結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課件1(教案)

1、第三章第三章加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測(cè)土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測(cè) 重物、氣壓、機(jī)械機(jī)具、液壓、動(dòng)力激振重物、氣壓、機(jī)械機(jī)具、液壓、動(dòng)力激振及與它們相匹配的各種試驗(yàn)裝置等及與它們相匹配的各種試驗(yàn)裝置等 。產(chǎn)生模擬荷載的方法產(chǎn)生模擬荷載的方法 3.1 重物加載及實(shí)現(xiàn)方式重物加載及實(shí)現(xiàn)方式p實(shí)驗(yàn)室：專門制作的標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵磚碼、混凝土試塊和水箱等。p現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：磚、砂、石和袋裝水泥等建筑材料。p加載方式:直接加在試驗(yàn)對(duì)象上、通過(guò)杠桿系統(tǒng)間接加在試驗(yàn)對(duì)象上。3.1.1重物直接加載重物直接加載 作均布荷載作均布荷載 重物荷載可直接堆放于結(jié)構(gòu)表面作重物荷載可直接堆放于結(jié)構(gòu)表面作為均布荷

2、載如下圖所示為均布荷載如下圖所示3.1.1重物直接加載重物直接加載 作集中荷載作集中荷載 置于荷載盤上通過(guò)吊桿掛在結(jié)構(gòu)上形成集置于荷載盤上通過(guò)吊桿掛在結(jié)構(gòu)上形成集中荷載如下圖所示。此時(shí)應(yīng)計(jì)入吊桿與中荷載如下圖所示。此時(shí)應(yīng)計(jì)入吊桿與荷載盤的自重荷載盤的自重用水作均布荷載用水作均布荷載 水的相對(duì)密度為1,從標(biāo)尺上的水深就可知道荷載值的大小。采用虹吸管原理放水卸載。特別適用于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和平板結(jié)構(gòu)加載試驗(yàn)。其缺點(diǎn)是全部承載面被水掩蓋,不利于布置儀表和觀測(cè)。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形時(shí),要注意水荷載的不均勻性所產(chǎn)生的影響。如圖所示重物直接加載應(yīng)注意的問(wèn)題重物直接加載應(yīng)注意的問(wèn)題l采用鑄鐵硅碼、磚塊、袋裝水泥等作為

3、均布荷載采用鑄鐵硅碼、磚塊、袋裝水泥等作為均布荷載時(shí)時(shí),應(yīng)注意重物尺寸和堆放距離應(yīng)注意重物尺寸和堆放距離(圖圖3.1.1);l采用砂、石等松散顆粒材料作為均布荷載時(shí)采用砂、石等松散顆粒材料作為均布荷載時(shí),切勿切勿連續(xù)松散堆放連續(xù)松散堆放,宜采用袋裝堆放宜采用袋裝堆放,以防止砂石材料摩以防止砂石材料摩擦角引起的拱作用擦角引起的拱作用;l當(dāng)環(huán)境濕度不同時(shí)當(dāng)環(huán)境濕度不同時(shí),可能引起砂石重量隨含水率而可能引起砂石重量隨含水率而變化變化,造成荷載值的不穩(wěn)定。造成荷載值的不穩(wěn)定。3.1.2杠桿加載方法杠桿加載方法 重物作集中荷載試驗(yàn)時(shí)重物作集中荷載試驗(yàn)時(shí),常采用杠桿原理將荷載值放大常采用杠桿原理將荷載值放

4、大,如圖所示。如圖所示。o 杠桿有足夠的剛度杠桿有足夠的剛度,o 杠桿比一般不宜大于杠桿比一般不宜大于5。o 三個(gè)支點(diǎn)應(yīng)在同一直線上三個(gè)支點(diǎn)應(yīng)在同一直線上3.1.2杠桿加載方法杠桿加載方法 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí),杠桿反力支點(diǎn)可用重物、樁、墻洞或反彎梁等作支承杠桿反力支點(diǎn)可用重物、樁、墻洞或反彎梁等作支承杠桿加載注意事項(xiàng)杠桿加載注意事項(xiàng) 用重物加載進(jìn)行破壞試驗(yàn)時(shí),應(yīng)特別注意安全。在加載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的底部均應(yīng)有保護(hù)措施,防止倒塌造成事故 3.2氣壓加載：正壓加載氣壓加載：正壓加載 氣壓加載分為正壓加載和負(fù)壓加載兩種。圖氣壓加載分為正壓加載和負(fù)壓加載兩種。圖3.2.1a為正壓加為正壓加載示意圖載示意圖,

5、正壓加載是利用壓縮空氣的壓力對(duì)結(jié)構(gòu)施加荷載。尤其正壓加載是利用壓縮空氣的壓力對(duì)結(jié)構(gòu)施加荷載。尤其是對(duì)加均布荷載特別有利是對(duì)加均布荷載特別有利,直接通過(guò)壓力表就可反映加載值直接通過(guò)壓力表就可反映加載值,加卸加卸載方便載方便,并可產(chǎn)生較大的荷載并可產(chǎn)生較大的荷載,可達(dá)到可達(dá)到50100KN/m2,一般應(yīng)用一般應(yīng)用于模型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)較多。于模型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)較多。3.2氣壓加載：負(fù)壓加載氣壓加載：負(fù)壓加載 圖圖3.2.1b為負(fù)壓加載示意圖為負(fù)壓加載示意圖,負(fù)壓加載是利用真空泵將試驗(yàn)結(jié)負(fù)壓加載是利用真空泵將試驗(yàn)結(jié)構(gòu)物下面密封室內(nèi)的空氣抽出構(gòu)物下面密封室內(nèi)的空氣抽出,使之形成真空使之形成真空,結(jié)構(gòu)的外表面受到結(jié)構(gòu)

