第2章-建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)試驗(yàn)荷載與加載方法

1、第二章荷載與加載第2章 試驗(yàn)荷載與加載o2.1 概述o工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)為模擬結(jié)構(gòu)在實(shí)際受力工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，必須對(duì)試驗(yàn)對(duì)象施加荷載，結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本方法。o工程試驗(yàn)用的荷載形式、大小、加載方式是根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康囊?，以便更好地模擬原有荷載等因素選擇。第二章荷載與加載第2章 試驗(yàn)荷載與加載o教學(xué)內(nèi)容 o2.1重物加載 o2.2機(jī)械式加載 o2.3氣壓加載 o2.4液壓加載：包括液壓加載的分類，液壓系統(tǒng)，液壓加載器荷載的標(biāo)定。 o2.5動(dòng)荷加載方法：包括慣性力加載，激振器加載（機(jī)械式激振器，電磁式激振器），爆炸加載。 o2.6加載輔助設(shè)備：荷載支承裝置，荷載傳遞裝置 o2.7試件支承裝置。

2、 第二章荷載與加載第2章 試驗(yàn)荷載與加載o重點(diǎn)：重物加載，液壓加載的分類，液壓系統(tǒng)，液壓加載器荷載的標(biāo)定，荷載支承裝置，荷載傳遞裝置，試件支承裝置。 o難點(diǎn)：動(dòng)荷加載方法 第二章荷載與加載試驗(yàn)荷載與加載o1熟練掌握重物加載，液壓加載的分類，液壓系統(tǒng)，液壓器荷載的標(biāo)定。 o2熟練掌握荷載支承裝置，荷載傳遞裝置，試件支承裝置。 o3掌握機(jī)械式加載，氣動(dòng)加載，動(dòng)荷加載第二章荷載與加載2.1 概述o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：o重力加載法； 氣壓加載法；o液壓加載法； 電磁加載法；o慣性力加載法； 人激振動(dòng)加載法；o機(jī)械力加載法； 環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)激振法。第二章荷載與加載2.1 概述o正確選

3、用試驗(yàn)的荷載設(shè)備和加載方法要求：o1、荷載圖式與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算荷載圖式所產(chǎn)生的內(nèi)力值一致或接近；o2、荷載傳力方式和作用點(diǎn)明確；o3、荷載分級(jí)分度值滿足量測精度，加載設(shè)備有強(qiáng)度儲(chǔ)備；o4、加載裝置安全可靠（強(qiáng)度、變形、剛度）；o5、設(shè)備操作方便，便于加卸、控制；o6、采用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，減輕勞力，提高質(zhì)量。第二章荷載與加載2.2 重力加載o包括重力直接加載法和杠桿加載法包括重力直接加載法和杠桿加載法o直接加載法直接加載法o應(yīng)注意避免因荷 重塊產(chǎn)生拱作用 而改變荷載分布。o杠桿加載法杠桿加載法 結(jié)構(gòu)變形后荷載 不改變，但無法 自行卸載。第二章荷載與加載2.2 重力加載o重力加載法重力加載法第二章荷載

4、與加載2.2 重力加載o杠桿加載法杠桿加載法第二章荷載與加載o1重物加載的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：重物加載是最古老的一種加載方式，但是它也可以做到很精確，比如最精密的天秤，實(shí)際上就采用了重物加載，就是用法碼。同樣，在我們結(jié)構(gòu)試驗(yàn)當(dāng)中，用重物加載也可以做到很精確，而且它的重物有時(shí)候取得很方便。但是它有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是當(dāng)你荷載很大的時(shí)候，加載的勞動(dòng)強(qiáng)度很大。o2重物加載的作用：通過重物加載這種方式可以實(shí)現(xiàn)均布荷載的加載，也可以實(shí)現(xiàn)集中荷載的加載。假如說要加集中合載，就需要用料盤來加載，一般把料盤也稱為加荷籃。假如說荷載再大，就可以通過杠桿來加載。o3重物加載實(shí)現(xiàn)均布荷載第二章荷載與加載第二章荷載與加載第二

