用而产生卸载影响以及砂石重量随环境湿度不同而引起的含水率变化，造成荷载不稳定；利用水作均布荷载试验，当结3构产生较大变形时，要注意水荷载的不均匀所产生的影响；采用杠杆加载方法时,杠杆应保证4有足够的刚度，杠杆比一般不宜大于三个支点应在同一直线上，避免因结构变形杠杆倾斜5而导致杠杆放大，比例失真，保持荷载稳定、准确；用重物加载进行破坏试验时，在加载试6验结构的底部均应有保护措施，防止倒塌造成事故静力加载方法重力加载法重物直接加载法（水、砂、石、砖块、祛码、混凝土块）；杠5杆加载法；液压加载法；机械加载法；气压加载法；动力加载方法惯性力加载（冲击力加载（初位移加载法、初速度加载法、反冲激振法）1412离心力加载法原理）电磁加载法、人激振动加载环境随机振动激振345离心力加载的原理根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载6特点具有周期性，作用力的大小和频率按一定规律变化，使结构产生强迫振动气压加载法一是利用压缩空气加载；利用抽真空对结构产生负压；适于平板和壳体优6点加载、卸载方便，压力稳定缺点结构的受力截面无法观测电液伺服加载系统主要由液压源、控制系统和电液伺服液压加载器等三大部分组成78弹簧常用于构件的持久荷载试验，产生的荷载相对比较稳定弹簧加载采用千分表量测弹簧的压缩长度的变化量确定弹簧的加载值弹簧变形与力值的关系一般通过压力试验机标定来确定第三章测量仪器土木工程的量测内容有结构静态参数局部纤维应变（应力、应变）和整体变形（位移）;结3构动态参数结构的动力特性和结构振动随时间而变化的动态反应外部作用，和外部作用下的结构反应（如位移、应力、应变、曲率、裂缝以及自振频率、振型、阻尼等）量测仪表的基本组成:感受部分、放大部分、、显示记录部分4量测仪表的主要性能指标刻度值、量程、精确度、灵敏度、分辨率、滞后、零位温漂和满10量程热漂移、线性范围、相移特性、频率响应特性数据采集系统有三大注意部分组成传感器部分；数据采集仪部分；计算机传感器感11132受各种物理量，如力、线位移、角位移、应变、温度、加速度等，并把这些物理量转化为电信号数据采集原理力、应变、加速度一传感器一信号一一计算机12A/D测量方法直接测量法和间接；偏位测定法和零位29121应变的测量通常是用应变计把试件一定长度范围（1称为标距）内的变化量（AD,再计算应变值，£=注意所测出来的应变£是标距范围内的平均应变；对于混凝土类的非均质材Al/lo1料，当应力梯度较大时，的选择应尽可能小，但是对混凝土应大于应变片原理电阻变1121化率与应变成线性关系；灵敏系数一般为左右，£为义量级电阻变化2Ko
2.0110-3〜IX10-
6.3率非常小（级），测量困难，一般通过电桥把电阻变化转化电压或电流，并经应变仪10-3〜10-6放大来测量测量电路的作用是把电阻的变化转化为电压或电流的变化，一般采用惠斯登电4桥或电位计（后者用于动态分量测量）应变片的技术性能标距；规格；电阻值；灵敏系数.o3温度影响应变原因电阻丝温度改变；试件材料与应变片电阻丝的线膨胀系数不同温度712补偿应变计条件与测量应变计规格相同；粘在相同的材料上；处在相同的温度场；补1234偿片不能受力线位移常用的位移测量仪器有机械式百分表、电子百分表、滑阻式传感器、差动电感式传9感器、水准仪裂缝测量方法借助放大镜用肉眼观察表面先刷大白浆或涂料；用应变计或导电漆膜1212交替搭接布置来测量开裂当某处开裂时，该处应变计读数突变或跨裂缝的漆膜出现火花直至烧断；声发射法利用材料开裂时发射出声能的现象将传感器布置在试件的表面或内部，3通过声波的测量来确定开裂；裂缝应变计钢结构断裂试验裂缝宽度测量方法:读数显微镜、4裂缝标尺裂缝深度的测量超声波法机械式拾振器力学原理自由振动项在阻尼作用下，随的增大迅速衰减，可忽略,强迫171t振动项,质量块m的振动频率与被测物是一致的，只是频率与相位不同;2当3/3＞＞1；Xm/X且6f兀，即振动质量块的物体的振幅趋近相等而相位相反，优先确定3/3（）；通常3/3＞10；3当3/3«1U寸，Xm/A