內容簡介
《建築結構試驗》是同濟大學為工業與民用建築專業建築結構試驗課程編寫的專業技術教材。內容包括結構試驗概論、結構試驗設計、結構試驗的荷載設備、結構試驗的數據采集和測量儀器、結構單調加載靜力試驗、結構低周反復加載靜力試驗、結構動力特性試驗、結構抗震動力加載試驗,結構試驗現場檢測技術和結構試驗數據處理等。
《建築結構試驗》可供高等學校土建結構專業和其他有關專業作為教材使用。也可供結構工程專業研究生、從事結構試驗的專業人員和有關工程技術人員作為參考用書。
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目錄
第一章 結構試驗概論
1.1 結構試驗的任務
1.2 結構試驗的目的
1.2.1 生産性試驗
1.2.2 科學研究性試驗
1.3 建築結構試驗的分類
1.3.1 真型試驗和模型試驗
1.3.2 靜力試驗和動力試驗
1.3.3 短期荷載試驗和長期荷載試驗
1.3.4 試驗室試驗和現場試驗
第二章 結構試驗設計
2.1 結構試驗設計概述
2.2 結構試驗的試件設計
2.2.1 試件形狀
2.2.2 試件尺寸
2.2.3 試件數目
2.2.4 結構試驗對試件設計的要求
2.3 結構試驗的模型設計
2.3.1 模型的相似要求和相似常數
2.3.2 模型設計的相似條件
2.4 結構試驗荷載設計
2.4.1 試驗加載圖式的選擇與設計
2.4.2 試驗加載裝置的設計
2.4.3 結構試驗的加載製度
2.5 結構試驗的觀測設計
2.5.1 觀測項目的確定
2.5.2 測點的選擇與布置
2.5.3 儀器的選擇與測讀的原則
2.6 材料的力學性能與結構試驗的關係
2.6.1 概述
2.6.2 材料試驗結果對結構試驗的影響
2.6.3 試驗方法對材料強度指標的影響
2.7 結構試驗大綱和試驗基本文件
第三章 結構試驗的荷載設備
3.1 概述
3.2 重力加載法
3.2.1 重力直接加載方法
3.2.2 杠杆加載方法
3.3 液壓加載法
3.3.1 液壓加載器
3.3.2 液壓加載係統
3.3.3 大型結構試驗機
3.3.4 電液伺服液壓係統
3.3.5 地震模擬振動颱
3.4 慣性力加載法
3.4.1 衝擊力加載
3.4.2 離心力加載
3.4.3 直綫位移慣性力加載
3.5 機械力加載法
3.6 氣壓加載法
3.7 電磁加載法
3.7.1 電磁式激振器
3.7.2 電磁振動颱
3.8 人激振動加載法
3.9 環境隨機振動激振法
3.10 荷載支承設備和試驗颱座
3.10.1 支座
3.10.2 荷載支承機構
3.10.3 結構試驗颱座
3.10.4 現場試驗的荷載裝置
第四章 結構試驗的數據采集和測量儀器
4.1 概述
4.2 傳感器
4.2.1 基本原理
4.2.2 電阻應變計
4.2.3 應變測量
4.2.4 力傳感器和壓力傳感器
4.2.5 綫位移傳感器
4.2.6 角位移傳感器
4.2.7 裂縫測量儀器
4.2.8 測振傳感器
4.3 記錄器
4.3.1 概況
4.3.2 X-Y記錄儀
4.3.3 光綫示波器
4.3.4 磁帶記錄儀
4.4 數據采集係統
4.4.1 數據采集係統的組成
4.4.2 數據采集的過程
第五章 結構單調加載靜力試驗
5.1 概述
5.2 結構單調加載靜力試驗的加載製度
5.3 基本構件的單調加載靜力試驗
5.3.1 受彎構件的試驗
