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剖析結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的理論發(fā)展作用

2011-03-15 11:32    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)理論的重要手段。文中從沿革、任務(wù)、分類(lèi)、加載設(shè)備與測(cè)量方法、一般過(guò)程等方面了解工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用,結(jié)構(gòu)試驗(yàn)仍然是發(fā)展結(jié)構(gòu)理論和解決工程設(shè)計(jì)方法的主要手段之一。在結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的發(fā)展演變過(guò)程中結(jié)構(gòu)試驗(yàn)本身成為一門(mén)真正的試驗(yàn)科學(xué)。

  工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是一項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,是研究和發(fā)展工程結(jié)構(gòu)新材料、新體系、新工藝以及探索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新理論的重要手段,在工程結(jié)構(gòu)科學(xué)研究和技術(shù)革新等方面起著重要的作用。

  一、沿革

  最早的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是意大利科學(xué)家伽利略在17世紀(jì)完成的懸臂梁試驗(yàn),其梁強(qiáng)度理論經(jīng)由其后的胡克的材料彈性說(shuō)明,貝努利、歐拉等的構(gòu)件變形問(wèn)題,庫(kù)倫的中性軸假想,打下了今天彈性理論材料力學(xué)的基礎(chǔ)。我國(guó)十分重視工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)學(xué)科的建設(shè)及其發(fā)展。1956年起在高等院校中設(shè)置“建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”課程。在直接為生產(chǎn)服務(wù)方面和工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)科學(xué)研究方面,對(duì)結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì),基本構(gòu)件和結(jié)構(gòu)整體工作性能等,進(jìn)行了大量的實(shí)物或模型的靜、動(dòng)力試驗(yàn),獲得了許多試驗(yàn)成果,提出了符合中國(guó)實(shí)際情況的設(shè)計(jì)參數(shù)、工藝標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算公式、設(shè)計(jì)理論、施工工藝,為制訂各種規(guī)范、規(guī)程提供了基本依據(jù)。

  二、工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)及其一般過(guò)程

  2.1工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的任務(wù)工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的任務(wù)是在結(jié)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)對(duì)象上,以儀器設(shè)備為工具,利用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)為手段,在荷載(重力、機(jī)械擾動(dòng)力、地震力、風(fēng)力等)或其他因素(溫度、變形沉降等)作用下,通過(guò)測(cè)試與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)(變形、撓度、位移、應(yīng)變、振幅、頻率等)后進(jìn)行分析,從而對(duì)結(jié)構(gòu)的工作性能作出評(píng)價(jià),對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力作出正確的估計(jì),并為驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論提供可靠的依據(jù)。

  2.2工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類(lèi)根據(jù)試驗(yàn)研究目的,主要分為生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)和科學(xué)研究性試驗(yàn)。

  2.2.1生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)以直接服務(wù)于生產(chǎn)為目的。以工程中實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件為對(duì)象,通過(guò)試驗(yàn)或檢測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)作出技術(shù)結(jié)論,通常解決以下問(wèn)題:①檢驗(yàn)或鑒定結(jié)構(gòu)質(zhì)量。對(duì)一些比較重要的結(jié)構(gòu),建成后通過(guò)試驗(yàn),綜合性地鑒定其質(zhì)量的可靠度。對(duì)于預(yù)制構(gòu)件或現(xiàn)場(chǎng)施工的其他構(gòu)件,在出廠或安裝之前,要求按照相應(yīng)規(guī)范或規(guī)程抽樣檢驗(yàn),以推斷其質(zhì)量。②判斷結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力。當(dāng)舊建筑進(jìn)行擴(kuò)建、加層或改變結(jié)構(gòu)用途時(shí),往往要求通過(guò)試驗(yàn)確定舊結(jié)構(gòu)的承載能力,為加固、改建、擴(kuò)建工程提供數(shù)據(jù)。③處理工程事故、提供技術(shù)依據(jù)。對(duì)于遭受火災(zāi)、爆炸、地震等原因而損傷的結(jié)構(gòu),或在建造使用中有嚴(yán)重缺陷的結(jié)構(gòu),往往要求通過(guò)試驗(yàn)和檢測(cè),判斷結(jié)構(gòu)在受災(zāi)破壞后的實(shí)際承載能力,為結(jié)構(gòu)的再利用和處理提供技術(shù)依據(jù)。