6、的外表面受到的大氣壓的大氣壓,就成為施加在結(jié)構(gòu)上的均布荷載就成為施加在結(jié)構(gòu)上的均布荷載,由真空度可得出加載由真空度可得出加載值。負(fù)壓加載適用于殼體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)值。負(fù)壓加載適用于殼體結(jié)構(gòu)試驗(yàn),缺點(diǎn)是安裝量測(cè)儀表受到限制缺點(diǎn)是安裝量測(cè)儀表受到限制,觀測(cè)裂縫不方便等觀測(cè)裂縫不方便等 3.3機(jī)械機(jī)具加載機(jī)械機(jī)具加載 機(jī)械機(jī)具加載一般由絞車、卷?yè)P(yáng)機(jī)、機(jī)械機(jī)具加載一般由絞車、卷?yè)P(yáng)機(jī)、倒鏈葫蘆、螺旋千斤頂和彈簧等組成。倒鏈葫蘆、螺旋千斤頂和彈簧等組成。 機(jī)械機(jī)具加載示意圖機(jī)械機(jī)具加載示意圖機(jī)具加載的適用情況機(jī)具加載的適用情況 絞車、卷?yè)P(yáng)機(jī)、倒鏈葫蘆等主要用于絞車、卷?yè)P(yáng)機(jī)、倒鏈葫蘆等主要用于對(duì)遠(yuǎn)距離或高聳結(jié)構(gòu)物施

7、加拉力。連接定滑對(duì)遠(yuǎn)距離或高聳結(jié)構(gòu)物施加拉力。連接定滑輪可以改變力的方向輪可以改變力的方向,連接滑輪組可以提高連接滑輪組可以提高加載能力加載能力,連接測(cè)力計(jì)或拉力傳感器可以測(cè)連接測(cè)力計(jì)或拉力傳感器可以測(cè)量其加載值。量其加載值。 機(jī)具加載的適用情況機(jī)具加載的適用情況 螺旋千斤頂和彈簧均適用于長(zhǎng)期荷載螺旋千斤頂和彈簧均適用于長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)試驗(yàn),產(chǎn)生的荷載相對(duì)比較穩(wěn)定。螺旋千斤產(chǎn)生的荷載相對(duì)比較穩(wěn)定。螺旋千斤頂是利用渦輪渦桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的原理加力頂是利用渦輪渦桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的原理加力,使使用時(shí)需要用力傳感器測(cè)定其加載值用時(shí)需要用力傳感器測(cè)定其加載值,設(shè)備簡(jiǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單單,使用方便。使用方便。 機(jī)具加載的適用情況機(jī)

8、具加載的適用情況 彈簧加載采用千分表量測(cè)彈簧的壓縮長(zhǎng)度彈簧加載采用千分表量測(cè)彈簧的壓縮長(zhǎng)度的變化量確定彈簧的加載值的變化量確定彈簧的加載值,彈簧變形與力值的彈簧變形與力值的關(guān)系一般通過(guò)壓力試驗(yàn)機(jī)標(biāo)定來(lái)確定。加載時(shí)關(guān)系一般通過(guò)壓力試驗(yàn)機(jī)標(biāo)定來(lái)確定。加載時(shí),承載力較小的彈簧可直接擰緊螺帽施加壓力承載力較小的彈簧可直接擰緊螺帽施加壓力,承承載力很大的彈簧則需借助于液壓加載設(shè)備加壓載力很大的彈簧則需借助于液壓加載設(shè)備加壓后再擰緊螺帽。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形時(shí)會(huì)自動(dòng)卸載后再擰緊螺帽。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形時(shí)會(huì)自動(dòng)卸載,應(yīng)及時(shí)擰緊螺帽調(diào)整壓力應(yīng)及時(shí)擰緊螺帽調(diào)整壓力,保持荷載不變保持荷載不變 。3.4液壓加載液壓加載o 目

9、前最常用的試驗(yàn)加載方法。目前最常用的試驗(yàn)加載方法。o 利用油壓使液壓千斤頂產(chǎn)生較大荷載。利用油壓使液壓千斤頂產(chǎn)生較大荷載。o 通常由油泵、油管系統(tǒng)、千斤頂、加載控制臺(tái)、加載架和試驗(yàn)臺(tái)通常由油泵、油管系統(tǒng)、千斤頂、加載控制臺(tái)、加載架和試驗(yàn)臺(tái)座等組成座等組成,如圖如圖3.4.1所示。所示。3.4.1液壓加載千斤頂液壓加載千斤頂o液壓千斤頂通常為加載而專門設(shè)計(jì)制造液壓千斤頂通常為加載而專門設(shè)計(jì)制造,具有較高的精度具有較高的精度,分為手動(dòng)分為手動(dòng)油泵供油和電動(dòng)油泵供油兩種油泵供油和電動(dòng)油泵供油兩種,如圖如圖3.4.2所示所示3.4.2結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī) 大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)本身就是一種比較完善的液壓加載系

