土木工程结构试验.王天稳.pdf

普通高等教育“十一 五”国家级规划教材普通高等学校土木工程专业新编系列教材中国土木工程学会教育工作委员会审订土木工程结构试验（第 版）主编王天稳武汉理工大学出版社【内 容 提 要】本书是根据土木工程专业教学要求编写的专业技术教材，内容包括工程结构试验设计、结构模型设计、工程结构静力试验、工程结构动力试验、工程结构抗震试验、工程结构非破损检测、桥梁现场荷载试验、公路路基路面现场试验、桩基现场试验和试验数据的统计分析等。本书可供高等学校土木工程专业和相近专业作为教材使用，也可供结构工程专业研究生、从事工程结构试验和检测的工程技术人员作为参考用书。图书在版编目（CIP）数据土木工程结构试验（第 版）王天稳主编 武汉：武汉理工大学出版社，唱 唱 唱 畅土畅王畅土木工程唱 工程结构唱 结构试验唱 高等学校唱 教材畅 中国版本图书馆 数据核字（）第 号【主编简介】王天稳男，湖北武汉人，年 月出生。毕业于武汉水利电力大学，工学硕士。武汉大学土木建筑工程学院教授，武汉大学工程检测中心技术负责人。从事钢筋混凝土结构基本理论和应用、土木工程结构试验、工程结构检测与加固的教学和研究工作。主持和参加的“钢筋混凝土梁的受力性能和计算方法”等多项研究课题通过鉴定，其成果已编入相关规范或应用于工程实践；进行工程结构、建筑物现场检测、鉴定和加固 多项；发表科研、教学研究、高校实验室建设和管理研究论文 余篇，其中 篇分获湖北省自然科学优秀论文二、三等奖。参加的“纤维复合材料（）在混凝土输水洞（管）修复加固中的应用技术”项目获 年大禹水利科学技术奖二等奖。唱：出版者：武汉理工大学出版社（武汉市珞狮路 号邮编：）印刷者：武汉理工大印刷厂发行者：各地新华书店开本：印张：字数：千字版次：年 月第 版 年 月第 次印刷书号：唱 唱 唱 印数：册定价：元（本书如有印装质量问题，请向承印厂调换）第 2 版前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，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，使学生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，以及根据试验结果作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。从教材建设方面，与土木工程结构的其他课程相比，不同特色的教材偏少。有些教材涉及土木工程相关学科的试验内容较少，不能适应土木工程专业各学科的要求，需要在内容上进行相应调整和增减。随着科学技术的进步，工程结构试验理论和技术不断发展。特别是电子技术和计算机的发展和应用，对工程结构试验仪器设备和试验自动化方面起到了巨大的推动作用。工程结构试验逐步走向仪器设备小型化、测试高精度化、试验过程和数据分析自动化，使土木工程结构试验的发展产生了根本的变化，这些内容应及时反映在教材中，这也是教材要不断更新的目的。本教材编写的指导思想是力求涵盖土木工程各学科领域，加强工程结构试验的设计。在编写中将拟静力试验、拟动力试验、模拟地震振动台试验、人工地震模拟试验和天然地震试验合并为工程结构抗震试验，并在原枟建筑结构试验枠的基础上，增加了土木工程结构试验设计、桥梁现场荷载试验、公路路基路面现场试验和桩基现场试验等内容。同时力求反映国内外土木工程结构试验方面的新理论、新技术，特别是在测量仪器方面自动化、计算机化的发展。随着形势的发展和学科建设的需要，土木工程专业的课程不断调整，各高校在工程结构试验的授课学时上不尽相同，选用本教材时，可选择部分章节作为本科生使用，部分章节作为研究生使用。