淺析工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)在結(jié)構(gòu)理論發(fā)展中的作用

【摘 要】工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)在研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)理論中發(fā)揮著重要作用。文中從目的、任務(wù)、測(cè)量方法等多方面淺析工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；結(jié)構(gòu)理論；測(cè)量方法

工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是一項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，是研究和發(fā)展工程結(jié)構(gòu)新材料、新體系、新工藝以及探索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新理論的重要手段，在工程結(jié)構(gòu)科學(xué)研究和技術(shù)革新等方面起著重要的作用。

1.工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

（1）工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的任務(wù)是在結(jié)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)對(duì)象上，以儀器設(shè)備為工具，利用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)為手段，在荷載（重力、機(jī)械擾動(dòng)力、地震力、風(fēng)力等）或其他因素（溫度、變形沉降等）作用下，通過(guò)測(cè)試與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)（變形、撓度、位移、應(yīng)變、振幅、頻率等）后進(jìn)行分析，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的工作性能作出評(píng)價(jià)，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力作出正確的估計(jì)，并為驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論提供可靠的依據(jù)。

（2）工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的分類 根據(jù)試驗(yàn)研究目的，主要分為生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)和科學(xué)研究性試驗(yàn)。

生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)以直接服務(wù)于生產(chǎn)為目的。以工程中實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件為對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)或檢測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)作出技術(shù)結(jié)論，通常解決以下問(wèn)題：①檢驗(yàn)或鑒定結(jié)構(gòu)質(zhì)量。對(duì)一些比較重要的結(jié)構(gòu)，建成后通過(guò)試驗(yàn)，綜合性地鑒定其質(zhì)量的可靠度。對(duì)于預(yù)制構(gòu)件或現(xiàn)場(chǎng)施工的其他構(gòu)件，在出廠或安裝之前，要求按照相應(yīng)規(guī)范或規(guī)程抽樣檢驗(yàn)，以推斷其質(zhì)量。②判斷結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力。當(dāng)舊建筑進(jìn)行擴(kuò)建、加層或改變結(jié)構(gòu)用途時(shí)，往往要求通過(guò)試驗(yàn)確定舊結(jié)構(gòu)的承載能力，為加固、改建、擴(kuò)建工程提供數(shù)據(jù)。③處理工程事故、提供技術(shù)依據(jù)。對(duì)于遭受火災(zāi)、爆炸、地震等原因而損傷的結(jié)構(gòu)，或在建造使用中有嚴(yán)重缺陷的結(jié)構(gòu)，往往要求通過(guò)試驗(yàn)和檢測(cè)，判斷結(jié)構(gòu)在受災(zāi)破壞后的實(shí)際承載能力，為結(jié)構(gòu)的再利用和處理提供技術(shù)依據(jù)。

科學(xué)研究性試驗(yàn)的目的是為結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算和研究服務(wù)。它按照事先周密考慮的計(jì)劃來(lái)進(jìn)行。試驗(yàn)的對(duì)象是專為試驗(yàn)而設(shè)計(jì)制造的。突出研究的主要問(wèn)題，消除一些對(duì)結(jié)構(gòu)上實(shí)際影響的次要因素，使試驗(yàn)工作合理，觀測(cè)數(shù)據(jù)易于分析和總結(jié)，達(dá)到理論研究的目的。①驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的假定。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，人們常對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算圖式和本構(gòu)關(guān)系作某些簡(jiǎn)化假定，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)加以驗(yàn)證，滿足要求后用于實(shí)際工程中的結(jié)構(gòu)計(jì)算。在結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力分析中，本構(gòu)關(guān)系的模型化則完全是通過(guò)試驗(yàn)加以確定的。②提供設(shè)計(jì)依據(jù)。我國(guó)現(xiàn)行的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范除了總結(jié)已有的大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)的成果和經(jīng)驗(yàn)外，為了理論和設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，還進(jìn)行了大量的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)以及實(shí)體建筑物的試驗(yàn)，為編制和修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于特種結(jié)構(gòu)，應(yīng)用理論分析的方法達(dá)不到理想的結(jié)果時(shí)，用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的方法確定結(jié)構(gòu)的計(jì)算模式和公式的系數(shù)，解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。③提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一種新材料的應(yīng)用，一個(gè)新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)或一項(xiàng)新工藝的施工，往往要經(jīng)過(guò)多次的工程實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)，從而積累資料，使設(shè)計(jì)計(jì)算理論不斷改進(jìn)和完善。

（3）工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載設(shè)備與測(cè)量方法。加載設(shè)備：一般供試驗(yàn)用的加載裝置除實(shí)物加載外，可用千斤頂、液壓試驗(yàn)裝置、計(jì)算機(jī)與加振器聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、模擬地震振動(dòng)臺(tái)、人工爆炸等，以模擬對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的實(shí)際的各種作用。在全部試驗(yàn)承力裝置中有支座、支墩、反力架、反力墻及試驗(yàn)臺(tái)座等。

