結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)技術(shù)講稿靜力部分3(1)

1、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)Structural Testing Technology ！13.4 工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法 1.3 試驗(yàn)荷載設(shè)計(jì)1.4 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)觀測(cè)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備典型構(gòu)件試驗(yàn)方法21.3 荷載設(shè)計(jì)試件就位形式、荷載圖式及加載制度的設(shè)計(jì)等。一、試件就位形式正位試驗(yàn)：試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實(shí)際工作狀態(tài)相一致。3異位試驗(yàn)：試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實(shí)際工作狀態(tài)不相一致。便于加載和觀測(cè)臥位試驗(yàn)：與正位試驗(yàn)在空間位置上相差90度。 1.試件 2.加固后作荷載平衡用的屋架 3.支承反力架 4.液壓加載器 5.荷載傳感器屋架成對(duì)臥位試驗(yàn)1.3 荷載設(shè)計(jì)4反位試驗(yàn)：與正位試驗(yàn)在空間位置上相差180度。1.3

2、 荷載設(shè)計(jì)5結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的荷載，按作用的形式有集中荷載和均布荷載。按作用的方向分有垂直荷載，水平荷載和任意方向荷載。有單向作用和雙向反復(fù)作用荷載等。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌笤囼?yàn)時(shí)能正確地在試件上呈現(xiàn)上述荷載。 二、荷載圖式 試驗(yàn)荷載在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的布置形式（包括荷載類型和分布情況）稱為荷載圖式。 1.3 荷載設(shè)計(jì)6 結(jié)構(gòu)荷載圖式應(yīng)與理論計(jì)算簡(jiǎn)圖相一致。 如果條件限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn)，為方便加載，也應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)的目的要求，采用與計(jì)算簡(jiǎn)圖等效的荷載圖式。 等效荷載：是指在試件上，使試件產(chǎn)生的內(nèi)力圖形與計(jì)算簡(jiǎn)圖相近，控制截面的內(nèi)力值相等的荷載。1.3 荷載設(shè)計(jì)7 例：當(dāng)梁承受均布荷載，用集中荷載代替均布荷

3、載的等效荷載。1.3 荷載設(shè)計(jì)8采用等效荷載時(shí)必須注意，除控制截面的某個(gè)效應(yīng)與理論計(jì)算荷載相同外，該截面的其它效應(yīng)和非控制截面的效應(yīng)，則可能有差別，所以必須全面驗(yàn)算因荷載圖式改變對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各種影響。1.3 荷載設(shè)計(jì)9加載圖式修正系數(shù) 的取值若等效集中荷載的加荷圖式不符合此表所列圖式時(shí)，應(yīng)根據(jù)內(nèi)力圖形用圖乘法或積分法求出撓度，并與均布荷載下的撓度比較，從而求出加荷圖式的修正系數(shù)。10 三、加載程序 荷載種類和荷載圖式確定后，還應(yīng)按一定程序加載。1.3 荷載設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)承載力及變形性能均與結(jié)構(gòu)受荷載大小、加載速度及荷載在構(gòu)件上的持續(xù)時(shí)間等因素有關(guān)。確定加載時(shí)間與加荷量的過(guò)程稱為加荷程序設(shè)計(jì)。預(yù)加

4、載；正常使用極限狀態(tài)荷載（標(biāo)準(zhǔn)荷載）；承載力極限狀態(tài)荷載（破壞荷載）三個(gè)階段11 三、加載程序 預(yù)載 預(yù)載的目的在于： 1）使試件各部接觸良好，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，荷載與變形關(guān)系趨于穩(wěn)定。 2）檢驗(yàn)全部試驗(yàn)加載裝置的可靠性。 3）檢驗(yàn)全部觀測(cè)儀表工作正常與否。 4）檢查現(xiàn)場(chǎng)組織工作和人員的工作情況，起演習(xí)作用 預(yù)載一般分三級(jí)進(jìn)行，每級(jí)取屈服（或開(kāi)裂）荷載的20%，停歇10分鐘。1.3 荷載設(shè)計(jì)12 屈服（或開(kāi)裂）荷載 屈服荷載之前，每級(jí)加載值不應(yīng)大于屈服荷載的20%，一般分五級(jí)加至標(biāo)準(zhǔn)荷載； 破壞荷載 屈服荷載之后，每級(jí)不宜大于屈服荷載的10%，當(dāng)載荷加至破壞荷載的90%后，為了求得精確的破壞荷

