淺析結構試驗在結構理論發展中的作用

淺析結構試驗在結構理論發展中的作用

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

關鍵詞：結構試驗 結構理論

0 引言
工程結構試驗是一項科學實踐性很強的學科，是研究和發展工程結構新材料、新體系、新工藝以及探索結構設計新理論的重要手段，在工程結構科學研究和技術革新等方面起著重要的作用。
1 沿革 　
最早的結構試驗是意大利科學家伽利略在17世紀完成的懸臂梁試驗，其梁強度理論經由其后的胡克的材料彈性說明，貝努利、歐拉等的構件變形問題，庫倫的中性軸假想，打下了今天彈性理論材料力學的基礎。我國十分重視工程結構試驗學科的建設及其發展。1956年起在高等院校中設置“建筑結構試驗”課程。在直接為生產服務方面和工程結構系統科學研究方面，對結構的材料性質，基本構件和結構整體工作性能等，進行了大量的實物或模型的靜、動力試驗，獲得了許多試驗成果，提出了符合中國實際情況的設計參數、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。
2 工程結構試驗及其一般過程
2.1 工程結構試驗的任務 工程結構試驗的任務是在結構或實驗對象上，以儀器設備為工具，利用各種實驗技術為手段，在荷載（重力、機械擾動力、地震力、風力等）或其他因素（溫度、變形沉降等）作用下，通過測試與結構工作性能有關的各種參數（變形、撓度、位移、應變、振幅、頻率等）后進行分析，從而對結構的工作性能作出評價，對結構的承載能力作出正確的估計，并為驗證和發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 根據試驗研究目的，主要分為生產鑒定性試驗和科學研究性試驗。
2.2.1 生產鑒定性試驗 生產鑒定性試驗以直接服務于生產為目的。以工程中實際結構構件為對象，通過試驗或檢測對結構作出技術結論，通常解決以下問題：①檢驗或鑒定結構質量。對一些比較重要的結構，建成后通過試驗，綜合性地鑒定其質量的可靠度。對于預制構件或現場施工的其他構件，在出廠或安裝之前，要求按照相應規范或規程抽樣檢驗，以推斷其質量。②判斷結構的實際承載力。當舊建筑進行擴建、加層或改變結構用途時，往往要求通過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，往往要求通過試驗和檢測，判斷結構在受災破壞后的實際承載能力，為結構的再利用和處理提供技術依據。
2.2.2　科學研究性試驗　科學研究性試驗的目的是為結構的理論計算和研究服務。它按照事先周密考慮的計劃來進行。試驗的對象是專為試驗而設計制造的。突出研究的主要問題，消除一些對結構上實際影響的次要因素，使試驗工作合理，觀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系作某些簡化假定，通過試驗來加以驗證，滿足要求后用于實際工程中的結構計算。在結構靜力和動力分析中，本構關系的模型化則完全是通過試驗加以確定的。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實驗的成果和經驗外，為了理論和設計方法的發展，還進行了大量的結構試驗以及實體建筑物的試驗，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，用結構試驗的方法確定結構的計算模式和公式的系數，解決工程中的實際問題。③提供實踐經驗。一種新材料的應用，一個新結構的設計或一項新工藝的施工，往往要經過多次的工程實踐和科學試驗，從而積累資料，使設計計算理論不斷改進和完善。
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物加載外，可用千斤頂、液壓試驗裝置、計算機與加振器聯機系統、模擬地震振動臺、人工爆炸等，以模擬對結構或構件的實際的各種作用。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、簡便、可靠、經濟，是結構試驗中最常用的測量手段。②電測法。通過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，經放大器放大，然后進行測量，由指示記錄設備記錄和顯示，這種轉換和測量技術稱為非電量電測技術，具有準確、快速測量、自動控制、連續記錄和遠距離操縱等優點。與計算機聯機，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、實現連續記錄，阻尼小、響應快（如光線示波記錄儀）。也可利用光敏材料的物理化學原理和力學特性在偏振光作用下產生的光學效應，測定應力場（如光彈儀），簡便、可靠、直觀性好；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系為基礎進行測量。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，使數據的采集、測量和分析處理自動化。
2.4　工程結構試驗的一般過程　工程結構試驗大致可分為試驗規劃、試驗準備、試驗加載測試和實驗資料整理分析四個階段。
2.4.1　試驗規劃階段　試驗規劃是指導整個試驗工作的綱領性技

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