土木工程實(shí)驗(yàn)原理結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)

土木工程實(shí)驗(yàn)原理結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)第1頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3.2試驗(yàn)方案的確定制定方案前：123方案技術(shù)預(yù)備：鑒定性試驗(yàn)：123研究性試驗(yàn)：123了解試驗(yàn)?zāi)康膶?shí)地考察對(duì)象熟悉背景文獻(xiàn)試驗(yàn)的緣由需獲得的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范，規(guī)程課題現(xiàn)狀，意義需獲得的參數(shù)預(yù)期達(dá)到的層面第2頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)試驗(yàn)方案具體內(nèi)容包括：1.試驗(yàn)?zāi)康募凹夹g(shù)依據(jù)2.試驗(yàn)場(chǎng)地的選定和測(cè)點(diǎn)布置；3.試件安裝就位及試件支座形式；4.加載設(shè)備及裝置，加載圖式，加載程序；5.人員、儀器、試件的安全及防護(hù)措施；6.測(cè)量方法，儀器型號(hào)，儀表布置圖；7.試驗(yàn)進(jìn)度表；8.附錄：經(jīng)費(fèi)，器材、工具等。第3頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3.3試驗(yàn)荷載的設(shè)計(jì)1.加載圖式

它是試驗(yàn)荷載在試件上的布置形式。它包括荷載的類（如：重力加載或液壓加載等）和荷載分布情況（如：均布加載或集中加載等）。

要求：加載圖式要盡量與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的荷載圖式一致。使試驗(yàn)時(shí)荷載下結(jié)構(gòu)工作情況與實(shí)際情況為接近。第4頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)2.試驗(yàn)荷載的幾個(gè)概念（1）正常使用短期荷載檢測(cè)值它是結(jié)構(gòu)在正常工作狀態(tài)下應(yīng)能承受的荷載的檢測(cè)值正常使用短期荷載檢測(cè)值永久性荷載使用荷載結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重結(jié)構(gòu)構(gòu)件裝飾重第5頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)（2）荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合值

它是考慮了可變荷載對(duì)結(jié)構(gòu)作用的長(zhǎng)期性。

可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)，通常取0.4。注：依照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范2006》第6頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)（3）短期承載力檢測(cè)值

它是結(jié)構(gòu)最大應(yīng)能承受的短期荷載檢測(cè)值。

永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)取1.2；可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)取1.4.

注：依照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范2006》

第7頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3.試驗(yàn)加載程序加載程序是指對(duì)試驗(yàn)所進(jìn)行的加載級(jí)距，加、卸載的循環(huán)次數(shù)，級(jí)間間隙時(shí)間等有序的安排。（1）預(yù)載目的：1）密實(shí)節(jié)點(diǎn)或接合部位，使結(jié)構(gòu)處于工作狀態(tài)；

2）檢查試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)儀器儀表是否正常工作；

3）人員是否各就各位，已做好準(zhǔn)備工作。

預(yù)載可分兩級(jí)或三級(jí)，每級(jí)不超過的20％，并卸載至零。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，預(yù)載不應(yīng)超過所計(jì)算的開裂荷載值的70％。第8頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)4.結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)通用加載程序第9頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)5.試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置基本原則：

（1）在滿足試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯拢瑴y(cè)點(diǎn)不宜過多，使試驗(yàn)工作重點(diǎn)突出。（2）測(cè)點(diǎn)要具有代表性，便于分析計(jì)算。（3）為了確保測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠，應(yīng)布置一定數(shù)量的校核點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)的布置要盡量使測(cè)量時(shí)安全、方便及滿足儀器的一些特殊要求。第10頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)幾個(gè)典型測(cè)點(diǎn)布置第11頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3.4

試驗(yàn)觀測(cè)

試驗(yàn)人員要對(duì)試驗(yàn)對(duì)象不斷地觀察和分析，對(duì)重要的數(shù)據(jù)應(yīng)在試驗(yàn)過程中隨時(shí)整理分析，并與理論預(yù)算值進(jìn)行比較。

對(duì)于異常情況要及時(shí)查清原因，排除故障或事故隱患。待弄清原因并排除異常后，再繼續(xù)加載觀測(cè)。必要時(shí)可能要依實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整試驗(yàn)方案。

要統(tǒng)觀全局，時(shí)刻注意人員、儀器設(shè)備的安全。第12頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)1.應(yīng)變觀測(cè)由應(yīng)變儀觀測(cè)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化1）觀察應(yīng)變受力狀況是否正確；2）觀察應(yīng)變是否出現(xiàn)突變的現(xiàn)象；3）觀察結(jié)構(gòu)此時(shí)所處的工作狀態(tài)；4）觀察當(dāng)荷載并不增加，鋼筋應(yīng)變是否仍不斷增大，以判定鋼筋是否屈服。第13頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)2.位移觀測(cè)

由位移計(jì)觀測(cè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形情況1）觀察變形得知結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的工作狀態(tài)；2）觀察位移計(jì)是否超出量程，及時(shí)調(diào)表；3）試驗(yàn)?zāi)┢?，位移?jì)位移值出現(xiàn)連續(xù)加快變化時(shí)，要及時(shí)拆卸位移計(jì)，以免損壞。第14頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3．裂縫觀測(cè)