参加本教材编写的有：王天稳（绪论、第 章、第 章、第 章），熊世树（第 章、第 章），周详（第 章、第 章），田仲初（第 章），戴培君（第 章），黎霞（第 章），全书由王天稳担任主编并负责统稿。全书由孟吉复担任主审。感谢孟吉复教授在百忙之中对全书进行审阅，并提出了宝贵意见。本书在编写过程中参考了国内同行的相关论文、试验资料、著作和教材，也参考了仪器设备生产厂家的资料和说明书，在此表示谢意。由于编者业务水平有限，编写中必有漏误之处，敬请专家同行和读者批评指正。编者 年 月目录绪论（）畅工程结构理论与工程结构试验的关系（）畅工程结构试验与电算的关系（）畅工程结构试验的任务（）畅工程结构试验的分类（）生产鉴定性试验（）科学研究性试验（）畅工程结构试验的一般过程（）试验规划阶段（）试验准备阶段（）试验加载测试阶段（）试验资料整理分析阶段（）畅工程结构试验课程的特点（）1土木工程结构试验设计（）概述（）结构试件设计（）试件的形状（）试件尺寸（）试件的数量（）结构试验荷载设计（）试件的就位形式（）试验的荷载图式（）试验荷载计算（）试验加载程序设计（）结构试验观测设计（）观测项目的确定（）测点的选择和布置原则（）仪器选择与测读原则（）试验大纲和试验报告（）结构试验大纲（）试验文件（）试验报告（）本章小结（）2结构模型设计（）概述（）缩尺模型（）相似模型（）模型设计相似原理（）相似常数（）相似原理（）相似条件的确定方法（）方程式分析法（）量纲分析法（）结构模型设计（）结构模型设计的程序（）结构静力模型设计（）结构动力模型设计（）模型材料与模型制作（）模型材料（）模型制作（）本章小结（）3工程结构静力试验（）概述（）试验荷载系统（）重力加载（）机械力加载（）液压加载（）气压加载（）支座、支墩（）反力架、反力墙（）试验台座（）试验测量仪器（）应变量测仪器（）其他参数测量仪器（）数据采集系统（）工程结构试验方法（）试验前的准备（）一般结构构件静力试验（）试验资料整理与分析（）试验原始资料的整理（）试验结果的表达（）应变测量结果分析（）挠度测量结果计算（）结构性能评定（）本章小结（）4工程结构动力试验（）概述（）激振设备（）电磁式激振器（）偏心式激振器（）结构疲劳试验机（）测振仪器（）测振仪器的性能指标（）惯性式测振传感器（）测振放大器（）测振记录仪（）动参数的测量方法（）动荷载特性的测定（）结构自振特性的测定（）结构动力反应的测定（）结构疲劳试验（）试验资料处理（）合成波形的谐量分析（）工程结构自振特性的数据处理方法（）相关分析与频谱分析（）本章小结（）5工程结构抗震试验（）概述（）结构抗震试验的特点（）结构抗震试验的内容（）结构抗震试验分类（）拟静力试验（）加载装置（）加载制度（）钢筋混凝土框架梁柱节点拟静力试验（）试验数据的确定原则和方法（）拟动力试验（）拟动力试验的设备（）试验步骤（）拟动力试验的特点和局限性（）钢筋混凝土框架足尺结构联机试验（）模拟地震振动台试验（）模拟地震振动台（）试验加载过程（）试验的观测和动态反应量测（）五层砌块房屋模拟振动台试验实例（）人工地震模拟试验（）爆破方法（）人工地震模拟试验的动力反应问题（）人工地震模拟试验的量测技术问题（）人工地震模拟试验实例（）天然地震试验（）本章小结（）6结构非破损检测与建筑物可靠性鉴定（）概述（）混凝土结构的非破损检测技术（）混凝土强度的非破损检测技术（）混凝土内部缺陷的超声法检测技术（）混凝土内钢筋位置和锈蚀的检测技术（）钢结构的无损检测技术（）表面硬度法检测钢材强度（）超声法检测钢材和焊缝缺陷（）砌体结构强度的非破损检测技术（）扁顶法测定砌体抗压强度（）原位单砖双剪法测定砌体抗剪强度（）砌体砂浆强度检测（）砌体结构检测强度推定（）建筑结构的可靠性鉴定（）鉴定方法（）鉴定分类（）鉴定程序（）本章小结（）7桥梁现场荷载试验（）概述（）一般桥梁检测和现场试验