第五章工程結構靜載試驗

1、2022-5-261School of Urban Construction and Management 2022-5-2625.1 概述靜載試驗（靜力荷載試驗）u對結構施加靜力荷載并考察結構在靜力荷載下的力學性能試驗。u所謂“靜力”指試驗過程中結構本身運動的加速度效應即慣性力效應可以忽略不計。u靜載試驗是結構試驗中最基本和最大量的試驗。u相對動載試驗而言，結構靜載試驗所需的技術與設備比較簡單，容易實現(xiàn)。2022-5-2635.2 試驗前的準備5.2.1 調(diào)查研究、收集資料調(diào)查研究、收集資料，充分了解本項試驗的任務和要求，明確試驗目的，以便確定試驗的性質和規(guī)模，試驗的形式、數(shù)量和種類，正確地

2、進行試驗設計。u鑒定性試驗：向設計、施工和使用單位或人員收集資料。設計方面設計圖紙、計算書、設計所依據(jù)原始資料施工方面施工日志、材料性能報告、施工記錄、隱蔽工程驗收記錄使用方面使用過程、超載情況、事故經(jīng)過u科學研究性試驗：收集與本試驗有關的歷史、現(xiàn)狀和將來發(fā)展的要求。歷史國內(nèi)外有無類似試驗，采用方法及結果現(xiàn)狀已有理論、假設、設計和施工技術及材料、技術狀況等將來生產(chǎn)、生活和科學技術發(fā)展的趨勢與要求2022-5-2645.2 試驗前的準備5.2.2 制訂試驗大綱在調(diào)查研究成果的基礎上，為使試驗有條不紊地進行，以取得預期效果而制訂的綱領性文件，內(nèi)容包括 概述簡要介紹調(diào)查研究的情況，提出試驗的依據(jù)及試

3、驗的目的意義與要求。必要時有理論分析和計算。 試件的設計及制作要求 試件的安裝與就位 加載方法與設備 量測方法和內(nèi)容 輔助試驗 安全措施 試驗進度計劃 試驗組織管理 附錄總之，試驗的準備必須充分，規(guī)劃必須細致、全面。工作步驟必須十分明確。2022-5-2655.2 試驗前的準備5.2.3 試件準備試件的設計、制作、質量驗收、表面處理及有關測點的布置與處理。5.2.4 材料物理力學性能測定u測定項目：強度、變形性能、彈性模量、泊松比、應力-應變關系。u測定方法：直接測定法和間接測定法直接測定法制作結構和構件時留下材料并按規(guī)定做成標準試件，然后在試驗機上用規(guī)定的標準試驗方法加荷載試驗進行測定。間接

4、測定法非破損法或半破損試驗。2022-5-2665.2 試驗前的準備5.2.5 試驗設備與試驗場地的準備試驗計劃應用的加載設備和測量儀表。場地的清理和安排。5.2.6 試件安裝就位5.2.7 加載設備和量測儀表安裝5.2.8 試驗控制特征值的計算計算出各個荷載階段的荷載值和各特征部位的內(nèi)力、變形值等，作為試驗時控制與比較的依據(jù)。2022-5-2675.3 加載與量測方案的設計5.3.1 加載方案滿足試驗目的的前提下，盡可能做到試驗技術合理、財政開支經(jīng)濟和安全試驗。結構靜載試驗的加載程序分為預載、正式加載、卸載三個階段。其目的一是便于控制加（卸）載速度，而是方便觀察和分析結構變形情況，三是利于各

5、點加載統(tǒng)一步調(diào).對于現(xiàn)場結構或構件的檢驗性試驗通常只加至標準荷載即正常使用荷載，試驗后試件還可以使用。而對于研究性試驗，當加載到標準荷載后，一般不卸載而須繼續(xù)加載直至試件進入破壞階段。加載加載加載加載2022-5-2685.3 加載與量測方案的設計1.預載目的：使試件各部接觸良好，進出正常工作狀態(tài)，荷載與變形關系趨于穩(wěn)定；檢驗全部試驗裝置的可靠性；檢驗全部觀測儀表工作正常與否；檢查現(xiàn)場組織工作和人員的工作情況預載一般分三級進行，每級取標準荷載值的20%。然后分級卸載，分23級卸完。加載加載加載加載2022-5-2695.3 加載與量測方案的設計2.正式加載(1)荷載分級在加載達到標準荷載前，每

