第三章加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置

1、 第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置 安徽工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院 第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置主要內(nèi)容：結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的加載方法結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的加載方法試驗(yàn)臺(tái)座和荷載支承設(shè)備試驗(yàn)臺(tái)座和荷載支承設(shè)備第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置1.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的加載方法重物加載法 氣壓加載法機(jī)械機(jī)具加載 液壓加載法動(dòng)力加載法慣性力加載法電磁加載法現(xiàn)場激振加載法第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置重物加載法 重物加載法是利用物體本身的重量施加在結(jié)構(gòu)上作為模擬荷載，包括重物直接加載法和杠桿加載法；第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置重物直接加載法預(yù)應(yīng)力鋼混凝土組合梁長期荷載試驗(yàn)第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置重物直接加載法 采用鑄鐵法碼、磚塊、袋裝水泥等作均布荷載時(shí)，應(yīng)

2、 注意重物尺寸和堆放距離； 采用砂、石等松散顆粒材料作為均布荷載時(shí)，切勿連 續(xù)松散堆放，宜采用袋裝堆放，以防止砂石材料磨擦 角引起的拱作用； 環(huán)境濕度不同時(shí)，可能引起砂石重量隨含水率而變化， 造成荷載值的不穩(wěn)定。第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置重物直接加載法 網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 平板結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)： 全部承載面被水掩蓋，不利于布置儀表和觀測； 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。自來水管放水虹吸管放水第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置杠桿加載法第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置杠桿加載法結(jié)構(gòu)變形后荷載不改變，但無法自行卸載。第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置氣壓加載法氣壓加載分為正壓加載和負(fù)壓加載兩種優(yōu)點(diǎn)：加、卸載方

3、便，荷載穩(wěn)定、安全，結(jié)構(gòu)破壞時(shí)能 夠自 動(dòng)卸載；缺點(diǎn)：安裝量測儀表受到限制，觀測裂縫不方便，加載 面無法觀測。適用于平板、殼體等平面結(jié)構(gòu)施加均布荷載第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置機(jī)械機(jī)具加載法常用機(jī)具：絞車、卷揚(yáng)機(jī)、吊鏈（倒鏈葫蘆）、卷揚(yáng)機(jī)、 花籃螺絲、螺旋千斤頂、彈簧等；優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，集中力的方向便于控制；缺點(diǎn)：荷載較小，加卸載速度慢，荷載作用點(diǎn)的變形會(huì) 引起荷載值的較大改變。適用于施加水平荷載第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置液壓加載法液壓加載系統(tǒng)地震模擬振動(dòng)臺(tái)電液伺服加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)目前結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最常用的加載方法，可適用于靜、 動(dòng)載試驗(yàn)，噸位可大、可?。灰簤杭虞d裝置優(yōu)點(diǎn)：利用油壓使液壓千斤頂產(chǎn)生

4、較大的荷載，試驗(yàn)操作安全方便。第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置液壓加載系統(tǒng)液壓加載器（千斤頂、油泵、油管系統(tǒng)）液壓（加載）控制臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)座反力架、加載架組成部分適用于各類結(jié)構(gòu)的靜載試驗(yàn)（包括擬靜力試驗(yàn)）第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置液壓加載器液壓千斤頂液壓千斤頂電動(dòng)泵電動(dòng)泵第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置液液壓壓千千斤斤頂頂手手動(dòng)動(dòng)電電動(dòng)動(dòng)泵泵第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置液壓加載系統(tǒng)液壓加載系統(tǒng)及液壓千斤頂示意圖液壓加載系統(tǒng)及液壓千斤頂示意圖第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置液壓加載系統(tǒng)鋼桁架結(jié)構(gòu)靜力分析試驗(yàn)鋼桁架結(jié)構(gòu)靜力分析試驗(yàn)液壓千斤頂豎向反力架支墩手動(dòng)油泵第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī) 大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)本身就是

5、一種比較完善的液壓加載系統(tǒng)； 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； 混凝土梁、板、柱和砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受壓和受彎試驗(yàn)； 設(shè)備的構(gòu)造和加載原理與一般材料試驗(yàn)機(jī)相同。第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)10000kN大型多功能試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置電液伺服加載系統(tǒng)電液伺服作動(dòng)器（伺服千斤頂）控制系統(tǒng)液壓源組成部分將荷載、應(yīng)變、位移等不同力學(xué)參量直接作為控制參數(shù)，實(shí)行自動(dòng)控制，并在試驗(yàn)過程中進(jìn)行控制參量的轉(zhuǎn)換；主要采用了電液伺服閥進(jìn)行閉環(huán)控制第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置電液伺服加載系統(tǒng)電液伺服作動(dòng)器（伺服千斤頂）第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置電液伺服加載系統(tǒng)控制系統(tǒng)分油器第三章 加載設(shè)備與