10、統(tǒng)。是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)本身就是一種比較完善的液壓加載系統(tǒng)。是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的一種專門設(shè)備進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的一種專門設(shè)備,比較典型的是結(jié)構(gòu)長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)比較典型的是結(jié)構(gòu)長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī),如圖如圖3.4.3所示。所示。用于混凝土梁、板、柱和砌用于混凝土梁、板、柱和砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受壓和受彎試體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受壓和受彎試驗(yàn)。其構(gòu)造和加載原理與一驗(yàn)。其構(gòu)造和加載原理與一般的村料試驗(yàn)機(jī)相同。由于般的村料試驗(yàn)機(jī)相同。由于大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的需要大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的需要,機(jī)架高機(jī)架高度最大可達(dá)度最大可達(dá)10m以上以上;最大最大加載值可達(dá)加載值可達(dá)1000OKN以以上。試驗(yàn)機(jī)也可以與計(jì)算機(jī)上。試驗(yàn)機(jī)也可以與計(jì)算機(jī)連接

11、，實(shí)施程序控制操作和連接，實(shí)施程序控制操作和數(shù)據(jù)采集，試驗(yàn)機(jī)操作和數(shù)數(shù)據(jù)采集，試驗(yàn)機(jī)操作和數(shù)據(jù)處理能同時(shí)進(jìn)行。據(jù)處理能同時(shí)進(jìn)行。3.4.3電液伺服加載系統(tǒng)電液伺服加載系統(tǒng) 電液伺服加載系統(tǒng)主要是由電液伺服作動(dòng)器電液伺服加載系統(tǒng)主要是由電液伺服作動(dòng)器(伺服千斤頂伺服千斤頂)、控制系統(tǒng)和液壓源、三大部分組成控制系統(tǒng)和液壓源、三大部分組成,如圖如圖3.4.4所示。所示。電電液伺服加載系統(tǒng)工作原理液伺服加載系統(tǒng)工作原理l 可以將荷載、應(yīng)變和位移等不同力學(xué)參量直接作為控制參量可以將荷載、應(yīng)變和位移等不同力學(xué)參量直接作為控制參量,實(shí)行自動(dòng)控制實(shí)行自動(dòng)控制,并在試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行控制參量的轉(zhuǎn)換并在試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行

12、控制參量的轉(zhuǎn)換 。l電液伺服加載系統(tǒng)主要采用了電液伺服閥進(jìn)行閉環(huán)控制。所謂電液伺服閉電液伺服加載系統(tǒng)主要采用了電液伺服閥進(jìn)行閉環(huán)控制。所謂電液伺服閉環(huán)控制環(huán)控制,就是以電參量通過(guò)伺服閥去控制高壓油的流量就是以電參量通過(guò)伺服閥去控制高壓油的流量,推動(dòng)液壓作動(dòng)器執(zhí)行推動(dòng)液壓作動(dòng)器執(zhí)行元件元件(千斤頂?shù)幕钊Ы镯數(shù)幕钊?對(duì)試件施加荷載。對(duì)試件施加荷載。 另一方面另一方面,傳感器檢測(cè)出的加載試件傳感器檢測(cè)出的加載試件的某一力學(xué)參量的某一力學(xué)參量(位移、荷載、應(yīng)變位移、荷載、應(yīng)變),經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后以電參量的方式作為經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后以電參量的方式作為反饋信號(hào)在比較器中隨時(shí)與設(shè)定的控制電參量進(jìn)行比較反饋信號(hào)在

13、比較器中隨時(shí)與設(shè)定的控制電參量進(jìn)行比較,得出的差值信號(hào)經(jīng)得出的差值信號(hào)經(jīng)調(diào)整放大后控制電液伺服閥再推動(dòng)液壓作動(dòng)器執(zhí)行元件調(diào)整放大后控制電液伺服閥再推動(dòng)液壓作動(dòng)器執(zhí)行元件,使其向消除差值的使其向消除差值的方向動(dòng)作。方向動(dòng)作。將執(zhí)行元件動(dòng)作的效果由傳感器檢測(cè)將執(zhí)行元件動(dòng)作的效果由傳感器檢測(cè),并作為反饋信號(hào)送入比較并作為反饋信號(hào)送入比較器器,從而形成閉環(huán)回路。從而形成閉環(huán)回路。 液伺服加載系統(tǒng)構(gòu)成液伺服加載系統(tǒng)構(gòu)成1、電液伺服作動(dòng)器電液伺服作動(dòng)器：是電液伺服實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)作執(zhí)行者是電液伺服實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)作執(zhí)行者,電液伺服電液伺服閥是電液伺服作動(dòng)器的核心元件閥是電液伺服作動(dòng)器的核心元件,電、液信號(hào)的轉(zhuǎn)換和