5、載值，每級(jí)應(yīng)取不大于屈服荷載的5%；需要做抗裂檢測(cè)的結(jié)構(gòu)，加載到計(jì)算開(kāi)裂荷載的90%后，也應(yīng)改為不大于標(biāo)準(zhǔn)荷載的5%施加，直至第一條裂縫出現(xiàn)。1.3 荷載設(shè)計(jì)13為了使結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形得到充分發(fā)揮和達(dá)到基本穩(wěn)定，每級(jí)荷載加完后應(yīng)有一定的恒載時(shí)間。鋼結(jié)構(gòu)一般不少于10min鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)不少于15min標(biāo)準(zhǔn)荷載時(shí)不應(yīng)少于30min對(duì)檢驗(yàn)性試驗(yàn)，在抗裂檢驗(yàn)荷載下持續(xù)1015min;對(duì)使用階段不允許出現(xiàn)裂縫的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂研究性試驗(yàn)，在開(kāi)裂荷載計(jì)算值作用下的持續(xù)時(shí)間應(yīng)為30min對(duì)新混凝土構(gòu)件，跨度較大的屋架、桁架及薄腹梁等試驗(yàn)，在使用狀態(tài)短期荷載作用下的持續(xù)時(shí)間不宜少于12h1.3 荷載設(shè)

6、計(jì)14 試驗(yàn)觀測(cè)方案要考慮解決下列問(wèn)題：確定觀測(cè)項(xiàng)目布置測(cè)點(diǎn)位置選擇合適的儀表1.4 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)觀測(cè)設(shè)計(jì) 15一、確定觀測(cè)項(xiàng)目 結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的變形可以分兩大類：一類反映的是結(jié)構(gòu)整體工作狀況，如梁的最大撓度及其整體撓曲曲線；拱式結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的最大水平位移、豎向位移；桿、塔結(jié)構(gòu)的整體水平位移及基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)等。另一類的是反映結(jié)構(gòu)的局部工作狀況，如局部纖維應(yīng)變、裂紋以及局部擠壓變形等。 在確定試驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目時(shí)，首先應(yīng)該考慮整體變形，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的整體變形最能概括其工作的全貌，結(jié)構(gòu)任何部位的異常變形或局部破壞都能在結(jié)構(gòu)整體變形中得到不同程度的反映。其次是局部變形量測(cè)，鋼筋砼結(jié)構(gòu)的裂縫，控制截面的應(yīng)變。1.4

7、 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)觀測(cè)設(shè)計(jì) 16二、測(cè)點(diǎn)的選擇和布置 用儀器對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力和變形等各種參數(shù)的量測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)選擇與布置存在以下幾條原則：在滿足試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯?，測(cè)點(diǎn)宜少不宜多，以便使試驗(yàn)工作重點(diǎn)突出。測(cè)點(diǎn)的位置必須有代表性，便于分析和計(jì)算。為了保證量測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，應(yīng)該布置一定數(shù)量的校核性測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)的布置對(duì)試驗(yàn)工作的進(jìn)行應(yīng)該是方便的，安全的。 1.4 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)觀測(cè)設(shè)計(jì) 17三、儀器選擇與測(cè)讀選用的儀器儀表，必須能滿足量測(cè)所需的精度與量程要求?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)由環(huán)境復(fù)雜，影響因素較多，電測(cè)儀器的適應(yīng)性就不如機(jī)械式。但測(cè)點(diǎn)較多時(shí)，機(jī)械式儀表卻不如電測(cè)儀器靈活、方便，選用時(shí)應(yīng)作具體分析和技術(shù)比較。試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的變形與