5、章荷載與加載o大家在這里首先可以看到這是要做的一個(gè)梁，這個(gè)梁是簡支的，它通過一個(gè)活動(dòng)支座、一個(gè)固定支座實(shí)現(xiàn)這個(gè)簡支梁，那么這個(gè)活動(dòng)支座和固定支座這部分實(shí)際就屬于試件的支撐裝置，這講義上會(huì)介紹。底下這部分是為了使這個(gè)試件，架設(shè)到一定的高度，所以它有一個(gè)一般叫支墩或者叫做臺(tái)座。上面就是加的荷重，那么加這種荷重的時(shí)候，不能夠把荷重都是連續(xù)的加進(jìn)來，必須分成區(qū)域，使每個(gè)區(qū)域之間有一定的間隙。這個(gè)間隙一般都在50毫米以上。它的目的就是為了當(dāng)這個(gè)荷載加上以后，這個(gè)梁，要產(chǎn)生撓度，向下彎曲。它一彎曲就使得這個(gè)荷載之間就要接近。那么這個(gè)縫隙就要保證這個(gè)荷載之間不能搭接起來。假如說荷載一搭接那么就形成拱的作用了

6、。那它這個(gè)荷載加的就不是均布的了，實(shí)際就傳到兩端去了。o在正規(guī)實(shí)驗(yàn)室里一般要準(zhǔn)備好些荷重塊，要用鑄鐵或者鑄鋼，把這個(gè)鑄成適合于人搬動(dòng)的一些小的加荷塊，一般用它的質(zhì)量來衡量，所以可以鑄成1公斤的、5公斤的、10公斤的、20公斤的等等。事先把它稱量準(zhǔn)確。如果你事先也可以把它加工的很準(zhǔn)確，當(dāng)然這樣試驗(yàn)時(shí)很方便，但是制造成本就高了，假如說你不加工準(zhǔn)確，但是你要把它稱量準(zhǔn)確，把它標(biāo)在加荷塊上，試驗(yàn)的時(shí)候就適當(dāng)?shù)慕M合，也可以把它組合的很準(zhǔn)確。如果在現(xiàn)場，或者是你的加荷塊不夠了，也可以臨時(shí)取用些沙子、石頭等做成沙袋或者碎石的袋。把每一袋的重量都稱量準(zhǔn)確，也可以用來加荷。所以說重物加荷是一種很方便的加荷方式，

7、它對(duì)于施加均布荷載是很方便的。第二章荷載與加載第二章荷載與加載o重物加荷，但是它用的是水，比如說做雙向板或者做網(wǎng)架，一個(gè)很大面積的均布荷載的時(shí)候，可以用一個(gè)水槽，這個(gè)水槽不要底，就光要四周，把它圈起來。給個(gè)底面試件來加荷，然后用一個(gè)防水的膠布做成一個(gè)水槽，里面加水，用水的重量作為荷載。但是用水加荷的時(shí)候，當(dāng)加荷的面積很大的時(shí)候，就有一個(gè)什么問題呢？就是當(dāng)面積很大，底下試件有一定的撓度，它向下變形，所以水深，實(shí)際上中間深，邊上淺。使得均布荷載不是很均布的，中間可能荷載要大，邊上可能荷載要小。這也是一種重物加荷。o前兩種方法都是均布荷載的加載方法。第二章荷載與加載o4重物加載實(shí)現(xiàn)集中荷載這張圖表示

8、的是用重物加荷來施加集中荷載，也是一根梁要加兩個(gè)集中荷載，那么這時(shí)候我們就用兩個(gè)荷載料斗，或者把它叫做吊籃，那么在吊籃里可以施加各種重物，來實(shí)現(xiàn)集中荷載的加荷。當(dāng)荷載很大，直接用吊籃加荷，達(dá)不到它的荷載值的要求的時(shí)候，可以通過杠桿來使這個(gè)荷載值增大。第二章荷載與加載2.3 液壓加載目前結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最常用的加載方法；o 可適用于靜、動(dòng)載試驗(yàn)，噸位可大、可?。籵液壓加載方法：o 液壓加載系統(tǒng)和試驗(yàn)臺(tái)座；o 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)。第二章荷載與加載2.3 液壓加載o液壓加載裝置液壓加載裝置o 液壓加載器；o 液壓加載系統(tǒng)；o 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)；o 電液伺服液壓系統(tǒng)；o 地震模擬振動(dòng)臺(tái)。第二章荷載與加載2.3 液壓加