14、控制主要由它電、液信號(hào)的轉(zhuǎn)換和控制主要由它實(shí)現(xiàn)。伺服閥輸出的實(shí)現(xiàn)。伺服閥輸出的高壓油流量和控制電流成正比高壓油流量和控制電流成正比其構(gòu)造如圖：其構(gòu)造如圖：液伺服加載系統(tǒng)構(gòu)成液伺服加載系統(tǒng)構(gòu)成 2.控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)由控制系統(tǒng)由液壓控制器、電參量液壓控制器、電參量信號(hào)控制器、繪圖儀和計(jì)算機(jī)信號(hào)控制器、繪圖儀和計(jì)算機(jī)四部分組成。其中四部分組成。其中,液壓液壓控制器控制液壓源的啟動(dòng)和關(guān)閉控制器控制液壓源的啟動(dòng)和關(guān)閉;電參量信號(hào)控制器主電參量信號(hào)控制器主要控制荷載、位移和應(yīng)變等參量的轉(zhuǎn)換要控制荷載、位移和應(yīng)變等參量的轉(zhuǎn)換,還有極限保護(hù)還有極限保護(hù)以免開(kāi)環(huán)失控等功能以免開(kāi)環(huán)失控等功能;繪圖儀主

15、要對(duì)試件的各階段受力繪圖儀主要對(duì)試件的各階段受力與變形的變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)直觀顯示；計(jì)算機(jī)主要對(duì)與變形的變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)直觀顯示；計(jì)算機(jī)主要對(duì)電信號(hào)控制器和繪圖儀進(jìn)行實(shí)時(shí)控制電信號(hào)控制器和繪圖儀進(jìn)行實(shí)時(shí)控制 。液伺服加載系統(tǒng)構(gòu)成液伺服加載系統(tǒng)構(gòu)成3.液壓源：液壓源：液壓源為整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力。要求：液壓源為整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力。要求：l要保持液壓油的壓力和流量工作穩(wěn)定要保持液壓油的壓力和流量工作穩(wěn)定l對(duì)供電也有一定的要求對(duì)供電也有一定的要求,還要有安全保護(hù)環(huán)節(jié)及其監(jiān)測(cè)儀表還要有安全保護(hù)環(huán)節(jié)及其監(jiān)測(cè)儀表,以保證以保證液壓源的安全運(yùn)行。液壓源的安全運(yùn)行。l電液伺服加載系統(tǒng)所用液壓油的潔凈程

16、度要求很高電液伺服加載系統(tǒng)所用液壓油的潔凈程度要求很高,在供油管路和回在供油管路和回油管路都裝有過(guò)濾器油管路都裝有過(guò)濾器,以保證作動(dòng)器上的電液伺服閥能夠安全可靠地以保證作動(dòng)器上的電液伺服閥能夠安全可靠地工作。工作。l液壓源在運(yùn)行過(guò)程中需要不斷地進(jìn)行冷卻液壓源在運(yùn)行過(guò)程中需要不斷地進(jìn)行冷卻,以保持油溫在額定溫度范以保持油溫在額定溫度范圍之內(nèi)。圍之內(nèi)。3.4.4模擬地震振動(dòng)臺(tái)模擬地震振動(dòng)臺(tái) 模擬地震振動(dòng)臺(tái)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)?zāi)M地震振動(dòng)臺(tái)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的一種先進(jìn)試驗(yàn)設(shè)備的一種先進(jìn)試驗(yàn)設(shè)備,是由是由振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體結(jié)構(gòu)、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體結(jié)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及測(cè)試和分液壓驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及

17、測(cè)試和分析系統(tǒng)析系統(tǒng)組成組成,如圖如圖3.4.6所示所示. 模擬地震振動(dòng)臺(tái)模擬地震振動(dòng)臺(tái)模擬地震振動(dòng)臺(tái)的構(gòu)成模擬地震振動(dòng)臺(tái)的構(gòu)成 1.振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面與基礎(chǔ)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面與基礎(chǔ)：振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面是有一：振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面是有一定尺寸的平板結(jié)構(gòu)定尺寸的平板結(jié)構(gòu),需要有足夠的剛度和承需要有足夠的剛度和承載力載力,通常采用鋼結(jié)構(gòu)。振動(dòng)臺(tái)安裝在質(zhì)量通常采用鋼結(jié)構(gòu)。振動(dòng)臺(tái)安裝在質(zhì)量很大的基礎(chǔ)上很大的基礎(chǔ)上,基礎(chǔ)的重量一般為可動(dòng)部分基礎(chǔ)的重量一般為可動(dòng)部分重量或激振力的重量或激振力的1020倍以上倍以上,這樣可以改這樣可以改善系統(tǒng)的高頻特性善系統(tǒng)的高頻特性,并減小對(duì)周圍建筑和其并減小對(duì)周圍建筑和其他設(shè)備的影響他設(shè)備的影響 。模擬

18、地震振動(dòng)臺(tái)的構(gòu)成模擬地震振動(dòng)臺(tái)的構(gòu)成 2.液壓驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng)：液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是是向振動(dòng)臺(tái)施加巨大推力的設(shè)備。采用電液向振動(dòng)臺(tái)施加巨大推力的設(shè)備。采用電液伺服系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng),它在低頻時(shí)能產(chǎn)生巨大的它在低頻時(shí)能產(chǎn)生巨大的推力。根據(jù)輸入信號(hào)推力。根據(jù)輸入信號(hào)(周期波或地震波周期波或地震波),由由電液伺服閥控制進(jìn)入作動(dòng)器的液壓油流量電液伺服閥控制進(jìn)入作動(dòng)器的液壓油流量的大小和方向的大小和方向,從而由作動(dòng)器推動(dòng)臺(tái)面能在從而由作動(dòng)器推動(dòng)臺(tái)面能在垂直軸或水平軸方向上產(chǎn)生正弦運(yùn)動(dòng)或隨垂直軸或水平軸方向上產(chǎn)生正弦運(yùn)動(dòng)或隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。機(jī)運(yùn)動(dòng)。 模擬地震振動(dòng)臺(tái)模擬地震振動(dòng)臺(tái) 液壓動(dòng)

