第二章++結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載模擬技術(shù)

第二章結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載模擬技術(shù)作用于工程結(jié)構(gòu)上的荷載荷載又稱為作用，可分為直接作用和間接作用。一、概述作用直接作用間接作用結(jié)構(gòu)自重建筑物面的活荷載機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)荷載橋梁上的車輛振動(dòng)荷載地震等荷載等溫度變化混凝土收縮支座沉降等荷載模擬技術(shù)

通過(guò)一定的設(shè)備與儀器，以最接近真實(shí)的模擬荷載再現(xiàn)各種荷載結(jié)構(gòu)的作用。荷載模擬方法主要有重物直接加載法、液壓加載法、機(jī)械加載法、慣性力加載和電磁激振加載方法等。加載設(shè)備基本要求1）試驗(yàn)荷載的作用，應(yīng)符合實(shí)際荷載作用的傳遞方式，能使被試驗(yàn)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件再現(xiàn)其實(shí)際工作狀態(tài)的邊界條件，使截面或部位產(chǎn)生的內(nèi)力與設(shè)計(jì)計(jì)算等效。2）產(chǎn)生的荷載值應(yīng)當(dāng)明確，滿足試驗(yàn)的準(zhǔn)確度，除模擬動(dòng)力作用之外，荷載值應(yīng)能保持相對(duì)穩(wěn)定，不會(huì)隨時(shí)間、環(huán)境條件的改變和結(jié)構(gòu)的變形而變化。3）加載設(shè)備本身應(yīng)有足夠的承載力和剛度，并有足夠的儲(chǔ)備，保證使用安全可靠。4）加載設(shè)備不應(yīng)參與結(jié)構(gòu)工作，以致改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)或使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次應(yīng)力。5）應(yīng)能方便調(diào)節(jié)和分級(jí)加(卸)載，易于控制加(卸)載速率，分級(jí)值應(yīng)能滿足精度要求。6）盡量采用先進(jìn)技術(shù)，滿足自動(dòng)化的要求，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，方便加載，提高試驗(yàn)效率和質(zhì)量。二、重力模擬荷載重力加載利用物體本身的重量施加于結(jié)構(gòu)作為荷載，又分為直接重力加載和間接重力加載。加載物體

1）實(shí)驗(yàn)室：標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵砝碼、混凝土立方試塊、水等；

2）現(xiàn)場(chǎng)：砂、石、磚塊等或鋼錠、鑄鐵、廢構(gòu)件等。直接重力加載法

1）直接放在結(jié)構(gòu)表面上形成均布荷載；

2）重物置于荷載盤上，通過(guò)吊盤形成集中荷載；

3）借助鋼索和滑輪導(dǎo)向，對(duì)結(jié)構(gòu)施加水平荷載；

4）大面積平板結(jié)構(gòu)，可采用水作試驗(yàn)荷載。間接重力加載法利用杠桿將荷重放大后作用在結(jié)構(gòu)上。重力加載系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、取材方便、荷載恒定及加載形式靈活。缺點(diǎn)：荷載量不能很大，操作笨重而費(fèi)工。雙向作用液壓加載器三、液壓模擬加載組成加荷千斤頂（加載器）、油泵控制臺(tái)和荷載架等。液壓加載器手動(dòng)液壓加載器單向作用液壓加載器1、千斤頂液壓加載系統(tǒng)1）手動(dòng)液壓加載系統(tǒng)2）同步（異荷）液壓加載系統(tǒng)液壓加載系統(tǒng)千斤頂加載系統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)2、試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)1）材料萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)2）結(jié)構(gòu)長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)組成：液壓操縱臺(tái)、大噸位液壓加載器和試驗(yàn)機(jī)架。

3）臥式結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)4）結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)組成：脈動(dòng)發(fā)生系統(tǒng)控制系統(tǒng)和千斤頂工作系統(tǒng)。脈動(dòng)工作原理：飛輪帶動(dòng)曲柄動(dòng)作時(shí)，使脈動(dòng)器上下移動(dòng)而產(chǎn)生脈動(dòng)油壓。電液伺服液壓加載系統(tǒng)