8、時(shí)間因素有關(guān)，測(cè)讀時(shí)間應(yīng)有一定限制，必須遵守有關(guān)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段時(shí)，變形增加較快，應(yīng)盡可能使用自動(dòng)記錄裝置。為了避免差誤和方便工作，量測(cè)儀器的型號(hào)、規(guī)格應(yīng)盡可能一致。 1.4 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)觀測(cè)設(shè)計(jì) 18測(cè)量?jī)x器選擇儀器精度：儀表的最小刻度不大于5%的最大被測(cè)值。儀器量程：被測(cè)最大值在1/2-2/3量程內(nèi)。型號(hào)規(guī)格：盡可能一致，種類愈少愈好。測(cè)點(diǎn)數(shù)量很多且測(cè)點(diǎn)又位于很高很遠(yuǎn)的部位，則采用電測(cè)儀表和自動(dòng)記錄儀器。1.4 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)觀測(cè)設(shè)計(jì) 19數(shù)據(jù)測(cè)度試驗(yàn)前，進(jìn)行初始讀數(shù)。試驗(yàn)時(shí)，在每級(jí)加載、卸載間歇時(shí)間內(nèi)，同時(shí)讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)荷載維持較長(zhǎng)時(shí)間不變時(shí)（如12h)，應(yīng)該按規(guī)定時(shí)間（

9、如加載后的5分鐘、10 分鐘，30分鐘，1小時(shí)），以后每隔36小時(shí)讀數(shù)一次。同樣，當(dāng)結(jié)構(gòu)卸載完畢（空載）時(shí)，也應(yīng)按規(guī)定時(shí)間記錄變形的恢復(fù)情況。長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)，每次讀數(shù)的同時(shí)記錄周圍環(huán)境的溫度。動(dòng)載試驗(yàn)和抗震試驗(yàn)，加載與觀測(cè)同步進(jìn)行。1.4 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)觀測(cè)設(shè)計(jì) 20 試驗(yàn)前準(zhǔn)備是指正式試驗(yàn)之前的所有工作，包括試驗(yàn)規(guī)劃和準(zhǔn)備兩個(gè)方面，具體內(nèi)容包括以下幾項(xiàng)：調(diào)查研究，收集資料試驗(yàn)大綱制定試件準(zhǔn)備材料力學(xué)性能測(cè)定試驗(yàn)控制特征值的計(jì)算試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)場(chǎng)地的準(zhǔn)備試件安裝就位加載設(shè)備和量測(cè)儀表安裝試驗(yàn)前的準(zhǔn)備 21試驗(yàn)大綱（包含試驗(yàn)設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容）1試驗(yàn)?zāi)康摹?試件設(shè)計(jì)及制作要求（試件設(shè)計(jì)的依據(jù)及理論分析，試件數(shù)量

10、及施工圖，對(duì)試件原材料、制作工藝、制作精度等的要求）。3輔助試驗(yàn)內(nèi)容（輔助試驗(yàn)的目的，試件的種類、數(shù)量及尺寸，試件的制作要求，試驗(yàn)方法等）。4.試件的安裝與就位（試件的支座裝置，保證側(cè)向穩(wěn)定裝置等）。5加載方法（荷載數(shù)量及種類，加載設(shè)備，加載裝置，加載圖式，加載程序）。試驗(yàn)前的準(zhǔn)備 226量測(cè)方法（測(cè)點(diǎn)布置，儀表型號(hào)選擇，儀表標(biāo)定方法，儀表的布置與編號(hào)，儀表安裝方法，量測(cè)程序）。7試驗(yàn)過(guò)程的觀察（試驗(yàn)過(guò)程中除儀表讀數(shù)外在其他方面應(yīng)做的記錄）。8安全措施（安全裝置，腳手架，技術(shù)安全規(guī)定等）。9試驗(yàn)進(jìn)度計(jì)劃。10、附件（經(jīng)費(fèi)，器材及儀表設(shè)備清單等）。 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備 23典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 一、受彎構(gòu)

