第2章-建筑結(jié)構(gòu)試驗試驗荷載與加載方法

第2章試驗荷載與加載2.1概述工程結(jié)構(gòu)試驗為模擬結(jié)構(gòu)在實際受力工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，必須對試驗對象施加荷載，結(jié)構(gòu)荷載試驗是結(jié)構(gòu)試驗的基本方法。工程試驗用的荷載形式、大小、加載方式是根據(jù)試驗?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章試驗荷載與加載教學內(nèi)容2.1．重物加載2.2．機械式加載2.3．氣壓加載2.4．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定。2.5．動荷加載方法：包括慣性力加載，激振器加載（機械式激振器，電磁式激振器），爆炸加載。2.6．加載輔助設(shè)備：荷載支承裝置，荷載傳遞裝置2.7．試件支承裝置。第二章荷載與加載第2章試驗荷載與加載重點：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定，荷載支承裝置，荷載傳遞裝置，試件支承裝置。難點：動荷加載方法第二章荷載與加載試驗荷載與加載1．熟練掌握重物加載，液壓加載的分類，液壓系統(tǒng)，液壓器荷載的標定。2．熟練掌握荷載支承裝置，荷載傳遞裝置，試件支承裝置。3．掌握機械式加載，氣動加載，動荷加載第二章荷載與加載2.1概述結(jié)構(gòu)試驗中的加載方法：重力加載法；氣壓加載法；液壓加載法；電磁加載法；慣性力加載法；人激振動加載法；機械力加載法；環(huán)境隨機振動激振法。第二章荷載與加載2.1概述正確選用試驗的荷載設(shè)備和加載方法要求：1、荷載圖式與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算荷載圖式所產(chǎn)生的內(nèi)力值一致或接近；2、荷載傳力方式和作用點明確；3、荷載分級分度值滿足量測精度，加載設(shè)備有強度儲備；4、加載裝置安全可靠（強度、變形、剛度）；5、設(shè)備操作方便，便于加卸、控制；6、采用現(xiàn)代先進技術(shù)，減輕勞力，提高質(zhì)量。第二章荷載與加載2.2重力加載包括重力直接加載法和杠桿加載法直接加載法應(yīng)注意避免因荷重塊產(chǎn)生拱作用而改變荷載分布。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重力加載重力加載法第二章荷載與加載2.2重力加載杠桿加載法第二章荷載與加載1．重物加載的優(yōu)點和缺點：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)試驗當中，用重物加載也可以做到很精確，而且它的重物有時候取得很方便。但是它有一個最大的缺點，就是當你荷載很大的時候，加載的勞動強度很大。2．重物加載的作用：通過重物加載這種方式可以實現(xiàn)均布荷載的加載，也可以實現(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。3．重物加載實現(xiàn)均布荷載第二章荷載與加載第二章荷載與加載第二章荷載與加載大家在這里首先可以看到這是要做的一個梁，這個梁是簡支的，它通過一個活動支座、一個固定支座實現(xiàn)這個簡支梁，那么這個活動支座和固定支座這部分實際就屬于試件的支撐裝置，這講義上會介紹。底下這部分是為了使這個試件，架設(shè)到一定的高度，所以它有一個一般叫支墩或者叫做臺座。上面就是加的荷重，那么加這種荷重的時候，不能夠把荷重都是連續(xù)的加進來，必須分成區(qū)域，使每個區(qū)域之間有一定的間隙。這個間隙一般都在50毫米以上。它的目的就是為了當這個荷載加上以后，這個梁，要產(chǎn)生撓度，向下彎曲。它一彎曲就使得這個荷載之間就要接近。那么這個縫隙就要保證這個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。那它這個荷載加的就不是均布的了，實際就傳到兩端去了。在正規(guī)實驗室里一般要準備好些荷重塊，要用鑄鐵或者鑄鋼，把這個鑄成適合于人搬動的一些小的加荷塊，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。事先把它稱量準確。如果你事先也可以把它加工的很準確，當然這樣試驗時很方便，但是制造成本就高了，假如說你不加工準確，但是你要把它稱量準確，把它標在加荷塊上，試驗的時候就適當?shù)慕M合，也可以把它組合的很準確。如果在現(xiàn)場，或者是你的加荷塊不夠了，也可以臨時取用些沙子、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，它對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，一個很大面積的均布荷載的時候，可以用一個水槽，這個水槽不要底，就光要四周，把它圈起來。給個底面試件來加荷，然后用一個防水的膠布做成一個水槽，里面加水，用水的重量作為荷載。但是用水加荷的時候，當加荷的面積很大的時候，就有一個什么問題呢？就是當面積很大，底下試件有一定的撓度，它向下變形，所以水深，實際上中間深，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。前兩種方法都是均布荷載的加載方法。第二章荷載與加載4．重物加載實現(xiàn)集中荷載這張圖表示的是用重物加荷來施加集中荷載，也是一根梁要加兩個集中荷載，那么這時候我們就用兩個荷載料斗，或者把它叫做吊籃，那么在吊籃里可以施加各種重物，來實現(xiàn)集中荷載的加荷。當荷載很大，直接用吊籃加荷，達不到它的荷載值的要求的時候，可以通過杠桿來使這個荷載值增大。第二章荷載與加載2.3液壓加載目前結(jié)構(gòu)試驗中最常用的加載方法；可適用于靜、動載試驗，噸位可大、可??；液壓加載方法：?液壓加載系統(tǒng)和試驗臺座；?結(jié)構(gòu)試驗機系統(tǒng)。第二章荷載與加載2.3液壓加載液壓加載裝置?液壓加載器；?液壓加載系統(tǒng)；?結(jié)構(gòu)試驗機；?電液伺服液壓系統(tǒng)；?地震模擬振動臺。第二章荷載與加載2.3液壓加載2.3.1液壓加載器千斤頂?shù)诙潞奢d與加載2.3液壓加載2.3.1液壓加載器電動泵第二章荷載與加載2.3液壓加載2.3.1液壓加載器雙向液壓加載器第二章荷載與加載2.3液壓加載2.3.2液壓加載系統(tǒng)組成部分?液壓加載器?液壓控制臺?反力架?臺座適用于各類結(jié)構(gòu)的靜載試驗（包括擬靜力試驗）第二章荷載與加載主要是掌握它們這么幾點內(nèi)容：1）它的主要加載的作用是通過這個外面這一部分，這個是一個油缸，里面這一部分是活塞，這個長的桿，就是活塞桿了，它的作用就是通過，你把油通過進油口打進去以后，由這個油的壓力推動活塞向前移動，那么這就產(chǎn)生力了，那么由這個活塞桿把這個力施加給試件。那么它的作用就是通過活塞來推動活塞桿移動來施加力。這是液壓加載的一個主要的作用。它就這么來起作用的。2）為什么把它叫單作用呢，就是它只能從這邊進油，那么它會產(chǎn)生很大的力來施加力，那么它反向，反向雖然也可以進油來推動活塞往回走，但反向活塞面積也很小，所以它反向的時候?qū)嶋H上不起加力的作用，而僅僅是當你卸荷的時候，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。3）另外注意的就是這一部分，這一部分它實際要做成一個鉸，做成鉸的目的，就是使當你外界試件發(fā)生變形的時候它這個鉸可以有一個轉(zhuǎn)動，使這個整個加載器施加的是一個單向的壓力，就是說它不會產(chǎn)生彎曲。這種加載器雖然它是為靜載試驗加載專門做的，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2.3.3大型結(jié)構(gòu)試驗機1.測試空間:120x120x120cm

