演示文稿第二章結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載設(shè)備

（優(yōu)選）第二章結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載設(shè)備當(dāng)前1頁，總共59頁。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)備的振動荷載橋梁上的車輛振動荷載地震等荷載等溫度變化混凝土收縮支座沉降等當(dāng)前2頁，總共59頁。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，除模擬動力作用之外，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)的變形而變化。

當(dāng)前3頁，總共59頁。

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)和分級加(卸)載，易于控制加(卸)載速率，分級值應(yīng)能滿足精度要求。6）盡量采用先進(jìn)技術(shù)，滿足自動化的要求，減輕勞動強(qiáng)度，方便加載，提高試驗(yàn)效率和質(zhì)量。當(dāng)前4頁，總共59頁。加載設(shè)備分類按荷載性質(zhì)分：靜力試驗(yàn)設(shè)備、動力試驗(yàn)設(shè)備。按加載方法分：重力加載、普通液壓加載、電液伺服加載、人工爆炸加載、慣性力加載、電磁系統(tǒng)激振、壓縮空氣或真空加載、機(jī)械力加載、地震模擬振動臺等。

當(dāng)前5頁，總共59頁。二、重力加載重力加載概念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：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，通過吊盤形成集中荷載；

3）借助鋼索和滑輪導(dǎo)向，對結(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。當(dāng)前6頁，總共59頁。當(dāng)前7頁，總共59頁。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。當(dāng)前8頁，總共59頁。重力加載的要求加載重物的重量不隨時間變化。砂、石、磚等應(yīng)控制其含水量，液體加載應(yīng)有防水滲漏措施。加載重物堆放時，應(yīng)防止重物起拱產(chǎn)生卸荷作用。砂、石等粒狀材料應(yīng)采用容器分裝，逐級稱量，規(guī)則堆放；磚、砝碼等塊狀材料應(yīng)整齊堆放，并留空隙（30~50mm）.水作為均布荷載時，不應(yīng)含泥沙。稱量重物的衡器，示值誤差應(yīng)小于±1%。當(dāng)前9頁，總共59頁。三、液壓加載

液壓千斤頂?shù)臉?gòu)成：

由活塞、油缸和密封裝置構(gòu)成。液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟恚?/p>

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。

F=P*A

F:對結(jié)構(gòu)施加的荷載值；

P：液壓油壓強(qiáng)；

A：活塞工作面積當(dāng)前10頁，總共59頁。

根據(jù)力的產(chǎn)生方式不同，也可分為單作用式和雙作用式。單作用式對結(jié)構(gòu)施加單向壓力，用于結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)；雙作用式有兩個油腔和兩個供油口，可用于低周反復(fù)荷載試驗(yàn)。雙作用式又分為單出桿式和雙出桿式。

當(dāng)前11頁，總共59頁。雙作用雙出桿式液壓千斤頂：123141—進(jìn)出油孔；2—活塞；3—活塞桿；4—位移傳感器前工作油缸后工作油缸當(dāng)前12頁，總共59頁。常用的液壓加載設(shè)備：

手動液壓加載器（千斤頂）、電動液壓加載器、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)和電液伺服加載器。手動液壓千斤頂：

由手動油泵、液壓千斤頂、油路和壓力表組成。裝置輕便，適合人工搬運(yùn)，便于現(xiàn)場及高空作業(yè)，但加載能力一般不超過1000KN。當(dāng)前13頁，總共59頁。采用電力驅(qū)動油泵，加載能力高，可達(dá)10000KN。電動液壓千斤頂：當(dāng)前14頁，總共59頁。大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)：

由液壓操作臺、液壓千斤頂、試驗(yàn)機(jī)架、管路系統(tǒng)組成。比較典型的大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)是結(jié)構(gòu)長柱試驗(yàn)機(jī)，國內(nèi)普遍使用的長柱試驗(yàn)機(jī)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(yàn)。當(dāng)前15頁，總共59頁。試驗(yàn)機(jī)類型1）材料萬能試驗(yàn)機(jī)2）結(jié)構(gòu)長柱試驗(yàn)機(jī)組成：液壓操縱臺、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：脈動發(fā)生系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和千斤頂工作系統(tǒng)。

當(dāng)前16頁，總共59頁。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)行自動控制。

人計(jì)算機(jī)程序或指令模擬控制器指令轉(zhuǎn)換為電信號電液伺服閥電信號轉(zhuǎn)換為液壓信號電液伺服作動器對試件施加力、位移或應(yīng)變試件實(shí)際工作信號力、位移等傳感器測量反饋調(diào)節(jié)器調(diào)差信號普通液壓加載系統(tǒng)開環(huán)當(dāng)前17頁，總共59頁。當(dāng)前18頁，總共59頁。當(dāng)前19頁，總共59頁。電液伺服振動臺：

用來模擬地震過程或產(chǎn)生人工地震波。由臺面和基礎(chǔ)、高壓油源、管路系統(tǒng)、電液伺服作動器、模擬控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。當(dāng)前20頁，總共59頁。同濟(jì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室地震模擬振動臺，臺面尺寸4mX4m，最大試件質(zhì)量25t。當(dāng)前21頁，總共59頁。

