土木工程結(jié)構(gòu)試驗：第三章 工程結(jié)構(gòu)靜載試驗1

1、1第三章 工程結(jié)構(gòu)靜載試驗 3.1 概述建筑結(jié)構(gòu)作用直接作用間接作用荷載作用溫度變化、不均勻沉降等靜載作用動載作用擬動力試驗單調(diào)加載試驗低周往復(fù)試驗2第三章 結(jié)構(gòu)靜載試驗 3.1 概述本章主要講述內(nèi)容為：靜載加載系統(tǒng)：加載設(shè)備、裝置及加載方法靜載量測系統(tǒng)：量測儀器和量測方法常見結(jié)構(gòu)靜載試驗方法：梁板、柱、桁架、墻體和網(wǎng)架靜載試驗數(shù)據(jù)修正與處理方法33.2 靜載試驗加載系統(tǒng)重力加載液壓加載電液伺服加載機(jī)械加載氣壓加載加載系統(tǒng)附屬設(shè)備：支座、支墩、分配梁等43.2 試驗加載系統(tǒng)靜力加載系統(tǒng)必須滿足以下基本要求：符合試件受力方式和邊界條件要求荷載值應(yīng)能保持相對穩(wěn)定，不會隨時間、環(huán)境條件的改變和結(jié)構(gòu)的

2、變形而變化，保證荷載量的相對誤差不超過5%加載設(shè)備應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，并有足夠的安全儲備能分級加載和卸載，以便控制加載速度和卸載速度。5一、重力加載重力加載：將物體本身的重力施加于結(jié)構(gòu)上作為荷載。實驗室試驗：常用標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵砝碼、混凝土塊、水箱現(xiàn)場試驗：就地取材，常用砂、石、磚塊等建筑材料，或是鋼錠、鑄鐵、廢構(gòu)件等。重物可以直接施加或者通過杠桿間接施加于試驗結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上。特點(diǎn)：荷載容易取得，但加載費(fèi)工費(fèi)時。3.2 試驗加載系統(tǒng)61、荷重塊加載 可以有規(guī)則地放置于結(jié)構(gòu)上，作為均布荷載如圖1-1所示。顆粒材料裝袋或裝箱。3.2 試驗加載系統(tǒng)7內(nèi)拱要求：要求堆放整齊，每堆寬度跨度的1/6，并且每堆之間

3、有一定的間距。3.2 試驗加載系統(tǒng)83.2 試驗加載系統(tǒng)93.2 試驗加載系統(tǒng)102、用水直接用作均布荷載加載 可用水的高度計算控制荷載值，當(dāng)結(jié)構(gòu)變形過大時，應(yīng)注意水荷載的不均勻性所產(chǎn)生的影響。 3.2 試驗加載系統(tǒng)113、荷重盤加載 荷重盤是承荷重的吊盤，用于施加集中荷載如下圖所示，荷重盤一般用鋼筋和角鋼焊接而成，其平面尺寸根據(jù)測試的需要決定其強(qiáng)度必須是足夠保證安全。吊桿與荷重盤的自重應(yīng)計入第一級荷載。 3.2 試驗加載系統(tǒng)123、荷重盤加載 1.試件 2. 支座 3.重物 4.吊籃 5. 分配梁 特別適合于現(xiàn)場做屋架試驗3.2 試驗加載系統(tǒng)134、杠桿加載 杠桿加載也屬于重力加載的一種。當(dāng)

4、利用重物作為集中荷載時，經(jīng)常會受到荷載量的限制，利用杠桿的放大作用，可以減小荷重塊的用量。杠桿通常用型鋼制成，也可用鋼板焊接而成，在加載量不太大的情況下，可以用木制杠桿。 3.2 試驗加載系統(tǒng)14現(xiàn)場試驗杠桿加載的支承方法（a） （b）現(xiàn)場試驗杠桿加載的支承方法（a）墻洞支承；（b）樁支承3.2 試驗加載系統(tǒng)15二、液壓加載 液壓加載是目前結(jié)構(gòu)試驗中應(yīng)用比較理想的一種加載方法，也是結(jié)構(gòu)試驗中最常用的加載方法，它的最大優(yōu)點(diǎn)是利用油壓使液壓加載器產(chǎn)生較大的荷載，試驗操作安全方便。尤其是電液伺服系統(tǒng)在試驗加載設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用后，為結(jié)構(gòu)動力試驗?zāi)M地震荷載、海浪波動等不同特性的動力荷載創(chuàng)造了有利條件

