土木工程实验(张伟)

第1章土木工程实验概论001 学习目标002 1.1土木工程实验的应用与发展002 1.2土木工程实验目的和任务004 1.2.1研究性试验004 1.2.2生产性试验005 1.3实验方法的重要性和意义008 1.4土木工程实验的分类009 1.4.1按试验对象的尺寸分类009 1.4.2按试验荷载性质分类010 1.4.3按试验时间分类011 1.4.4按试验场地分类011 1.5土木工程实验的基本过程012 1.5.1试验策划与论证阶段012 1.5.2试验准备阶段013 1.5.3试验加载阶段014 1.5.4试验资料整理分析和总结阶段015 思考拓展015 第2章试验荷载与加载方法016 学习目标017 2.1概述017 2.1.1试验荷载的基本概念017 2.1.2动荷载作用017 2.1.3静荷载作用018 2.2重物加载法018 2.2.1重物直接加载试验018 2.2.2杠杆重物加载方法试验019 2.3气压加载法020 2.4机械加载法020 2.5液压加载法021 2.5.1液压加载系统021 2.5.2大型液压加载试验机022 2.5.3电液伺服液压系统023 2.6地震模拟振动台025 2.6.1模拟振动台试验的基本概念025 2.6.2地震模拟振动台的组成和工作原理025 2.7产生动荷载的其他加载方法026 2.7.1惯性力加载法026 2.7.2电磁加载法027 2.7.3现场动力试验的其他激振方法028 2.8荷载试验加载辅助设备029 2.8.1加载框029 2.8.2分配梁029 思考拓展029 第3章结构试验量测技术030 学习目标031 3.1概述031 3.2量测仪表的基本概念031 3.2.1量测仪表的基本组成031 3.2.2量测仪表的基本量测方法032 3.2.3量测仪表的主要性能指标032 3.2.4量测仪表的选用原则033 3.3仪表的率定033 3.4应力、应变量测034 3.4.1应力、应变量测的基本概念034 3.4.2应变的测量方法034 3.4.3电阻应变片的工作原理036 3.4.4电阻应变计的构造和性能037 3.4.5电阻应变仪的测量电路038 3.4.6电阻应变计的使用技术042 3.5位移量测047 3.6其他变形量测049 3.7裂缝量测050 3.8力的测定050 3.8.1常规用力传感器050 3.8.2斜拉桥索力测量传感器051 3.9振动参量的量测051 3.9.1测振传感器的力学原理052 3.9.2测振传感器量测参量的转换054 3.10光纤传感器的应用058 3.10.1光纤传感技术应用概论058 3.10.2光纤结构和传光原理059 3.10.3光纤光栅传感器062 3.10.4振弦式光纤传感器的基本原理064 3.10.5光纤传感器的品种065 3.11数据采集系统065 3.11.1数据采集系统的组成065 3.11.2数据采集系统常用的几种类型066 思考拓展067 第4章土木工程结构试验设计068 学习目标069 4.1土木工程结构试验的一般过程069 4.2土木工程结构试验的试件设计069 4.2.1试件的形状070 4.2.2试件尺寸071 4.2.3试件数目071 4.2.4结构试验对试件的构造要求074 4.3试验荷载方案设计075 4.3.1试验荷载设计的要求075 4.3.2单调加载静力试验076 4.3.3结构低周反复加载静力试验077 4.3.4结构动力特性测试试验079 4.3.5结构动力加载试验080 4.3.6结构疲劳试验081 4.3.7试验加载装置的设计082 4.4结构试验观测方案设计083 4.4.1观测项目的确定083 4.4.2测点的选择与布置083 4.4.3仪器的选择与测读的原则084 4.4.4仪器仪表准备计划084 4.5结构试验的技术性文件085 思考拓展086 第5章模型试验087 学习目标088 5.1模型试验的基本概念088 5.2模型试验的相似理论基础089 5.2.1模型相似的概念089 5.2.2模型结构设计的相似条件与确定方法091 5.3模型的分类095 5.3.1弹性模型095 5.3.2强度模型095 5.3.3间接模型096 