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结构试验设计 杜红凯 土木工程试验中心 2.1 研究性试验 设计阶段 试件设计、加载方案设计、测量方案设计 准备阶段 试件制作、试件安装、仪器调试 实施阶段 加载试验、观测记录 总结阶段 数据处理、试验分析、实验报告 结构试件设计 试件设计应包括试件形状选择、试件尺寸确定、数量确定、构造措施等。同时还必须满足结构与受力的边界条件、试件的破坏特征、试验加载条件的要求，以最少的试件数量获得最多的试验数据，反应研究的规律以满足研究的目的需要。 试件形状选择： 试件尺寸 生产鉴定性试验中的试件一般为实际工程构件，即原型构件，如屋面板、吊车梁等； 基本构件性能研究的试件大部分采用缩小比例尺的小构件，压弯构件的截面为(16cm×16cm)—(35cm×35cm)，矩形柱（偏压剪）为(15cm×15cm)--(50cm×50cm) 。 框架试件截面尺寸为原型的1/4—1/2。框架节点一般为原型的1/2—1，做足尺模型试验一般要求反映有关节点的配筋与构造特性。 剪力墙单层墙体试件的外形尺寸为(80cm×100cm)—(178cm×274cm)，多层的剪力墙为原型的1/10—1/3。 砖石及砌块的砌体试件一般取为真型的1/4—1/2。 在满足构造要求的情况下太大的试件也没必要。对于局部性的试件尺寸比例可为原型的1/4—1，而整体结构试验试件可取原型的1/10—1/2。 试件的数量 生产鉴定性试验：按照规范要求执行 科学研究性试验：研究目的、经费情况、参数多少 如研究砖砌体抗剪强度时，砌体截面、砂浆强度、垂直应力是三个主要参数（分析因子）。当每个参数又有两种工作状态（水平数）时： 试件数＝水平数因子数 正交试验设计法是利用正交表来安排多因子试验，正交表如表1.3所示。L9(34)表示有4个因子，每个因子有3个水平，组成的试件数目为9个。 结构试验荷载设计 试件的就位形式：正位试验、卧位试验、反位试验、原位试验。 试验的荷载图式 试验荷载在试件上的布置形式称为加荷图式 试验加载程序设计 一般分预加载、标准荷载、破坏荷载三个阶段。 1)预加载 目的：1.使试件各部分接触良好。 2.检查全部试验装置是否可靠。 3.检查全部测试仪器仪表是否正常工作。 4.检查全体试验人员的工作情况。 预加载一般分三级进行，每级取标准荷载的20％，然后分2－3级卸完 对混凝土试件，预加载值不宜超过开裂荷载值的70％。 2）荷载分级 目的：1.控制加荷速度； 2.便于观察结构变形，为读取各类试验数据提供必要的时间。 一般的结构试验，荷载分级为： 1.标准荷载前，每级加载值不应大于标准荷载（含自重）的20％，分5级加至标 准荷载。 2.标准荷载后，每级加载值不宜大于标准荷载的10％。 3.当荷载加至计算破坏荷载的90％后，每级取不大于标准荷载的5％，直至试件 破坏。 4.对于混凝土试件，加载至计算开裂荷载的90％后，每级取不大于标准荷载的5％， 直至试件开裂，然后按2.3.加载。 柱子试验，一般按计算破坏荷载的1/10—1/15分级，接近开裂和破坏荷载时，应减至原来的1/2—1/3施加。 砌体抗压试验，对不需测变形的试件，按预期破坏荷载10％分级，加至预期破坏80％，直接加载至破坏。 3）荷载持续时间 目的：变形得到充分发挥和、观察变形 一般结构试验的持续时间为： 1）钢结构一般不少于10min； 2）钢筋混凝土结构应不少于15min； 3）标准荷载时不应少于30min； 4）对检验性试验，在抗裂检验荷载下宜持续10－15min； 5）对于新混凝土构件，跨度较大的屋架、桁架及薄腹梁等试验，在使用状态短期试验荷载作用下的持续时间不宜少于12h。 1.8 结构试验观测设计 观测项目的确定 结构静力试验的观测项目 变形。 结构拟静力试验和拟动力试验的观测项目 变形，如位移、转角、曲率、剪切变形、应变等 结构动力试验和抗震动力试验的观测项目 自振频率（周期）、振型和阻尼；振幅、频率、加速度、动应变 测点的选择和布置原则 结构静载试验布点原则 （1）测点宜少不宜多 （2）有代表性 （3）应布校核性测点； （4）方便的、安全的。 结构动力试验布点原则 （1）与静力试验一样 （2）地震模拟振动台，一般在结构各楼层的楼面和屋面处布置加速度传感器和测振位移 仪器选择与测读原则 仪器选择 （1）必须满足量测所需的精度与量程要求； （2）测读的方便、省时