2.1200噸主油壓缸,鑄鋼本體

3.行程:300mm

4.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2.3.3大型結(jié)構(gòu)試驗機第二章荷載與加載2.3液壓加載2.3.3大型結(jié)構(gòu)試驗機第二章荷載與加載2.3液壓加載2.3.4電液伺服液壓系統(tǒng)電液伺服加載器控制系統(tǒng)液壓源直接控制負荷、應(yīng)變、位移。自動控制。第二章荷載與加載第二章荷載與加載2.3液壓加載2.3.4電液伺服液壓系統(tǒng)電液伺服加載器第二章荷載與加載這個加載器相對來講就是比較現(xiàn)代化的了。從它的構(gòu)造原理來講與一個雙作用的加載器沒有太大區(qū)別。它也是中間一個活塞，帶了一個活塞桿。標號12是油缸的底部。所以這個活塞桿是通過它的前部，也通過它的底部，所以在這個活塞上兩面的壓力的作用面積是相等的。當它推這個活塞的時候，或者向后推，或者向前推這個活塞的時候，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。另外一個它的最大的區(qū)別就是電液伺服加載器有一個叫電液伺服閥。當然要詳細講這個電液伺服閥，因為它的構(gòu)造很復(fù)雜，也沒有必要那么細去掌握，但是對它的功能要知道，所謂電液伺服閥，就是它通過一個簧片，通過電信號來控制這個簧片的來回擺動，使得這個流量可以很精確的控制，比如說進油還是回油，它控制的很精確，那么電流的變化實際上就改變了它的供油量的變化，這是這個閥的功能，下面會介紹通過這個系統(tǒng)可以使它能夠很準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。它的最大特點就是用一個電液伺服閥來控制供油，所以可以供的很精確，另外一個就是它本身也直接接上一個荷載傳感器來測力，它的兩端都做成鉸，這端是個鉸，這端也是個鉸，那么這個整個加載器實際上是個二力桿，所以這個加載器本身總是在受拉或者受壓。液壓加載器咱們介紹了四種，一個就是普通的液壓千斤頂，再一個就是單作用的加載器，一個雙向作用加載器和一個電液伺服的作動器。電液伺服的作動器，為什么它不叫加載器呢？因為，這個電液伺服作動器，這個作動器是起自動控制作用的，自動控制里的執(zhí)行元件一般叫做作動器。但是光有一個加載器實際上還不能實現(xiàn)加載，還要形成一個液壓加載系統(tǒng)，這個液壓加載系統(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2.3.4電液伺服液壓系統(tǒng)電液伺服閥第二章荷載與加載2.3液壓加載2.3.5地震模擬振動臺第二章荷載與加載2.3液壓加載2.3.5地震模擬振動臺美國MTS公司三向六自由度維模擬地震振動臺，臺面尺寸4m×4m，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慣性力加載利用運動物體質(zhì)量的慣性施加動力荷載2.4.1沖擊力加載法1、初位移加載法第二章荷載與加載2.4慣性力加載2.4.1沖擊力加載法2、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?3、反沖激振法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結(jié)構(gòu)或建筑物，而火藥燃燒是通過火箭激振加載器以激振力的形式作用于結(jié)構(gòu)或建筑物。火箭激振加載也稱為反沖激振器加載，是利用火箭發(fā)動機的原理對試驗結(jié)構(gòu)施加荷載的。

