結構試驗是研究和發(fā)展結構理論的重要手段。文中從沿革、任務(wù)、分類(lèi)、加載設備與測量方法、一般過(guò)程等方面了解工程結構試驗。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展應用，結構試驗仍然是發(fā)展結構理論和解決工程設計方法的主要手段之一。在結構工程學(xué)科的發(fā)展演變過(guò)程中結構試驗本身成為一門(mén)真正的試驗科學(xué)。

　　工程結構試驗是一項科學(xué)實(shí)踐性很強的學(xué)科，是研究和發(fā)展工程結構新材料、新體系、新工藝以及探索結構設計新理論的重要手段，在工程結構科學(xué)研究和技術(shù)革新等方面起著(zhù)重要的作用。

　　一、沿革

　　最早的結構試驗是意大利科學(xué)家伽利略在17世紀完成的懸臂梁試驗，其梁強度理論經(jīng)由其后的胡克的材料彈性說(shuō)明，貝努利、歐拉等的構件變形問(wèn)題，庫倫的中性軸假想，打下了今天彈性理論材料力學(xué)的基礎。我國十分重視工程結構試驗學(xué)科的建設及其發(fā)展。1956年起在高等院校中設置“建筑結構試驗”課程。在直接為生產(chǎn)服務(wù)方面和工程結構系統科學(xué)研究方面，對結構的材料性質(zhì)，基本構件和結構整體工作性能等，進(jìn)行了大量的實(shí)物或模型的靜、動(dòng)力試驗，獲得了許多試驗成果，提出了符合中國實(shí)際情況的設計參數、工藝標準、計算公式、設計理論、施工工藝，為制訂各種規范、規程提供了基本依據。

　　二、工程結構試驗及其一般過(guò)程

　　2.1工程結構試驗的任務(wù)工程結構試驗的任務(wù)是在結構或實(shí)驗對象上，以?xún)x器設備為工具，利用各種實(shí)驗技術(shù)為手段，在荷載（重力、機械擾動(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)測試與結構工作性能有關(guān)的各種參數（變形、撓度、位移、應變、振幅、頻率等）后進(jìn)行分析，從而對結構的工作性能作出評價(jià)，對結構的承載能力作出正確的估計，并為驗證和發(fā)展結構的計算理論提供可靠的依據。

　　2.2工程結構試驗的分類(lèi)根據試驗研究目的，主要分為生產(chǎn)鑒定性試驗和科學(xué)研究性試驗。

　　2.2.1生產(chǎn)鑒定性試驗生產(chǎn)鑒定性試驗以直接服務(wù)于生產(chǎn)為目的。以工程中實(shí)際結構構件為對象，通過(guò)試驗或檢測對結構作出技術(shù)結論，通常解決以下問(wèn)題：①檢驗或鑒定結構質(zhì)量。對一些比較重要的結構，建成后通過(guò)試驗，綜合性地鑒定其質(zhì)量的可靠度。對于預制構件或現場(chǎng)施工的其他構件，在出廠(chǎng)或安裝之前，要求按照相應規范或規程抽樣檢驗，以推斷其質(zhì)量。②判斷結構的實(shí)際承載力。當舊建筑進(jìn)行擴建、加層或改變結構用途時(shí)，往往要求通過(guò)試驗確定舊結構的承載能力，為加固、改建、擴建工程提供數據。③處理工程事故、提供技術(shù)依據。對于遭受火災、爆炸、地震等原因而損傷的結構，或在建造使用中有嚴重缺陷的結構，往往要求通過(guò)試驗和檢測，判斷結構在受災破壞后的實(shí)際承載能力，為結構的再利用和處理提供技術(shù)依據。

　　2.2.2 科學(xué)研究性試驗 科學(xué)研究性試驗的目的是為結構的理論計算和研究服務(wù)。它按照事先周密考慮的計劃來(lái)進(jìn)行。試驗的對象是專(zhuān)為試驗而設計制造的。突出研究的主要問(wèn)題，消除一些對結構上實(shí)際影響的次要因素，使試驗工作合理，觀(guān)測數據易于分析和總結，達到理論研究的目的。①驗證結構設計理論的假定。在結構設計中，人們常對結構構件的計算圖式和本構關(guān)系作某些簡(jiǎn)化假定，通過(guò)試驗來(lái)加以驗證，滿(mǎn)足要求后用于實(shí)際工程中的結構計算。在結構靜力和動(dòng)力分析中，本構關(guān)系的模型化則完全是通過(guò)試驗加以確定的。②提供設計依據。我國現行的各種結構設計規范除了總結已有的大量科學(xué)實(shí)驗的成果和經(jīng)驗外，為了理論和設計方法的發(fā)展，還進(jìn)行了大量的結構試驗以及實(shí)體建筑物的試驗，為編制和修改結構設計規范提供試驗數據。對于特種結構，應用理論分析的方法達不到理想的結果時(shí)，用結構試驗的方法確定結構的計算模式和公式的系數，解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。③提供實(shí)踐經(jīng)驗。一種新材料的應用，一個(gè)新結構的設計或一項新工藝的施工，往往要經(jīng)過(guò)多次的工程實(shí)踐和科學(xué)試驗，從而積累資料，使設計計算理論不斷改進(jìn)和完善。

　　2.3 工程結構試驗加載設備與測量方法

　　2.3.1 加載設備 一般供試驗用的加載裝置除實(shí)物加載外，可用千斤頂、液壓試驗裝置、計算機與加振器聯(lián)機系統、模擬地震振動(dòng)臺、人工爆炸等，以模擬對結構或構件的實(shí)際的各種作用。在全部試驗承力裝置中有支座、支墩、反力架、反力墻及試驗臺座等。