  2.2.2 科學(xué)研究性試驗(yàn) 科學(xué)研究性試驗(yàn)的目的是為結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算和研究服務(wù)。它按照事先周密考慮的計(jì)劃來(lái)進(jìn)行。試驗(yàn)的對(duì)象是專(zhuān)為試驗(yàn)而設(shè)計(jì)制造的。突出研究的主要問(wèn)題,消除一些對(duì)結(jié)構(gòu)上實(shí)際影響的次要因素,使試驗(yàn)工作合理,觀測(cè)數(shù)據(jù)易于分析和總結(jié),達(dá)到理論研究的目的。①驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的假定。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,人們常對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算圖式和本構(gòu)關(guān)系作某些簡(jiǎn)化假定,通過(guò)試驗(yàn)來(lái)加以驗(yàn)證,滿足要求后用于實(shí)際工程中的結(jié)構(gòu)計(jì)算。在結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力分析中,本構(gòu)關(guān)系的模型化則完全是通過(guò)試驗(yàn)加以確定的。②提供設(shè)計(jì)依據(jù)。我國(guó)現(xiàn)行的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范除了總結(jié)已有的大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)的成果和經(jīng)驗(yàn)外,為了理論和設(shè)計(jì)方法的發(fā)展,還進(jìn)行了大量的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)以及實(shí)體建筑物的試驗(yàn),為編制和修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于特種結(jié)構(gòu),應(yīng)用理論分析的方法達(dá)不到理想的結(jié)果時(shí),用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的方法確定結(jié)構(gòu)的計(jì)算模式和公式的系數(shù),解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。③提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一種新材料的應(yīng)用,一個(gè)新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)或一項(xiàng)新工藝的施工,往往要經(jīng)過(guò)多次的工程實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn),從而積累資料,使設(shè)計(jì)計(jì)算理論不斷改進(jìn)和完善。

  2.3 工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載設(shè)備與測(cè)量方法

  2.3.1 加載設(shè)備 一般供試驗(yàn)用的加載裝置除實(shí)物加載外,可用千斤頂、液壓試驗(yàn)裝置、計(jì)算機(jī)與加振器聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、模擬地震振動(dòng)臺(tái)、人工爆炸等,以模擬對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的實(shí)際的各種作用。在全部試驗(yàn)承力裝置中有支座、支墩、反力架、反力墻及試驗(yàn)臺(tái)座等。

  2.3.2 測(cè)量方法①機(jī)測(cè)法。利用機(jī)械儀表測(cè)量所需的數(shù)據(jù)或參數(shù),機(jī)測(cè)法適應(yīng)性強(qiáng)、簡(jiǎn)便、可靠、經(jīng)濟(jì),是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最常用的測(cè)量手段。②電測(cè)法。通過(guò)傳感元件把試驗(yàn)需要測(cè)量的數(shù)據(jù)或參數(shù),轉(zhuǎn)換為電阻、電容、電感、電壓或電流等電量參數(shù),經(jīng)放大器放大,然后進(jìn)行測(cè)量,由指示記錄設(shè)備記錄和顯示,這種轉(zhuǎn)換和測(cè)量技術(shù)稱(chēng)為非電量電測(cè)技術(shù),具有準(zhǔn)確、快速測(cè)量、自動(dòng)控制、連續(xù)記錄和遠(yuǎn)距離操縱等優(yōu)點(diǎn)。與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī),還可根據(jù)測(cè)量結(jié)果自行判斷和運(yùn)算。③光測(cè)法。利用光的準(zhǔn)直性對(duì)測(cè)量參數(shù)放大、轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)連續(xù)記錄,阻尼小、響應(yīng)快(如光線示波記錄儀)。也可利用光敏材料的物理化學(xué)原理和力學(xué)特性在偏振光作用下產(chǎn)生的光學(xué)效應(yīng),測(cè)定應(yīng)力場(chǎng)(如光彈儀),簡(jiǎn)便、可靠、直觀性好;及激光測(cè)量位移和激光全息的應(yīng)用。④其他方法。利用光、電、磁、聲等間接物理量與材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)件某一性能間的關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量。如超聲波探測(cè)儀利用超聲波在混凝土中傳播速度測(cè)定混凝土強(qiáng)度。分析處理結(jié)果,再還原成某種模擬量并顯示出來(lái),使數(shù)據(jù)的采集、測(cè)量和分析處理自動(dòng)化。

