工程結構試驗

18世紀法國科學家用簡支木樑沿中性軸上橫斷面開槽，塞入硬木塊，作受彎承載能力試驗，證明了跨中截面上翼緣受壓、下翼緣受拉、中間有一中性層，從而結束了由伽利略提出並持續了 100多年的關於材料截面應力分佈狀態的爭論，使材料力學中受彎構件截面應力分佈計算式在19世紀40年代得以確立。

19世紀初，工程結構得以用試加荷載的方法探求其工作狀態和可靠性。嗣後，由於生產和運輸業的發展，儀器設備的研究和改進，大跨結構的出現，促使工程結構試驗開始建立定量試驗方法，並推動工程結構計算理論的發展，使工程結構試驗成為一門獨立學科。

中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。在直接為生產服務方面，對長江橋、壓力容器、輸電鐵塔和各類建築物的新結構、新材料、新工藝等進行了鑑定，對各種結構的動態反應，包括地震模擬、工業廠房微振、高層房屋結構和高聳結構的風振等均取得了大量的實測成果。在工程結構系統科學研究方面，對鋼、鋼筋混凝土、磚、石、木、冷彎型鋼等結構的材料性質，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（見彩圖），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，為制訂各種規範、規程提供了基本依據。

根據試驗研究目的，主要分為生產鑑定性試驗和科學研究性試驗。按結構的受載性質分為靜力試驗和動力試驗。按時間長短分為長期觀測試驗和短期觀測試驗。按試驗結構尺寸分為實物試驗和模型試驗。按結構允許破損程度分為破損試驗與非破損試驗等。其中最基本的是短期觀測的靜力試驗 ^[1]  。

①編制試驗方案、作出試驗設計,按照結構（或構件）試驗研究目的，選擇或設計試驗對象，如屬模型試驗，應根據鑑別自然現象性質的相似理論和模擬的邊界約束條件，進行模型設計（包括材料選用和製作工藝）。②進行荷載或模擬作用的設計或選擇，選用合適的測試儀器和手段，進行測量和記錄。③提出試驗研究報告 ^[2]  。

一般供試驗用的加載裝置除實物加載外，可用千斤頂(圖1)、液壓試驗裝置、計算機與加振器聯機系統、模擬地震振動台（圖2）、人工爆炸等，以模擬對結構或構件的實際的各種作用。在全部試驗裝置中有結構試驗枱座、反力牆及各種承力裝置。（見彩圖）

①機測法。利用機械儀表測量所需的數據或參數，機測適應性強、簡便、可靠、經濟，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據或參數，轉換為電阻、電容、電感、電壓或電流等電量參數，經放大器放大，然後進行測量，由指示記錄設備記錄和顯示,如用電阻應變儀和X-Y函數記錄儀做結構反應的數據和圖形記錄，進行梁、柱節點延性試驗，液壓加載裝置作荷載模擬。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、連續記錄和遠距離操縱等優點。與電子計算機聯機，還可根據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放大、轉換、實現連續記錄，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係為基礎進行測量。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並顯示出來，使數據的採集、測量和分析處理自動化。

由於工程結構試驗學科的發展，對儀器設備的容量、精度和自動化程度要求愈來愈高，60年代所風行的光線示波記錄設備，逐漸為磁帶記錄設備代替，從而使數據人工處理較容易地為電子計算機所代替；也由於測試技術的發展，為深入瞭解結構和構件的實際性能，有效利用材料潛力等提供了條件。在試驗方法上，系統識別試驗程序的出現，用試驗決定系統方程的參數，使數學分析與結構試驗緊密的結合起來，特別對於大型複雜結構，由於試驗設備負荷的困難和計算機容量的限制，而把整體結構分解為若干子結構，通過試驗決定子結構的數學模型或參數，從而取代整體系統的大型複雜試驗，節省了人力物力。在試驗類型上動力和靜力模型試驗研究是一個重要課題，它包括模型材料、模型設計、製作工藝和相似關係等。

湖南大學等編：《建築結構試驗》，建築工業出版社，北京，1982。

張如一、陸耀楨主編：《實驗應力分析》，機械工業出版社，北京，1981。