6、級加載值不應大于標準荷載的20%，一般分五級加至標準荷載；打到標準荷載之后每級不應大于標準荷載的10%；當荷載加至計算破壞荷載的90%后，為了求得精確的破壞荷載值，沒級應取不大于標準荷載的5%。同一試件上的各加載點，每一級荷載都應當按統(tǒng)一比例增加，保持同步。加載加載加載加載2022-5-26105.3 加載與量測方案的設計2.正式加載(2)滿載時間對需要進行變形和裂縫寬度試驗的結構，在標準短期荷載作用下的持續(xù)時間，對鋼結構和鋼筋混凝土結構不應少于30min；木結構不應少于30min的2倍；拱或砌體為30min的6倍；對預應力混凝土構件，滿載30min后加至開裂，開裂荷載下再持續(xù)30min。對于

7、新材料、新工藝、新結構要求加載時間不少于12h。如這段時間內(nèi)變形繼續(xù)不斷增加而無穩(wěn)定趨勢時，應延長持續(xù)時間直至穩(wěn)定。加載加載加載加載2022-5-26115.3 加載與量測方案的設計2.正式加載(3)空載時間受載結構卸載后到下一次重新開始受載之間的間歇時間稱為空載時間?？蛰d對于研究性試驗是完全必要的。因為觀測結構經(jīng)受荷載作用后的殘余變形和變形的恢復情況均可說明結構的工作性能。對于一般鋼筋混凝土結構空載時間取45min；對于較重要或者跨度較大結構取18h；鋼結構不應少于30min。必須在空載期間定期觀察和記錄變形值。加載加載加載加載2022-5-26125.3 加載與量測方案的設計3.卸載凡間斷

8、性加載試驗，或僅作剛度、抗裂和裂縫寬度檢驗的結構域構件，以及測定參與變形的試驗及預載之后，均須卸載，讓結構、構件有恢復彈性變形的時間。卸載一般可按加載級距，也可放大1倍或分2次卸完。加載加載加載加載2022-5-26135.3 加載與量測方案的設計5.3.2 量測方案量測方案要考慮的主要問題：(1)根據(jù)試驗的目的和要求，確定觀測項目，選擇量測區(qū)段(2)按照確定的量測項目，選擇合適的儀表(3)確定試驗觀測方法2022-5-26145.4 常見結構構件靜載試驗5.4.1 受彎構件的試驗一、試件安裝和加載方法u安裝：正位試驗，一端采用鉸支座，另一端采用滾動支座，支座下面用支墩安置在地面上，要求牢固和

9、穩(wěn)定。u加載方法：梁：常用液壓加載器和分配梁，或用液壓同步加載加載器直接加載。板：一般重物加載。也可用集中荷載等效，采用梁加載方式加載。吊車梁：采用液壓，試驗時的加載圖式要按最布利荷載布置決定集中荷載的作用位置。使試驗桿件的內(nèi)力圖形與設計或實際的內(nèi)力圖形相等或相近，并使兩者最大受力截面的內(nèi)力值相等。在受彎構件試驗中，經(jīng)常利用幾個集中荷載來代替均布荷載，并取試驗梁的跨中彎矩等于設計彎矩時的荷載作為量的試驗荷載。這時支座截面的最大剪力也可以達到均布荷載梁的剪力設計數(shù)值。采用此方法能較好的滿足M與V值得等效，但試件的變形不一定滿足等效條件，應考慮修正。2022-5-26155.4 常見結構構件靜載試

10、驗5.4.1 受彎構件的試驗1、正 位 試 驗一般的結構試驗均采用正位試驗，結構自重和它所承受的外荷載作用在同一垂直平面內(nèi)，符合實際受力 狀態(tài)2022-5-26165.4 常見結構構件靜載試驗5.4.1 受彎構件的試驗2、臥 位 試 驗對于自重較大的梁、柱，跨度大、矢高的屋架及桁架等重型構件，當不便于吊裝運輸和進行測量時，可在現(xiàn)場就地采用臥位試驗，這樣就大幅度降低試驗裝置的高度，便于布置量測儀表和數(shù)據(jù)測量。2022-5-26175.4 常見結構構件靜載試驗5.4.1 受彎構件的試驗3、反 位 試 驗對于混凝土構件進行抗裂或裂縫寬度試驗時，為了便于觀察裂縫和讀取裂縫寬度值，可將試件倒過來安裝，使