  2.4 工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的一般過(guò)程 工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大致可分為試驗(yàn)規(guī)劃、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)加載測(cè)試和實(shí)驗(yàn)資料整理分析四個(gè)階段。

  2.4.1 試驗(yàn)規(guī)劃階段 試驗(yàn)規(guī)劃是指導(dǎo)整個(gè)試驗(yàn)工作的綱領(lǐng)性技

  術(shù)文件,因而試驗(yàn)規(guī)劃的內(nèi)容應(yīng)盡可能地細(xì)致和全面,規(guī)劃的任何一點(diǎn)疏忽可能導(dǎo)致試驗(yàn)的失敗。

  科學(xué)研究性試驗(yàn)的規(guī)劃,首先應(yīng)根據(jù)研究課題,了解其發(fā)展現(xiàn)狀和前景,并通過(guò)收集和查詢有關(guān)文獻(xiàn)資料,確定實(shí)驗(yàn)研究的目的和任務(wù),確定試驗(yàn)的規(guī)模和性質(zhì);在此基礎(chǔ)上決定試件設(shè)計(jì)的主要組合參數(shù),并根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的能力確定試件的外形和尺寸;進(jìn)行試件設(shè)計(jì)及制作;確定加載方法和設(shè)計(jì)支承系統(tǒng);選定量測(cè)方法;進(jìn)行設(shè)備和儀表的率定;作好材料性能試驗(yàn)或其他輔助試件的試驗(yàn);制定試驗(yàn)安全防護(hù)措施;提出試驗(yàn)進(jìn)度和技術(shù)人員分工;編寫(xiě)材料需用計(jì)劃,經(jīng)費(fèi)開(kāi)支及預(yù)算,試驗(yàn)設(shè)備、儀表及附件清算等。

  2.4.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段是將規(guī)劃階段確定的試件按要求制作安裝與就位,將加載設(shè)備和測(cè)試儀表安裝就位,并完成輔助試驗(yàn)工作。試件制作完畢后,要進(jìn)行實(shí)際幾何尺寸的測(cè)量和外觀質(zhì)量檢查,達(dá)到設(shè)計(jì)要求的才能安裝就位。加載設(shè)備和測(cè)試儀表安裝就位前,應(yīng)完成相應(yīng)的設(shè)備調(diào)試與儀表標(biāo)定工作,性能正常的才可正式安裝。輔助試驗(yàn)完成后,要及時(shí)整理試驗(yàn)結(jié)果并作為結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù),對(duì)試驗(yàn)規(guī)劃階段確定的加載制度控制指標(biāo)進(jìn)行必要的修正。

  2.4.3 試驗(yàn)加載測(cè)試階段 對(duì)試件施加外荷載是整個(gè)試驗(yàn)工作的中心環(huán)節(jié),參加試驗(yàn)的每個(gè)工作人員應(yīng)各就各位,各盡其職,做好本崗工作,試驗(yàn)期間,一切工作都要按照試驗(yàn)的程序進(jìn)行。對(duì)試驗(yàn)起控制作用的重要數(shù)據(jù)應(yīng)隨時(shí)整理和分析,必要時(shí)還應(yīng)跟蹤觀察其變化情況,并與事先計(jì)算的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,如有反常現(xiàn)象應(yīng)立即查明原因,排除故障,否則不得繼續(xù)加載試驗(yàn)。

  試驗(yàn)工程中除認(rèn)真讀數(shù)和記錄外,必須仔細(xì)觀察結(jié)構(gòu)的變形,混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫出現(xiàn)、走向及寬度,構(gòu)件的破壞特征等。試件破壞后要繪制破壞特征圖,有條件的可拍成錄像,作為原始資料保存,以便研究分析時(shí)使用。

  2.4.4 試驗(yàn)資料整理分析階段 通過(guò)試驗(yàn)準(zhǔn)備和加載試驗(yàn)階段,獲得了大量數(shù)據(jù)和有關(guān)資料后,一般不能直接回答試驗(yàn)研究所提出的各類(lèi)問(wèn)題,必須將數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的整理、分析和計(jì)算,做到去粗取精,去偽存真,最后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和資料編寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告。

