結構試驗加載方法及設備

結構試驗加載方法及設備第一頁，共28頁。2022/10/2523.1概述工程結構的作用直接作用：荷載作用，包括結構自重與施加在結構上的荷載間接作用：主要有溫度變化、地基不均勻沉降和結構內(nèi)部物理或化學作用直接作用分類結構試驗除極少數(shù)是在實際荷載下實測外，絕大多數(shù)是在模擬荷載條件下進行的。第二頁，共28頁。2022/10/253加載要求在選擇試驗荷載和加載方法時，應滿足下列幾點要求：選用試驗荷載的圖式應與結構設計計算的荷載圖式所產(chǎn)生的內(nèi)力值相一致或基本接近；荷載傳力方式和作用點明確，產(chǎn)生的荷載數(shù)值穩(wěn)定，特別是靜力荷載要不隨加載時間、外界環(huán)境和結構的變形而變化；荷載分級的分度值要滿足試驗量測的精度要求，加載設備要有足夠的強度儲備；加載裝置本身要安全可靠，不僅要滿足強度要求，還必須按變形條件來控制加載裝置的設計，即尚必須滿足剛度要求。防止對試件產(chǎn)生卸荷作用而減輕了結構實際承擔的荷載；加載設備必須操作方便，便于加載和卸載，并能控制加載速度，又能適應同步加載或先后加載的不同要求。加載設備要力求采用現(xiàn)代化先進技術，減輕勞動強度，提高檢測質(zhì)量。3.1概述第三頁，共28頁。2022/10/254重物荷載可直接堆放于結構表面（如板的試驗）形成均布荷載，或置于荷載盤上通過吊桿掛于結構上形成集中荷載。3.2靜力加載方法重力直接加載法第四頁，共28頁。2022/10/255這類加載裝置的優(yōu)點是試驗用的重物容易取得，并可重復使用，但加載過程中需要花費較大的勞動力。第五頁，共28頁。2022/10/256利用水作為重力加載用的荷載裝置，是一個簡易方便而且甚為經(jīng)濟的方案。對于大面積的平板試驗，如樓面、平屋面等鋼筋混凝土結構可以采用特殊的盛水裝置作為均布荷載直接加于結構表面。在現(xiàn)場試驗水塔、水池、油庫等特種結構時，水是最為理想的試驗荷載，它不僅附合結構物的實際使用條件，而且還能檢驗結構的抗裂抗?jié)B情況。第六頁，共28頁。2022/10/257利用重物作集中荷載，會受到荷載量的限制，這時可以利用杠桿將荷重放大后作用在結構上，不僅能擴大重力荷載的使用范圍，而且還可減輕加載的勞動強度。3.2靜力加載方法杠桿加載法第七頁，共28頁。2022/10/258第八頁，共28頁。2022/10/259優(yōu)點：設備簡單，取材方便，荷載恒定，加載形式靈活。，對持久荷載試驗及進行剛度與裂縫的研究尤為合適。缺點：荷載量不能很大，操作笨重而費工。此外，當采用重力加載方式試驗時，一旦結構達到極限承載能力，因荷重不能隨結構變形而自動卸載，容易使結構產(chǎn)生過大變形而倒塌。因此，安全保護措施應當足夠重視。3.2靜力加載方法杠桿加載法特點第九頁，共28頁。2022/10/2510液壓加載器又稱千斤頂，是液壓加載設備中的一個主要部件。主要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，對結構施加荷載。液壓加載器3.2靜力加載方法第十頁，共28頁。2022/10/2511液壓加載系統(tǒng)3.2靜力加載方法液壓加載系統(tǒng)主要是由儲油箱、高壓油泵、液壓加載器、測力裝置和各類閥門組成的操縱臺通過高壓油管連接組成。當使用液壓加載系統(tǒng)在試驗臺座上或現(xiàn)場進行試驗時尚必須配置各種支承系統(tǒng)，來承受液壓加載器對結構加載時產(chǎn)生的平衡力。第十一頁，共28頁。2022/10/2512液壓加載法中利用普通手動液壓加載器配合加荷承力架和靜力試驗臺座使用，是最簡單的一種加載方法。液壓加載系統(tǒng)3.2靜力加載方法設備簡單，作用力大，加載卸載安全可靠，與重力加載法相比，可大大減輕笨重的體力勞動。但如要求多點加載時則需要多人同時操縱多臺液壓加載器，這時難以做到同步加載卸載，尤其當需要恒載時更難以保持穩(wěn)壓狀態(tài)。所以，比較理想的加載方法是采用能夠變荷的同步液壓加載設備來進行試驗第十二頁，共28頁。2022/10/2513液壓加載是目前結構試驗中應用比較普遍和理想的一種加載方法。最大優(yōu)點是利用油壓使液壓加載器（千斤頂）產(chǎn)生較大的荷載，試驗操作安全方便，特別是對于大型結構構件試驗要求荷載點數(shù)多，噸位大時更為合適。