5、，使動力加載技術(shù)發(fā)展到了一個新的高度。3.2 試驗加載系統(tǒng)16二、液壓加載（1）工作原理：是用高壓油泵將具有一定壓力的液壓油壓入液壓加載器的工作油缸，使之推動活塞，對結(jié)構(gòu)施加荷載。荷載值由油壓表示值和加載器活塞受壓底面積求得，也可由液壓加載器與荷載承力架之間所置的測力計直接測讀。（2）常見形式：手動液壓加載器；單作用液壓加載器；雙作用液壓加載器。3.2 試驗加載系統(tǒng)171、手動液壓千斤頂 使用時先擰緊放油閥，掀動手動油泵的手柄，使儲油缸中的油通過單向閥壓入工作油缸，推動活塞上升。最大出力可到5000kN，行程200mm.3.2 試驗加載系統(tǒng)18缺點(diǎn)：每臺千斤頂必須有專人操作，不能很好實現(xiàn)多點(diǎn)同

6、步加載。3.2 試驗加載系統(tǒng)回油供油供油回油192、油泵液壓千斤頂 油泵液壓千斤頂如圖所示，由電動油泵提供油壓3.2 試驗加載系統(tǒng)202、油泵液壓千斤頂 可以在油泵出口接上分油器，可組成多點(diǎn)同步加載系統(tǒng)適應(yīng)多點(diǎn)同步加載要求。 3.2 試驗加載系統(tǒng)213、液壓加載系統(tǒng) 千斤頂與支承系統(tǒng)組成液壓加載系統(tǒng)，如圖所示是一個常用加垂直荷載的裝置形式蘭色是液壓千斤頂，黃色是測力計，桔黃色是反力架加載架常用鋼制成，橫梁可沿加載架上下調(diào)節(jié)，試驗臺座為1米以上至幾米厚的勁性鋼筋砼結(jié)構(gòu)。試驗臺座形式有：槽道式、地錨式、孔洞式（臺面下有地下室）3.2 試驗加載系統(tǒng)223.2 試驗加載系統(tǒng)233.2 試驗加載系統(tǒng)24

7、液壓水平加載裝置：（a） （b）圖3.6.7 水平反力裝置1反力墻；2試驗臺座；3推拉加載器；4試件；5反力架；6千斤頂滾軸連接5631233NNF1F23.2 試驗加載系統(tǒng)25大型結(jié)構(gòu)試驗機(jī)也是典型的液壓加載系統(tǒng)，目前試驗室中應(yīng)用較多是結(jié)構(gòu)長柱試驗機(jī)，不過把荷載架、機(jī)座、加載器等組成工作單元，其余部分組成操縱單元，二部分用油管連接起來。國內(nèi)普遍使用的長柱試驗機(jī)的是5000kN，試件最大高度可達(dá)6m，用以進(jìn)行柱、墻板、砌體、節(jié)點(diǎn)和梁的受壓與受彎試驗。3.2 試驗加載系統(tǒng)263.2 試驗加載系統(tǒng)273.2 試驗加載系統(tǒng)28三、電液伺服加載系統(tǒng) 電液伺服加載系統(tǒng)是一種比較理想的試驗設(shè)備，它可以較為

8、精確地模擬所受的實際荷載（靜力荷載與動力荷載），如模擬地震、海浪等復(fù)雜荷載。能以一個極小的信號輸入，來控制出力極大的液壓輸出，并由實際輸出端的反饋信號與輸入信號相比較，產(chǎn)生一個誤差信號，再以誤差信號作為輸出狀態(tài)之修正，以達(dá)到精確控制的目的 。3.2 試驗加載系統(tǒng)29汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 3.2 試驗加載系統(tǒng)30 汽車剎車系統(tǒng)3.2 試驗加載系統(tǒng)31飛機(jī)操控系統(tǒng)3.2 試驗加載系統(tǒng)32防爆機(jī)器人3.2 試驗加載系統(tǒng)33導(dǎo)彈射控系統(tǒng) 3.2 試驗加載系統(tǒng)34神七飛行模擬器 3.2 試驗加載系統(tǒng)35液壓源加載器控制系統(tǒng)3.2 試驗加載系統(tǒng)36動力系統(tǒng)配電柜 冷卻系統(tǒng) 動力系統(tǒng) 3.2 試驗加載系統(tǒng)液壓源37