3）優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生較大的荷載，試驗(yàn)操作安全方便，加載速度快。特別是對于大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗(yàn)，當(dāng)要求荷載點(diǎn)數(shù)多、噸位大時更為合適。尤其是電液伺服加載系統(tǒng)能模擬地震荷載、海浪波動等不同特性的動力荷載。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)、動態(tài)、低周疲勞和地震模擬振動臺試驗(yàn)及利用造波機(jī)用于海洋結(jié)構(gòu)試驗(yàn)等。當(dāng)前22頁，總共59頁。四、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、卷揚(yáng)機(jī)、倒鏈、花籃螺絲、螺旋千斤頂及彈簧等。當(dāng)前23頁，總共59頁。

葫蘆、卷揚(yáng)機(jī)、倒鏈葫蘆、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(jì)測定。彈簧和螺旋千斤頂：彈簧與螺旋千斤頂均適用于施加長期荷載。螺旋千斤頂由渦輪蝸桿等組成，手動頂升采用類似普通手動液壓千斤頂。彈簧加載通過旋動螺帽，靠彈簧的彈力加壓，用百分表測其壓縮變形確定其荷載。機(jī)械機(jī)具加載設(shè)備簡單、索具加載時易改變方向。但荷載值較小。當(dāng)前24頁，總共59頁。氣壓模擬加載

2）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施加均勻荷載。負(fù)壓1）用空氣壓縮機(jī)對氣包充氣，給試件施加均勻荷載。正壓當(dāng)前25頁，總共59頁。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：加、卸載方便，荷載穩(wěn)定，構(gòu)件破壞時能自動卸載，構(gòu)件外表面便于觀察與安裝儀表。缺點(diǎn)：內(nèi)表面無法直接觀察。氣壓加載特別適合于曲面結(jié)構(gòu)加載。氣壓加載需要一個對試件無約束的密封容器或氣囊。當(dāng)前26頁，總共59頁。慣性力加載法

用于對結(jié)構(gòu)施加動力荷載，激發(fā)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動力反應(yīng)，用來分析結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼等動力特性參數(shù)。有初位移法、初速度法、反沖擊法和離心力法。初位移法：通過鋼絲繩對結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加拉力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一初始位移，然后突然釋放，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動。當(dāng)前27頁，總共59頁。初速度加載法：

利用運(yùn)動重物對結(jié)構(gòu)施加瞬間的水平或垂直沖擊，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生初速度而獲得所需的沖擊荷載。也叫突然加載法，有擺錘法和落錘法。擺錘法應(yīng)防止擺錘和建筑物有相近的自振頻率。落錘法為避免重物下落后的跳動，可采取加砂墊層的措施。當(dāng)前28頁，總共59頁。反沖擊激振法：

也叫火箭激振，通過點(diǎn)燃火藥，使高溫高壓氣體從噴管口噴出，從而給結(jié)構(gòu)施加反沖擊荷載。離心力加載法：

利用旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的離心力對結(jié)構(gòu)施加簡諧振動荷載。當(dāng)前29頁，總共59頁。

當(dāng)一對偏心質(zhì)量按相反方向運(yùn)轉(zhuǎn)時，離心力將產(chǎn)生一定方向的激振力。P=mω2rm:偏心塊質(zhì)量ω：偏心塊旋轉(zhuǎn)角速度r：偏心塊旋轉(zhuǎn)半徑。

通過調(diào)整偏心轉(zhuǎn)輪的位置，可產(chǎn)生水平或垂直的激振力。多臺同步激振器同時使用時，不但可提高激振力，還可擴(kuò)大使用范圍。扭振試驗(yàn)、水平振動臺。當(dāng)前30頁，總共59頁。電磁加載法：優(yōu)點(diǎn)：頻率范圍寬、重量輕、控制方便、可按給定信號產(chǎn)生多個波形的激振力；缺點(diǎn)：激振力不大、適用于小型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。

工作原理：在磁場中的通電導(dǎo)體受到與磁力線方向垂直的作用力。電磁激振器就是根據(jù)這個原理制成的。組成：電磁激振器由勵磁線圈、動圈、彈簧、頂桿等組成，可進(jìn)行靜、動載試驗(yàn)；當(dāng)前31頁，總共59頁。人激振動加載法：

利用人的身體重量做與結(jié)構(gòu)自振周期相近的往復(fù)運(yùn)動，可產(chǎn)生較大的激振力，從而可能產(chǎn)生適合完成振動試驗(yàn)的物體振動幅值,例如蕩秋千。環(huán)境隨機(jī)振動激振法：也叫脈動法；大氣運(yùn)動、河水流動、機(jī)械振動、汽車行駛等都會產(chǎn)生激振力，并使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種振動，通過精密儀器的記錄和分析，就可以測定結(jié)構(gòu)的動力特性。當(dāng)前32頁，總共59頁。五結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載支承裝置支座與支敦

