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、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(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。在結構工程學科的發(fā)展演變過程中結構試驗本身成為一門真正的試驗科學。
工程結構試驗是一項科學實踐性很強的學科，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，在工程結構科學研究和技術革新等方面起著重要的作用。
一、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(jīng)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(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)服務方面和工程結構系統(tǒng)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(shù)、工藝標準、計算公式、設計理論、施工工藝，為制訂各種規(guī)范、規(guī)程提供了基本依據(jù)。
二、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(shù)（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(fā)展結構的計算理論提供可靠的依據(jù)。
2.2工程結構試驗的分類根據(jù)試驗研究目的，主要分為生產(chǎn)鑒定性試驗和科學研究性試驗。
2.2.1生產(chǎn)鑒定性試驗生產(chǎn)鑒定性試驗以直接服務于生產(chǎn)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(xiàn)場施工的其他構件，在出廠或安裝之前，要求按照相應規(guī)范或規(guī)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(shù)據(jù)。③處理工程事故、提供技術依據(jù)。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(jù)。
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(shù)據(jù)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(jù)。我國現(xiàn)行的各種結構設計規(guī)范除了總結已有的大量科學實驗的成果和經(jīng)驗外，為了理論和設計方法的發(fā)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(guī)范提供試驗數(shù)據(jù)。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(shù)，解決工程中的實際問題。③提供實踐經(jīng)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(jīng)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(lián)機系統(tǒng)、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(shù)據(jù)或參數(shù)，機測法適應性強、簡便、可靠、經(jīng)濟，是結構試驗中最常用的測量手段。②電測法。通過傳感元件把試驗需要測量的數(shù)據(jù)或參數(shù)，轉換為電阻、電容、電感、電壓或電流等電量參數(shù)，經(jīng)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(xù)記錄和遠距離操縱等優(yōu)點。與計算機聯(lián)機，還可根據(jù)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(shù)放大、轉換、實現(xiàn)連續(xù)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(guī)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(guī)劃階段 試驗規(guī)劃是指導整個試驗工作的綱領性技
術文件，因而試驗規(guī)劃的內容應盡可能地細致和全面，規(guī)劃的任何一點疏忽可能導致試驗的失敗。
科學研究性試驗的規(guī)劃，首先應根據(jù)研究課題，了解其發(fā)展現(xiàn)狀和前景，并通過收集和查詢有關文獻資料，確定實驗研究的目的和任務，確定試驗的規(guī)模和性質；在此基礎上決定試件設計的主要組合參數(shù)，并根據(jù)試驗設備的能力確定試件的外形和尺寸；進行試件設計及制作；確定加載方法和設計支承系統(tǒng)；選定量測方法；進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；提出試驗進度和技術人員分工；編寫材料需用計劃，經(jīng)費開支及預算，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(guī)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，要進行實際幾何尺寸的測量和外觀質量檢查，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，要及時整理試驗結果并作為結構試驗的原始數(shù)據(jù)，對試驗規(guī)劃階段確定的加載制度控制指標進行必要的修正。
2.4.3 試驗加載測試階段 對試件施加外荷載是整個試驗工作的中心環(huán)節(jié)，參加試驗的每個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行。對試驗起控制作用的重要數(shù)據(jù)應隨時整理和分析，必要時還應跟蹤觀察其變化情況，并與事先計算的理論數(shù)據(jù)進行比較，如有反�，F(xiàn)象應立即查明原因，排除故障，否則不得繼續(xù)加載試驗。
試驗工程中除認真讀數(shù)和記錄外，必須仔細觀察結構的變形，混凝土結構的裂縫出現(xiàn)、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，以便研究分析時使用。
2.4.4 試驗資料整理分析階段 通過試驗準備和加載試驗階段，獲得了大量數(shù)據(jù)和有關資料后，一般不能直接回答試驗研究所提出的各類問題，必須將數(shù)據(jù)進行科學的整理、分析和計算，做到去粗取精，去偽存真，最后根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和資料編寫試驗報告。
以上各個階段的工作性質雖有差別，但它們都是相互制約的，各階段的工作沒有明顯的界限，制定計劃時不能只孤立地考慮某一階段的工作，必須兼顧各個階段的特點和要求，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(xiàn)代科學研究包括理論研究和試驗研究，理論的發(fā)展需要試驗來驗證。受彎梁斷面的應力分布的研究，經(jīng)歷了由假設-簡單試驗-理論分析-試驗檢驗的階段，前后二百多年的時間，說明了試驗在理論發(fā)展中的作用和地位。
科學的發(fā)展都是以技術的突破為轉機的。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，在解決實際問題時，采用解析方法常會遇到計算方面的困難，只能對有限的一些簡單問題得出精確解。如幾何形狀、邊界條件、承受荷載復雜的結構，常需要進行一些假設，而假設與實際影響的大小，要通過試驗驗證。因此，所得結果為近似的，還要用試驗證實能否用于實際工程。對于一些三維問題、應力集中和非勻質材料結構，僅靠理論解析方法求解十分困難，有時得不出結果，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性能到驗證梁、板、柱等單個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型的承重構件相互連接而成的組合體。為滿足結構在功能及使用上的要求，必須使得這些結構在規(guī)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。為了進行合理的設計，工程技術人員必須掌握在各種作用下結構的實際工作狀態(tài)，了解結構構件的承載力、剛度、受力性能以及實際所具有的安全儲備。在應力分析工作中，也可以采用實驗應力分析方法來解決。特別是計算機技術的發(fā)展，它不僅為用數(shù)學模型方法進行計算分析創(chuàng)造了條件，同樣為結構試驗實現(xiàn)自動化提供了有利條件如：實現(xiàn)荷載模擬、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，使結構試驗技術的發(fā)展，產(chǎn)生了根本性的變化。計算機也加強了人們進行結構試驗的能力。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。在結構工程學科的發(fā)展演變過程中結構試驗本身成為一門真正的試驗科學。
實踐是檢驗真理的唯一標準�？茖W實踐是人們正確認識事物本質的一個源泉，可以幫助人們認識事物的內在規(guī)律。在工程結構學科中，人們?yōu)榱苏_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踐所證明的行之有效的方法。
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