9、載o2.3.1液壓加載器o千斤頂?shù)诙潞奢d與加載2.3 液壓加載o2.3.1液壓加載器o電動(dòng)泵第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.1液壓加載器o雙向液壓加載器第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.2液壓加載系統(tǒng)液壓加載系統(tǒng)o組成部分組成部分o 液壓加載器o 液壓控制臺(tái)o 反力架o 臺(tái)座o適用于各類結(jié)構(gòu)的靜載試驗(yàn)（包括擬靜力試驗(yàn)）第二章荷載與加載o主要是掌握它們這么幾點(diǎn)內(nèi)容：o1）它的主要加載的作用是通過這個(gè)外面這一部分，這個(gè)是一個(gè)油缸，里面這一部分是活塞，這個(gè)長的桿，就是活塞桿了，它的作用就是通過，你把油通過進(jìn)油口打進(jìn)去以后，由這個(gè)油的壓力推動(dòng)活塞向前移動(dòng)，那么這就產(chǎn)生力了，那么由這

10、個(gè)活塞桿把這個(gè)力施加給試件。那么它的作用就是通過活塞來推動(dòng)活塞桿移動(dòng)來施加力。這是液壓加載的一個(gè)主要的作用。它就這么來起作用的。o2）為什么把它叫單作用呢，就是它只能從這邊進(jìn)油，那么它會(huì)產(chǎn)生很大的力來施加力，那么它反向，反向雖然也可以進(jìn)油來推動(dòng)活塞往回走，但反向活塞面積也很小，所以它反向的時(shí)候?qū)嶋H上不起加力的作用，而僅僅是當(dāng)你卸荷的時(shí)候，可以加速的卸掉荷載。所以它只能施加壓力，所以把它叫做單作用加載器。o3）另外注意的就是這一部分，這一部分它實(shí)際要做成一個(gè)鉸，做成鉸的目的，就是使當(dāng)你外界試件發(fā)生變形的時(shí)候它這個(gè)鉸可以有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，使這個(gè)整個(gè)加載器施加的是一個(gè)單向的壓力，就是說它不會(huì)產(chǎn)生彎曲。這種

11、加載器雖然它是為靜載試驗(yàn)加載專門做的，但是它的技術(shù)基本上是采用的分體式千斤頂?shù)募夹g(shù)。所以它這個(gè)活塞和油缸密封是采用的橡膠的密封件，所以它的摩擦力比較大。第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.3大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)o1. 測試空間:120 x120 x120cm2. 1200 噸主油壓缸,鑄鋼本體 3. 行程: 300mm4. 閉回路電液伺服油壓系統(tǒng) 第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.3大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.3大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.4電液伺服液壓系統(tǒng)o電液伺服加載器o控制系統(tǒng)o液壓

12、源o直接控制負(fù)荷、應(yīng)變、位 移。自動(dòng)控制。第二章荷載與加載第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.4電液伺服液壓系統(tǒng)o電液伺服加載器第二章荷載與加載o這個(gè)加載器相對(duì)來講就是比較現(xiàn)代化的了。從它的構(gòu)造原理來講與一個(gè)雙作用的加載器沒有太大區(qū)別。它也是中間一個(gè)活塞，帶了一個(gè)活塞桿。標(biāo)號(hào)12是油缸的底部。所以這個(gè)活塞桿是通過它的前部，也通過它的底部，所以在這個(gè)活塞上兩面的壓力的作用面積是相等的。當(dāng)它推這個(gè)活塞的時(shí)候，或者向后推，或者向前推這個(gè)活塞的時(shí)候，兩面的壓力是一樣的。所以它的拉力和壓力兩面是完全相等的。另外一個(gè)它的最大的區(qū)別就是電液伺服加載器有一個(gè)叫電液伺服閥。o當(dāng)然要詳細(xì)講這個(gè)電液伺服閥，因