11、其受拉區(qū)向上，這種形式稱為反位試驗。4、原 位 試 驗對已建結構進行現(xiàn)場試驗時，均采用原位試驗。試驗的構件處于實際工作位置，它的支承情況、邊界條件與實際工作狀態(tài)完全一致。2022-5-26185.4 常見結構構件靜載試驗5.4.1 受彎構件的試驗2022-5-26195.4 常見結構構件靜載試驗5.4.1 受彎構件的試驗二、試驗項目和測點布置n 鑒定性試驗：承載力、抗裂度和各級荷載作用下的撓度及裂縫開展情況。n 研究性試驗：除了承載力、抗裂度、撓度和裂縫觀測外，還測量構件某些部位的應力。 撓度的測量梁的撓度值是量測數(shù)據(jù)中最能反映其綜合性能的一項指標，其中最主要的是測定梁跨中最大撓度值fmax及

12、彈性撓度曲線2022-5-26205.4 常見結構構件靜載試驗為了求得真正的撓度，必須注意支座沉陷的影響。支座的沉陷會導致剛性位移，因此必須至少安裝3個測點2022-5-26215.4 常見結構構件靜載試驗對于跨度較大（大于6000mm）的梁，為了保證可靠性，并求得變形后的撓度曲線，測點應增加至57個，并沿梁的跨間對稱布置對于寬度較大（大于600mm）的梁，必要時考慮在截面的兩側布置測點。2022-5-26225.4 常見結構構件靜載試驗應變測量梁是受彎構件，實驗時要量測由于彎曲產(chǎn)生的應變，一般在梁承受正負彎矩最大的截面或彎矩有突變的截面上布置測點。對于變截面梁，有時也需在截面突變處設置測點。

13、2022-5-26235.4 常見結構構件靜載試驗應變測量對于鋼筋混凝土梁，由于材料的非彈性性質，截面上的應力分布往往是不規(guī)則的。為了求得應力分布的規(guī)律和確定中和軸的位置，就需要增加一定數(shù)量的應變測點。一般情況下需要布置五個，若高度較大則需增加測點。布置在中和軸處的儀表，由于應變讀數(shù)值小，相對誤差可能較大。以致不起作用。受拉區(qū)混凝土開裂以后，經(jīng)?？梢酝ㄟ^該測點讀數(shù)值的變化來觀測中和軸位置的上升與變動2022-5-26245.4 常見結構構件靜載試驗應力測量截面應力的測量主要通過對該截面應變測試來求得。根據(jù)試驗需要，受彎構件試驗中應力測量主要包括單向應力測量、平面應力測量、梁腹筋應力測量、翼緣與

14、孔邊應力測量等。截面應力測量主要是通過應變片的讀數(shù)來換算。2022-5-26255.4 常見結構構件靜載試驗（1）單向應力測量：梁的純彎曲區(qū)域（1-1截面）內(nèi)，梁截面上僅有正應力，在該處截面上可僅布置單向應變測點。鋼筋混凝土梁受拉區(qū)開裂后，該截面混凝土部分退出工作，布置在混凝土受拉區(qū)的儀表就喪失了其測量作用。因此常常在受拉去鋼筋上也布置測點以便測量鋼筋應變。2022-5-26265.4 常見結構構件靜載試驗（2）平面應力測量：荷載作用下，2-2截面既有彎矩又有剪力作用，為平面應力狀態(tài)，為了求得該截面上的最大主應力及剪力的分布規(guī)律，需要布置指教應變網(wǎng)絡，通過三個方向上應變的測定，求得最大主應力的