w02=1,拾振器振幅与振动体加速度成正比43/3＞〉1；可测量物体位移、振幅；W/G）0«1；可反应物体的加速度加速度信号积分两次可得位移第四章结构静载试验结构静载试验试验准备、加载方案设计、观测方案设计、测量数据的整理、结构性能评价1试验准备调查研究、收集资料编写试验大纲试件的准备；辅助性试验；设备与场112345地准备；试件安装加载设备、测量仪表安装试验控制特征指的计算（依据辅助性试验和678设计图纸，计算出各个荷载阶段的荷载值和特征部位的对应的内力、变形值，做为试验时控制与比较避免试验盲目性）试验时构件空间位置正位试验异位试验反位、卧位、对卧位512加载图式:试验荷载在试件上的布置形式6等效加载图式注意事项）控制截面上主要内力与计算内力相等；）主要内力图形与计算内712力图形相似；）等效加载图式所引起的变形应加以适当修正；）控制截面上的内力等效，次要34截面上的内力应接近检验值与所加荷载承载力极限状态试验一承载力试验荷载；刚度、裂缝宽度试验一正常使11用极限状态试验荷载；抗裂性能一开裂荷载预加载载荷不超过开裂荷载值的目的使支撑和加载部位接触良好；检测全部1230%〜70%,装置的可靠性;检查全部观测仪表工作是否正常;使试验工作人员熟悉自己担任的任务,掌握调表、读数等操作技术，保证采集的正确无误达到使用状态短期试验荷载值以前，每级加载1不宜大于该荷载值的20%；超过该荷载后，每级加载不宜大于该荷载值的10%；2载达到开裂荷载计算值的90%以后，每级加载不宜大于使用状态短期试验荷载值的5%；试件开裂后恢复正常加载；对于究性试验，加载达到承载力试验荷载计算值的以后，每级加载不宜大于使用390%状态短期试验荷载值的5%；对于检验性试验，加载接近承载力检验荷载时，每级加载不宜大于承载力检验荷载设计值的5%荷载分级目的控制加载速度，观察结构变形，提供读数时间分级目的.控制加载速度；
131.便于观察结构变形情况，了解各个阶段工作性能，为读取各种数据提供必需的时间如何分2级考虑能得到准确的承载力试验荷载、开裂实验荷载和正常使用状态的试验荷载及其相应的变形荷载分级一般按左右为一级，按五级左右进行加载；在正常使用状态以前，以正常使1420%用短期荷载值为准，每级加载量一般不宜超过20%；接近正常使用极限状态时，每级减小至10%；对于钢混和预混构件，开裂荷载后，每级＜使用状态短期荷载，开裂后恢复90%5%级间间歇时间开始加载至加载完毕的时间和荷载停留时间的总和15t0tl级间停留时间混凝土钢结构16tl:10〜15,lOmin17满载时间t2变形或裂缝宽度试验中，正常使用极限状态短期荷载作用下的持续时间，钢混，钢结构正常使用极限状态短期荷载拱或砌体义新工艺，30min,306,12h,18空载时间t3卸载后到下一次加载之间的间歇，钢混45min,重要、跨度＞12m,18h,钢结构,30min观测项目结构整体工作状况，最大挠度、整体变形；拱式和框架结构，最大水平位移、191竖向位移，杆、塔结构，整体水平位移、基础转动等；结构局部工作状况，应变、裂缝、局2部挤压应变等测点的布置原则最大挠度中轴线或中轴线两侧对称位置上布置测点；挠度曲线测构件20挠度曲线至少沿轴向方向布置个测点；挠度的修正测跨中最大挠度，要扣除支座沉降的影5响，要个点3量测仪表的选择211）所用仪器能很好地符合量测所需的精度要求，要防止盲目选用高准确度和高灵敏度的精密仪器一般要求仪表的最小刻度值不大于的最大被测值5%）仪器的量程应该满足最大变形和各种测量的需要最大被测值宜在仪器满量程的范21/5〜2/3围内，不宜大于选用仪器最大量程的80%）附于结构上的仪表要求自重很轻，体积很小，不影响结构的工作3）选择仪器必须考虑测读的方便、快速、省时4）为了简化工作，避免差错，量测仪器的型号、规格尽可能选用一样的，种类愈少愈好524裂缝的测量一般垂直的裂缝产生在弯矩最大的受拉区，在这一区域内连续布置测点若采用应变片测量，则宜交错布置；未出现裂缝时，仪器读数逐渐变化；某载荷下出现裂缝时，跨越裂缝的测点仪器读数突然变大；相邻的读数突然变小；不小于计算裂缝间距,或倍主筋2〜330直径；两排交叉布置结构性能的评定通过结构试验，对结构的承载能力、变形、抗裂性能、裂缝宽度等进行评28定，给出评定结论鉴定性试验应按相关设计规范的要求对结构进行评定，看其是否满足规范的要求科研性试验应对理论分析结果进行评定，看其与试验结果的符合程度构29Yu件承载力检验系数试测值，即承载力荷载实测值与设计值之比丫构件重要性系数300构件的承载力检验系数的允许值，与构件受力状态有关31[yu]承载力极限标志:取决于其受力状态和自身特性，结构极限承载力的实测值是根据各类结构32达到各自承载力检验标志时所对应的荷载而确定的.轴心受拉、偏心受拉、受弯、大偏心受压构件极限标志受拉主筋应力达到屈服强度、受拉33:1应变达到