6、試驗(yàn)裝置電液伺服加載系統(tǒng)液壓源冷卻塔第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置電液伺服加載系統(tǒng) 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； 電液伺服閥是電液伺服作動(dòng)器的核心元件，實(shí)現(xiàn)電、液信號(hào)的轉(zhuǎn)換和 控制； 伺服閥輸出的高壓油流量和控制電流成正比。電液伺服作動(dòng)器第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置電液伺服加載系統(tǒng)控制系統(tǒng)液壓控制器電參量信號(hào)控制器繪圖儀計(jì)算機(jī)液壓源整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的液壓動(dòng)力第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置電液伺服加載系統(tǒng)液壓源濾油器控制系統(tǒng)閉環(huán)控制：高壓油從液壓油源的油泵3輸出經(jīng)過濾油器進(jìn)入電液伺服閥4，然后輸入到雙向作動(dòng)器5的左右室內(nèi)，對試件6施加所需要的荷載；根據(jù)不同的控制類型，反饋信號(hào)由7、8、9測得

7、，所測得的信號(hào)分別經(jīng)過與之想對應(yīng)的調(diào)節(jié)器10、11、12進(jìn)行放大，其輸出的便是控制變量的反饋值，在記錄及顯示裝置13上反映；指令發(fā)生器14根據(jù)試驗(yàn)要求發(fā)出指令信號(hào)，該指令信號(hào)與反饋信號(hào)在伺服控制器15中進(jìn)行比較，其差值為誤差信號(hào)，經(jīng)放大后予以反饋，用來控制電液伺服閥4操縱液壓作動(dòng)器5的工作，從而完成了全系統(tǒng)的閉環(huán)控制。第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置模擬地震振動(dòng)臺(tái)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)組成部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的一種先進(jìn)試驗(yàn)設(shè)備測試和分析系統(tǒng)第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置模擬地震振動(dòng)臺(tái)模擬地震振動(dòng)臺(tái)第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置模擬地震振動(dòng)臺(tái)美國MTS公司三向六自由度模擬地震振動(dòng)臺(tái)，臺(tái)面尺寸

8、4m4m，最大試件質(zhì)量25t；同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室模擬地震振動(dòng)臺(tái)位移、速度、加速度三參量反饋控制；德國SCHENCK公司位移反饋控制的PID控制方法；第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置動(dòng)力加載法慣性力加載法電磁加載法現(xiàn)場激振方法主要包括產(chǎn)生慣性力的方法沖擊力加載法（初位移、初速度）離心力加載法 直線位移慣性力加載法人體激振動(dòng)加載法人工爆炸激振法環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)激振法 （脈動(dòng)法）第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置動(dòng)力加載法初位移加載法第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置動(dòng)力加載法初速度加載法第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置2.試驗(yàn)臺(tái)座和荷載支承設(shè)備 永久性的固定設(shè)備，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; 臺(tái)

9、面一般與試驗(yàn)室地坪標(biāo)高一致，充分利用試驗(yàn) 室的地坪面積，水平運(yùn)輸搬運(yùn)物件比較方便，但 易干擾試驗(yàn)活動(dòng)，也可以高出地平面，使之成為 獨(dú)立體系，這樣試驗(yàn)區(qū)劃分比較明確，不受周邊 活動(dòng)及水平交通運(yùn)輸?shù)挠绊? 臺(tái)座的承載能力一般在2001000kN/m 2；第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置2.試驗(yàn)臺(tái)座和荷載支承設(shè)備槽式試驗(yàn)臺(tái)座地錨式試驗(yàn)臺(tái)座抗彎大梁式臺(tái)座槽錨式試驗(yàn)臺(tái)座箱式試驗(yàn)臺(tái)座空間桁架式臺(tái)座試驗(yàn)臺(tái)座 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，防止引起共振和疲勞破壞，尤其應(yīng)注意局部預(yù)埋件和焊縫的疲勞破壞； 若同時(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)臺(tái)座應(yīng)分離設(shè)置，避免動(dòng)力試驗(yàn)對靜力試驗(yàn)的干擾。第

10、三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置槽式試驗(yàn)臺(tái)座 沿臺(tái)座縱向全長布置幾條槽軌； 槽軌用型鋼制成的縱向框架式結(jié)構(gòu)，埋置在臺(tái)座的混凝土內(nèi)，其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制成，直接可用兩個(gè)螺帽固定于槽內(nèi)；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，用地腳螺絲固定在槽內(nèi)。構(gòu)造特點(diǎn)： 目前國內(nèi)用得較多典型的靜力試驗(yàn)臺(tái)座第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置槽式試驗(yàn)臺(tái)座 槽式試驗(yàn)臺(tái)座（高出地面500mm）槽式試驗(yàn)臺(tái)座 （安工大）第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置地錨式試驗(yàn)臺(tái)座 沿臺(tái)面上每隔一定間距設(shè)置一個(gè)地腳螺絲，螺絲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

11、標(biāo)高，使用時(shí)，通過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)螺絲端部，并防止雜物落入孔穴；構(gòu)造特點(diǎn)：缺點(diǎn)： 螺絲受損后修理困難；螺絲位置是固定的，安裝試件的位置受到限制，不如槽式臺(tái)座方便。第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置地錨式試驗(yàn)臺(tái)座地錨式試驗(yàn)臺(tái)座 （安工大）第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置箱式試驗(yàn)臺(tái)座 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，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，然后將立柱按加載的位置固定在槽軌中； 試驗(yàn)量測與加載可在臺(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)本身也就是試驗(yàn)室的地下室，

