淺析結構試驗在結構理論發展中的作用

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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、一般過程等方面瞭解工程結構試驗。隨着計算技術的發展應用,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爲一門真正的試驗科學。

淺析結構試驗在結構理論發展中的作用


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着重要的作用。
1 沿革  
最早的結構試驗是意大利科學家伽利略在17世紀完成的懸臂樑試驗,其樑強度理論經由其後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“建築結構試驗”課程。在直接爲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,爲制訂各種規範、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,以儀器設備爲工具,利用各種實驗技術爲手段,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)後進行分析,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,併爲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,主要分爲生產鑑定性試驗和科學研究性試驗。
2.2.1 生產鑑定性試驗 生產鑑定性試驗以直接服務於生產爲目的。以工程中實際結構構件爲對象,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檢驗或鑑定結構質量。對一些比較重要的結構,建成後通過試驗,綜合性地鑑定其質量的可靠度。對於預製構件或現場施工的其他構件,在出廠或安裝之前,要求按照相應規範或規程抽樣檢驗,以推斷其質量。②判斷結構的實際承載力。當舊建築進行擴建、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,爲加固、改建、擴建工程提供數據。③處理工程事故、提供技術依據。對於遭受火災、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後的實際承載能力,爲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爲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。試驗的對象是專爲試驗而設計製造的。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,觀測數據易於分析和總結,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係作某些簡化假定,通過試驗來加以驗證,滿足要求後用於實際工程中的結構計算。在結構靜力和動力分析中,本構關係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範除了總結已有的大量科學實驗的成果和經驗外,爲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築物的試驗,爲編制和修改結構設計規範提供試驗數據。對於特種結構,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係數,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。