19、力系統(tǒng)液壓動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)巨大的液壓功率是一個(gè)巨大的液壓功率源源,能供給作動(dòng)器所需要的高壓油能供給作動(dòng)器所需要的高壓油,滿足巨大滿足巨大推力和臺(tái)身運(yùn)動(dòng)速度的要求。目前建成的振推力和臺(tái)身運(yùn)動(dòng)速度的要求。目前建成的振動(dòng)臺(tái)中都配有大型蓄能器組動(dòng)臺(tái)中都配有大型蓄能器組,根據(jù)蓄能器容根據(jù)蓄能器容量的大小使瞬時(shí)流量可為平均流量的量的大小使瞬時(shí)流量可為平均流量的18倍倍,它能產(chǎn)生具有極大能量的短暫突發(fā)力它能產(chǎn)生具有極大能量的短暫突發(fā)力,更更好的模擬地震作用好的模擬地震作用 。模擬地震振動(dòng)臺(tái)的構(gòu)成模擬地震振動(dòng)臺(tái)的構(gòu)成 3.控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)：由模擬控制和數(shù)字控制兩部分組成。模擬控制由模擬控制和數(shù)字控制兩部分組成

20、。模擬控制方法又分為兩種。一種是采用位移反饋控制的方法又分為兩種。一種是采用位移反饋控制的PID控制方法控制方法,同時(shí)利用壓同時(shí)利用壓差反饋?zhàn)鳛樘岣呦到y(tǒng)穩(wěn)定的補(bǔ)償差反饋?zhàn)鳛樘岣呦到y(tǒng)穩(wěn)定的補(bǔ)償,德國(guó)德國(guó)SCHENCK公司就是采用這種控公司就是采用這種控制方法制方法;另一種方法是將位移、速度和加速度共同進(jìn)行反饋的三參量反饋另一種方法是將位移、速度和加速度共同進(jìn)行反饋的三參量反饋控制方法控制方法,美國(guó)美國(guó)MTS公司就是采用這種控制方法。數(shù)字控制目前采用計(jì)公司就是采用這種控制方法。數(shù)字控制目前采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字迭代的補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行控制算機(jī)進(jìn)行數(shù)字迭代的補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)臺(tái)面地震波的再現(xiàn)。試驗(yàn)時(shí)實(shí)現(xiàn)臺(tái)

21、面地震波的再現(xiàn)。試驗(yàn)時(shí),振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面輸出的波形是期望再現(xiàn)的某個(gè)地震記錄或是模擬設(shè)計(jì)的人工振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面輸出的波形是期望再現(xiàn)的某個(gè)地震記錄或是模擬設(shè)計(jì)的人工地震波。由于包括臺(tái)面、試件在內(nèi)的系統(tǒng)的非線性影響地震波。由于包括臺(tái)面、試件在內(nèi)的系統(tǒng)的非線性影響,在計(jì)算機(jī)給臺(tái)面在計(jì)算機(jī)給臺(tái)面的輸入信號(hào)激勵(lì)下所得到的反應(yīng)與輸出的期望之間必然存在誤差。這時(shí)的輸入信號(hào)激勵(lì)下所得到的反應(yīng)與輸出的期望之間必然存在誤差。這時(shí),計(jì)算機(jī)由臺(tái)面輸出信號(hào)與系統(tǒng)本身的傳遞函數(shù)計(jì)算機(jī)由臺(tái)面輸出信號(hào)與系統(tǒng)本身的傳遞函數(shù)(頻率響應(yīng)頻率響應(yīng))求得下一次驅(qū)求得下一次驅(qū)動(dòng)臺(tái)面所需的補(bǔ)償量和修正后的輸入信號(hào)。經(jīng)過(guò)多次迭代動(dòng)臺(tái)面所需的補(bǔ)償量和修正后

22、的輸入信號(hào)。經(jīng)過(guò)多次迭代,直至臺(tái)面輸出直至臺(tái)面輸出反應(yīng)信號(hào)與原始輸入信號(hào)之間的誤差小于預(yù)先給定的值反應(yīng)信號(hào)與原始輸入信號(hào)之間的誤差小于預(yù)先給定的值,完成迭代補(bǔ)償并完成迭代補(bǔ)償并得到滿意的地震波形。得到滿意的地震波形。 模擬地震振動(dòng)臺(tái)的構(gòu)成模擬地震振動(dòng)臺(tái)的構(gòu)成o4.測(cè)試和分析系統(tǒng)：測(cè)試和分析系統(tǒng)：測(cè)試系統(tǒng)一般是測(cè)量位移、測(cè)試系統(tǒng)一般是測(cè)量位移、加速度和應(yīng)變等參數(shù)加速度和應(yīng)變等參數(shù),總通道數(shù)可達(dá)百余點(diǎn)?？蓽y(cè)量總通道數(shù)可達(dá)百余點(diǎn)?？蓽y(cè)量模模型相對(duì)于臺(tái)面的位移型相對(duì)于臺(tái)面的位移。o 數(shù)據(jù)的采集可以在直觀式示波器或磁帶記錄器上將反數(shù)據(jù)的采集可以在直觀式示波器或磁帶記錄器上將反映的映的時(shí)間歷程時(shí)間歷程記錄