11、件試驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康蔫b定性試驗(yàn)：承載力、抗裂度和各級(jí)荷載作用下的撓度及裂縫開(kāi)展情況。研究性試驗(yàn)：除了承載力、抗裂度、撓度和裂縫觀測(cè)外，還測(cè)量截面應(yīng)變大小和分布規(guī)律，有時(shí)還需測(cè)量截面曲率。242、試件安裝和加載方法正位試驗(yàn)，一端采用固定鉸支座，另一端采用滾動(dòng)支座，支座下面用支墩安置在地面上，要求牢固和穩(wěn)定。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(yàn)時(shí)的加載圖式要按最不利荷載布置決定集中荷載的作用位置。典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 253、測(cè)點(diǎn)布置撓度觀測(cè)：最大撓度值和撓度曲線典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 26撓度曲

12、線：測(cè)點(diǎn)5-7個(gè)，對(duì)稱分布；寬度大于600mm的梁需在兩側(cè)布置對(duì)稱測(cè)點(diǎn)，取平均值典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 27應(yīng)變測(cè)量 對(duì)板、梁構(gòu)件的彎曲應(yīng)變量測(cè)是主要內(nèi)容之一，特別是正負(fù)彎矩控制截面或有突變的截面 為測(cè)得截面上應(yīng)力分布規(guī)律和確定中和軸位置，應(yīng)沿截面高度連續(xù)布點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)可等距布置，也可不等距，不等距采用外密里疏，以便測(cè)出較大應(yīng)變值，獲得較好的精度。典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 28 抗剪測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在剪應(yīng)力較大部位或區(qū)段，對(duì)鋼筋砼梁，為研究抗剪強(qiáng)度，通常還要在梁的彎起鋼筋和箍筋上布置測(cè)點(diǎn)。典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 29 鋼筋砼構(gòu)件中鋼筋應(yīng)變的量測(cè)方法，可在混凝土澆注前事先在鋼筋上貼電阻應(yīng)變計(jì)，并做好絕緣和防護(hù)處理。也可在澆注混

13、凝土?xí)r在測(cè)點(diǎn)處預(yù)留孔洞，使鋼筋的量測(cè)區(qū)段外露，以便粘貼電阻應(yīng)變計(jì)。測(cè)點(diǎn)處預(yù)留孔洞典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 30 當(dāng)選用千分表或手持式應(yīng)變計(jì)時(shí)，由于標(biāo)距較大，可用短鋼筋點(diǎn)焊在被測(cè)鋼筋上，短鋼筋長(zhǎng)度等混凝土保護(hù)層厚度，四周用軟橡皮做成防護(hù)套，等砼硬化后，即可在短鋼筋頭上固定千分表或手持式應(yīng)變計(jì)插足園孔，借助短鋼筋量測(cè)受力鋼筋的應(yīng)變。手持式應(yīng)變儀測(cè)鋼筋應(yīng)變典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 31翼緣與孔邊應(yīng)力的測(cè)量 對(duì)于翼緣較寬較薄的T型梁，其翼緣部分受力不一定均勻，應(yīng)沿翼緣寬度布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)定翼緣上應(yīng)力分布的情況。梁腹板圓孔周邊的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 323、校核測(cè)點(diǎn)和裂縫觀測(cè)為了校核試驗(yàn)的正確性，便于整理試驗(yàn)結(jié)果時(shí)

14、進(jìn)行誤差修正，經(jīng)常在梁的端部凸角上的零 應(yīng)力處設(shè)置少量測(cè)點(diǎn)，以檢驗(yàn)整個(gè)測(cè)量過(guò)程是否正常。裂縫測(cè)量：開(kāi)裂時(shí)間和位置、裂縫的發(fā)展方向和裂縫寬度。肉眼觀察；連續(xù)地或交替地布置測(cè)點(diǎn)；讀數(shù)顯微鏡。典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 33荷載一應(yīng)變曲線觀測(cè)混凝士的開(kāi)裂典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 34斜裂縫測(cè)點(diǎn)典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 35典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 二、受壓構(gòu)件試驗(yàn)：柱、剪力墻等1、試驗(yàn)?zāi)康闹?、剪力墻等受壓?gòu)件是建筑物中的基本承重構(gòu)件。受壓構(gòu)件試驗(yàn)的主要目的在于研究軸力作用下柱子破壞的規(guī)律，從而找出不同長(zhǎng)細(xì)比的柱子與極限荷載之間的關(guān)系，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)柱還有局部穩(wěn)定問(wèn)題。 362、試件安裝和加載方法柱子試驗(yàn)可采用正位或臥位方案。正位試驗(yàn)主要