9、液壓源加載器控制系統(tǒng)3.2 試驗加載系統(tǒng)381鉸支基座; 2位移傳感器; 3電液伺服閥; 4活塞桿;5荷載傳感器; 6螺旋墊圈; 7鉸支接頭 1 2 3 4 5 6 7電液伺服加載器3.2 試驗加載系統(tǒng)39液壓源加載器控制系統(tǒng)3.2 試驗加載系統(tǒng)403.2 試驗加載系統(tǒng)控制系統(tǒng)41電液伺服加載系統(tǒng)的工作原理 如圖所示是電液伺服加載系統(tǒng)的電壓控制閉環(huán)回路。 VVVV1243561指令信號；2調(diào)整放大系統(tǒng)；3油源；4伺服閥；5作動器；6傳感器3.2 試驗加載系統(tǒng)42電液伺服加載系統(tǒng)的特點(diǎn)：可用于不同的控制系統(tǒng)（力、位移、速度、加速度、應(yīng)變等）以小能量的輸入指令經(jīng)放大后而得到很大的輸出是一種具有反饋

10、（Feed Back）的控制 在結(jié)構(gòu)抗震試驗中的地震模擬振動臺試驗、結(jié)構(gòu)擬動力試驗和結(jié)構(gòu)擬靜力試驗得到廣泛應(yīng)用。3.2 試驗加載系統(tǒng)43四、機(jī)械機(jī)具加載 機(jī)械力加載常用的機(jī)具有倒鏈葫蘆、卷揚(yáng)機(jī)、絞車、花籃螺絲、螺旋千斤頂及彈簧等。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，容易實現(xiàn) 。缺點(diǎn)是荷載值不大 。3.2 試驗加載系統(tǒng)44四、機(jī)械機(jī)具加載 葫蘆、卷揚(yáng)機(jī)、絞車和花籃螺絲等主要用于遠(yuǎn)距離或高聳結(jié)構(gòu)加載。聯(lián)結(jié)滑輪組可以改變作用力的方向和拉力大小。拉力大小通常用拉力測力計測定 。3.2 試驗加載系統(tǒng)45四、機(jī)械機(jī)具加載彈簧、螺旋千斤頂均較適用于施加長期試驗荷載。螺旋千斤頂由渦輪蝸桿等組成，使用類同普通手動液壓千斤頂。彈簧可

11、直接旋緊螺帽，靠其彈力加壓，用百分表測其壓縮變形確定荷載值。3.2 試驗加載系統(tǒng)46五、氣壓加載 氣壓加載有兩種。一種是用空氣壓縮機(jī)對氣包充氣，給試件加均勻荷載。另一種是用真空泵抽出試件與臺座圍成的封閉空間的空氣，形成大氣壓力差對試件加均勻荷載。3.2 試驗加載系統(tǒng)47正壓加載：用空氣壓縮機(jī)對氣囊充氣，給試件施加荷載，壓力可到180KPa。3.2 試驗加載系統(tǒng)48負(fù)壓加載利用真空泵抽出試件與臺座形成的封閉空間的空氣，形成大氣壓力差對試件施加均布荷載（可到100KPa)，壓力值用真空表測量。3.2 試驗加載系統(tǒng)49六、加載系統(tǒng)附屬設(shè)備試件支撐裝置：支座和支墩荷載傳遞裝置：分配梁、臥梁荷載反力裝置

