结构试验读书报告文档格式.docx

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引言

土木工程结构试验是土木工程专业的一门专业技术课程，是通过实验手段量测结构的实际工作性能。

它是一门实践性很强的课程，以试验方式测定结构在各种作用下的相关数据，由此反映结构或构件的工作性能、承载能力和相应的安全度，以此为结构的安全使用和涉及理论的建立提供重要的依据。

它与材料力学、结构力学、混凝土结构、砌体结构、钢结构、地基基础和桥梁结构等课程直接有关，并涉及物理学、机械与电子测量技术、数理统计分析等内容。

因此，学好本课程除要求具备本专业的知识外，还应具有较广泛的技术知识。

通过本课程的学习，可以获得土木工程结构试验方面的基础知识和基本技能，掌握一般工程结构试验规划设计、结构试验、工程检测和鉴定的方法，以及根据试验结果做出正确的分析和结论的能力，为今后从事科学研究和工程检测打下良好的基础。

土木工程结构试验与检测是研究和发展结构计算理论的重要实践，从材料的力学性能到验证由各种材料构成不同类型结构和构件的基本计算方法，以及近年来发展的大量大跨、超高、复杂结构的计算理论，都离不开试验研究。

因此，土木工程结构试验在土木工程结构科学研究和技术革新方面起着重要的作用，与结构设计、施工及推动土木工程学科的发展有着密切的关系，已逐步形成一门相对独立的学科，并日益引起科研人员和工程技术人员的关注和重视。