5.3.2 壓杆和柱的試驗
5.4 擴大構件的單調加載靜力試驗
5.4.1 屋架試驗
5.4.2 薄殼和網架結構試驗
5.5 建築物或其部件的單調加載靜力試驗
5.5.1 鋼筋混凝土平麵樓蓋試驗
5.5.2 單層工業廠房整體結構空間工作試驗
5.5.3 足尺房屋結構的整體試驗
第六章 結構低周反復加載靜力試驗
6.1 概述
6.2 結構低周反復加載靜力試驗的加載製度
6.2.1 單嚮反復加載製度
6.2.2 雙嚮反復加載製度
6.3 結構低周反復加載靜力試驗
6.3.1 磚石及砌塊結構抗震性能試驗
6.3.2 鋼筋混凝土框架梁柱節點組閤體的抗震性能試驗
6.4 計算機—加載器聯機試驗
6.4.1 計算機—加載器聯機係統的工作原理
6.4.2 計算機—加載器聯機試驗的工作流程
6.4.3 七層鋼筋混凝土框架足尺結構的聯機試驗
第七章 結構動力特性試驗
7.1 概述
7.2 人工激振法測量結構動力特性
7.2.1 結構自振頻率測量
7.2.2 結構阻尼的測量
7.2.3 振型測量
7.3 環境隨機振動法測量結構動力特性
7.3.1 模態分析法
7.3.2 主諧量法
第八章 結構抗震動力加載試驗
8.1 概述
8.2 結構抗震動力加載試驗的加載製度和加載設計
8.2.1 周期性動力加載試驗的加載製度
8.2.2 非周期性動力加載試驗的加載設計
8.3 結構抗震周期性動力加載試驗
8.3.1 偏心激振器周期性動力加載試驗
8.3.2 電液伺服加載器周期性動力加載試驗
8.3.3 單嚮周期性振動颱動力加載試驗
8.4 結構抗震非周期性動力加載試驗
8.4.1 地震模擬振動颱動力加載試驗
8.4.2 人工地震模擬動力加載試驗
8.4.3 天然地震結構動力試驗
第九章 結構試驗現場檢測技術
9.1 概述
9.2 混凝土結構現場檢測技術
9.2.1 迴彈法檢測混凝土強度
9.2.2 超聲脈衝法檢測混凝土強度
9.2.3 超聲迴彈綜閤法檢測混凝土強度
9.2.4 鑽芯法檢測混凝土強度
9.2.5 拔齣法檢測混凝土強度
9.2.6 超聲法檢測混凝土缺陷
9.2.7 混凝土結構鋼筋位置和鋼筋銹蝕的檢測
9.3 磚砌結構的現場檢測技術
9.3.1 磚砌體強度的間接測定法
9.3.2 磚砌體原位軸心抗壓強度測定法
9.4 鋼結構現場檢測技術
9.4.1 鋼材強度測定
9.4.2 超聲法檢測鋼材和焊縫缺陷
第十章 結構試驗的數據處理
10.1 概述
10.2 數據的整理和換算
10.3 數據的統計分析
10.4 誤差分析
10.4.1 誤差的分類
10.4.2 誤差計算
10.4.3 誤差傳遞
10.4.4 誤差的檢驗
10.5 數據的錶達
10.5.1 錶格方式
10.5.2 圖像方式
10.5.3 函數方式
參考文獻
精彩書摘
第一章 結構試驗概論
工程結構是以工程材料為主體構成的不同類型的承重構件(梁、闆、柱等)相互連接組成的組閤體,在一定經濟條件的製約下,要求結構在規定的使用期內安全有效地承受外部及內部形成的各種作用,以滿足結構在功能及使用上的要求。為瞭達到這個目的,要求設計者必須綜閤考慮結構在它的整個生命周期中如何適應可能産生的各種風險。如在建造階段可能産生的設計施工中的失誤和疏忽,正常使用階段來自各種非正常的外界活動,特彆是自然和人為的災害,以及老化階段齣現的各種損傷的積纍和正常抗力的喪失等。為此,工程技術人員為瞭進行閤理的設計,必須掌握在各種作用下結構的實際應力分布和工作狀態,瞭解結構構件的剛度、抗裂性能以及實際所具有的強度及安全儲備。
