内容简介
《建筑结构试验》是同济大学为工业与民用建筑专业建筑结构试验课程编写的专业技术教材。内容包括结构试验概论、结构试验设计、结构试验的荷载设备、结构试验的数据采集和测量仪器、结构单调加载静力试验、结构低周反复加载静力试验、结构动力特性试验、结构抗震动力加载试验,结构试验现场检测技术和结构试验数据处理等。
《建筑结构试验》可供高等学校土建结构专业和其他有关专业作为教材使用。也可供结构工程专业研究生、从事结构试验的专业人员和有关工程技术人员作为参考用书。
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目录
第一章 结构试验概论
1.1 结构试验的任务
1.2 结构试验的目的
1.2.1 生产性试验
1.2.2 科学研究性试验
1.3 建筑结构试验的分类
1.3.1 真型试验和模型试验
1.3.2 静力试验和动力试验
1.3.3 短期荷载试验和长期荷载试验
1.3.4 试验室试验和现场试验
第二章 结构试验设计
2.1 结构试验设计概述
2.2 结构试验的试件设计
2.2.1 试件形状
2.2.2 试件尺寸
2.2.3 试件数目
2.2.4 结构试验对试件设计的要求
2.3 结构试验的模型设计
2.3.1 模型的相似要求和相似常数
2.3.2 模型设计的相似条件
2.4 结构试验荷载设计
2.4.1 试验加载图式的选择与设计
2.4.2 试验加载装置的设计
2.4.3 结构试验的加载制度
2.5 结构试验的观测设计
2.5.1 观测项目的确定
2.5.2 测点的选择与布置
2.5.3 仪器的选择与测读的原则
2.6 材料的力学性能与结构试验的关系
2.6.1 概述
2.6.2 材料试验结果对结构试验的影响
2.6.3 试验方法对材料强度指标的影响
2.7 结构试验大纲和试验基本文件
第三章 结构试验的荷载设备
3.1 概述
3.2 重力加载法
3.2.1 重力直接加载方法
3.2.2 杠杆加载方法
3.3 液压加载法
3.3.1 液压加载器
3.3.2 液压加载系统
3.3.3 大型结构试验机
3.3.4 电液伺服液压系统
3.3.5 地震模拟振动台
3.4 惯性力加载法
3.4.1 冲击力加载
3.4.2 离心力加载
3.4.3 直线位移惯性力加载
3.5 机械力加载法
3.6 气压加载法
3.7 电磁加载法
3.7.1 电磁式激振器
3.7.2 电磁振动台
3.8 人激振动加载法
3.9 环境随机振动激振法
3.10 荷载支承设备和试验台座
3.10.1 支座
3.10.2 荷载支承机构
3.10.3 结构试验台座
3.10.4 现场试验的荷载装置
第四章 结构试验的数据采集和测量仪器
4.1 概述
4.2 传感器
4.2.1 基本原理
4.2.2 电阻应变计
4.2.3 应变测量
4.2.4 力传感器和压力传感器
4.2.5 线位移传感器
4.2.6 角位移传感器
4.2.7 裂缝测量仪器
4.2.8 测振传感器
4.3 记录器
4.3.1 概况
4.3.2 X-Y记录仪
4.3.3 光线示波器
4.3.4 磁带记录仪
4.4 数据采集系统
4.4.1 数据采集系统的组成
4.4.2 数据采集的过程
第五章 结构单调加载静力试验
5.1 概述
5.2 结构单调加载静力试验的加载制度
5.3 基本构件的单调加载静力试验
5.3.1 受弯构件的试验
5.3.2 压杆和柱的试验
5.4 扩大构件的单调加载静力试验
5.4.1 屋架试验
5.4.2 薄壳和网架结构试验
5.5 建筑物或其部件的单调加载静力试验
5.5.1 钢筋混凝土平面楼盖试验
5.5.2 单层工业厂房整体结构空间工作试验
5.5.3 足尺房屋结构的整体试验
第六章 结构低周反复加载静力试验
6.1 概述
6.2 结构低周反复加载静力试验的加载制度
6.2.1 单向反复加载制度
6.2.2 双向反复加载制度
6.3 结构低周反复加载静力试验
6.3.1 砖石及砌块结构抗震性能试验
6.3.2 钢筋混凝土框架梁柱节点组合体的抗震性能试验
6.4 计算机—加载器联机试验
6.4.1 计算机—加载器联机系统的工作原理
6.4.2 计算机—加载器联机试验的工作流程
6.4.3 七层钢筋混凝土框架足尺结构的联机试验