15、數(shù)值及作用方向。2022-5-26275.4 常見結構構件靜載試驗（3）鋼筋和彎筋的應力測量：對于鋼筋混凝土梁來說，為研究梁斜截面的抗剪機理，除了混凝土表面需要布置測點外，通常在梁的彎起鋼筋或箍筋上布置應變測點。這里較多的是用預埋或試件表面開槽的方法來解決設點問題。2022-5-26285.4 常見結構構件靜載試驗（4）翼緣與孔邊應力測量：對于翼緣較寬較薄的T型梁，其翼緣部分受力不一定均勻，以致不能全部參加工作，這時應該沿翼緣寬度布置測點，測定翼緣上應力分布情況。為了減輕自重，有時候需要在梁腹板上開孔，孔邊應力集中現(xiàn)象比較嚴重，且往往梯度較大，嚴重影響結構的承載力，因此必須注意孔邊的應力測量。

16、應力集中是指受力構件由于外界因素或自身因素幾何形狀、外形尺寸發(fā)生突變而引起局部范圍內(nèi)應力顯著增大的現(xiàn)象。梁腹板圓孔周邊的應變測點布置梁腹板圓孔周邊的應變測點布置2022-5-26295.4 常見結構構件靜載試驗（5）校核測點：為了校核試驗的正確性，便于整理試驗結果時進行誤差修正，經(jīng)常在梁的端部凸角上的零應力處（3-3截面）設置少量測點，以檢驗整個測量過程是否正常。2022-5-26305.4 常見結構構件靜載試驗裂縫測量在鋼筋混凝土梁試驗時，經(jīng)常需要測定其抗裂性能。一般垂直裂縫產(chǎn)生在彎矩最大的受拉區(qū)段，因此在這一區(qū)段連續(xù)設置測點。2022-5-26315.4 常見結構構件靜載試驗裂縫測量在裂縫

17、行程過程中，儀器讀數(shù)可能變小，甚至會出現(xiàn)負值。如圖，使原來光環(huán)曲線產(chǎn)生突然轉折的現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)上述情況，即可判斷試件已開裂。（由荷載-應變曲線觀察混凝土開裂，為什么）2022-5-26325.4 常見結構構件靜載試驗裂縫測量斜截面上的主拉應力裂縫，經(jīng)常出現(xiàn)在剪力較大的區(qū)段內(nèi)。因此這些部分可以設置抗裂測點。由于混凝土的斜裂縫于水平軸成45左右的角度，則儀器的標距方向應與裂縫方向垂直。每種構件測裂縫數(shù)目不得小于三條，包括第一條出現(xiàn)裂縫、開裂的最大裂縫以及斜截面上由主拉力作用產(chǎn)生的斜裂縫寬度。2022-5-26335.4 常見結構構件靜載試驗5.4.2 壓桿和柱的試驗一、試件安裝和加載方法u安裝正位

18、或臥位試驗，構件二端均應采用比較靈活的可動鉸支座型式，一般采用刀口支座。臥位試驗2022-5-26345.4 常見結構構件靜載試驗5.4.2 壓桿和柱的試驗一、試件安裝和加載方法u安裝：正位或臥位試驗，構件二端均應采用比較靈活的可動鉸支座型式，一般采用刀口支座。正位試驗2022-5-26355.4 常見結構構件靜載試驗5.4.2 壓桿和柱的試驗一、試件安裝和加載方法u加載方法：軸心受壓柱：安裝時一般先進行幾何對中，即將構件軸線對準作用力的中心線。構件在幾何對中后再進行物理對中，即加載達2040的試驗荷載時，測量構件中央截面兩側或四個面的應變，并調(diào)整作用力的軸線，以達到各點應變均勻為止。在構件物

19、理對中后即可進行加載試驗。偏壓試件：也應在物理對中后，沿加力中線量出偏心距離，再把加載點移至偏心距的位置上，進行試驗。加載：長柱試驗機或液壓加載系統(tǒng);(1/10-1/15)Nu（受壓構件，達到正截面壓彎承載力極限時的壓力），接近開裂荷載和破壞荷載時細分2-4級。2022-5-26365.4 常見結構構件靜載試驗5.4.2 壓桿和柱的試驗二、試驗項目和測點布置一般觀察破壞荷載、個級荷載下的側向撓度及變形曲線、控制界面或區(qū)域的應力變化規(guī)律以及裂縫開裂情況n 破壞荷載：力傳感器n 撓度：百分表或位移傳感器，側向五點布置法。n 曲率：曲率計n 砼應變：應變片+應變儀，應變片后貼。n 鋼筋應變：應變片+