15、在長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)或大型反力架配合液壓千斤頂加載系統(tǒng)進(jìn)行。臥位試驗(yàn)比較方便，安全，但自重影響難于有效消除典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 37試驗(yàn)前，應(yīng)將柱軸線對(duì)準(zhǔn)作用力的中心線。柱幾何尺寸對(duì)中后，若有可能再進(jìn)行力學(xué)對(duì)中，即加載約達(dá)到正常使用荷載的2040時(shí)，量測(cè)其中央截面的兩側(cè)應(yīng)變或四角應(yīng)變，并調(diào)整作用力的軸線，使各點(diǎn)的應(yīng)變均勻。在柱構(gòu)件力學(xué)對(duì)中后即可進(jìn)行軸心受壓構(gòu)件試驗(yàn)。若需進(jìn)行偏心受壓構(gòu)件試驗(yàn)，應(yīng)在力學(xué)對(duì)中后，沿加力中心線量出偏心距離，再把加力點(diǎn)移至偏心距上，進(jìn)行偏心受壓構(gòu)件試驗(yàn)。對(duì)砼和砌體結(jié)構(gòu)柱子講，由于材料離散性，力學(xué)對(duì)中一般難于做到，僅需保證幾何對(duì)中即可。典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 38加載：長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)或液壓加載

16、系統(tǒng)；柱子試驗(yàn)加載一般按估算破壞荷載的1/101/15分級(jí)施加，接近開(kāi)裂荷載及破壞荷載時(shí)，加載值應(yīng)減為原分級(jí)值的1/21/3。典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 393、測(cè)點(diǎn)布置柱子試驗(yàn)的觀測(cè)項(xiàng)目有各級(jí)試驗(yàn)荷載下的側(cè)向撓度值或變形曲線，各級(jí)試驗(yàn)荷載下控制截面或區(qū)段的應(yīng)力及變化規(guī)律，裂縫的發(fā)生與發(fā)展，破壞特征及破壞荷載值等。柱子的側(cè)向位移一般用位移傳感器、撓度計(jì)等觀測(cè)?？刂撇课坏淖冃瘟繙y(cè)最好用采集儀器繪制荷載變形曲線典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 40三、桁架試驗(yàn)1、試驗(yàn)?zāi)康?桁架、拱架、屋架等結(jié)構(gòu)是常用的承重結(jié)構(gòu)形式，主要承受節(jié)點(diǎn)荷載。桁架試驗(yàn)的主要目的在于研究豎向荷載作用下結(jié)構(gòu)的承載能力、變形性能，節(jié)點(diǎn)的變形及節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)桿件的次應(yīng)力影響，以及屋架端節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布。典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 412、試件安裝和加載方法就位方式：一般采用正位試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)還可以采用成對(duì)試件的臥位試驗(yàn)。安裝時(shí)應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐，以保證屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定。加載方式：可以采用重力直接或杠桿加載。當(dāng)施加多點(diǎn)集中荷載并且節(jié)點(diǎn)荷載較大時(shí)，采用同步液壓加載。典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 42重 物 加 載典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 43液 壓 加 載典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 44屋 架 成 對(duì) 試 驗(yàn)典型構(gòu)件試驗(yàn)方法 453、測(cè)點(diǎn)布置桁架試驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目：桁架撓度及變形曲線；開(kāi)裂荷載及破壞荷載；桿件截面應(yīng)變；節(jié)點(diǎn)應(yīng)