  以上各個(gè)階段的工作性質(zhì)雖有差別,但它們都是相互制約的,各階段的工作沒(méi)有明顯的界限,制定計(jì)劃時(shí)不能只孤立地考慮某一階段的工作,必須兼顧各個(gè)階段的特點(diǎn)和要求,做出綜合性的決策。

  三、工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)在工程結(jié)構(gòu)理論發(fā)展中的作用

  現(xiàn)代科學(xué)研究包括理論研究和試驗(yàn)研究,理論的發(fā)展需要試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。受彎梁斷面的應(yīng)力分布的研究,經(jīng)歷了由假設(shè)-簡(jiǎn)單試驗(yàn)-理論分析-試驗(yàn)檢驗(yàn)的階段,前后二百多年的時(shí)間,說(shuō)明了試驗(yàn)在理論發(fā)展中的作用和地位。

  科學(xué)的發(fā)展都是以技術(shù)的突破為轉(zhuǎn)機(jī)的。試驗(yàn)驗(yàn)證理論,而理論的發(fā)展又將試驗(yàn)推向更高的階段。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展是聯(lián)系緊密,相互促進(jìn)發(fā)展。理論分析的方法雖然給出了結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的基本方程式,在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí),采用解析方法常會(huì)遇到計(jì)算方面的困難,只能對(duì)有限的一些簡(jiǎn)單問(wèn)題得出精確解。如幾何形狀、邊界條件、承受荷載復(fù)雜的結(jié)構(gòu),常需要進(jìn)行一些假設(shè),而假設(shè)與實(shí)際影響的大小,要通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。因此,所得結(jié)果為近似的,還要用試驗(yàn)證實(shí)能否用于實(shí)際工程。對(duì)于一些三維問(wèn)題、應(yīng)力集中和非勻質(zhì)材料結(jié)構(gòu),僅靠理論解析方法求解十分困難,有時(shí)得不出結(jié)果,需要用試驗(yàn)的方法得出計(jì)算的公式。

  結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)理論的重要手段。從確定結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能到驗(yàn)證梁、板、柱等單個(gè)構(gòu)件的計(jì)算方法及至建立復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算理論,都離不開(kāi)試驗(yàn)研究。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論大都是以試驗(yàn)研究的直接結(jié)果作為基礎(chǔ)的。工程結(jié)構(gòu)都是以各種工程材料為主體構(gòu)成的不同類(lèi)型的承重構(gòu)件相互連接而成的組合體。為滿足結(jié)構(gòu)在功能及使用上的要求,必須使得這些結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用期內(nèi)能安全有效地承受外部及內(nèi)部形成的各種作用。為了進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),工程技術(shù)人員必須掌握在各種作用下結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài),了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力、剛度、受力性能以及實(shí)際所具有的安全儲(chǔ)備。在應(yīng)力分析工作中,也可以采用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法來(lái)解決。特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,它不僅為用數(shù)學(xué)模型方法進(jìn)行計(jì)算分析創(chuàng)造了條件,同樣為結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提供了有利條件如:實(shí)現(xiàn)荷載模擬、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理,使結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了根本性的變化。計(jì)算機(jī)也加強(qiáng)了人們進(jìn)行結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的能力。因此,結(jié)構(gòu)試驗(yàn)仍然是發(fā)展結(jié)構(gòu)理論和解決工程設(shè)計(jì)方法的主要手段之一。在結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的發(fā)展演變過(guò)程中結(jié)構(gòu)試驗(yàn)本身成為一門(mén)真正的試驗(yàn)科學(xué)。

  實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)?茖W(xué)實(shí)踐是人們正確認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的一個(gè)源泉,可以幫助人們認(rèn)識(shí)事物的內(nèi)在規(guī)律。在工程結(jié)構(gòu)學(xué)科中,人們?yōu)榱苏_認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的性能和不斷深化這種認(rèn)識(shí),結(jié)構(gòu)試驗(yàn)也是一種已被實(shí)踐所證明的行之有效的方法。

  參考文獻(xiàn):

  [1]王天穩(wěn)。土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社。2006.

  [2]易偉建,張望喜。建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[M].北京。中國(guó)建筑工業(yè)出版社。2005.

  [3]周明華,王曉,畢佳等。土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測(cè)[M].南京。東南大學(xué)出版社。2002.

  [4]王嫻明。建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[M].北京。清華大學(xué)出版社。1988.

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