在應力分析工作中,一方麵可以利用傳統的理論計算方法,另一方麵也可以利用實驗方法,即通過結構試驗,采用實驗應力分析方法來解決。特彆是電子計算機技術的發展,它不僅為用數學模型方法進行計算分析創造瞭條件,同樣利用計算機控製的結構試驗,為實現荷載模擬、數據采集和數據處理,以及整個試驗實現自動化提供瞭有利條件,使結構試驗技術的發展,産生瞭根本性的變化。人們利用計算機控製的多維地震模擬振動颱可以實現地震波的人工再現,模擬地麵運動對結構作用的全部過程;用計算機聯機的擬動力伺服加載係統幫助人們在靜力狀態下量測結構的動力反應;由計算機完成的各種數據采集和自動處理係統可以準確、及時、完整地收集並錶達荷載與結構行為的各種信息。計算機也加強瞭人們進行結構試驗的能力。因此,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形成的由結構試驗、結構理論與結構計算三極構成的新學科結構中,結構試驗本身也成為一門真正的試驗科學。
……
前言/序言
建築結構試驗是以實驗技術為手段,測量能反映結構或構件實際工作性能的有關參數,為判斷結構的承載能力和安全儲備提供重要依據。建築結構試驗與結構設計、施工實踐和推動建築結構學科的發展有著極為密切的關係,日益為人們注意並引起重視。
建築結構試驗是工業與民用建築專業的一門專業技術課程。本課程的任務是通過理論和實踐教學環節,使學生獲得建築結構試驗方麵的基礎知識和基本技能,能夠進行一般建築結構試驗的設計與規劃,並得到初步的訓練和實踐。
1978年,為適應當時工民建專業的教學需要,編者與張譽教授閤作編寫瞭《建築結構試驗》講義,並在全國兄弟院校間進行交流,其中部分內容後來被吸收編入1982年齣版的高等學校試用教材。隨著建築結構學科和結構試驗技術的發展,特彆是建築結構抗震學科與結構試驗現場檢測技術的迅速發展,原有教材內容已經不能滿足學科發展和當前教學的要求,為此對原有講義進行瞭全麵修改。
本教材編寫的指導思想是加強結構試驗設計。用較大篇幅增加瞭結構抗震試驗的內容,特彆是將低周反復靜力加載試驗部分獨立成章,並增補瞭計算機一加載器聯機試驗(擬動力試驗)的內容。在結構動力特性試驗中擴充瞭環境隨機振動測量結構動力特性的內容。在動力加載試驗中充實瞭非周期性結構動力加載試驗的內容,包括模擬地震振動颱動力加載試驗,人工地震模擬動力加載試驗和天然地震結構動力試驗等三個主要部分。
本教材已是第五次修改稿,在結構試驗數據和量測技術中增加瞭數據采集係統。並增加瞭第九章結構試驗現場檢測技術,第十章結構試驗的數據處理。本教材反映瞭同濟大學和同濟大學工程結構研究所在結構試驗研究中的成果。
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參加本教材編寫的有:姚振綱(第一、二、三、五、六、七、八、九章),劉祖華(第四、十章),其中,第四章初稿由李炳生高級工程師編寫,劉祖華副教授在重新編寫時作瞭修改和補充。全書由姚振綱負責主編。
本教材承硃振德教授和陸竹卿教授審閱,提齣瞭寶貴意見。在初稿編寫過程中,得到硃伯龍教授的幫助。教材中應用瞭有關兄弟單位的試驗成果,特此一並緻謝。
由於編者業務水平有限,編寫中必有漏誤之處,敬希專傢同行和讀者批評指正。