研究生阶段，在本科土木工程试验课程的基础上，对高等结构试验进一步学习，包括振动台试验、抗震试验、风洞试验等内容都是之前没有接触过的。

在这里感谢熊老师的精彩讲授，课程内容充实，并且大量结合工程实例。

自己在学习的过程中对试验方法及原理有了更进一步的认识。

下面将是自己按照自身的理解对本次课程的综述，本次课程分为六章，以章节为文章结构，对主要内容进行说明。

第一章结构试验设计

1.1主要内容

结构试验过程分为结构试验设计、试验准备、试验实施和试验分析四个阶段，其中试验设计是结构试验成功与否的关键环节。

本章主要是介绍其中结构试验设计这一环节，试验设计包括试件设计、荷载设计、观测设计、误差控制、安全措施。

（1）试件设计

试件可以是原型的全部或部分。

设计时，突出研究问题的主要因素，忽略次要因素。

试件形状、尺寸、数量和构造，同时满足结构和受力的边界条件要求，其中试件尺寸受到尺寸效应、构造要求、试验设备和经费条件等因素的制约。

一般情况，研究性试验采用缩尺模型。

研究局部：

1/4~1，研究整体结构：

1/10~1/2。

鉴定性：

选用原型构件，如屋架、吊车梁和屋面板。

试件数量由研究问题的影响因素个数A（分析因子）和每个因素的变化数B（水平数）确定，共需

个试件，同时利用正交性试验设计可以减少试件的数量。

（2）荷载设计

荷载设计主要包括试件就位形式、荷载图式、荷载装置及加载制度的设计等。

其中试件就位形式有正位试验，异位试验，卧位试验和原位试验。

荷载装置应该具有足够的强度储备，足够的刚度，应满足试件的边界条件和受力变形的真实状态，不产生卸荷和约束作用，并且应注意减小支承点摩擦力对试件的影响。

加载制度分为三部分：

预载、标准荷载（正常使用荷载）和破坏荷载。

（3）观测设计

观测设计主要包括观测项目、确定测点部位与数目、选择测试仪器设备等。

其中试验目的→观测项目→测点布置→测量仪器，观测项目又分为静力试验的观测项目和动力试验的项目，测点数量在满足试验要求的前提下，宜少不宜多。

测某一部位的最值：

1-3点（最大挠度、应力）；

测分布规律不少于五点（如挠曲线、截面应力分布），测点位置要具有代表性，方便安全。

（4）误差控制

试件制作误差：

严格制作，试验前后测量试件有关尺寸，采用试件的实测尺寸进行理论计算。

材料性能误差：

试件制作时预留材料试样，测量其力学性能，计算时采用实测材料强度。

试验装置误差：

不能模拟边界，加载对试件产生约束或卸载。

杠杆比例太大使杠杆倾斜产生水平分力，分配梁比例过大和滚动支座设置不当。

试件安装误差：

支座位置、荷载作用点、支座约束条件。

严格与设计相符。

仪器误差：

仪器安装、使用不当误差和以其本身的量测误差。

严格按仪器操作规程使用仪器，测量前后进行系统标定减少误差。

试验方法非标准误差：

砼试块的尺寸和加载速率，尺寸效应的影响。

按有关标准的要求进行试验。

（5）安全措施

试件安装要注意吊点的设置，防止开裂与倾覆。

荷载装置应有足够安全储备，以防加载装置破坏。

严格遵守设备的操作规程使用加载设备。

增设保护措施，防止试件失稳和倒塌。

设置安全托架和支墩垫块，防止试件破坏时所加荷载或杠杆等随试件一起塌下。

附着式机械仪表应设保护装置，防止试件破坏时损害仪表。

试验进入破坏阶段时，应采取特别防护措施，防止碎块、钢筋飞出，危及人身和仪器设备的安全。

1.2实例【1】

该实例选取于《地震工程与工程振动》第31卷第2期一篇名叫《钢—混凝土高层结构抗震性能振动台试验研究》的文章，该文介绍了广州天誉大厦结构的动力特性和在地震作用下的动力反应，并评介了其抗震性能。

广州天誉大厦采用型钢混凝土框架—钢筋混凝土筒体的混合结构体系，地面以上结构采用抗震缝兼伸缩缝分隔为南、北塔两个独立结构体系，南塔高186.5m，北塔高159.5m。

两塔的核心筒总宽度与核心筒总高的比值均超出了规范限值。

为研究这种超限高层混合结构的抗震性能，对其进行了缩尺（1/30）模型的振动台试验，并建立了有限元计算模型进行计算分析，研究连接构件的抗震可靠性、抗侧力结构在地震作用下的动力特性和动力反应，评价整体结构抗震安全性。