的主要目的（）静载试验的一般程序（）桥梁试验的基本工作（）试验对象的选择（）试验依据和基本原则（）理论计算与测试内容的确定（）试验荷载工况的确定（）加载方案（）测点设置（）测试仪器设备和专用仪器介绍（）桥梁现场试验方法（）静载试验（）动载试验（）振动试验（）试验数据整理分析与评定（）静载试验数据整理分析（）动载试验数据分析与评定（）动力特性试验数据分析与评定（）桥梁健康监测（）桥梁现场试验实例（）静载试验实例（）动载试验实例（）本章小结（）8公路路基路面现场试验（）压实度试验（）概述（）灌砂法（）钻芯法（）贝克曼梁测定路基路面回弹弯沉试验（）适用范围（）试验原理（）仪具与材料（）试验方法（）结果计算及温度修正（）结果评定（）承载板测定土基回弹模量试验（）目的和适用范围（）仪具与材料（）方法与步骤（）计算（）报告（）路面平整度试验（）直尺法（）连续式平整度仪法（）路面抗滑性能试验（）手工铺砂法测定路面构造深度试验方法（）摆式仪测定路面抗滑值试验方法（）沥青路面渗水试验（）目的和适用范围（）仪具与材料（）方法与步骤（）计算（）报告（）本章小结（）9桩基现场试验（）概述（）单桩垂直静载试验（）试验的目的和意义（）试验加载装置（）试验条件（）试验方法（）试桩的承载力（）高应变动力检测方法（）锤击贯入试验法（）动力打桩公式法（）静动法（）低应变动力检测方法（）反射波法（）机械阻抗法（）动力参数法（）本章小结（）10试验数据的统计分析（）概述（）测量误差（）系统误差（）偶然误差（）过失误差（）试验数据整理依据（）偶然误差的分布（）误差的传递（）试验误差的计算（）偶然误差的计算（）过失误差的剔出（）系统误差的修正（）一元线性回归分析（）最小二乘法（）直线回归方程的有效性（）直线回归方程的精度（）一元非线性回归分析（）多元线性回归分析（）本章小结（）参考文献（）绪论实践是检验真理的唯一标准，即理论的预言一定要通过实践的检验来证实。在结构理论的发展中，结构试验是最有效的实践检验。畅 工程结构理论与工程结构试验的关系现代科学研究包括理论研究和试验研究，理论的发展需要试验来验证。受弯梁断面的应力分布的研究，经历了由假设简单试验理论分析试验检验的阶段，前后二百多年的时间，说明了试验在理论发展中的作用和地位。科学的发展都是以技术的突破为转机的。试验验证理论，而理论的发展又将试验推向更高的阶段，即指导试验。结构试验与结构理论的发展就是这样紧密地联系在一起，相互促进，相互发展。理论分析的方法虽然给出了结构应力分析的基本方程式，但在解决实际问题时，采用解析方法常常会遇到计算方面的困难，只能对有限的一些简单问题得出精确解。对于几何形状边界条件承受荷载复杂的结构，往往需要进行一些假设，而假设与实际影响的大小，要通过试验验证。因此，所得结果为近似的，还要用试验证实能否用于实际工程。对于一些三维问题应力集中和非匀质材料结构，仅靠理论解析方法求解十分困难，有时得不出结果，需要用试验的方法得出计算的公式。畅工程结构试验与电算的关系随着电子计算机技术的发展，应用有限元等数值计算方法，使结构应力分析工作得到很大的提高，几乎对所有的计算问题均能求解。但是，运用数值方法计算时，必须在建立正确数学模型的前提下，才能得出精确结果。在土木工程中，对于非匀质材料和某些特种结构的计算中，用数值方法求解时，必须用试验方法加以验证或提供必要的参数。在结构分析中，一方面可以用传统和现代的设计理论、现代的计算技术和方法；另一方面也可用结构试验实验应力分析的方法来解决。计算机技术的发展，在理论与试验之间提供了一条通过计算建立联系的新途径，使结构工程学科由理论与试验的两极构成变为理论、试验和计算三足鼎立的新学科结构。计算机技术的发展，给结构试验的发展提供了无限的空间。计算机控制结构试验，使荷载施加、信号采集和数据处理