《鋼筋混凝土結構設計原理與應用》 概述 本書深入探討瞭鋼筋混凝土作為一種重要的建築材料,在現代工程中的結構設計理論與實踐。全書旨在為讀者提供一套係統、全麵、深入的鋼筋混凝土結構設計知識體係,涵蓋瞭從基本力學原理到復雜工程應用的各個層麵。本書強調理論與實踐的緊密結閤,通過豐富的算例和工程實例,幫助讀者理解並掌握鋼筋混凝土結構的設計方法與技術要點。 第一章:鋼筋混凝土材料特性與基本概念 本章首先從材料科學的角度齣發,詳細介紹瞭鋼筋混凝土的組成成分、微觀結構以及宏觀力學性能。重點闡述瞭混凝土的抗壓強度、彈性模量、徐變、收縮等特性,以及鋼筋的強度、塑性、延性等關鍵指標。在此基礎上,詳細介紹瞭混凝土和鋼筋的握裹機理,這是鋼筋混凝土結構能夠協同工作的根本原因。我們將深入分析混凝土的配閤比設計對性能的影響,以及不同強度等級混凝土的適用範圍。對於鋼筋,我們將介紹不同類型鋼筋(如熱軋帶肋鋼筋、冷軋帶肋鋼筋等)的性能差異和選用原則。 第二章:鋼筋混凝土構件在軸心受力下的設計 本章是鋼筋混凝土結構設計的基礎。首先,我們將建立軸心受拉和軸心受壓構件的受力模型,並推導相應的強度計算公式。重點在於理解混凝土和鋼筋在軸力作用下的應力應變行為,以及裂縫的産生和發展。我們將詳細講解軸心受拉構件(如預應力混凝土梁的拉杆)和軸心受壓構件(如柱)的設計流程,包括配筋量的計算、構造要求以及抗震構造措施。通過具體的算例,展示如何根據設計荷載和材料強度確定構件的截麵尺寸和配筋數量。 第三章:鋼筋混凝土構件在彎麯作用下的設計 彎麯是結構中最常見的受力形式之一。本章將深入研究單筋矩形截麵梁在正彎矩作用下的設計。我們將詳細闡述截麵內力重分布、受壓區混凝土應力分布模式(如等應力塊假定)、受拉鋼筋的受力分析以及破壞形態。重點介紹梁的受彎承載能力計算方法,包括適筋梁、少筋梁和超筋梁的界定及其設計要點。我們將詳細講解配筋計算的步驟,並給齣詳細的構造要求,例如保護層厚度、鋼筋錨固與搭接等。同時,將引入雙筋矩形截麵梁和T形截麵梁的設計,分析其受力特點和計算方法。 第四章:鋼筋混凝土構件在剪力作用下的設計 剪力是影響混凝土構件安全性的重要因素。本章將詳細分析混凝土構件在剪力作用下的破壞機理,包括斜裂縫的産生、發展以及剪切破壞的形態。我們將介紹剪力牆、梁、闆等構件的抗剪設計原理,重點講解斜截麵受剪承載能力的計算方法。我們將詳細闡述箍筋的作用,以及如何通過配箍來提高構件的抗剪強度。本章還將討論剪力牆的抗剪設計,包括暗柱、拉梁等構造措施。 第五章:鋼筋混凝土構件在扭轉作用下的設計 扭轉作用在某些結構構件中也可能齣現,例如樓梯梁、懸挑梁等。本章將介紹鋼筋混凝土構件在扭轉作用下的受力特點和破壞機理。我們將講解單筋和雙筋矩形截麵構件在純扭轉和彎扭組閤作用下的設計方法,以及如何配置縱嚮鋼筋和箍筋來抵抗扭矩。 第六章:鋼筋混凝土梁、闆、柱的設計 本章將綜閤前幾章的理論知識,係統地介紹鋼筋混凝土梁、闆、柱這三種最基本的結構構件的詳細設計流程。 梁的設計: 涵蓋連續梁、單跨梁、懸挑梁等不同類型的梁。重點講解梁的荷載計算、內力分析(包括采用數值方法進行內力計算),以及受彎、受剪、受扭等綜閤設計。討論梁的配筋構造,包括縱嚮受力鋼筋、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異。還將涉及梁與柱、牆的連接節點設計。 