第七章 结构动力特性试验
7.1 概述
7.2 人工激振法测量结构动力特性
7.2.1 结构自振频率测量
7.2.2 结构阻尼的测量
7.2.3 振型测量
7.3 环境随机振动法测量结构动力特性
7.3.1 模态分析法
7.3.2 主谐量法
第八章 结构抗震动力加载试验
8.1 概述
8.2 结构抗震动力加载试验的加载制度和加载设计
8.2.1 周期性动力加载试验的加载制度
8.2.2 非周期性动力加载试验的加载设计
8.3 结构抗震周期性动力加载试验
8.3.1 偏心激振器周期性动力加载试验
8.3.2 电液伺服加载器周期性动力加载试验
8.3.3 单向周期性振动台动力加载试验
8.4 结构抗震非周期性动力加载试验
8.4.1 地震模拟振动台动力加载试验
8.4.2 人工地震模拟动力加载试验
8.4.3 天然地震结构动力试验
第九章 结构试验现场检测技术
9.1 概述
9.2 混凝土结构现场检测技术
9.2.1 回弹法检测混凝土强度
9.2.2 超声脉冲法检测混凝土强度
9.2.3 超声回弹综合法检测混凝土强度
9.2.4 钻芯法检测混凝土强度
9.2.5 拔出法检测混凝土强度
9.2.6 超声法检测混凝土缺陷
9.2.7 混凝土结构钢筋位置和钢筋锈蚀的检测
9.3 砖砌结构的现场检测技术
9.3.1 砖砌体强度的间接测定法
9.3.2 砖砌体原位轴心抗压强度测定法
9.4 钢结构现场检测技术
9.4.1 钢材强度测定
9.4.2 超声法检测钢材和焊缝缺陷
第十章 结构试验的数据处理
10.1 概述
10.2 数据的整理和换算
10.3 数据的统计分析
10.4 误差分析
10.4.1 误差的分类
10.4.2 误差计算
10.4.3 误差传递
10.4.4 误差的检验
10.5 数据的表达
10.5.1 表格方式
10.5.2 图像方式
10.5.3 函数方式
参考文献
精彩书摘
第一章 结构试验概论
工程结构是以工程材料为主体构成的不同类型的承重构件(梁、板、柱等)相互连接组成的组合体,在一定经济条件的制约下,要求结构在规定的使用期内安全有效地承受外部及内部形成的各种作用,以满足结构在功能及使用上的要求。为了达到这个目的,要求设计者必须综合考虑结构在它的整个生命周期中如何适应可能产生的各种风险。如在建造阶段可能产生的设计施工中的失误和疏忽,正常使用阶段来自各种非正常的外界活动,特别是自然和人为的灾害,以及老化阶段出现的各种损伤的积累和正常抗力的丧失等。为此,工程技术人员为了进行合理的设计,必须掌握在各种作用下结构的实际应力分布和工作状态,了解结构构件的刚度、抗裂性能以及实际所具有的强度及安全储备。
在应力分析工作中,一方面可以利用传统的理论计算方法,另一方面也可以利用实验方法,即通过结构试验,采用实验应力分析方法来解决。特别是电子计算机技术的发展,它不仅为用数学模型方法进行计算分析创造了条件,同样利用计算机控制的结构试验,为实现荷载模拟、数据采集和数据处理,以及整个试验实现自动化提供了有利条件,使结构试验技术的发展,产生了根本性的变化。人们利用计算机控制的多维地震模拟振动台可以实现地震波的人工再现,模拟地面运动对结构作用的全部过程;用计算机联机的拟动力伺服加载系统帮助人们在静力状态下量测结构的动力反应;由计算机完成的各种数据采集和自动处理系统可以准确、及时、完整地收集并表达荷载与结构行为的各种信息。计算机也加强了人们进行结构试验的能力。因此,结构试验仍然是发展结构理论和解决工程设计方法的主要手段之一。在结构工程学科的发展演变过程中形成的由结构试验、结构理论与结构计算三极构成的新学科结构中,结构试验本身也成为一门真正的试验科学。
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前言/序言
建筑结构试验是以实验技术为手段,测量能反映结构或构件实际工作性能的有关参数,为判断结构的承载能力和安全储备提供重要依据。建筑结构试验与结构设计、施工实践和推动建筑结构学科的发展有着极为密切的关系,日益为人们注意并引起重视。
建筑结构试验是工业与民用建筑专业的一门专业技术课程。本课程的任务是通过理论和实践教学环节,使学生获得建筑结构试验方面的基础知识和基本技能,能够进行一般建筑结构试验的设计与规划,并得到初步的训练和实践。
