1、结构与受力的边界条件、试验的破坏特征、试验的加载条件。,4.2 试件设计（续）,（一）试件形状基本原则：受力条件和边界条件的模拟。如框架节点的试验方案，板柱结构的受力特征（板带宽度的选取）（二）试件尺寸尺寸效应（构件与结构）混凝土抗压强度试验100100100 0.95 150150150 1.0 200200200 1.05,（三）试件数量,生产性试验：按试验任务的要求来确定试件数量科研性试验：单因素：根据因素的水平数来确定试件数量多因素：采用正交试验设计法来进行试验设计并对试验结果进行科学分析多因素试验存在的问题全面试验的次数（试件数量）与实际可行的试验次数之间的矛盾。n个因素，m个水平，
2、则全面试验次数mn实际所做的少数试验与全面掌握内在规律的要求之间的矛盾,（三）试件数量（续）,正交试验设计：指利用事先制好的正交表来安排多因素试验，并进行试验结果分析的一种试验设计方法正交表是正交试验设计法中合理安排试验并对试验结果进行统计分析的一种特殊表格。常用正交表有L4（23）、L9（34）、L12（3124）等 试验次数 因素的水平数 因素数,（三）试件数量（续）,正交表的特点（凡符合下列两个特点的表均称为正交表）：（1）每一列中，不同的数字出现的次数相等（2）任意两列中，将同一横行的数字看成有序数对（左列的数放在前，右列的数放在后）则每种数对出现的次数相等。如（1、2）（1、1）（2
3、、1）（2、2）各出现一次,（三）试件数量（续）,（三）试件数量（续）,（三）试件数量（续）,（三）试件数量（续）,正交试验结果分析直观分析法目的（1）确定各因素的主次关系（2）确定各影响因素的最佳水平具体步骤（1）填写评介指标，将每个试件的试验结果填入正交表右栏内（2）计算各因素的水平效应值Kmf、Kmf0和极差Rm值（3）比较各因素的极差R值，根据其大小，列出各因素的主次关系。R值较大者，即对试验结果的影响较大、即主要因素（4）比较同一因素下各水平的效应值Kmf，能使指标达到满意值的为较理想的水平值Kmf正交表中m列第f水平相应的指标值之和Kmf0=Kmf，m列第f水平的重复次数Rm，m列
4、中Kmf0的极大值与极小值之差,（四）加载与测试对试件设计的要求,试件支承条件的要求：支承点的水平、局压、支承点的明确（跨度）试件加载点的要求：分配梁（简支梁型式）、局压试件破坏型式和破坏机制的要求：如弯与剪的破坏问题、节点与梁柱构件的强度问题、防止粘结滑移的措施试验测量的要求：预埋件、预留孔道、预贴应变片辅助试件的要求：试件材料的材性试件、节点或局部结构构件的单体试件,2.3 结构试验的模型设计,结构模型设计要求按相似理论进行设计，以保证“试验过程与试验结果相似”几何相似材料相似物理相似荷载相似 科研性试验中常采用小型试件即缩尺模型,2.3 结构试验的模型设计（续）,相似原理：研究自然界相似
5、现象的性质和鉴别相似现象的基本原理，由三个相似定理组成：第一相似定理：彼此相似的现象，单值条件相同，其相似准数也相同，由牛顿在1786年首先提出，它确定了相似现象的性质第二相似定理：某一现象各物理量之间的关系方程式，都可表示为相似准数之间的函数关系。相似准数常用表示。第二相似定理也称定理，为模型设计提供了理论基础第三相似定理：现象的单值条件相同，并且由单值条件导出的相似准数相等，是现象彼此相似的充要条件,（一）模型的相似要求和相似常数,相似常数的独立性几何相似 要求模型和真型之间所有对应部分尺寸成比例。Sl（长度）、SA（面积）、Sw（抗弯模量），SI（惯性矩），Sx（位移）、S（应变）质量相
6、似 Sm（质量）、S（比重）荷载相似 SP（集中力）、Sw（面力）、Sq（体力）、SM（弯矩）,（一）模型的相似要求和相似常数,物理相似S（应力）、S（剪力）、S（剪切角）、SE（弹性模量）时间相似St，时间相似不是指时刻相似，而是指时刻的间隔相似边界条件相似指模型的支承与约束条件相似初始条件相似针对动力问题，包括初始位置、位移、速度、加速度等无量纲量的相似常数均为1,（二）模型设计的相似条件,按模型设计的相似理论确定相似条件的方法有：方程式分析法量纲分析法方程式分析法：已知各参数与物理量的函数关系，并有显式表达式时。适用于较简单的物理现象量纲分析法：对较复杂的物理现象，不能用显式表达来描述各