5.4模型设计096 5.5模型材料与模型试验应注意的问题099 5.5.1模型材料099 5.5.2模型试验应注意的问题101 思考拓展102 第6章误差分析与数据处理103 学习目标104 6.1概述104 6.2间接测定值的推算104 6.3实验误差分析104 6.3.1误差的概念105 6.3.2误差理论基础105 6.3.3量测值的取舍110 6.3.4间接测定值的误差分析112 6.4实验结果的表达113 6.4.1列表表示法113 6.4.2图形表示法113 6.4.3经验公式表示法114 6.5周期振动实验的数据处理117 6.5.1简谐振动117 6.5.2复杂周期振动118 6.6实验模态分析简介118 思考拓展119 第7章土木工程静载试验121 学习目标122 7.1概述122 7.2试验前的准备122 7.3静载试验加载和量测方案的确定124 7.3.1加载方案124 7.3.2观测方案126 7.4结构静载试验实例127 7.5静载试验量测数据的整理要点131 7.5.1整体变形的量测数据整理要点131 7.5.2应力应变测量数据的整理要点133 7.5.3间接测定值的推算要点134 7.6结构性能的检验（产品检验）134 7.6.1预制构件承载力检验134 7.6.2预制构件的挠度检验135 7.6.3预制构件的抗裂检验136 7.6.4预制构件裂缝宽度检验136 7.6.5预制构件结构性能评定与验收136 思考拓展137 第8章工程结构的动载试验138 学习目标139 8.1概述139 8.2工程结构动力特性的试验测定140 8.2.1人工激振法测定结构动力特性140 8.2.2环境随机振动法测量结构动力特性143 8.3工程结构的动力反应试验测定145 8.3.1寻找主振源的试验测定145 8.3.2结构动态参数的量测146 8.3.3工程结构动力系数的试验测定146 8.4工程结构疲劳试验147 8.4.1概述147 8.4.2疲劳试验项目148 8.4.3疲劳试验荷载148 8.4.4疲劳试验的步骤148 8.4.5疲劳试验的观测148 8.4.6疲劳试验试件的安装要点与疲劳加载试验方法存在的缺陷149 8.5工程结构的风洞试验149 8.5.1风的定义与风作用力对建筑物的危害149 8.5.2工程结构在风荷载作用下的实测试验150 8.5.3风洞实验室150 思考拓展151 第9章结构抗震试验152 学习目标153 9.1概述153 9.1.1结构抗震试验的目的和任务153 9.1.2结构抗震试验的特点和分类153 9.1.3结构抗震试验方法的发展和抗震技术规范化154 9.2结构的伪静力试验（低周反复加载试验）154 9.2.1伪静力试验的基本概念154 9.2.2加载设备与加载反力装置155 9.2.3伪静力试验的加载制度158 9.2.4伪静力试验测试项目158 9.2.5伪静力试验的数据整理要点160 9.2.6伪静力试验实例162 9.3结构拟动力试验165 9.3.1结构拟动力试验的基本概念165 9.3.2拟动力试验的操作方法和过程165 9.3.3拟动力试验实例166 9.4结构模拟振动台的试验方法167 9.4.1模拟地震振动台试验的特点167 9.4.2模拟地震振动台在抗震研究中的作用168 9.4.3模拟地震振动台的加载过程及试验方法168 9.4.4模拟地震振动台试验实例170 9.5天然地震观测试验172 9.5.1天然地震观测试验的概念172 9.5.2工程结构的强震观测173 思考拓展175 第10章土木工程材料实验176 学习目标177 10.1材料的基本物理性质实验177 10.1.1密度实验177 10.1.2表观密度实验178 10.1.3吸水率实验179 10.2水泥性能实验179 10.2.1水泥细度测定179 10.2.2水泥标准稠度用水量测定184 10.2.3水泥净浆凝结时间测定185 10.2.4水泥安定性的测定186 10.2.5水泥胶砂强度检验188 10.3集料实验190 10.3.1砂的筛分析实验190 10.3.2砂的表观密度实验（容量瓶法）191 10.3.3砂的堆积密度实验192 10.3.4石子筛分析实验193 