13、為它的構(gòu)造很復(fù)雜，也沒有必要那么細(xì)去掌握，但是對(duì)它的功能要知道，所謂電液伺服閥，就是它通過一個(gè)簧片，通過電信號(hào)來控制這個(gè)簧片的來回?cái)[動(dòng)，使得這個(gè)流量可以很精確的控制，比如說進(jìn)油還是回油，它控制的很精確，那么電流的變化實(shí)際上就改變了它的供油量的變化，這是這個(gè)閥的功能，下面會(huì)介紹通過這個(gè)系統(tǒng)可以使它能夠很準(zhǔn)確的來控制它的加荷，可以通過位移來控制，也可以通過荷載來控制。o它的最大特點(diǎn)就是用一個(gè)電液伺服閥來控制供油，所以可以供的很精確，另外一個(gè)就是它本身也直接接上一個(gè)荷載傳感器來測力，它的兩端都做成鉸，這端是個(gè)鉸，這端也是個(gè)鉸，那么這個(gè)整個(gè)加載器實(shí)際上是個(gè)二力桿，所以這個(gè)加載器本身總是在受拉或者受壓。

14、o液壓加載器咱們介紹了四種，一個(gè)就是普通的液壓千斤頂，再一個(gè)就是單作用的加載器，一個(gè)雙向作用加載器和一個(gè)電液伺服的作動(dòng)器。電液伺服的作動(dòng)器，為什么它不叫加載器呢？因?yàn)?，這個(gè)電液伺服作動(dòng)器，這個(gè)作動(dòng)器是起自動(dòng)控制作用的，自動(dòng)控制里的執(zhí)行元件一般叫做作動(dòng)器。o但是光有一個(gè)加載器實(shí)際上還不能實(shí)現(xiàn)加載，還要形成一個(gè)液壓加載系統(tǒng)，這個(gè)液壓加載系統(tǒng)就像開頭咱們講到的它要有油管，有泵等等。第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.4電液伺服液壓系統(tǒng)o電液伺服閥第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.5地震模擬振動(dòng)臺(tái)第二章荷載與加載2.3 液壓加載o2.3.5地震模擬振動(dòng)臺(tái)o美國MTS公司三向六 自由度維模

15、擬地震振 動(dòng)臺(tái)，o臺(tái)面尺寸4m4m，o最大試件質(zhì)量25t。第二章荷載與加載第二章荷載與加載2.4 慣性力加載o利用運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量的慣性施加動(dòng)力荷載利用運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量的慣性施加動(dòng)力荷載o2.4.1沖擊力加載法o1、初位移加載法初位移加載法第二章荷載與加載2.4 慣性力加載o2.4.1沖擊力加載法o2、初速度加載法初速度加載法第二章荷載與加載第二章荷載與加載2.4 慣性力加載o 3、反沖激振法反沖激振法o反沖激振法就是爆炸加載反沖激振法就是爆炸加載。利用火藥或炸藥使之燃燒或引起爆炸，產(chǎn)生沖擊荷載作用于試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或建筑物。炸藥爆炸后以應(yīng)力波或沖擊波的形式作用于試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或建筑物，而火藥燃燒是通過火箭激振加載

16、器以激振力的形式作用于結(jié)構(gòu)或建筑物。o火箭激振加載也稱為反沖激振器加載，是利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的原理對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)施加荷載的。 第二章荷載與加載2.4 慣性力加載o2.4.2離心力加載法o 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，容易產(chǎn)生較大振幅和激振力；o 缺點(diǎn)：頻率低，振幅調(diào)節(jié)難，只能產(chǎn)生簡諧荷載。第二章荷載與加載2.4 慣性力加載o2.4.2直線位移慣性力加載法o 激振力大，但頻率較?。?1HZ），且設(shè)備笨重。第二章荷載與加載2.5 機(jī)械力加載法o常用機(jī)具包括常用機(jī)具包括：吊鏈（葫蘆）、卷揚(yáng)機(jī)、花籃螺o絲、螺旋千斤頂、彈簧等；o適用于施加水平荷載適用于施加水平荷載；o 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，集中力的方向便于控制；o 缺點(diǎn)：荷載