试验和计算结果均表明，该结构体系具有足够的水平刚度，总体上满足初步设计目标的抗震设防要求。

但在罕遇地震作用下，南、北塔之间的相对位移和层间位移角偏大，南、北塔发生碰撞，建议设计时应适当增大两塔之间的间距或采用消能防撞措施。

（1）试验简介

根据7度抗震设防及Ⅱ类场地要求，选用两条人工波和两条真实强震记录（ElCentro波、Taft波）作为振动台输入的台面激励。

水平加速度峰值和持续时间分别按相似系数进行调整。

分别进行7度小震、中震、大震的单向、双向、三向的34个工况的试验。

在不同水准地震动输入前后，均对模型进行白噪声扫频，测量结构的自振频率、振型和阻尼比等动力特征参数的变化情况。

用丹麦产4381V型电荷加速度计配合NEXUS2692-014电荷放大器测量加速度和位移。

沿结构高度布置了97个加速度/位移测点及7个激光位移传感器测点。

应变测点布置在重点观测的剪力墙、柱等杆件上，如底层柱底、二层柱顶、剪力墙与钢梁节点部位等。

根据采集的地震反应数据及观察到的模型结构破坏情况，分析推断原型结构的地震反应及其综合抗震性能。

试验完成后采用有限元软件ETABS建立了试验模型的三维有限元计算模型，进行了模态分析和地震反应时程分析，与试验结果进行了对比分析。

（2）试验结果与分析

通过对广州天誉大厦双塔结构整体模型模拟地震振动台试验和有限元时程分析，基本结论如下：

1）将试验测得的模型结构各阶频率与ETABS计算的结构各阶频率进行比较可见，实测频率和ETABS计算频率基本一致，模型试验真实地反映了原型结构的动力特性。

2）随着地震作用强度的增加，模型结构的各阶频率呈下降趋势。

阻尼呈增加趋势，表明结构逐步进入弹塑性状态。

从频率和阻尼的变化来看，北塔在地震作用下的损伤比南塔严重。

3）在多水准地震作用下，南塔与北塔最大加速度反应的变化规律基本相同，最大值发生在结构顶层，顶部有一定的鞭端效应。

加速度放大系数在小震和中震时基本上在3左右。

大震时由于塔楼之间发生碰撞，加速度放大系数有较大增加。

4）在多水准地震作用下，结构相对位移最大值也发生在结构顶层。

最大相对位移自下而上基本上呈倒三角形分布，结构变形均匀。

5）在罕遇地震作用下，层间位移角均偏大。

北塔层间位移角最大值为1/71，南塔层间位移角最大值为1/87。

6）两栋塔楼的扭转效应均不明显。

两栋塔楼之间相对位移最大值主要出现在北塔楼顶层（第43层），在罕遇地震作用下，两栋塔楼之间的碰撞严重，北塔顶部部分型钢混凝土柱损坏。

7）模型结构在四种地震动作用下，经历多遇地震、设防烈度地震、罕遇地震作用，由试验宏观现象和实测数据分析表明，结构总体上满足初步设计目标的抗震设防要求。

但在罕遇地震作用下，南塔与北塔之间相对位移和层间位移角偏大，南塔与北塔发生碰撞，建议设计时增大塔楼之间的间距或采用消能防撞措施。

第二章结构模型设计

2.1主要内容

结构试验对象绝大多数是结构模型，它是按照原型的整体、部件或构件复制的试验代表物，而且较多地采用缩小比例的模型。

试验模型分为缩尺模型和相似模型。

缩尺模型是按缩小比例复制原型结构。

相似模型是按缩小比例复制原型结构的同时，要求满足荷载、材料等相似。

试验数据根据相似条件直接应用原型结构。

（1）方程式法

静力试验模型相似条件：

模型设计时，首先选择模型材料即确定SE；

根据试验目的和试验条件确定模型大小即确定SL；

再根据相似条件确定其他相似常数。

动力试验模型的相似条件：

对于动力模型，还要求初始条件相似。

（2）量纲分析法

根据描述物理过程的物理量的量纲和谐原理（在物理方程中，等号两边的量纲必须相同或具有相同量纲的量才能加减），寻求物理过程中个物理量间的关系而建立相似条件的方法。

首先列出研究问题的主要影响因素

，

…，

，再用一般函数表示为：

，应用π定理确定π数得方法，然后再通过量纲矩阵和π矩阵确定π函数的一般形式，最后通过原型和模型对应数相等，确定相似条件。

模型设计一般程序：

1）根据模型种类（弹性模型和强度模型），选择合适的模型制作材料，SE。

2）选择合适的方法，确定相似条件。

3）根据已有试验条件和试验对象，确定模型的几何尺寸，即几何相似常SL。

4）根据相似条件，确定其它相似常数。

5）绘制模型施工图。

2.2实例【2】

该实例选取于《山西建筑》第37卷第4期的一篇名叫《高层结构振动台试验动力模型应用研究》的文章，以广州某复杂高层结构振动台试验为例，详细介绍了高层结构动力模型振动台试验的模型设计、模型施工、试验方案选取等过程并通过有限元分析，分析了振动台试验与有限元分析之间的误差。

模拟地震振动台试验具有其他抗震动力和静力试验不同的特点，振动台能再现各种形式的地震波，它可以按照人们的要求，借助于地震波的研究及输入，模拟在任何场地上的地面运动特性，便于进行结构的随机振动分析。

当今针对复杂高层结构的抗震理论分析研究还不是很充分，不能够全面认识该种结构的受力性能，而振动台整体模型试验是了解和洞察结构地震反应和破坏机理的最直接、最有力的手段。

本文针对的是广州的某49层复杂高层结构，该建筑地面以上高度159.1m，4层设置