支座：按作用方式不同可分為滾動鉸支座、固定鉸支座、球鉸支座和刀口支座。鉸支座一般用鋼材制作。當(dāng)前33頁，總共59頁。（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。板梁式鉸支座當(dāng)前34頁，總共59頁。受壓構(gòu)件刀式鉸支座

對柱或墻板的試驗(yàn)時，構(gòu)件兩端均應(yīng)采用刀鉸支座。刀鉸支座有單向鉸和雙向鉸兩種。雙向刀鉸支座適用于可能發(fā)生雙向屈曲時使用。柱或墻板偏心受壓試驗(yàn)：可以通過調(diào)節(jié)螺絲來調(diào)整刀口與試件幾何中線的距離，滿足不同偏心矩的要求。短柱軸壓試驗(yàn)：如結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)上下壓板之一已有球鉸，則短柱兩端可不設(shè)刀鉸支座。當(dāng)前35頁，總共59頁。當(dāng)前36頁，總共59頁。當(dāng)前37頁，總共59頁。鉸支座的基本要求

①保證結(jié)構(gòu)在支座處自由水平移動（滾動鉸支座）和自由轉(zhuǎn)動。②保證結(jié)構(gòu)在支座處力的傳遞。③保證結(jié)構(gòu)在支承處局部受壓強(qiáng)度。④滾軸長度（鉸支座的長度）：一般取等于試件支承處截面寬度；⑤墊板：上墊板寬度b與試件支撐寬度一致，長度L不小于R/bfc，厚度不小于墊板寬度的1/6，且可按下式計(jì)算：d=(2fca2/f)1/2(a為滾軸中心到墊板邊緣的距離)當(dāng)前38頁，總共59頁。（2）固定支座

對于柱或框架等構(gòu)件，可用螺栓直接固定于試驗(yàn)臺座。對于梁式構(gòu)件，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可利用試驗(yàn)臺座和拉桿錨定裝置模擬固定端支座。柱、框架固定支座當(dāng)前39頁，總共59頁。梁式構(gòu)件固定端支座構(gòu)造當(dāng)前40頁，總共59頁。支墩

現(xiàn)場試驗(yàn)的支墩：多用磚塊砌筑或用混凝土澆注而成，支墩上部應(yīng)有足夠平整并應(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(yàn)算，保證試驗(yàn)時各支墩不發(fā)生過度的變形或不均勻沉降。在試驗(yàn)荷載作用下，支墩和地基的總壓縮變形不超過試件撓度的1／10。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)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400～600mm，以滿足儀表安裝、觀測和加卸荷載的要求。當(dāng)前41頁，總共59頁。雙向板在兩個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試件撓度的1/10。試驗(yàn)使用兩個以上支敦時，各支敦應(yīng)具有相同的剛度。

(2)單向簡支試件的兩個鉸支座的高差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，其偏差不宜大于試件跨度的1/50。當(dāng)前42頁，總共59頁。荷載傳遞裝置

將加載設(shè)備產(chǎn)生的荷載按試驗(yàn)荷載圖式的要求傳遞到試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)上，同時滿足荷載放大、分配和荷載作用形式轉(zhuǎn)換的要求。有杠桿、分配梁和臥梁。1．杠桿

利用放大原理，將施加的較小荷載，經(jīng)過杠桿的傳遞而獲得放大幾倍的作用力，杠桿比例不宜大于1：6。當(dāng)前43頁，總共59頁。2．分配梁

將單一杠桿或液壓加載器產(chǎn)生的荷載分配成兩個或兩個以上的多點(diǎn)集中荷載。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。當(dāng)前44頁，總共59頁。3.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，保證試件的受載截面獲得均勻分布的應(yīng)力狀態(tài)。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。如需降低臥梁的剛度，應(yīng)適當(dāng)增加集中荷載的個數(shù)。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%。當(dāng)前45頁，總共59頁。墻體軸向加載試驗(yàn)裝置當(dāng)前46頁，總共59頁。荷載支承裝置

1．豎向荷載支承裝置

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一般是由橫梁立柱組成的反力架和試驗(yàn)臺座組成。反力架可以是用型鋼制成的門型支架，橫梁與柱的連接采用精制螺栓或圓銷。強(qiáng)度剛度都較大，能滿足大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗(yàn)的要求，支架的高度和承載能力可按試驗(yàn)需要設(shè)計(jì)。另一種是用大截面圓鋼制成的立柱，配以型鋼制成的橫梁，這時在圓鋼立柱兩端車成螺紋，用螺帽固定橫梁并與臺座連接固定。輕便，但剛度較小。當(dāng)前47頁，總共59頁。當(dāng)前48頁，總共59頁。2.水平反力架或反力墻

反力架：一般是由鋼結(jié)構(gòu)制成的可移動桁架式支架，液壓加載器固定于反力架的立柱上。由于受強(qiáng)度和剛度控制，它能承受的荷載不大，一般適用于中小型試件試驗(yàn)使用。當(dāng)前49頁，總共59頁。當(dāng)前50頁，總共59頁。