測(cè)量方法：①機(jī)測(cè)法。利用機(jī)械儀表測(cè)量所需的數(shù)據(jù)或參數(shù)，機(jī)測(cè)法適應(yīng)性強(qiáng)、簡(jiǎn)便、可靠、經(jīng)濟(jì)，是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最常用的測(cè)量手段。②電測(cè)法。通過(guò)傳感元件把試驗(yàn)需要測(cè)量的數(shù)據(jù)或參數(shù)，轉(zhuǎn)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(jìn)行測(cè)量，由指示記錄設(shè)備記錄和顯示，這種轉(zhuǎn)換和測(cè)量技術(shù)稱為非電量電測(cè)技術(shù)，具有準(zhǔn)確、快速測(cè)量、自動(dòng)控制、連續(xù)記錄和遠(yuǎn)距離操縱等優(yōu)點(diǎn)。與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，還可根據(jù)測(cè)量結(jié)果自行判斷和運(yùn)算。③光測(cè)法。利用光的準(zhǔn)直性對(duì)測(cè)量參數(shù)放大、轉(zhuǎn)換、實(shí)現(xiàn)連續(xù)記錄，阻尼小、響應(yīng)快（如光線示波記錄儀）。也可利用光敏材料的物理化學(xué)原理和力學(xué)特性在偏振光作用下產(chǎn)生的光學(xué)效應(yīng)，測(cè)定應(yīng)力場(chǎng)（如光彈儀），簡(jiǎn)便、可靠、直觀性好；及激光測(cè)量位移和激光全息的應(yīng)用。④其他方法。利用光、電、磁、聲等間接物理量與材料或結(jié)構(gòu)構(gòu)件某一性能間的關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量。如超聲波探測(cè)儀利用超聲波在混凝土中傳播速度測(cè)定混凝土強(qiáng)度。分析處理結(jié)果，再還原成某種模擬量并顯示出來(lái)，使數(shù)據(jù)的采集、測(cè)量和分析處理自動(dòng)化。

2.工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的過(guò)程

工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大致可分為試驗(yàn)規(guī)劃、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)加載測(cè)試和實(shí)驗(yàn)資料整理分析四個(gè)階段。

（1）試驗(yàn)規(guī)劃是指導(dǎo)整個(gè)試驗(yàn)工作的綱領(lǐng)性技術(shù)文件，因而試驗(yàn)規(guī)劃的內(nèi)容應(yīng)盡可能地細(xì)致和全面，規(guī)劃的任何一點(diǎn)疏忽可能導(dǎo)致試驗(yàn)的失敗。

（2）試驗(yàn)準(zhǔn)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(shè)備和測(cè)試儀表安裝就位，并完成輔助試驗(yàn)工作。

（3）試驗(yàn)加載測(cè)試階段對(duì)試件施加外荷載是整個(gè)試驗(yàn)工作的中心環(huán)節(jié)，參加試驗(yàn)的每個(gè)工作人員應(yīng)各就各位，各盡其職，做好本崗工作，試驗(yàn)期間，一切工作都要按照試驗(yàn)的程序進(jìn)行。對(duì)試驗(yàn)起控制作用的重要數(shù)據(jù)應(yīng)隨時(shí)整理和分析，必要時(shí)還應(yīng)跟蹤觀察其變化情況，并與事先計(jì)算的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如有反常現(xiàn)象應(yīng)立即查明原因，排除故障，否則不得繼續(xù)加載試驗(yàn)。

（4）試驗(yàn)資料整理分析階段通過(guò)試驗(yàn)準(zhǔn)備和加載試驗(yàn)階段，獲得了大量數(shù)據(jù)和有關(guān)資料后，一般不能直接回答試驗(yàn)研究所提出的各類問(wèn)題，必須將數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的整理、分析和計(jì)算，做到去粗取精，去偽存真，最后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和資料編寫試驗(yàn)報(bào)告。

以上各個(gè)階段的工作性質(zhì)雖有差別，但它們都是相互制約的，各階段的工作沒(méi)有明顯的界限，制定計(jì)劃時(shí)不能只孤立地考慮某一階段的工作，必須兼顧各個(gè)階段的特點(diǎn)和要求，做出綜合性的決策。

3.工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)在工程結(jié)構(gòu)理論發(fā)展中的作用

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)理論的重要手段，經(jīng)歷了由假設(shè)—簡(jiǎn)單試驗(yàn)—理論分析—試驗(yàn)檢驗(yàn)的階段。從確定結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能到驗(yàn)證梁、板、柱等單個(gè)構(gòu)件的計(jì)算方法及至建立復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算理論，都離不開試驗(yàn)研究。為了進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，工程技術(shù)人員必須掌握在各種作用下結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力、剛度、受力性能以及實(shí)際所具有的安全儲(chǔ)備。在應(yīng)力分析工作中，也可以采用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法來(lái)解決。特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它不僅為用數(shù)學(xué)模型方法進(jìn)行計(jì)算分析創(chuàng)造了條件，實(shí)現(xiàn)荷載模擬、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，使結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了根本性的變化。因此，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)仍然是發(fā)展結(jié)構(gòu)理論和解決工程設(shè)計(jì)方法的主要手段之一。在結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的發(fā)展演變過(guò)程中結(jié)構(gòu)試驗(yàn)本身成為一門真正的試驗(yàn)科學(xué)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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