觀測(cè)裂縫的展開，由讀數(shù)顯微鏡觀測(cè)裂縫寬度。1）找出（最大拉應(yīng)力處）第一條（批）開裂裂縫（裂寬大于0.05㎜稱之為開裂）；2）試驗(yàn)的同時(shí)，跟蹤描繪裂縫展開軌跡；3）表明每級(jí)荷載下的裂縫寬度。第15頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)開裂荷載的具體確定：（1）如果在加載過程中出現(xiàn)裂縫，取前一級(jí)荷載為開裂荷載；（2）如果在規(guī)定的持荷時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)裂縫，取本級(jí)與前一級(jí)荷載的平均值為開裂荷載；（3）如果在規(guī)定的持荷時(shí)間結(jié)束后出現(xiàn)裂縫，取本級(jí)荷載為開裂荷載。第16頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)4.鋼筋混凝土破壞特征

(a)荷載不增加而構(gòu)件受拉主筋處的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)應(yīng)變數(shù)連續(xù)變化或應(yīng)變數(shù)達(dá)1萬微應(yīng)變。

(b)梁的跨中撓度達(dá)到跨度的1/50，懸臂結(jié)構(gòu)的撓度達(dá)到懸臂長(zhǎng)的1/25。

(c)受拉主筋處的垂直裂縫寬度達(dá)到1.5㎜，或受拉斜裂縫寬度達(dá)到1.5㎜，

(d)斜裂縫末端受壓區(qū)混凝土剪壓破壞，或沿斜截面混凝土斜壓破壞。

(e)受拉主筋在端部滑脫0.2㎜，或其它錨固破壞。

(f)受拉主筋被拉斷。

(g)受壓混凝土構(gòu)件混凝土被壓壞。第17頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3.5靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析1

試驗(yàn)曲線的繪制常見的測(cè)試曲線有（1）荷載－變形曲線；（2）荷載－應(yīng)變曲線；（3）截面應(yīng)變圖；（4）裂縫開展分布圖。第18頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)1）．荷載－變形曲

意義：由結(jié)構(gòu)－變形關(guān)系曲線，可判斷結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載作用下的工作狀態(tài)。

1結(jié)構(gòu)處于彈性階段；

2結(jié)構(gòu)處于彈塑性階段（當(dāng)混凝土開裂時(shí)，會(huì)出現(xiàn)A、B轉(zhuǎn)折點(diǎn)）；

3(1)是在加載過程中儀器出現(xiàn)故障；

(2)是鄰近構(gòu)件、支架參與工作分擔(dān)了荷載；

(3)是整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)多次加載后，也會(huì)出現(xiàn)此鐘情況；

(4)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在卸載過程中也會(huì)出現(xiàn)此種情況。第19頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)荷載-變形曲線的實(shí)現(xiàn)過程荷載傳感器機(jī)電百分表動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀X-Y記錄儀第20頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)2）.荷載－應(yīng)變圖意義：由荷載－應(yīng)變圖顯示荷載與應(yīng)變的內(nèi)在關(guān)系以及應(yīng)變隨荷載增長(zhǎng)的規(guī)律。以梁為例:第21頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3）．截面應(yīng)變圖意義：由截面應(yīng)變圖來了解試件沿截面高度分布的規(guī)律及其變化過程以及觀察其中中和軸的移動(dòng)情況。以梁為例，A為第一級(jí)荷載，B為第二級(jí)荷載，C為第三級(jí)荷載。1、2、3、4、5分別為五個(gè)沿截面高度均勻分布的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。第22頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)4）．裂縫開展分布圖在試驗(yàn)過程中始終跟蹤描下裂縫開展的軌跡與此級(jí)荷載大小及裂寬大小。其目的是為了了解結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)束后，立即拍照，并在坐標(biāo)紙上按比例作一裂縫展開圖。按實(shí)測(cè)時(shí)實(shí)際裂縫繪出開展部位、方向、長(zhǎng)度以及每級(jí)荷載下的裂寬等信息。第23頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3.6.試驗(yàn)撓度計(jì)算在計(jì)算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件時(shí)，需要對(duì)實(shí)測(cè)的撓度進(jìn)行修正，以獲得真實(shí)的撓度。1．支座沉降影響的修正（1）對(duì)于簡(jiǎn)支靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)件若左右兩支座沉降測(cè)量值分別為和，跨中實(shí)測(cè)撓度值為，則扣除支座沉降后的試驗(yàn)撓度值為：第24頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)（2）對(duì)于懸臂結(jié)構(gòu)構(gòu)件若固定端的沉降和自由端的撓度實(shí)測(cè)值分別為：和，而懸臂長(zhǎng)為，扣除固定端沉降后懸臂下傾的角度為，則扣除固定端沉降后的撓度值為：第25頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)2．結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重影響的修正