20、應變儀，應變片預埋2022-5-26375.4 常見結構構件靜載試驗5.4.3 鋼筋混凝土平面樓蓋試驗一、試驗荷載布置樓蓋可能是現(xiàn)澆整體結構，也可能是裝配整體結構。為此必須考慮結構的連續(xù)與整體性特點。 板的試驗1. 簡支單向受彎板 ：橫向無聯(lián)系取并排三塊；橫向有聯(lián)系至少取3l2022-5-26385.4 常見結構構件靜載試驗板的試驗n多跨連續(xù)板：相互間隔的三個板跨上同時施加活荷載，板寬3l2022-5-26395.4 常見結構構件靜載試驗次梁的試驗n簡支板下單跨梁n連續(xù)板下多跨梁：梁剛度大，板剛度小；梁剛度小，板剛度大2022-5-26405.4 常見結構構件靜載試驗次梁的試驗n靠近端部連續(xù)板

21、下單跨梁：梁剛度大，板剛度小；梁剛度小，板剛度大2022-5-26415.4 常見結構構件靜載試驗次梁的試驗n支承在主梁上的多跨連續(xù)次梁n支承在柱子上多跨連續(xù)次梁2022-5-26425.4 常見結構構件靜載試驗主梁的試驗n單跨主梁：同次梁n多跨連續(xù)主梁2022-5-26435.4 常見結構構件靜載試驗柱的試驗同時承受軸向壓力和兩個方向彎矩n最大彎矩荷載布置n最大壓力荷載布置最大彎矩荷載布置最大壓力荷載布置2022-5-26445.4 常見結構構件靜載試驗二、試驗觀測試驗通常是非破壞性的。觀測中主要以結構的剛度及抗裂性為主要鑒定依據(jù)，以測定結構梁板的撓曲變形作為衡量結構剛度的主要指標。測點布置

22、可按照一般梁板結構的布置原則考慮。 混凝土應力測定n 表面刻槽法 混凝土梁板中鋼筋應力測定n 敲去保護層，選取1,2根鋼筋貼電阻應變計，調(diào)整電阻應變儀調(diào)整讀數(shù)為“零”后截斷鋼筋。鋼筋選擇要慎重2022-5-26455.4 常見結構構件靜載試驗5.4.4 屋架試驗屋架的特點是跨度大，單只能在自身平面內(nèi)承受荷載，平面外剛度很小。主要依靠側向支承體系相互聯(lián)系形成足夠的空間剛度。屋架主要承受節(jié)點的集中荷載，因此大部分桿件受軸力作用。一、試件安裝和加載方法u安裝：就位方式：一般采用正位試驗?，F(xiàn)場試驗時還可以采用成對試件的臥位試驗。安裝時應設置側向支撐，以保證屋架上弦的側向穩(wěn)定。 支承方式：與梁相同，支承

23、墊板應留有充分余地。u加載方發(fā)：可以采用重力直接或杠桿加載。當施加多點集中荷載并且節(jié)點荷載較大時，采用同步液壓加載。2022-5-26465.4 常見結構構件靜載試驗重物加載2022-5-26475.4 常見結構構件靜載試驗液壓加載2022-5-26485.4 常見結構構件靜載試驗屋架成對試驗2022-5-26495.4 常見結構構件靜載試驗屋架試驗支撐設置2022-5-26505.4 常見結構構件靜載試驗屋架試驗支撐設置2022-5-26515.4 常見結構構件靜載試驗二、觀測項目和測點布置u觀察項目： 桁架撓度及撓曲線。 開裂荷載及破壞荷載。 主要桿件的應變。 節(jié)點的變形及節(jié)點剛度對桿件的

24、次應力影響 屋架端節(jié)點的應力分布 預應力鋼筋張拉應力和對有關部位混凝土的預壓應力。 屋架下弦預應力鋼筋對屋架的反拱作用。 預應力錨頭工作性能。2022-5-26525.4 常見結構構件靜載試驗二、觀測項目和測點布置u測點布置：可以利用結構和荷載的對稱性，在屋架一半布置主要測點，而在另一半布置校核測點。（1）節(jié)點位移：大量程的撓度計或者用米厘紙制成標尺通過水準儀進行觀測。 2022-5-26535.4 常見結構構件靜載試驗（2）桿件的內(nèi)力測量：通過測應變來測量桿件內(nèi)力。 2022-5-26545.4 常見結構構件靜載試驗（2）桿件的內(nèi)力測量：不可將測點布置在節(jié)點上1-1截面測點：測量上弦桿的內(nèi)力