1978年,为适应当时工民建专业的教学需要,编者与张誉教授合作编写了《建筑结构试验》讲义,并在全国兄弟院校间进行交流,其中部分内容后来被吸收编入1982年出版的高等学校试用教材。随着建筑结构学科和结构试验技术的发展,特别是建筑结构抗震学科与结构试验现场检测技术的迅速发展,原有教材内容已经不能满足学科发展和当前教学的要求,为此对原有讲义进行了全面修改。
本教材编写的指导思想是加强结构试验设计。用较大篇幅增加了结构抗震试验的内容,特别是将低周反复静力加载试验部分独立成章,并增补了计算机一加载器联机试验(拟动力试验)的内容。在结构动力特性试验中扩充了环境随机振动测量结构动力特性的内容。在动力加载试验中充实了非周期性结构动力加载试验的内容,包括模拟地震振动台动力加载试验,人工地震模拟动力加载试验和天然地震结构动力试验等三个主要部分。
本教材已是第五次修改稿,在结构试验数据和量测技术中增加了数据采集系统。并增加了第九章结构试验现场检测技术,第十章结构试验的数据处理。本教材反映了同济大学和同济大学工程结构研究所在结构试验研究中的成果。
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参加本教材编写的有:姚振纲(第一、二、三、五、六、七、八、九章),刘祖华(第四、十章),其中,第四章初稿由李炳生高级工程师编写,刘祖华副教授在重新编写时作了修改和补充。全书由姚振纲负责主编。
本教材承朱振德教授和陆竹卿教授审阅,提出了宝贵意见。在初稿编写过程中,得到朱伯龙教授的帮助。教材中应用了有关兄弟单位的试验成果,特此一并致谢。
由于编者业务水平有限,编写中必有漏误之处,敬希专家同行和读者批评指正。
《钢筋混凝土结构设计原理与应用》 概述 本书深入探讨了钢筋混凝土作为一种重要的建筑材料,在现代工程中的结构设计理论与实践。全书旨在为读者提供一套系统、全面、深入的钢筋混凝土结构设计知识体系,涵盖了从基本力学原理到复杂工程应用的各个层面。本书强调理论与实践的紧密结合,通过丰富的算例和工程实例,帮助读者理解并掌握钢筋混凝土结构的设计方法与技术要点。 第一章:钢筋混凝土材料特性与基本概念 本章首先从材料科学的角度出发,详细介绍了钢筋混凝土的组成成分、微观结构以及宏观力学性能。重点阐述了混凝土的抗压强度、弹性模量、徐变、收缩等特性,以及钢筋的强度、塑性、延性等关键指标。在此基础上,详细介绍了混凝土和钢筋的握裹机理,这是钢筋混凝土结构能够协同工作的根本原因。我们将深入分析混凝土的配合比设计对性能的影响,以及不同强度等级混凝土的适用范围。对于钢筋,我们将介绍不同类型钢筋(如热轧带肋钢筋、冷轧带肋钢筋等)的性能差异和选用原则。 第二章:钢筋混凝土构件在轴心受力下的设计 本章是钢筋混凝土结构设计的基础。首先,我们将建立轴心受拉和轴心受压构件的受力模型,并推导相应的强度计算公式。重点在于理解混凝土和钢筋在轴力作用下的应力应变行为,以及裂缝的产生和发展。我们将详细讲解轴心受拉构件(如预应力混凝土梁的拉杆)和轴心受压构件(如柱)的设计流程,包括配筋量的计算、构造要求以及抗震构造措施。通过具体的算例,展示如何根据设计荷载和材料强度确定构件的截面尺寸和配筋数量。 第三章:钢筋混凝土构件在弯曲作用下的设计 弯曲是结构中最常见的受力形式之一。本章将深入研究单筋矩形截面梁在正弯矩作用下的设计。我们将详细阐述截面内力重分布、受压区混凝土应力分布模式(如等应力块假定)、受拉钢筋的受力分析以及破坏形态。重点介绍梁的受弯承载能力计算方法,包括适筋梁、少筋梁和超筋梁的界定及其设计要点。我们将详细讲解配筋计算的步骤,并给出详细的构造要求,例如保护层厚度、钢筋锚固与搭接等。同时,将引入双筋矩形截面梁和T形截面梁的设计,分析其受力特点和计算方法。 第四章:钢筋混凝土构件在剪力作用下的设计 剪力是影响混凝土构件安全性的重要因素。本章将详细分析混凝土构件在剪力作用下的破坏机理,包括斜裂缝的产生、发展以及剪切破坏的形态。我们将介绍剪力墙、梁、板等构件的抗剪设计原理,重点讲解斜截面受剪承载能力的计算方法。我们将详细阐述箍筋的作用,以及如何通过配箍来提高构件的抗剪强度。