0.01;2受拉主筋拉断；3受拉主筋处最大垂直裂缝宽度达到
1.5mm；4挠度达到跨度的悬臂构件挠度达到受压区混凝土压坏；锚固破坏或主筋端部混凝土滑移1/50,1/25;
560.2mm承载力极限标志注意事项试验加载应保证有足够的持荷时间，因此，结构承载力应按下述35规定取值在加载过程中出现上述破坏标志之一时，取前一级荷载作为结构的实测承载力；在持荷结束后出现上述破坏标志之一时，以此时荷载作为结构的实测承载力；在持荷时间内出现上述破坏标志之一时，取本级与前一级荷载的平均值作为结构的实测承载力观察方案的内容确定观察和测量的项目、选定观测区域、布置测点、按照量测精度要求选36择仪表及设备第五章动结构振动的动力源固定源机械设备等（风机、机床…）移动源车辆等特殊源风、地1震、爆炸…各种振动源带来的振动荷载为三种撞击荷载、振动荷载、复杂荷载2结构在动荷载作用下的反应的测定3结构自振特性主要包括自振频率；阻尼；振型5激振方法人工激振法（自由振动法、强迫振动法）、环境随机振动法6拾振器的主要参数灵敏度、频率特性、线性范围7自由振动法、撞击荷载法优点该方法所得到的周期和阻尼系数是可靠的，试验结果的整13理比较容易；缺点但往往只能测得一阶的固有频率和振型振动荷载法，强迫振动法:优点对于较复杂的动力问题，可得到若干个固有频率缺点需专门的激振器脉动法、环境随机振动法脉动法通常用于测量整体建筑物的动力特性，这种方法不用专门的激振设备，而是通过测量建筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小振动，即“脉动来确定建筑物的动力特性脉动信号极其微弱，一般只有几微米到几百微米脉动法分析方法主谐量法、统计法、频谱分析法/功率谱分析法22频谱分析研究振动的某个物理量（如幅值）与频率之间的关系机理将振动的时间域信21号变换到频率域上进行分析（傅立叶变换，）通过振幅谱可以确定各阶主频率的大小，但FFT是对应振动形态还不清楚可以将某一观测点做为参考信号，其他各点分别与它作互相关分析；求出各测点间的相位关系在了解了结构动力特性的基础上，可以进一步研究结构在动荷载的作用下的动力反应24动应变的测定动态应变仪+多通道采样系统动位移的测定；可通过各个测点上的位移得到动荷载作用下的振动变位图移动荷载测动位移与自振法区别有时为了全面了解结构在动荷载下的振动状态，需要测定25结构的振动变位图结构振动变位图与结构的振型有些类似，但在本质上是有区别的前者是结构在动荷载作用下的变形曲线；而后者是结构自由振动状态下的振动形状，是结构的自振特性，它与外荷载无关动力系数测定方法有轨时测定方法先使移动荷载以最慢的速度驶过结构，测得结构的最27大挠度，然后使移动荷载按某种速度驶过，测得各种速度驶过结构的最大挠度，从中找出最大挠度的某一速度无轨道时，由于两次行驶的线路不可能完全一样，故将结构拟静力试验加载方法单向反复加载制度位移控制加载，力控制加载，力-位移混合28控制加载29骨架曲线在变位移幅值加载的低周反复加载试验中，骨架曲线是将各次滞回曲线的峰值点连接后形成的包络线骨架曲线与单调加载的P・6曲线大体相似，而极限载荷则略低骨架曲线还反应了构件的开裂荷载和极限承载力30按某种确定的地震反应指定的加载方案，需要知道
（1）地震加速度；
（2）结构恢复力特性拾振器是将机械振动信号变换为电参量的一种敏感元件按测量参数可分为位移式、速度式、31加速度式；按构造原理可分为磁电式、压电式、电感式、应变式；按使用角度可分为:绝对式（惯性式）、相对式、接触式、非接触式拾振器性能参数灵敏度、频率特性、线性范围非破损试验混凝土强度的非破损检验方法
（1）回弹法
（2）超声法
（3）超声回弹综合法
（4）钻芯法