23、下來(lái)記錄下來(lái),或經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換送到數(shù)字計(jì)算或經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換送到數(shù)字計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存機(jī)儲(chǔ)存,并進(jìn)行分析處理。并進(jìn)行分析處理。對(duì)模型的破壞過(guò)程可采用攝對(duì)模型的破壞過(guò)程可采用攝像機(jī)進(jìn)行記錄像機(jī)進(jìn)行記錄 3.5動(dòng)力加載法動(dòng)力加載法3.5.1慣性力加載法慣性力加載法 慣性力加載法是在結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)中慣性力加載法是在結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)中,利利用物體質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力對(duì)結(jié)構(gòu)施用物體質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力對(duì)結(jié)構(gòu)施加動(dòng)荷載。因此加動(dòng)荷載。因此,按產(chǎn)生慣性力的方法通常按產(chǎn)生慣性力的方法通常將其分為將其分為沖擊力加載法、離心力加載法和直沖擊力加載法、離心力加載法和直線位移慣性力加載法線位移慣性力加載法。3.5.1慣性力加載法

24、慣性力加載法1、沖擊力加載：、沖擊力加載：特點(diǎn)是荷載作用時(shí)間極為短促特點(diǎn)是荷載作用時(shí)間極為短促,在它的作用下被加載結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動(dòng)在它的作用下被加載結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動(dòng),適用于適用于進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)。 沖擊力加載方法有初位移法和初速度法兩種：沖擊力加載方法有初位移法和初速度法兩種：1、沖擊力加載、沖擊力加載 (1)初位移加載法初位移加載法 ：初位移加載法也稱為張拉突卸法。如初位移加載法也稱為張拉突卸法。如圖圖3.5.1a所示在結(jié)構(gòu)上拉一鋼絲繩所示在結(jié)構(gòu)上拉一鋼絲繩,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)人為的初始使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)人為的初始強(qiáng)迫位移強(qiáng)迫位移,然后突然釋放然后突然釋放,使結(jié)構(gòu)在靜力

25、平衡位置附近作自由振動(dòng)。使結(jié)構(gòu)在靜力平衡位置附近作自由振動(dòng)。在加載過(guò)程中當(dāng)在加載過(guò)程中當(dāng),拉力達(dá)到足夠大時(shí)拉力達(dá)到足夠大時(shí),事先連接在鋼絲繩上的鋼拉事先連接在鋼絲繩上的鋼拉桿被拉斷而形成突然卸載桿被拉斷而形成突然卸載,通過(guò)調(diào)整拉桿的截面即可獲得不同的初通過(guò)調(diào)整拉桿的截面即可獲得不同的初位移。位移。（1）初位移加載法）初位移加載法 對(duì)于小模型則可采用圖對(duì)于小模型則可采用圖3.5.1b所示的方法所示的方法,使懸掛的重物通過(guò)使懸掛的重物通過(guò)鋼絲對(duì)模型施加水平拉力鋼絲對(duì)模型施加水平拉力,剪斷鋼絲造成突然卸載。這種方法的優(yōu)剪斷鋼絲造成突然卸載。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自振時(shí)荷載已不存在點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自振時(shí)荷載已不

26、存在,對(duì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有附加質(zhì)量的影響對(duì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有附加質(zhì)量的影響,但僅但僅適用于剛度不大的結(jié)構(gòu)。為防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的變形適用于剛度不大的結(jié)構(gòu)。為防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的變形,加載的數(shù)量加載的數(shù)量必須正確控制必須正確控制,經(jīng)常是按所需的最大振幅計(jì)算求得。加載時(shí)應(yīng)防止經(jīng)常是按所需的最大振幅計(jì)算求得。加載時(shí)應(yīng)防止由于加載作用點(diǎn)的偏差而使結(jié)構(gòu)在另一平面內(nèi)同時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生干擾。由于加載作用點(diǎn)的偏差而使結(jié)構(gòu)在另一平面內(nèi)同時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生干擾。 1、沖擊力加載、沖擊力加載(2)初速度加載法初速度加載法：初速度加載法也稱突加荷載法。如圖初速度加載法也稱突加荷載法。如圖3.5.2所示所示,利用擺錘或落重的方法使結(jié)構(gòu)在瞬時(shí)內(nèi)受到水平或垂直