7、参数与物理量之间的函数关系。此时，物理参数的合理选择对模型设计具有决定性的作用 取决于对该物理现象的正确认识程度,（二）模型设计的相似条件（续）,1、静力试验模型的相似条件 可见相似常数的数目多于相似条件的数目，模型设计时须预先假设几个相似常数，一般假设几何相似常数Sl和材料相似常数SE,（二）模型设计的相似条件（续）,考虑自重荷载的模型相似条件当，此时模型材料很难实现，只能采用附加质量方法，但强度与刚度须保持不变当材料相当，须提高测量精度,（二）模型设计的相似条件（续）,2、动力试验模型的相似条件单自由度体系受迫振动的振动方程 动力模型的相似条件为自频及周期的相似常数为：运动初始条件的相似：
8、,关于重力加速度的相似常数Sg,模型试验中的相似关系：当选用Sg=1，而Sl一般（1/2，1/6）之间，SE/S1/2，1/6，这在模型选用材料时很难实现，通常需对材料试级配当选用材料相同，SES1，则Sg1/Sl，采用附加质量法,3、钢筋混凝土结构和砌体结构试验模型的相似条件,4、模型材料,模型材料的要求相似要求：材料的基本性质相似测量要求：为便于测量仪表有足够的读数，弹性模量应适当低一些材料性能稳定，受环境温度、湿度的影响较小加工制作方便,模型材料的种类金属（一般钢材和铝合金）：弹性好、变形量大、泊松比与钢筋砼相似塑料和有机玻璃：强度大、弹性模量低、各向同性、加工方便、但徐变较大、热稳定性
9、较差石膏：加工容易、成本低、泊松比与砼十分接近、弹性模量可人为调整、但抗拉强度低、较脆。石膏被广泛用于制作弹性模型，也可大致模拟砼的塑性性能水泥砂浆：相比上述三种材料，最接近混凝土，常用于制作砼薄壁结构，此时采用的钢筋为钢丝或铅丝细石混凝土：非弹性性能较难模拟，缩尺比例不宜太小。主要缺点是粘结应力模拟不好，不适用于研究Wmax、f等,2.4 结构试验荷载设计,结构试验荷载的分类按作用形式集中荷载、分布荷载。按作用方向垂直荷载、水平荷载、任意方向荷载。单调荷载、重复荷载、反复荷载动力荷载、静力荷载,（一）试验加载图式,定义：试验荷载在试验结构上的布置形式（包括荷载类型与分布情况）试验加载图式要与
10、结构设计计算时荷载图式一致,（二）试验加载装置的设计,试验加载装置包括竖向加载装置：荷载架水平加载装置：反力架、反力墙（砼制）其他加载装置：（1）荷载传递装置 分配梁、垫块或垫梁、滑动轴承等（2）荷载支承装置 支座（固定式、滑动式、铰接式、滚动式）、支墩,试验加载装置的基本要求满足最大试验荷载的要求，并有一定的安全储备50100满足自身刚度的要求符合试验结构的受力条件，能模拟试验结构的边界条件和变形条件；（如：框架节点受力中，P-效应的模拟）满足试件的支承条件：如支承点的摩擦力影响使实际弯矩减小构造简单，加工、组装方便,（三）试验的加载制度,定义：结构试验中控制荷载与加载时间的关系 结构试验的
11、加载制度分类：单调静力加载：预加载、预定荷载、破坏荷载伪静力加载：荷载与位移混合的低周反复加载伪动力加载：由计算控制，按地震位移反应时程曲线加载抗震动力加载：按模拟地震时地面运动加速度地震波加载 混凝土结构试验方法标准（GB50152-92）建筑抗震试验方法规程（JGJ101-96）,低周反复加载制度,2.5 结构试验的观测设计,观测设计的内容确定测试项目、选择测点位置、选择测试仪器和测试方法（一）观测项目的确定试件在荷载作用下的变形分为以下两类整体变形：能够反映试件的整体工作性能，如P-、P-曲线局部变形：、max、f、-s曲线等,（二）测点的选择与布置,测点的布置原则满足试验要求为目的，宜
12、少不宜多测点的位置要有一定的代表性应布置一定量的校核性测点（受力明确部位）测点的布置应便于试验时操作和测读（三）仪器的选择与测读的原则（P30-31）,2.6 材料的力学性能与结构试验的关系,（一）概述结构设计中最基本的公式 RSR需要试件材料的基本力学性能数据抗震试验中尚需要考虑周期性反复荷载下的材料本构关系（见下图）,包兴格效应钢材在拉（压）超过弹性极限后、反面弹性极限会明显降低。1887年，德国包兴格提出测定试件材料力学性能的方法直接试验法，同条件试件间接测定法（非破损试验法或半破损试验法），回弹仪、超声波法 等,（二）材料试验结果对结构试验的影响真正的试件材性很难准确测得（三）试验方法对材料强度指标的影响试件尺寸与形状的影响：尺寸效应（加载面的约束及内部缺陷）试验加载速度的影响（教材P3234）2.7 结构试验大纲和试验基本文件（教材P35-36）,思考题,1、结构试验包括哪些主要环节？2、结构试验设计的定义为？3、生产性试验的试件数目的确定原则是什么？4、采用什么方法确定多因素科研试验的试件参数？5、简述模型设计中主要的相似要求。6、确定相似条件的方法有哪两种，试对比分析。7、试列出不考虑自重荷载的静力试验模型的相似条件。8、阐述结构试验荷载的分类。9、何谓结构试验的加载制度。10、简述试验测点选择与布置的原则。,