（5）拔出法回弹法回弹法检测混凝土强度就是采用回弹仪弹击混凝土表面，测量混凝土的表面硬度（用回弹值表示）来推算其抗压强度，它是混凝土结构现场检测方法中最常用的一种非破损试验方法回弹法检测混凝土强度测点要求每一结构或构件测区数不少于10个；每个测区面积为20cm*20cm,；每一测区内设16个回弹点；相邻两点间距不小于30mm；每个测点只允许回弹一次；从16个回弹值中剔除3个最大的和3个最小的，余下10个的平均值作为该测区的平均值回弹法的修正测量方向的修正）以回弹仪水平方向垂直于结构或构件浇筑侧面为标准量测状态；回弹法的修正碳化深度的修正）由于空气中CO2的影响，混凝土中的Ca（OH）2逐渐形成CaCO3,表面硬度加大，当碳化深度超过
0.4mm时，对测量结果有明显影响，回弹值偏高，应加以修正修正与碳化的深度有关每一测试面上，碳化深度测点2〜3个，求平均碳化深度dmdm
0.5mm,其影响可忽略dm=1mm时，强度要降低5〜8%dm6mm时，取6mm,强度要降低32〜40%碳化深度的测量1%的酚献酒精溶液超声波法利用结构混凝土的抗压强度与超声波在混凝土中的传播速度之间的相关关系混凝土强度越高,相应超声声速越大超声法的检测技术一一测区的其他要求；测区宜在避开钢浇筑方向的侧面、筋密集区、测试面应清洁、平整、干燥、必要是利用耦合剂连接混凝土强度与被测面和换能器超声速度的关系受很多因素的影响，如骨料品种，粒经水灰比，混凝土龄期，大小，水泥品种,超含水率等等声回弹综合法:超声波在混凝土内的传播速度反应了材料的弹性性质，由于超声波穿透被测的材料，因此它反应了混凝土内部构造的有关信息，即反应了混凝土弹性，又反应了混凝土塑性；即反应了表面状态，又反应了其内部构造误差被测物理量测量值与真实值之间的差别误差分类1过失误差2系统误差3随机误差正态分布函数的基本特性单峰性、对成性、抵偿性、有限性测量结果的取舍过失误差的剔除可疑数据的鉴别
（1）3准则在±3范围内，误差出现的概率约为
99.7%,在此范围之外的，视为过失误差没有考虑测量次数的影响
（2）修正的3准则naWO.l的舍弃
（3）肖维纳（Chauvenet）准则在n次试验中，某数据的剩余误差可能出现的次数小于半次时，便可剔除a=l/2n；4格拉贝斯（Grubbs）原则一元线性回归分析的三个参数（指标回归方程；相关系数；剩余标准差（标准残差）.系统误差指在同一条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定，或在条件改7变时，按某一确定的规律变化的误差系统误差的特点:在整个量测过程中始终有规律地存在着，因此，只要能查明原因或找出其变化规律，就可以在测量结果中给予修正，若无法修正，通常给出一个误差范围
8.偶然误差・,指在实际同条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号变化，时大时小，时正时负，没有规律，也不可预见，但具有抵偿性的误差偶然误差也称为随机误差偶然误差在多次重复测量时，它就表现出稳定的统计规律性.过失误差（粗差）:是一种显然与实际不符的误差又称为粗差9完整的回归分析最小二乘法确定回归方程方程、确定相关系数、求剩余标准差4对结构试验荷载装置的要求要满足荷载设计、实现试验荷载图式、模拟边界条件要求、保5证试验加载正常长期加载重力加载、弹簧加载、千斤顶（机械机具）67观测项目
1.结构整体工作状况，最大挠度、整体变形等
2.结构局部工作状况，应变、裂缝等；为什么整体优先因为结构任何部位的异常变形或局部破坏都能在整体变形中得到反映，不仅能反映结构的刚度变化，而且还可以反映结构弹性或非弹性工作性质
82.静载试验主要内容A、预载
（1）使结构进入正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定
（2）检查加荷设备工作是否正常，加荷装置是否安全可靠
（3）检查测试仪表是否进入正常工作状态
（4）使试验工作人员熟悉自己担任的任务，掌握调表、读数等操作技术，保证采集的数据正确无误、分级.控制B1加载速度；.便于观察结构变形随荷载变化的规律，了解结构在各个阶段的工作性能.为读23取各种数据提供所必需的时间分级方法应考虑能得到比较准确的承载力试验荷载、开裂荷载值和正常使用状态的试验荷载值及其相应的变形C、观测方案
（1）制定观测方案的决定依据结构的变形特征；控制截面上的变形参数
（2）测试方案通常包括以下几个内容确定观察和测量的项目选定观测区域、布置测点按量测精度要求选择仪器和设备。
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