本章还将讨论剪力墙的抗剪设计,包括暗柱、拉梁等构造措施。 第五章:钢筋混凝土构件在扭转作用下的设计 扭转作用在某些结构构件中也可能出现,例如楼梯梁、悬挑梁等。本章将介绍钢筋混凝土构件在扭转作用下的受力特点和破坏机理。我们将讲解单筋和双筋矩形截面构件在纯扭转和弯扭组合作用下的设计方法,以及如何配置纵向钢筋和箍筋来抵抗扭矩。 第六章:钢筋混凝土梁、板、柱的设计 本章将综合前几章的理论知识,系统地介绍钢筋混凝土梁、板、柱这三种最基本的结构构件的详细设计流程。 梁的设计: 涵盖连续梁、单跨梁、悬挑梁等不同类型的梁。重点讲解梁的荷载计算、内力分析(包括采用数值方法进行内力计算),以及受弯、受剪、受扭等综合设计。讨论梁的配筋构造,包括纵向受力钢筋、架立筋、箍筋的配置要求,以及梁端、梁中部、梁跨中等不同位置的配筋差异。还将涉及梁与柱、墙的连接节点设计。 板的设计: 重点介绍单向板和双向板的设计。分析板的受力特点,讲解板的内力计算方法,包括采用表格法、解析法或数值方法。详细介绍板的配筋设计,包括受力钢筋、分布钢筋的布置原则、钢筋直径和间距的确定,以及板的锚固和搭接要求。还将涉及挑板、洞口板等特殊板的设计。 柱的设计: 阐述柱在轴心受压、偏心受压(包括单偏和双偏)作用下的设计。详细介绍柱的截面形式(矩形、圆形等)、配筋计算,以及箍筋的构造要求。重点讲解柱的抗震设计,包括构造措施、延性设计的要求。讨论短柱、长柱的稳定性问题。 第七章:钢筋混凝土楼梯的设计 楼梯是建筑中常见的交通性构件。本章将详细介绍不同类型楼梯的设计,包括单跑楼梯、双跑楼梯、旋转楼梯等。重点分析楼梯梁、踏步板的受力特点,讲解其内力计算和配筋设计。我们将详细介绍踏步板的受弯和受剪设计,以及楼梯梁的受力分析和配筋方法。 第八章:钢筋混凝土墙体的设计 在现代建筑中,钢筋混凝土剪力墙扮演着重要的承重和抗侧力的角色。本章将详细介绍剪力墙的设计。重点阐述剪力墙的受力机理,包括在水平荷载(风荷载、地震荷载)作用下的抗侧刚度和承载力计算。详细讲解剪力墙的配筋设计,包括竖向钢筋、水平钢筋的布置和计算,以及墙肢、连梁、暗柱、暗梁等构造措施。还将讨论剪力墙的连接与构造要求。 第九章:钢筋混凝土连接节点的设计 构件之间的连接是结构整体性的关键。本章将深入研究钢筋混凝土结构中各种连接节点的受力特点和设计方法。 梁柱节点: 重点讨论梁与柱之间的节点连接,包括节点域的受力分析、配筋要求,以及节点承载力与延性设计。 梁梁节点: 分析梁与梁之间的连接,包括搭接、套筒连接等。 板梁节点: 讲解板与梁之间的连接,包括板与梁的锚固、搭接等。 墙肢连接: 讨论剪力墙肢之间的连接,包括墙体交接处的配筋构造。 其他节点: 还会涉及预制构件的连接,以及基础与墙体、柱的连接等。 第十章:钢筋混凝土结构在抗震设计中的应用 抗震设计是保证结构安全性的重要环节。本章将聚焦钢筋混凝土结构在地震作用下的行为,以及相关的设计理念和方法。我们将介绍地震作用的特点,以及结构动力响应的基本概念。重点讲解抗震设计的基本原则,包括“强柱弱梁”、“规则性”等。详细介绍抗震设计中钢筋混凝土构件的关键构造要求,例如配筋构造、延性措施、节点核心区设计等。还将讨论针对不同结构形式(框架、剪力墙、框架-剪力墙等)的抗震设计要点。 第十一章:预应力混凝土结构简介 本章将对预应力混凝土结构进行初步介绍,作为对普通钢筋混凝土结构的补充。我们将阐述预应力混凝土的基本原理,包括施加预应力的方法(先张法、后张法)及其效果。介绍预应力混凝土在长跨度桥梁、大型场馆等工程中的应用优势。 第十二章:钢筋混凝土结构施工中的质量控制与常见问题分析 本章将从工程实践的角度出发,探讨钢筋混凝土结构在施工过程中的质量控制要点和常见问题。我们将讨论模板工程、钢筋工程、混凝土工程等施工环节的关键质量控制措施。针对钢筋配置错误、混凝土振捣不密实、养护不当等常见施工问题,进行原因分析并提出解决方案。 结论 通过对本书内容的系统学习,读者将能够扎实掌握钢筋混凝土结构的设计理论,并能够将其应用于实际工程设计中。本书强调理论的严谨性和实践的可操作性,旨在培养具备独立思考和解决工程实际问题的能力。 适用对象 本书适用于土木工程、建筑工程、结构工程等相关专业的本科生、研究生,以及从事结构设计、工程施工、工程监理等工作的工程师。