結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身重量產(chǎn)生的撓度，通常采用近似計(jì)算法得到。由結(jié)構(gòu)構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)，依據(jù)“彎矩等效原則”有：

其中：－結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重產(chǎn)生的撓度；－結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重產(chǎn)生的彎矩；－試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件在第級(jí)荷載下的彎矩；－試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件在第級(jí)荷載下且扣除了支座沉降的撓度實(shí)測(cè)值。第26頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)此外，對(duì)于桁架、屋架自重所產(chǎn)生的撓度，可在其彈性階段內(nèi)，按荷載－撓度比例式求出自重所產(chǎn)生的撓度：其中：－結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重；－結(jié)構(gòu)構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)的第級(jí)荷載下的荷載值。則，考慮以上兩種修正后的撓度值為：第27頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3．等效荷載圖式影響修正由于某種原因，用等效集中荷載代替設(shè)計(jì)時(shí)的均布加載時(shí)，由于集中荷載與均布荷載兩種加載方式它們的內(nèi)力包絡(luò)圖不同，造成一定的撓度結(jié)果的差異。則按如圖修正系數(shù)進(jìn)行修正。

注意：如果設(shè)計(jì)本來就是施加集中荷載就不必修正。第28頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)4．徐變影響的修正

由于長(zhǎng)期荷載作用下的撓度比短期荷載作用下的撓度要大。而試驗(yàn)測(cè)試是短期荷載下的撓度值，它們之間的換算式為：通常，，也可按規(guī)范有關(guān)條文取用。第29頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3.7結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的性能評(píng)定

1.評(píng)定指標(biāo)（1）承載力評(píng)定其中：－結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力檢驗(yàn)系數(shù)實(shí)測(cè)值，，其中，－初次觀測(cè)到承載力檢驗(yàn)標(biāo)志之一時(shí)的荷載實(shí)測(cè)值。－結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級(jí)和重要系數(shù)（見表3-2）；－結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力檢驗(yàn)系數(shù)允許值（由設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖集或表3-1給出）。第30頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)（2）撓度評(píng)定撓度指標(biāo)是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在下的撓度。

其中：－在下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件短期撓度實(shí)測(cè)值；－結(jié)構(gòu)構(gòu)件短期允許撓度值。

注意：規(guī)范給出的是長(zhǎng)期撓度允許值，試驗(yàn)得到的是短期撓度值。故應(yīng)將規(guī)范的長(zhǎng)期撓度允許值轉(zhuǎn)換為短期撓度值才可進(jìn)行比較（轉(zhuǎn)換式采用徐變的反算式）。第31頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3）抗裂性能評(píng)定

通常將構(gòu)件做如下抗裂等級(jí)分類：對(duì)于嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件稱之為一級(jí)構(gòu)件；對(duì)于一般性要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件稱之為二級(jí)構(gòu)件；對(duì)于允許出現(xiàn)裂縫但對(duì)裂寬有限制的構(gòu)件稱之為三級(jí)構(gòu)件。

對(duì)于一、二級(jí)構(gòu)件進(jìn)行抗裂評(píng)定；對(duì)于三級(jí)構(gòu)件進(jìn)行裂寬評(píng)定。第32頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)（a）抗裂評(píng)定

其中：－抗裂檢驗(yàn)系數(shù)實(shí)測(cè)值；，其中，－構(gòu)件開裂時(shí)的荷載實(shí)測(cè)值。－構(gòu)件抗裂檢驗(yàn)系數(shù)允許值；，其中，－允許開裂荷載值?；蛴稍O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖集給出。第33頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)（b）裂寬評(píng)定

其中：－下，受拉主筋處最大裂縫寬度實(shí)測(cè)值；－下，受拉主筋處最大裂縫寬度允許值（見表3-3）。第34頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)2.荷載設(shè)計(jì)（1）在撓度評(píng)定和抗裂性能評(píng)定時(shí)，加載值：－加載系數(shù)；。取0.4，0.6，0.8，1.0，……

（2）在承載力評(píng)定時(shí)，加載值：，－加載系數(shù)；

取……

第35頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)3.實(shí)例列舉有一甲I組冷拔低碳鋼絲（10I4）配筋的預(yù)應(yīng)力圓孔板YKB3651，標(biāo)準(zhǔn)圖集中：抗裂檢驗(yàn)系數(shù)1.188，允許外荷重（活荷載，使用荷載）4.056KPa，板自重1.864KPa，嵌縫重0.131KPa，

/250

分四格加均布荷載，擬定加載方案，并依據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果給予評(píng)定。第36頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)1）．參數(shù)計(jì)算

b＝0.5（板寬的計(jì)算不以實(shí)測(cè)值計(jì)，而以設(shè)計(jì)值計(jì)。以標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)來計(jì)。如0.5，0.6，0.9，1.2m。實(shí)測(cè)值為0.49m以0.5m計(jì)）。計(jì)算跨度第37頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)第38頁/共44頁第三章結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)2）．荷載設(shè)計(jì)加載方式為均布荷載，分為四區(qū)格，每格邊長(zhǎng)：每格加載值：第39頁/共44頁第三章