25、2-2截面測點：測量節(jié)點次應力的影響3-3截面測點：錯誤2022-5-26555.4 常見結構構件靜載試驗（2）桿件的內(nèi)力測量： 2022-5-26565.4 常見結構構件靜載試驗（3）預應力錨具性能測量：在端節(jié)點砼表面沿自錨頭長度方向布置若干應變測點：橫向測點和縱向測點2022-5-26575.4 常見結構構件靜載試驗（4）預應力鋼筋張拉應力的測量：直接在預應力鋼筋上布置應變測點測量，通常布置屋架跨中和兩端頭。注意應變計的防護處理。（5）裂縫測量：桿件開裂荷載和裂縫寬度。（端節(jié)點、腹桿與下弦桿及節(jié)點交匯處較早開裂的位置）2022-5-26585.4 常見結構構件靜載試驗5.4.5 薄殼和網(wǎng)架

26、結構薄殼和網(wǎng)架結構是工程結構中比較特殊的結構。用于大跨度建筑，通過原型試驗和1/5-1/20 模型試驗研究結構受力性能及計算可靠性。一、試件安裝和加載方法u安裝：支承形式：1）薄殼結構：實際支承形式類似雙向板，有四角支承和四邊支承，試驗支承可以用固定鉸、活動鉸及滾軸。2）網(wǎng)架結構：實際支承在框架或柱頂，試驗時支承在剛性較大的型鋼圈梁上。邊支座一般受壓，角支座及其附近支座可能受拉。2022-5-26595.4 常見結構構件靜載試驗u加載方法：重物直接堆載、水池加載或通過吊籃加載。也可用氣壓加載，需要較大荷載時常使用液壓加載器和分配梁加載。（1）預留孔施加懸吊荷載：2022-5-26605.4 常

27、見結構構件靜載試驗（2）分配杠桿加載系統(tǒng)：2022-5-26615.4 常見結構構件靜載試驗（3）薄殼結構液壓加載：2022-5-26625.4 常見結構構件靜載試驗（4）網(wǎng)殼水加載：2022-5-26635.4 常見結構構件靜載試驗二、觀測項目和測點布置u觀察項目：主要測量位移和應變u測點布置：常利用對稱性減少測點數(shù)量。同時布置一些校核測點（1）圓柱形殼體： 位移測點 應變測點2022-5-26645.4 常見結構構件靜載試驗（2）雙曲扁殼結構的測點布置：2022-5-26655.4 常見結構構件靜載試驗（3）網(wǎng)架測點布置： （a）利用對稱性分區(qū)；（b）位移下弦節(jié)點，應力布置在桿件上（桿件中

28、間或節(jié)點附近）； （c）校核測點2022-5-26665.5 量測數(shù)據(jù)處理5.5.1 原始數(shù)據(jù)處理u原始記錄數(shù)據(jù)：完整性、科學性、嚴肅性。清楚、不得任意涂改u錯誤數(shù)據(jù)：儀器設置，人工讀錯，人工記錄，環(huán)境影響，儀器缺陷，通過復核儀器修正。u數(shù)據(jù)修約： 四舍五入。5.5.2 原始數(shù)據(jù)處理u表格形式u曲線：連線、擬合曲線u形態(tài)：裂縫分布、變形形態(tài)、破壞形態(tài)、照片u函數(shù)：回歸分析。 常用方法為最小二乘法：回歸值與試驗值之差的平方和為最小。u數(shù)據(jù)處理工具：Excel2022-5-26675.5 量測數(shù)據(jù)處理5.5.3 結構變形計算應考慮支座沉降、結構自重和等效加載圖示的修正。簡支梁的彎曲變形離支座x處的撓度和轉角為：2022-5-26685.5 量測數(shù)據(jù)處理懸臂梁的撓度和轉角離支座x處的撓度和轉角為：2022-5-26695.5 量測數(shù)