1）系統(tǒng)工作原理組成：液壓源、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。系統(tǒng)可將荷載、應(yīng)變和位移等物理量作為控制參數(shù)，實(shí)行自動(dòng)控制。液壓加載器：?jiǎn)胃纂p油腔結(jié)構(gòu)，尾座內(nèi)腔和活塞前端分別裝有位移和荷載傳感器，能自動(dòng)記量和發(fā)出反饋信號(hào)。2）電液伺服閥的工作原理電液伺服閥直接安裝于液壓加載器上。當(dāng)電液伺服閉環(huán)回路中的電信號(hào)輸入線圈時(shí)，銜鐵發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)一擋板偏移，兩邊噴嘴油流量失去平衡，壓力改變，高壓油進(jìn)入加載器的油腔使活塞工作，滑閥的移動(dòng)帶動(dòng)反饋桿偏轉(zhuǎn)，使另一擋板反方向偏轉(zhuǎn)，同時(shí)產(chǎn)生恢復(fù)力，當(dāng)偏轉(zhuǎn)力和恢復(fù)力相等時(shí)，滑閥停止移動(dòng)。3）優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快、靈敏度高、量測(cè)與控制精度好，出力大、波形多、頻帶寬、可與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)等。缺點(diǎn)：投資較大、維護(hù)費(fèi)用高，使用受到一定限制。4）應(yīng)用可以做靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、低周疲勞和地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)及利用造波機(jī)用于海洋結(jié)構(gòu)試驗(yàn)等。2.4其他加載技術(shù)機(jī)械機(jī)具加載機(jī)械加載機(jī)具：絞車、卷?yè)P(yáng)機(jī)、倒鏈、花籃螺絲、螺旋千斤頂及彈簧等。絞車、卷?yè)P(yáng)機(jī)和倒鏈葫蘆：通過(guò)繩索遠(yuǎn)距離對(duì)高聳結(jié)構(gòu)等施加拉力?；ɑ@螺絲：加載值較小時(shí)使用。彈簧和螺旋千斤頂：適用于施加長(zhǎng)期荷載。機(jī)械機(jī)具加載設(shè)備簡(jiǎn)單、索具加載時(shí)易改變方向。但荷載值較小。氣壓模擬加載2）用真空泵抽出試件與臺(tái)座圍成的封閉空間的空氣，形成大氣壓力差對(duì)試件施加均勻荷載。1）用空氣壓縮機(jī)對(duì)氣包充氣，給試件施加均勻荷載。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：加、卸載方便，荷載穩(wěn)定，安全構(gòu)件破壞時(shí)能自動(dòng)卸載，構(gòu)件外表面便于觀察與安裝儀表。缺點(diǎn)：內(nèi)表面無(wú)法直接觀察。2.5結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載支承裝置支座與支敦

1）支座：按作用方式不同可分為滾動(dòng)鉸支座、固定鉸支座球鉸支座和刀口支座。鉸支座一般用鋼材制作。鉸支座的基本要求：1）必須保證結(jié)構(gòu)在支座處能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。2）必須保證結(jié)構(gòu)在支座處力的傳遞。長(zhǎng)度：厚度：支承墊板（上墊板可預(yù)埋）尺寸：寬度：b≥構(gòu)件支承處的寬度支座反力試件抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值滾軸中心至墊板邊緣距離墊板鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值滾軸尺寸長(zhǎng)度：試件支承處截面寬度直徑：參照表2-1選用，且按下式進(jìn)行驗(yàn)算。滾軸材料彈性模量滾軸半徑簡(jiǎn)支構(gòu)件和連續(xù)梁支座：一端為固定鉸支座，其它為滾動(dòng)鉸支座。安裝時(shí)各支座軸線應(yīng)彼此平行并垂直于試件構(gòu)件的縱軸線，各支座間的距離取為構(gòu)件的計(jì)算跨度。四角支承板支座四邊支承板支座受扭構(gòu)件兩端的支座受壓構(gòu)件兩端的支座2）支敦材料：鋼材或鋼筋混凝土，現(xiàn)場(chǎng)常用磚砌成。雙向板在兩個(gè)跨度方向的高差和偏差應(yīng)滿足上述要求。(3)連續(xù)梁各中間支敦應(yīng)采用可調(diào)式支敦，按支敦反力的大小調(diào)節(jié)支敦高度。

基本要求：(1)支敦和地基總變形量不宜超過(guò)試件撓度的1/10。試驗(yàn)使用兩個(gè)以上支敦時(shí)，各支敦應(yīng)具有相同的剛度。(2)單向簡(jiǎn)支試件的兩個(gè)鉸支座的高差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，其偏差不宜大于試件跨度的1/50。反力裝置

1）豎向反力裝置組成：垂直加荷架、千斤頂連接件和試驗(yàn)臺(tái)座等。

(1)加荷架：包括立柱、橫梁、大梁、地腳錨栓等。移動(dòng)式：千斤頂可掛在橫梁上，橫梁可上下移動(dòng)，架子底部設(shè)置有四個(gè)滾輪，可自由行走。組合式：(2)試驗(yàn)臺(tái)座基本要求:①具有足夠的強(qiáng)度和整體剛度。②動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)座還應(yīng)有質(zhì)量和耐疲勞強(qiáng)度。③靜力臺(tái)座和動(dòng)力臺(tái)座同時(shí)存在時(shí)，兩者應(yīng)分離設(shè)置。按結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同分類:①槽式試驗(yàn)臺(tái)座②地錨式試驗(yàn)臺(tái)座③箱形試驗(yàn)臺(tái)座④槽、錨式試驗(yàn)臺(tái)座⑤抗彎式試驗(yàn)臺(tái)座⑥空間桁架式試驗(yàn)臺(tái)座(3)加載器連接件靜力試驗(yàn)時(shí)，只要使千斤頂與試件給加荷架之間保持穩(wěn)定即可。抗震試驗(yàn)時(shí)，千斤頂與橫梁之間需安裝滾動(dòng)輥軸。2）水平反力裝置組成：反力墻（架）與千斤頂水平連接件。