17、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。第二章荷載與加載2.6 氣壓加載法o氣壓加載法：氣壓加載法：o利用壓縮空氣加載，利用抽真空產(chǎn)生負(fù)壓加載；o適用于平板、殼體等平面結(jié)構(gòu)施加均布荷載；o 優(yōu)點(diǎn)：加、卸載方便，荷載穩(wěn)定、安全，結(jié)構(gòu)破壞時(shí)能夠自動(dòng)卸載；o 缺點(diǎn)：加載面無法觀測。第二章荷載與加載2.7 電磁力加載法o2.7.1 電磁式激振器o磁系統(tǒng)（勵(lì)磁線圈、鐵心、磁極板）、動(dòng)圈（工作線圈）、彈簧、頂桿。第二章荷載與加載2.7 電磁力加載法o2.7.2 電磁振動(dòng)臺(tái)第二章荷載與加載2.8 人激振動(dòng)加載法o利用人自身在結(jié)構(gòu)上的有規(guī)律的活動(dòng)與結(jié)構(gòu)自振周期同步運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生慣性力，形成共振

18、試驗(yàn)的振幅。第二章荷載與加載2.9 環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)激振法o環(huán)境也稱為脈動(dòng)法。o微小的地震活動(dòng)、車輛人流來往擾動(dòng)o運(yùn)動(dòng)振幅極為微小，頻譜豐富，地面脈動(dòng)。o測定動(dòng)力特性o由地面脈動(dòng)產(chǎn)生建筑物脈動(dòng)，再對(duì)其進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別。第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o支座；o荷載支承機(jī)構(gòu)；o結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)座；o現(xiàn)場試驗(yàn)荷載裝置。第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.1 支座o支墩：簡易支座，鋼或鋼筋砼制作，現(xiàn)場試驗(yàn)多為磚砌體；o支座作用形式：滾動(dòng)鉸支座、固定鉸支座、球鉸支座。第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.1 支座o對(duì)鉸支座的基本要求（課本P1621）

19、o 必須保證結(jié)構(gòu)在支座處能自由轉(zhuǎn)動(dòng)；o 必須保證結(jié)構(gòu)在支座處力的傳遞；o 構(gòu)件支座處鉸的上下墊板要有一定剛度；o 滾軸長度，一般取為試件支承處截面寬度；o 滾軸直徑，可按表選用，并進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.1 支座第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.2 荷載支承機(jī)構(gòu)o又稱反力架或荷載架；o試驗(yàn)室試驗(yàn)o 反力架（由橫梁立柱組成）；o 抗彎大梁或空間桁架式臺(tái)座（適用于中小型構(gòu)件）、試驗(yàn)臺(tái)座。o現(xiàn)場試驗(yàn)o 反力支架（包括平衡重、錨固樁頭、現(xiàn)澆地梁和箍架等）。第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.2 荷載支承

20、機(jī)構(gòu)o槽式試驗(yàn)臺(tái)座：第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.2 荷載支承機(jī)構(gòu)o豎向反力架：立柱橫梁第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.2 荷載支承機(jī)構(gòu)o水平反力架第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.3 試驗(yàn)臺(tái)座o抗彎大梁式臺(tái)座和空間桁架式臺(tái)座：o 適用于中小型構(gòu)件試驗(yàn)，跨度短、荷載??；o 特點(diǎn)：自平衡式，對(duì)支座和支承條件無要求。第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.3 試驗(yàn)臺(tái)座o抗彎大梁式 臺(tái)式支座：第二章荷載與加載2.10 荷載支承設(shè)備和試驗(yàn)臺(tái)座o2.10.3 試驗(yàn)臺(tái)座試驗(yàn)臺(tái)座o板式試驗(yàn)臺(tái)座：板式試驗(yàn)臺(tái)座：o