12、：反力架和臺座3.2 試驗加載系統(tǒng)501、試件支承裝置支承和傳力、模擬實際荷載圖式和邊界條件，通常由支座和支墩兩部分組成。 支座 支座的型式和構(gòu)造與試件類型、邊界條件等因素有關(guān)，有鉸支座和固定支座兩種。 1）鉸支座：鉸支座一般用鋼材制作，其型式有滾軸式和刀鉸式兩種。 3.2 試驗加載系統(tǒng)513.2 試驗加載系統(tǒng)523.2 試驗加載系統(tǒng)常用幾種支座的形式 53上下墊板尺寸應(yīng)分別按試驗和支墩局部承壓考慮，梁類構(gòu)件，上墊板寬度不應(yīng)小于梁的底面寬度。 墊板長度按下式計算： 式中： 最大支座反力； b 上墊板寬度； fc 試件材料抗壓強(qiáng)度設(shè)計值 MPa鉸支座設(shè)計3.2 試驗加載系統(tǒng)54上下墊板要有一定剛

13、度，厚度可按下式計算： 式中：fc混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計值 MPa； l板長； f 鋼材計算強(qiáng)度。3.2 試驗加載系統(tǒng)55滾軸選擇：滾軸的長度，一般取等于試件支承處截面寬度b，滾軸直徑參照下表選用 滾軸受力 (kN/mm)2244 6直徑D (mm)40 6060 8080 1003.2 試驗加載系統(tǒng)562）固定支座一般采用螺栓將試件地梁固定于試驗臺座。3.2 試驗加載系統(tǒng)573.2 試驗加載系統(tǒng)583.2 試驗加載系統(tǒng)59支墩 現(xiàn)場試驗的支墩：多用磚塊砌筑或用混凝土澆注而成，支墩上部應(yīng)足夠平整并應(yīng)墊鋼板。支墩本身應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，支承底面積要按地耐力進(jìn)行復(fù)核驗算，保證試驗時各支墩不發(fā)生過度的

14、變形或不均勻沉降。在試驗荷載作用下，支墩和地基的總壓縮變形不應(yīng)超過試件撓度的110。若試驗需要兩個以上支墩時，各支墩的剛度均應(yīng)相同。 實驗室試驗的支墩：用鋼材或鋼筋混凝土制成專用支墩，支墩的高度一般在400600mm，以滿足儀表安裝、觀測和加卸荷載的要求3.2 試驗加載系統(tǒng)602、荷載傳遞裝置作用：將加載設(shè)備產(chǎn)生的荷載按試驗荷載圖式的要求傳遞到試驗的結(jié)構(gòu)上，同時滿足分配和荷載作用形式轉(zhuǎn)換的要求。有分配梁和臥梁。3.2 試驗加載系統(tǒng)61分配梁 分配梁是將集中作用于一點(diǎn)的荷載轉(zhuǎn)換為作用于試件的多點(diǎn)分荷載的設(shè)備，如圖所示，一般用型鋼制成。分配梁一般均為單跨簡支梁形式，不能用多跨連續(xù)梁的形式。分配梁層

15、數(shù)不宜大于二層，以保證荷載的正確分配、傳遞和試驗的安全。分配梁本身應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度 3.2 試驗加載系統(tǒng)62臥梁 臥梁的作用：是將若干個加載點(diǎn)的集中荷載轉(zhuǎn)換成均布荷載施加于試件的端面。為了保證荷載的正確傳遞，臥梁必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。臥梁安裝時與試件端面之間應(yīng)平整輔設(shè)砂漿墊層，砂漿強(qiáng)度不應(yīng)低于試件混凝土強(qiáng)度等級的50%。對于承受集中荷載作用的臥梁表面應(yīng)輔設(shè)鋼墊板，防止局部受壓破壞。3.2 試驗加載系統(tǒng)633.2 試驗加載系統(tǒng)643、荷載反力裝置反力架 提供反力的加載裝置，有豎向和水平兩種。 3.2 試驗加載系統(tǒng)65臺座：槽道式、地錨式、箱式槽式試驗臺座：目前國內(nèi)用得較多的靜力試驗臺座，試件安裝就位的位置靈活。僅用于靜力試驗。地錨式試驗臺座：在臺面上每隔一定間距設(shè)置一個地腳螺絲?？捎糜陟o力試驗和動力試驗。但螺絲受損后修理困難，試件安裝就位的位置就受到限制。3.2 試驗加載系統(tǒng)66箱式試驗臺：在箱形結(jié)構(gòu)的頂板上沿縱橫兩個方向按一定間距留有豎向貫穿的孔洞，