工程结构试验

工程学术语

工程结构试验是对工程结构或构件采用加载或其他方式进行试验，测量结构或构件的内力、变形、转角、支座位移、频率、振幅等，用以核对其设计要求或检验其是否安全可靠，并为探索结构新领域和发展工程结构理论的手段和基础。

沿革

18世纪法国科学家用简支木梁沿中性轴上横断面开槽，塞入硬木块，作受弯承载能力试验，证明了跨中截面上翼缘受压、下翼缘受拉、中间有一中性层，从而结束了由伽利略提出并持续了 100多年的关于材料截面应力分布状态的争论，使材料力学中受弯构件截面应力分布计算式在19世纪40年代得以确立。

19世纪初，工程结构得以用试加荷载的方法探求其工作状态和可靠性。嗣后，由于生产和运输业的发展，仪器设备的研究和改进，大跨结构的出现，促使工程结构试验开始建立定量试验方法，并推动工程结构计算理论的发展，使工程结构试验成为一门独立学科。

中国十分重视工程结构试验学科的建设及其发展。1956年起在高等院校中设置“建筑结构试验”课程。在直接为生产服务方面，对长江桥、压力容器、输电铁塔和各类建筑物的新结构、新材料、新工艺等进行了鉴定，对各种结构的动态反应，包括地震模拟、工业厂房微振、高层房屋结构和高耸结构的风振等均取得了大量的实测成果。在工程结构系统科学研究方面，对钢、钢筋混凝土、砖、石、木、冷弯型钢等结构的材料性质，基本构件和结构整体工作性能等，进行了大量的实物或模型的静、动力试验（见彩图），获得了许多试验成果，提出了符合中国实际情况的设计参数、工艺标准、计算公式、设计理论、施工工艺，为制订各种规范、规程提供了基本依据。

试验方法分类

根据试验研究目的，主要分为生产鉴定性试验和科学研究性试验。按结构的受载性质分为静力试验和动力试验。按时间长短分为长期观测试验和短期观测试验。按试验结构尺寸分为实物试验和模型试验。按结构允许破损程度分为破损试验与非破损试验等。其中最基本的是短期观测的静力试验。

试验工作程序

①编制试验方案、作出试验设计,按照结构（或构件）试验研究目的，选择或设计试验对象，如属模型试验，应根据鉴别自然现象性质的相似理论和模拟的边界约束条件，进行模型设计（包括材料选用和制作工艺）。②进行荷载或模拟作用的设计或选择，选用合适的测试仪器和手段，进行测量和记录。③提出试验研究报告。

加载设备

一般供试验用的加载装置除实物加载外，可用千斤顶(图1)、液压试验装置、计算机与加振器联机系统、模拟地震振动台（图2）、人工爆炸等，以模拟对结构或构件的实际的各种作用。在全部试验装置中有结构试验台座、反力墙及各种承力装置。（见彩图）

测量方法

①机测法。利用机械仪表测量所需的数据或参数，机测适应性强、简便、可靠、经济，是结构试验中最常用的测量手段。②电测法。通过传感元件把试验需要测量的数据或参数，转换为电阻、电容、电感、电压或电流等电量参数，经放大器放大，然后进行测量，由指示记录设备记录和显示,如用电阻应变仪和X-Y函数记录仪做结构反应的数据和图形记录，进行梁、柱节点延性试验，液压加载装置作荷载模拟。这种转换和测量技术称为非电量电测技术，具有准确、快速测量、自动控制、连续记录和远距离操纵等优点。与电子计算机联机，还可根据测量结果自行判断和运算。③光测法。利用光的准直性对测量参数放大、转换、实现连续记录，阻尼小、响应快（如光线示波记录仪）。也可利用光敏材料的物理化学原理和力学特性在偏振光作用下产生的光学效应，测定应力场（如光弹仪），简便、可靠、直观性好；及激光测量位移和激光全息的应用。④其他方法。利用光、电、磁、声等间接物理量与材料或结构构件某一性能间的关系为基础进行测量。如超声波探测仪利用超声波在混凝土中传播速度测定混凝土强度。分析处理结果，再还原成某种模拟量并显示出来，使数据的采集、测量和分析处理自动化。

展望

由于工程结构试验学科的发展，对仪器设备的容量、精度和自动化程度要求愈来愈高，60年代所风行的光线示波记录设备，逐渐为磁带记录设备代替，从而使数据人工处理较容易地为电子计算机所代替；也由于测试技术的发展，为深入了解结构和构件的实际性能，有效利用材料潜力等提供了条件。在试验方法上，系统识别试验程序的出现，用试验决定系统方程的参数，使数学分析与结构试验紧密的结合起来，特别对于大型复杂结构，由于试验设备负荷的困难和计算机容量的限制，而把整体结构分解为若干子结构，通过试验决定子结构的数学模型或参数，从而取代整体系统的大型复杂试验，节省了人力物力。在试验类型上动力和静力模型试验研究是一个重要课题，它包括模型材料、模型设计、制作工艺和相似关系等。

参考书目

湖南大学等编：《建筑结构试验》，建筑工业出版社，北京，1982。

张如一、陆耀桢主编：《实验应力分析》，机械工业出版社，北京，1981。

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