12、可供長期荷載試驗(yàn)或特種試驗(yàn)使用；構(gòu)造特點(diǎn)：缺點(diǎn)：型鋼用量大，槽軌施工精度要求較高；地腳螺絲容易松動(dòng)，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)還可兼作為試驗(yàn)室房屋的基礎(chǔ)，因而場地的空間利用率高，加載器設(shè)備管路易布置，但安裝和移動(dòng)設(shè)備較困難。第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置槽錨式試驗(yàn)臺(tái)座 兼有槽式及地錨式臺(tái)座 的特點(diǎn)； 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。構(gòu)造特點(diǎn)：第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置抗彎大梁式臺(tái)座 在預(yù)制構(gòu)件廠和小型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室中，當(dāng)缺少大型試驗(yàn)臺(tái)座時(shí)，可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； 抗彎大梁臺(tái)座本身是

13、一根剛度極大的鋼梁或鋼筋混凝土大梁，當(dāng)用液壓加載器和分配梁加載時(shí)，產(chǎn)生的反作用力通過門型荷載架傳至大梁，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的支座反力也由臺(tái)座大梁承受，使之保持平衡。構(gòu)造特點(diǎn)：適用于中小型構(gòu)件試驗(yàn)， 跨度短、荷載??；自平衡式，對支座和支承 條件無要求第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置空間桁架式臺(tái)座 由型鋼制成的專門試驗(yàn)架，一般用于進(jìn)行中等跨度的橋架 及屋面大梁的試驗(yàn)； 可施加為數(shù)不多的集中荷載，液壓加載器的反作用力由空 間桁架自身平衡。構(gòu)造特點(diǎn)：第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置空間桁架式臺(tái)座 由型鋼制成的專門試驗(yàn)架，一般用于進(jìn)行中等跨度的橋架 及屋面大梁的試驗(yàn)； 可施加為數(shù)不多的集中荷載，液壓加載器的反作用力由空 間桁

14、架自身平衡。構(gòu)造特點(diǎn)：第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置水平反力裝置反力墻反力架千斤頂水平連接件主要包括固定式移動(dòng)式固定式第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置固定式反力墻 國內(nèi)外大多采用混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，并且和試驗(yàn)臺(tái)座剛性連接以減少自身的變形； 反力墻與千斤頂?shù)倪B接方式：縱向滑軌式錨栓連接、螺孔式錨栓連接、橫向滑軌式錨栓連接。 在混凝土反力墻上，按一定距離設(shè)有孔洞，以便用螺栓錨住加載器的底板；第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置移動(dòng)式水平反力架 一般采用鋼結(jié)構(gòu)，通過螺栓與試驗(yàn)臺(tái)座的槽軌錨固。構(gòu)造特點(diǎn)：第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置移動(dòng)式水平反力架水平反力架千斤頂水平連接件第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置豎向反力裝置 荷載架

15、主要是由立柱和橫梁組成，可以用型鋼制成，取材方便，制作簡單； 荷載架的高度和承載力可按試驗(yàn)需要設(shè)計(jì)，為試驗(yàn)室內(nèi)固定的大型試驗(yàn)臺(tái)座上的荷載支撐設(shè)備。 按鋼結(jié)構(gòu)的柱與橫梁設(shè)計(jì)，連接采用精制螺栓或圓銷，強(qiáng)度、剛度要求較高，必須滿足大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的要求；第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置豎向反力裝置 千斤頂與荷載架連接件； 抗震試驗(yàn)時(shí)，由于水平地震反復(fù)作用，試件要發(fā)生側(cè)移，此時(shí)垂直千斤頂要求對試件的荷載點(diǎn)保持不變，即必須同試件一起移動(dòng)，這時(shí)需要依靠千斤頂與橫梁之間的滾軸來實(shí)現(xiàn)。 一般靜力試驗(yàn)時(shí)，只要使千斤頂與試件保持穩(wěn)定即可；豎向反力架第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置分配梁 當(dāng)用一個(gè)加載器（千斤頂）施加兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上荷載時(shí)， 常通過分配梁實(shí)現(xiàn)；特點(diǎn)： 分配梁應(yīng)為單跨簡支形式，剛度足夠大，重量盡量??； 分配梁配置不宜超過兩層，以免使用中失穩(wěn)或引起誤差。第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置支座與支墩 試驗(yàn)裝置中模擬結(jié)構(gòu)受力和邊界條件的重要組成部分，是 支承結(jié)構(gòu)、正確傳遞作用力和模擬實(shí)際荷載圖式的設(shè)備； 支墩：簡易支座，鋼或鋼筋砼制作，現(xiàn)場試驗(yàn)多為磚砌體； (教材P37)作用方式滾動(dòng)鉸支座固定鉸支座球鉸支座刀口支座（固定鉸支座的一種特定形式）混凝土支墩第三章 加載設(shè)備與試驗(yàn)裝置支座與支墩 必須保證結(jié)構(gòu)在支座處能自