27、的沖利用擺錘或落重的方法使結(jié)構(gòu)在瞬時(shí)內(nèi)受到水平或垂直的沖擊擊,產(chǎn)生一個(gè)初速度產(chǎn)生一個(gè)初速度,同時(shí)使結(jié)構(gòu)獲得所需的沖擊荷載。這時(shí)作用同時(shí)使結(jié)構(gòu)獲得所需的沖擊荷載。這時(shí)作用力的總持續(xù)時(shí)間比結(jié)構(gòu)的有效振型的自振周期短些力的總持續(xù)時(shí)間比結(jié)構(gòu)的有效振型的自振周期短些,所引起的振動(dòng)所引起的振動(dòng)是整個(gè)初速度的函數(shù)是整個(gè)初速度的函數(shù),而不是力的函數(shù)。如圖而不是力的函數(shù)。如圖3.5.2a所示的擺錘所示的擺錘進(jìn)行激振時(shí)進(jìn)行激振時(shí),如果擺錘和建筑物有相同的自振周期如果擺錘和建筑物有相同的自振周期,擺錘的運(yùn)動(dòng)就擺錘的運(yùn)動(dòng)就會(huì)引起建筑物共振會(huì)引起建筑物共振,產(chǎn)生自振振動(dòng)。使用圖產(chǎn)生自振振動(dòng)。使用圖3.5.2b所示的方法

28、時(shí)所示的方法時(shí),荷載將附著于結(jié)構(gòu)一起振動(dòng)荷載將附著于結(jié)構(gòu)一起振動(dòng),并且落重的跳動(dòng)又會(huì)影響結(jié)構(gòu)自振阻并且落重的跳動(dòng)又會(huì)影響結(jié)構(gòu)自振阻尼振動(dòng)尼振動(dòng),同時(shí)有可能使結(jié)構(gòu)受到局部損傷。這時(shí)沖擊力的大小要按同時(shí)有可能使結(jié)構(gòu)受到局部損傷。這時(shí)沖擊力的大小要按結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算,不致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力和變形不致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力和變形 初速度加載法示意圖初速度加載法示意圖落重方法注意的問(wèn)題落重方法注意的問(wèn)題 用垂直落重沖擊時(shí)用垂直落重沖擊時(shí),落重取結(jié)構(gòu)自重的落重取結(jié)構(gòu)自重的0.1% (指試驗(yàn)對(duì)象跨間指試驗(yàn)對(duì)象跨間),落重高度落重高度h2.5m,為防止重物回彈再次撞擊和局部受損為防止重物回彈再次撞

29、擊和局部受損,擬在落點(diǎn)擬在落點(diǎn)處鋪設(shè)處鋪設(shè)152Ocm的砂墊層的砂墊層 3.6試驗(yàn)臺(tái)座與支承裝置試驗(yàn)臺(tái)座與支承裝置3.6.1試驗(yàn)臺(tái)座試驗(yàn)臺(tái)座 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)座是永久性的固定設(shè)備結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)座是永久性的固定設(shè)備,用用以平衡施加在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)物上的荷載產(chǎn)生的反力。試驗(yàn)臺(tái)以平衡施加在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)物上的荷載產(chǎn)生的反力。試驗(yàn)臺(tái)座的臺(tái)面一般與實(shí)驗(yàn)室地坪標(biāo)高一致座的臺(tái)面一般與實(shí)驗(yàn)室地坪標(biāo)高一致,這樣可以充分利這樣可以充分利用實(shí)驗(yàn)室的地坪面積用實(shí)驗(yàn)室的地坪面積,使室內(nèi)水平運(yùn)輸搬運(yùn)物件比較方使室內(nèi)水平運(yùn)輸搬運(yùn)物件比較方便便,但易干擾試驗(yàn)活動(dòng)。也可以高出地平面但易干擾試驗(yàn)活動(dòng)。也可以高出地平面,使之成為獨(dú)

30、使之成為獨(dú)立體系立體系,這樣試驗(yàn)區(qū)劃分比較明確這樣試驗(yàn)區(qū)劃分比較明確,不受周邊活動(dòng)及水平不受周邊活動(dòng)及水平交 通 運(yùn) 輸 的 影 響 。 臺(tái) 座 的 承 載 能 力 一 般 為交 通 運(yùn) 輸 的 影 響 。 臺(tái) 座 的 承 載 能 力 一 般 為200100OKN/m2。3.6.1試驗(yàn)臺(tái)座試驗(yàn)臺(tái)座 設(shè)計(jì)臺(tái)座時(shí)設(shè)計(jì)臺(tái)座時(shí),其縱向和橫向均應(yīng)按各種試驗(yàn)組合可其縱向和橫向均應(yīng)按各種試驗(yàn)組合可能產(chǎn)生的最不利受力情況進(jìn)行驗(yàn)算與配筋能產(chǎn)生的最不利受力情況進(jìn)行驗(yàn)算與配筋,以保證具有以保證具有足夠的強(qiáng)度和整體剛度。用于動(dòng)力試驗(yàn)的臺(tái)座還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和整體剛度。用于動(dòng)力試驗(yàn)的臺(tái)座還應(yīng)有足夠的質(zhì)量和耐疲勞強(qiáng)度足夠的