第二章荷載與加載2.4慣性力加載2.4.2離心力加載法?優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易產(chǎn)生較大振幅和激振力；?缺點：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2.4.2直線位移慣性力加載法?激振力大，但頻率較小（<1HZ），且設(shè)備笨重。第二章荷載與加載2.5機械力加載法常用機具包括：吊鏈（葫蘆）、卷揚機、花籃螺絲、螺旋千斤頂、彈簧等；適用于施加水平荷載；優(yōu)點：設(shè)備簡單，集中力的方向便于控制；缺點：荷載較小，加卸載速度慢，荷載作用點的變形會引起荷載值的較大改變。第二章荷載與加載2.6氣壓加載法氣壓加載法：利用壓縮空氣加載，利用抽真空產(chǎn)生負壓加載；適用于平板、殼體等平面結(jié)構(gòu)施加均布荷載；優(yōu)點：加、卸載方便，荷載穩(wěn)定、安全，結(jié)構(gòu)破壞時能夠自動卸載；缺點：加載面無法觀測。第二章荷載與加載2.7電磁力加載法2.7.1電磁式激振器磁系統(tǒng)（勵磁線圈、鐵心、磁極板）、動圈（工作線圈）、彈簧、頂桿。第二章荷載與加載2.7電磁力加載法2.7.2電磁振動臺第二章荷載與加載2.8人激振動加載法利用人自身在結(jié)構(gòu)上的有規(guī)律的活動與結(jié)構(gòu)自振周期同步運動，產(chǎn)生慣性力，形成共振試驗的振幅。第二章荷載與加載2.9環(huán)境隨機振動激振法環(huán)境也稱為脈動法。微小的地震活動、車輛人流來往擾動運動振幅極為微小，頻譜豐富，地面脈動。測定動力特性由地面脈動產(chǎn)生建筑物脈動，再對其進行模態(tài)參數(shù)識別。第二章荷載與加載2.10荷載支承設(shè)備和試驗臺座支座；荷載支承機構(gòu)；結(jié)構(gòu)試驗臺座；現(xiàn)場試驗荷載裝置。第二章荷載與加載2.10荷載支承設(shè)備和試驗臺座2.10.1支座支墩：簡易支座，鋼或鋼筋砼制作，現(xiàn)場試驗多為磚砌體；支座作用形式：滾動鉸支座、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)備和試驗臺座2.10.1支座對鉸支座的基本要求（課本P16－21）?必須保證結(jié)構(gòu)在支座處能自由轉(zhuǎn)動；?必須保證結(jié)構(gòu)在支座處力的傳遞；?構(gòu)件支座處鉸的上下墊板要有一定剛度；?滾軸長度，一般取為試件支承處截面寬度；?滾軸直徑，可按表選用，并進行強度驗算。第二章荷載與加載2.10荷載支承設(shè)備和試驗臺座2.10.1支座第二章荷載與加載2.10荷載支承設(shè)備和試驗臺座2.10.2荷載支承機構(gòu)又稱反力架或荷載架；試驗室試驗?反力架（由橫梁立柱組成）；?抗彎大梁或空間桁架式臺座（適用于中小型構(gòu)件）、試驗臺座?，F(xiàn)場試驗?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)備和試驗臺座2.10.2荷載支承機構(gòu)槽式試驗臺座：第二章荷載與加載2.10荷載支承設(shè)備和試驗臺座2.10.2荷載支承機構(gòu)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)備和試驗臺座2.10.2荷載支承機構(gòu)水平反力架第二章荷載與加載2.10荷載支承設(shè)備和試驗臺座2.10.3試驗臺座抗彎大梁式臺座和空間桁架式臺座：?適用于中小型構(gòu)件試驗，跨度短、荷載?。?特點：自平衡式，對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)備和試驗臺座2.10.3試驗臺座抗彎大梁式臺式支座：第二章荷載與加載2.10荷載支承設(shè)備和試驗臺座2.10.3

試驗臺座板式