　　2.3.2 測量方法①機測法。利用機械儀表測量所需的數據或參數，機測法適應性強、簡(jiǎn)便、可靠、經(jīng)濟，是結構試驗中最常用的測量手段。②電測法。通過(guò)傳感元件把試驗需要測量的數據或參數，轉換為電阻、電容、電感、電壓或電流等電量參數，經(jīng)放大器放大，然后進(jìn)行測量，由指示記錄設備記錄和顯示，這種轉換和測量技術(shù)稱(chēng)為非電量電測技術(shù)，具有準確、快速測量、自動(dòng)控制、連續記錄和遠距離操縱等優(yōu)點(diǎn)。與計算機聯(lián)機，還可根據測量結果自行判斷和運算。③光測法。利用光的準直性對測量參數放大、轉換、實(shí)現連續記錄，阻尼小、響應快（如光線(xiàn)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，測定應力場(chǎng)（如光彈儀），簡(jiǎn)便、可靠、直觀(guān)性好；及激光測量位移和激光全息的應用。④其他方法。利用光、電、磁、聲等間接物理量與材料或結構構件某一性能間的關(guān)系為基礎進(jìn)行測量。如超聲波探測儀利用超聲波在混凝土中傳播速度測定混凝土強度。分析處理結果，再還原成某種模擬量并顯示出來(lái)，使數據的采集、測量和分析處理自動(dòng)化。

　　2.4 工程結構試驗的一般過(guò)程 工程結構試驗大致可分為試驗規劃、試驗準備、試驗加載測試和實(shí)驗資料整理分析四個(gè)階段。

　　2.4.1 試驗規劃階段 試驗規劃是指導整個(gè)試驗工作的綱領(lǐng)性技

　　術(shù)文件，因而試驗規劃的內容應盡可能地細致和全面，規劃的任何一點(diǎn)疏忽可能導致試驗的失敗。

　　科學(xué)研究性試驗的規劃，首先應根據研究課題，了解其發(fā)展現狀和前景，并通過(guò)收集和查詢(xún)有關(guān)文獻資料，確定實(shí)驗研究的目的和任務(wù)，確定試驗的規模和性質(zhì)；在此基礎上決定試件設計的主要組合參數，并根據試驗設備的能力確定試件的外形和尺寸；進(jìn)行試件設計及制作；確定加載方法和設計支承系統；選定量測方法；進(jìn)行設備和儀表的率定；作好材料性能試驗或其他輔助試件的試驗；制定試驗安全防護措施；提出試驗進(jìn)度和技術(shù)人員分工；編寫(xiě)材料需用計劃，經(jīng)費開(kāi)支及預算，試驗設備、儀表及附件清算等。

　　2.4.2 試驗準備階段 試驗準備階段是將規劃階段確定的試件按要求制作安裝與就位，將加載設備和測試儀表安裝就位，并完成輔助試驗工作。試件制作完畢后，要進(jìn)行實(shí)際幾何尺寸的測量和外觀(guān)質(zhì)量檢查，達到設計要求的才能安裝就位。加載設備和測試儀表安裝就位前，應完成相應的設備調試與儀表標定工作，性能正常的才可正式安裝。輔助試驗完成后，要及時(shí)整理試驗結果并作為結構試驗的原始數據，對試驗規劃階段確定的加載制度控制指標進(jìn)行必要的修正。

　　2.4.3 試驗加載測試階段 對試件施加外荷載是整個(gè)試驗工作的中心環(huán)節，參加試驗的每個(gè)工作人員應各就各位，各盡其職，做好本崗工作，試驗期間，一切工作都要按照試驗的程序進(jìn)行。對試驗起控制作用的重要數據應隨時(shí)整理和分析，必要時(shí)還應跟蹤觀(guān)察其變化情況，并與事先計算的理論數據進(jìn)行比較，如有反�，F象應立即查明原因，排除故障，否則不得繼續加載試驗。

　　試驗工程中除認真讀數和記錄外，必須仔細觀(guān)察結構的變形，混凝土結構的裂縫出現、走向及寬度，構件的破壞特征等。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 試驗資料整理分析階段 通過(guò)試驗準備和加載試驗階段，獲得了大量數據和有關(guān)資料后，一般不能直接回答試驗研究所提出的各類(lèi)問(wèn)題，必須將數據進(jìn)行科學(xué)的整理、分析和計算，做到去粗取精，去偽存真，最后根據試驗數據和資料編寫(xiě)試驗報告。

　　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、工程結構試驗在工程結構理論發(fā)展中的作用

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

　　科學(xué)的發(fā)展都是以技術(shù)的突破為轉機的。試驗驗證理論，而理論的發(fā)展又將試驗推向更高的階段。結構試驗與結構理論的發(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構應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 )遇到計算方面的困難，只能對有限的一些簡(jiǎn)單問(wèn)題得出精確解。如幾何形狀、邊界條件、承受荷載復雜的結構，常需要進(jìn)行一些假設，而假設與實(shí)際影響的大小，要通過(guò)試驗驗證。因此，所得結果為近似的，還要用試驗證實(shí)能否用于實(shí)際工程。對于一些三維問(wèn)題、應力集中和非勻質(zhì)材料結構，僅靠理論解析方法求解十分困難，有時(shí)得不出結果，需要用試驗的方法得出計算的公式。

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

　　實(shí)踐是檢驗真理的唯一標準�？茖W(xué)實(shí)踐是人們正確認識事物本質(zhì)的一個(gè)源泉，可以幫助人們認識事物的內在規律。在工程結構學(xué)科中，人們?yōu)榱苏�確認識結構的性能和不斷深化這種認識，結構試驗也是一種已被實(shí)踐所證明的行之有效的方法。

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