10.3.5石子表观密度实验194 10.3.6石子堆积密度与空隙率实验195 10.4普通混凝土实验196 10.4.1混凝土拌合物和易性实验196 10.4.2混凝土拌合物表观密度实验199 10.4.3混凝土立方体抗压强度实验200 10.4.4混凝土综合实验201 10.5建筑砂浆实验203 10.5.1砂浆拌合物试样制备203 10.5.2砂浆稠度实验204 10.5.3砂浆分层度实验204 10.5.4砂浆立方体抗压强度实验205 10.6墙体材料实验207 10.6.1蒸压粉煤灰砖的抗压强度实验207 10.6.2蒸压加气混凝土砌块抗压强度实验208 10.7沥青材料实验209 10.7.1沥青针入度实验209 10.7.2沥青延度实验210 10.7.3沥青软化点实验211 思考拓展213 第11章材料力学实验214 学习目标215 11.1拉伸实验215 11.2压缩实验218 11.3扭转实验219 11.4梁的纯弯曲正应力实验221 思考拓展223 第12章土工试验224 学习目标225 12.1土的密度试验（环刀法）225 12.2土的含水率试验（烘干法）226 12.3土的比重试验227 12.4界限含水率的测定（液塑限联合测定法）229 12.5土的颗粒分析试验231 12.6固结试验（快速法）234 12.7直接剪切试验236 12.8无侧限抗压强度试验238 12.9击实试验239 思考拓展241 第13章现场非破损检测技术242 学习目标243 13.1工程结构物现场检测概论243 13.1.1工程结构物现场检测的目的和意义243 13.1.2现场结构检测的特点和常用检测方法243 13.1.3混凝土结构现场检测部位的选择245 13.1.4测点数量的确定245 13.2回弹法检测结构混凝土强度245 13.2.1回弹法的基本概念245 13.2.2回弹法的检测技术247 13.2.3结构或构件混凝土强度的计算与评定248 13.3超声法检测混凝土强度249 13.4超声回弹综合法检测结构混凝土强度250 13.4.1基本原理250 13.4.2超声回弹综合法检测技术250 13.4.3超声回弹综合法推定结构混凝土强度252 13.5钻芯法检测结构混凝土强度253 13.5.1钻芯法的基本概念253 13.5.2芯样抗压试验和混凝土强度推定254 13.6超声法检测混凝土缺陷254 13.6.1超声法检测混凝土缺陷的基本原理254 13.6.2混凝土裂缝深度检测255 13.6.3超声法检测混凝土中不密实区和空洞位置257 13.6.4超声法检测混凝土灌注桩缺陷258 13.7混凝土结构内部钢筋检测260 13.7.1概述260 13.7.2钢筋数量、位置和间距的检测260 13.7.3混凝土保护层厚度检测261 13.7.4混凝土中钢筋直径检测261 13.7.5混凝土中钢筋锈蚀状况的检测261 13.8砌体结构的现场检测262 13.8.1直接截取标准试样法（切制抗压试样法）262 13.8.2砌体结构强度的原位非破损检测方法263 13.8.3砖砌体强度的直接测定法264 13.8.4砖砌体强度的间接测量法265 13.8.5砖砌体强度的间接测定法267 13.9钢结构现场检测268 13.9.1钢结构现场检测要点与检测依据268 13.9.2钢材强度测定方法269 13.9.3超声法检测钢结构焊缝缺陷270 13.9.4钢结构螺栓连接节点与高强螺栓终拧扭矩的检测271 13.10火灾试验研究与火灾后结构物的现场检测271 13.10.1概述271 13.10.2火灾试验研究272 13.10.3火灾后对结构物的外观检查和现场检测272 13.10.4火灾温度对建筑结构材料力学性能影响274 13.10.5火灾后对建筑结构烧损程度的分类277 思考拓展278 第14章虚拟仿真实验279 学习目标280 14.1概述280 14.2土木工程中柱受压虚拟仿真实验280 14.2.1实验原理及软硬件要求281 14.2.2实验方法与步骤要求282 14.3半刚性钢框架拟静力虚拟仿真实验287 14.3.1实验原理287 14.3.2实验方法与步骤要求290 思考拓展295 参考文献296