電液伺服系統(tǒng)在試驗加載設備中得到廣泛應用后，為結構動力試驗模擬地震荷載、海浪波動等不同特性的動力荷載創(chuàng)造了有利條件，使動力加載技術發(fā)展到了一個新的高度。3.2靜力加載方法液壓加載特點第十三頁，共28頁。2022/10/2514大型結構試驗機是結構試驗室內(nèi)進行大型結構試驗的專門設備，比較典型的是結構長柱試驗機，用以進行柱、墻板、砌體、節(jié)點與梁的受壓與受彎試驗。試驗機由液壓操縱臺、大噸位的液壓加載器和機架三部分組成。大型結構試驗機3.2靜力加載方法第十四頁，共28頁。2022/10/2515大型結構試驗機是結構試驗室內(nèi)進行大型結構試驗的專門設備，比較典型的是結構長柱試驗機，用以進行柱、墻板、砌體、節(jié)點與梁的受壓與受彎試驗。試驗機由液壓操縱臺、大噸位的液壓加載器和機架三部分組成。大型結構試驗機3.2靜力加載方法第十五頁，共28頁。2022/10/2516吊鏈、卷揚機、絞車、花籃螺絲、螺旋千斤頂及彈簧等是機械力加載常用機具。機械力與氣壓加載設備3.2靜力加載方法第十六頁，共28頁。2022/10/2517利用氣體壓力對結構加載有兩種方式：一種是利用壓縮空氣加載；另一種是利用抽真空產(chǎn)生負壓對結構構件施加荷載。由于氣壓加載所產(chǎn)生的為均布荷載，所以，對于平板或殼體試驗尤為適合。對于某些封閉結構，可以利用真空泵抽真空的方法，造成內(nèi)外壓力差，即利用負壓作用使結構受力。第十七頁，共28頁。2022/10/2518也稱為張拉突卸法。在結構上拉一鋼絲纜繩，使結構變形而產(chǎn)生一個人為的初始強迫位移，然后突然釋放，使結構在靜力平衡位置附近作自由振動。對于小模型則可采用懸掛的重物通過鋼絲對模型施加水平拉力，剪斷鋼絲造成突然卸荷。初位移加載法3.3動力加載方法第十八頁，共28頁。2022/10/2519也稱突加荷載法。如利用擺錘或落重的方法使結構在瞬時內(nèi)受到水平或垂直的沖擊，產(chǎn)生一個初速度，同時使結構獲得所需的沖擊荷載。初速度加載法3.3動力加載方法第十九頁，共28頁。2022/10/2520沖擊試驗初速度加載法3.3動力加載方法第二十頁，共28頁。2022/10/2521試驗荷載支承裝置是滿足試驗荷載設計、實現(xiàn)荷載圖式、結構受力和邊界條件要求以及保證試驗加載正常進行的關鍵之一。支座結構試驗中的支座是支承結構、正確傳遞作用力和模擬實際荷載圖式的設備，通常由支座和支墩組成。支座按作用方式不同有滾動鉸支座、固定鉸支座、球鉸支座和刀口支座（固定鉸支座的一種特定形式）幾種。3.4載荷支承裝置和試驗臺座第二十一頁，共28頁。2022/10/2522試驗荷載支承裝置是滿足試驗荷載設計、實現(xiàn)荷載圖式、結構受力和邊界條件要求以及保證試驗加載正常進行的關鍵之一。支座鉸支座要求：1、保證試件在支座處能自由轉(zhuǎn)動。2、保證試件在支座處可將力良好傳遞。3、試件支座處鉸的上線墊板要有一定得剛度。3.4載荷支承裝置和試驗臺座第二十二頁，共28頁。2022/10/2523第二十三頁，共28頁。2022/10/2524目前常用的反力裝置主要有反力墻、反力臺座、門式剛架、反力架和相應的各種組合類型，圖為《建筑抗震試驗方法規(guī)程》中建議的幾種實驗加載裝置。反力加載裝置3.4載荷支承裝置和試驗臺座第二十四頁，共28頁。2022/10/2525加載反力裝置本身應當具有足夠的剛度、承載力和整體穩(wěn)定性，應當能夠滿足試件的受力狀態(tài)和睦擬試件的實際邊界條件。加載反力裝置應當盡可能地作到結構簡單、安裝方便，以便縮短整個實驗過程的周期。第二十五頁，共28頁。2022/10/2526在預制品構件廠和小型的結構試驗室中，由于缺少大型的試驗臺座，可以采用抗彎大梁式或空間桁架式臺座來滿足中小型構件試驗或混凝土制品檢驗的要求?？箯澊罅菏脚_座和空間桁架式臺座3.4載荷支承裝置和試驗臺座第二十六頁，共28頁。2022/10/2527由于受到施工運輸條件的限制，對于一些跨度較大的屋架，噸位較重的吊車梁等構件，經(jīng)常要求在施工現(xiàn)場解決試驗問題，為此試驗工作人員就必須要考慮適于現(xiàn)場試驗的加載裝置。從實踐證明，現(xiàn)場試驗裝置的主要矛盾