31、質(zhì)量和耐疲勞強(qiáng)度,防止引起共振和疲勞破壞防止引起共振和疲勞破壞,尤尤其應(yīng)注意局部預(yù)埋件和焊縫的疲勞破壞。如果實(shí)驗(yàn)室其應(yīng)注意局部預(yù)埋件和焊縫的疲勞破壞。如果實(shí)驗(yàn)室內(nèi)同時(shí)有靜力和動(dòng)力臺(tái)座內(nèi)同時(shí)有靜力和動(dòng)力臺(tái)座,則靜力試驗(yàn)臺(tái)座與動(dòng)力試驗(yàn)則靜力試驗(yàn)臺(tái)座與動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)座應(yīng)分離設(shè)置臺(tái)座應(yīng)分離設(shè)置,避免動(dòng)力試驗(yàn)對(duì)靜力試驗(yàn)的干擾。按避免動(dòng)力試驗(yàn)對(duì)靜力試驗(yàn)的干擾。按結(jié)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)的不同,目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的試驗(yàn)臺(tái)座有以下幾種。目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的試驗(yàn)臺(tái)座有以下幾種。 1.槽式試驗(yàn)臺(tái)座槽式試驗(yàn)臺(tái)座 這是目前國(guó)內(nèi)用得較多的比較典型的靜力試驗(yàn)臺(tái)座。其構(gòu)造特點(diǎn)是沿臺(tái)座縱向全長(zhǎng)布置幾條槽軌。該槽軌是用型鋼制成的縱向框架式結(jié)構(gòu),埋置

32、在臺(tái)座的混凝土內(nèi),如圖3.6.1所示。槽軌的作用在于錨固加載支架,用以平衡結(jié)構(gòu)物上的荷載產(chǎn)生的反力。如果荷載架立柱用圓鋼成,直接可用兩個(gè)螺帽固定于槽內(nèi);如果荷載架立柱由型鋼制成,則在其底部設(shè)計(jì)成鋼結(jié)構(gòu)柱腳的構(gòu)造,用地腳螺栓固定在槽內(nèi) 。 槽式試驗(yàn)臺(tái)座示意圖槽式試驗(yàn)臺(tái)座示意圖 2、地錨式試驗(yàn)臺(tái)座、地錨式試驗(yàn)臺(tái)座 這種臺(tái)座在臺(tái)面上每隔一定間距設(shè)置一個(gè)地腳螺栓,螺栓下端錨固在混凝土內(nèi),頂端伸出到臺(tái)座表面特制的地槽內(nèi),并略低于臺(tái)座表面標(biāo)高,如圖3.6.2所示。使用時(shí),通過(guò)套筒螺母與荷載架立柱連接。平時(shí)用蓋板將地槽蓋住,以保護(hù)螺栓端部,并防止雜物落入孔穴。這種臺(tái)座的缺點(diǎn)是螺栓受損后修理困難。此外,由于螺

33、栓位置是固定的,所以安裝試件的位置受到限制,不如槽式臺(tái)座方便 地錨式試驗(yàn)臺(tái)座示意圖地錨式試驗(yàn)臺(tái)座示意圖 3.箱式試驗(yàn)臺(tái)座箱式試驗(yàn)臺(tái)座 這種臺(tái)座本身就是一個(gè)剛度很大的箱形結(jié)構(gòu),臺(tái)座頂板沿縱、橫兩個(gè)方向按一定間距留有豎向貫穿的孔洞,以固定立柱或梁式槽軌,如圖3.6.3所示 3.箱式試驗(yàn)臺(tái)座箱式試驗(yàn)臺(tái)座 臺(tái)座配備有短的梁式活動(dòng)槽軌,便于沿孔洞連線的任意位置加載,即先將槽軌固定在相鄰的兩孔間,然后將立柱(或拉桿)按加載的位置固定在槽軌中。試驗(yàn)量測(cè)與加載構(gòu)造可在臺(tái)座上面,也可在箱形結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行,所以臺(tái)座的結(jié)構(gòu)本身也就是實(shí)驗(yàn)室的地下室,可供長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)或特種試驗(yàn)使用。這種臺(tái)座的加載點(diǎn)位置可沿臺(tái)座縱向任意變

34、動(dòng)。其缺點(diǎn)是型鋼用量大,槽軌施工精度要求較高。由于地腳螺栓容易松動(dòng),故不適用于動(dòng)力試驗(yàn)。更大型的箱形試驗(yàn)臺(tái)座同時(shí)還可兼作為實(shí)驗(yàn)室房屋的基礎(chǔ)。因而場(chǎng)地的空間利用率高,加載器設(shè)備管路易布置,臺(tái)面整潔。它的主要缺點(diǎn)是安裝和移動(dòng)設(shè)備較困難。 箱式試驗(yàn)臺(tái)座示意圖箱式試驗(yàn)臺(tái)座示意圖 4、槽錨式試驗(yàn)臺(tái)座、槽錨式試驗(yàn)臺(tái)座 這種臺(tái)座兼有槽式及地錨式臺(tái)座的特點(diǎn),如圖3.6.4所示。同時(shí),由于抗震試驗(yàn)的需要,利用錨栓一方面可固定試件,另一方面可承受水平剪力。 槽錨式試驗(yàn)臺(tái)座示意圖槽錨式試驗(yàn)臺(tái)座示意圖 5.梁式臺(tái)座梁式臺(tái)座 在預(yù)制構(gòu)件廠和小型結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室中,當(dāng)缺少大型試驗(yàn)臺(tái)座時(shí),也可以采用抗彎大梁式或空間桁架式臺(tái)座,以滿足中小型構(gòu)件試驗(yàn)或混凝土制品檢驗(yàn)的要求?？箯澊罅号_(tái)座本身是一根剛度極大的鋼梁或鋼筋混凝土大梁,其構(gòu)造如圖3.6.5所示。當(dāng)用液壓加載器和分配梁加載時(shí)