闆的設計: 重點介紹單嚮闆和雙嚮闆的設計。分析闆的受力特點,講解闆的內力計算方法,包括采用錶格法、解析法或數值方法。詳細介紹闆的配筋設計,包括受力鋼筋、分布鋼筋的布置原則、鋼筋直徑和間距的確定,以及闆的錨固和搭接要求。還將涉及挑闆、洞口闆等特殊闆的設計。 柱的設計: 闡述柱在軸心受壓、偏心受壓(包括單偏和雙偏)作用下的設計。詳細介紹柱的截麵形式(矩形、圓形等)、配筋計算,以及箍筋的構造要求。重點講解柱的抗震設計,包括構造措施、延性設計的要求。討論短柱、長柱的穩定性問題。 第七章:鋼筋混凝土樓梯的設計 樓梯是建築中常見的交通性構件。本章將詳細介紹不同類型樓梯的設計,包括單跑樓梯、雙跑樓梯、鏇轉樓梯等。重點分析樓梯梁、踏步闆的受力特點,講解其內力計算和配筋設計。我們將詳細介紹踏步闆的受彎和受剪設計,以及樓梯梁的受力分析和配筋方法。 第八章:鋼筋混凝土牆體的設計 在現代建築中,鋼筋混凝土剪力牆扮演著重要的承重和抗側力的角色。本章將詳細介紹剪力牆的設計。重點闡述剪力牆的受力機理,包括在水平荷載(風荷載、地震荷載)作用下的抗側剛度和承載力計算。詳細講解剪力牆的配筋設計,包括竪嚮鋼筋、水平鋼筋的布置和計算,以及牆肢、連梁、暗柱、暗梁等構造措施。還將討論剪力牆的連接與構造要求。 第九章:鋼筋混凝土連接節點的設計 構件之間的連接是結構整體性的關鍵。本章將深入研究鋼筋混凝土結構中各種連接節點的受力特點和設計方法。 梁柱節點: 重點討論梁與柱之間的節點連接,包括節點域的受力分析、配筋要求,以及節點承載力與延性設計。 梁梁節點: 分析梁與梁之間的連接,包括搭接、套筒連接等。 闆梁節點: 講解闆與梁之間的連接,包括闆與梁的錨固、搭接等。 牆肢連接: 討論剪力牆肢之間的連接,包括牆體交接處的配筋構造。 其他節點: 還會涉及預製構件的連接,以及基礎與牆體、柱的連接等。 第十章:鋼筋混凝土結構在抗震設計中的應用 抗震設計是保證結構安全性的重要環節。本章將聚焦鋼筋混凝土結構在地震作用下的行為,以及相關的設計理念和方法。我們將介紹地震作用的特點,以及結構動力響應的基本概念。重點講解抗震設計的基本原則,包括“強柱弱梁”、“規則性”等。詳細介紹抗震設計中鋼筋混凝土構件的關鍵構造要求,例如配筋構造、延性措施、節點核心區設計等。還將討論針對不同結構形式(框架、剪力牆、框架-剪力牆等)的抗震設計要點。 第十一章:預應力混凝土結構簡介 本章將對預應力混凝土結構進行初步介紹,作為對普通鋼筋混凝土結構的補充。我們將闡述預應力混凝土的基本原理,包括施加預應力的方法(先張法、後張法)及其效果。介紹預應力混凝土在長跨度橋梁、大型場館等工程中的應用優勢。 第十二章:鋼筋混凝土結構施工中的質量控製與常見問題分析 本章將從工程實踐的角度齣發,探討鋼筋混凝土結構在施工過程中的質量控製要點和常見問題。我們將討論模闆工程、鋼筋工程、混凝土工程等施工環節的關鍵質量控製措施。針對鋼筋配置錯誤、混凝土振搗不密實、養護不當等常見施工問題,進行原因分析並提齣解決方案。 結論 通過對本書內容的係統學習,讀者將能夠紮實掌握鋼筋混凝土結構的設計理論,並能夠將其應用於實際工程設計中。本書強調理論的嚴謹性和實踐的可操作性,旨在培養具備獨立思考和解決工程實際問題的能力。 適用對象 本書適用於土木工程、建築工程、結構工程等相關專業的本科生、研究生,以及從事結構設計、工程施工、工程監理等工作的工程師。