貴州大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)-結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)分析

課程名稱：建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：完成時(shí)間：成績(jī)：怎么看待建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)——對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)的簡(jiǎn)單概述貴州大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程班摘要：結(jié)構(gòu)試驗(yàn)既是一門科學(xué)又是一種技術(shù)，是研究和發(fā)展土木工程新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝以及檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)理論的重要手段，在結(jié)構(gòu)工程科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新等方面起著重要作用，注重理論和實(shí)踐相結(jié)合，能使讀者全面地掌握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本方法和技能，適應(yīng)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)鑒定和科學(xué)研究工作的需要。關(guān)鍵詞：疲勞試驗(yàn)。1、引言從材料學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，疲勞破壞是材料損傷積累而導(dǎo)致的一種破壞形式。金屬材料的疲勞有以下特征：（1）、交變荷載作用下，在構(gòu)件中的交變應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料靜力強(qiáng)度的條件下有可能發(fā)生疲勞破壞；（2）、在單調(diào)靜載實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為脆性或塑性的材料，發(fā)生疲勞破壞時(shí)，宏觀上均表現(xiàn)為脆性斷裂，疲勞破壞的預(yù)兆不明顯；（3）、疲勞破壞具有顯著的局部特征，疲勞裂紋擴(kuò)展和破壞過(guò)程發(fā)生在局部區(qū)域。（4）、疲勞破壞是一個(gè)累積損傷的過(guò)程，要經(jīng)歷足夠多次導(dǎo)致?lián)p傷的交變應(yīng)力才會(huì)發(fā)生疲勞破壞。因此，疲勞破壞與靜力破壞和沖擊荷載作用下的破壞有著本質(zhì)上的區(qū)別。從受力特征來(lái)看，承受反復(fù)交變荷載的結(jié)構(gòu)有可能發(fā)生疲勞破壞。在建筑工程中，典型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是工業(yè)廠房中的吊車梁；橋梁工程中，鐵路橋梁的疲勞破壞是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮的主要破壞形態(tài)之一。典型的工程事故是1994年韓國(guó)的圣水大橋的破壞，在建成僅15年的大橋因桁架式掛梁的吊桿疲勞斷裂，40m長(zhǎng)的一段橋面結(jié)構(gòu)墜入漢江中，15人喪生。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）、觀察疲勞失效現(xiàn)象和斷口特征。（2）、了解測(cè)定材料疲勞極限的方法。疲勞試驗(yàn)的觀測(cè)項(xiàng)目與其他結(jié)構(gòu)試驗(yàn)相同，疲勞試驗(yàn)也分為鑒定性試驗(yàn)和研究型試驗(yàn)。對(duì)于鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，疲勞試驗(yàn)中的觀測(cè)項(xiàng)目主要包括：（1）、構(gòu)件開(kāi)裂荷載和荷載循環(huán)次數(shù)；（2）、裂縫寬度隨荷載循環(huán)次數(shù)的變化以及新裂縫的發(fā)生和發(fā)展；（3）、構(gòu)件的最大撓度及其隨荷載循環(huán)次數(shù)的發(fā)展規(guī)律；（4）、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中錨固區(qū)鋼絲的回縮；（5）、構(gòu)件承載能力與疲勞荷載的關(guān)系；（6）、循環(huán)荷載作用下構(gòu)件的破壞特征。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，疲勞試驗(yàn)中的觀測(cè)項(xiàng)目主要包括：（1）、局部應(yīng)力或最大應(yīng)力的變化；（2）、構(gòu)件的最大變形及其隨荷載循環(huán)次數(shù)的發(fā)展規(guī)律；（3）、斷裂裂紋的萌生和發(fā)展；（4）、構(gòu)件承載能力與疲勞荷載的關(guān)系。不同的試驗(yàn)對(duì)象和試驗(yàn)?zāi)康?，疲勞試?yàn)中的觀測(cè)項(xiàng)目也不相同。例如，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的錨夾具組裝件疲勞試驗(yàn)。屬生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)，試驗(yàn)中的觀測(cè)項(xiàng)目主要就是鋼絲相對(duì)于錨具的位移以及錨具工作狀態(tài)。而在粘鋼加固的鋼筋混凝土梁的疲勞試驗(yàn)中，觀測(cè)項(xiàng)目往往以粘貼鋼板的應(yīng)變變化作為主要觀測(cè)項(xiàng)目之一。疲勞試驗(yàn)的荷載疲勞荷載的描述由3個(gè)參量構(gòu)成，即最大荷載Pmax、最小荷載Pmin和平均荷載Pm。在鋼筋混凝土構(gòu)件的鑒定性試驗(yàn)中，根據(jù)短期荷載標(biāo)準(zhǔn)組合產(chǎn)生的最不利內(nèi)力確定疲勞試驗(yàn)的最大荷載Pmax，最小荷載Pmin一般取為疲勞試驗(yàn)機(jī)可以穩(wěn)定控制的最小荷載值。疲勞試驗(yàn)的加載頻率一般為200~400次/分鐘。有人認(rèn)為，當(dāng)應(yīng)力水平在0.7~0.75以下時(shí)，加載頻率在1~10Hz之間對(duì)混凝土或鋼的疲勞試驗(yàn)結(jié)果影響很小。疲勞試驗(yàn)的時(shí)間較長(zhǎng)，以400次/分鐘的加載頻率計(jì)算，完成200萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)所需時(shí)間為83.5h，如果降低加載頻率，試驗(yàn)時(shí)間更長(zhǎng)?？紤]到試驗(yàn)成本，本多在疲勞試驗(yàn)機(jī)容許的加載頻率范圍內(nèi)選用較快的加載頻率。但是，當(dāng)試驗(yàn)對(duì)象具有明顯的粘彈性特征時(shí)，必須仔細(xì)分析加載頻率的影響，使試驗(yàn)結(jié)果能更準(zhǔn)確的反應(yīng)試驗(yàn)對(duì)象的基本力學(xué)性能。疲勞荷載作用次數(shù)是疲勞試驗(yàn)中的一個(gè)重要控制指標(biāo)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)吊車梁、鐵路橋梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞荷載次數(shù)規(guī)定為20~40萬(wàn)次。在結(jié)構(gòu)性能研究中，為了得到構(gòu)件的壽命曲線和疲勞極限，疲勞荷載次數(shù)可以在更大的范圍內(nèi)變化。對(duì)于鑒定性試驗(yàn)，一般在完成規(guī)定次數(shù)的疲勞荷載后，檢查構(gòu)件的各性能指標(biāo)是否滿足要求，疲勞試驗(yàn)即告結(jié)束。而研究型疲勞試驗(yàn)在完成預(yù)定次數(shù)的疲勞加載后，往往再進(jìn)行靜載試驗(yàn)，研究疲勞荷載對(duì)構(gòu)件承載能力的影響。在研究性疲勞試驗(yàn)中，另外一種疲勞試驗(yàn)的加載方案是不預(yù)先規(guī)定疲勞荷載作用次數(shù)，施加疲勞荷載直到構(gòu)件發(fā)生破壞。也可以按照一定規(guī)則改變疲勞荷載控制參量，直到構(gòu)件破壞。疲勞試驗(yàn)的測(cè)試內(nèi)容與試驗(yàn)方法疲勞試驗(yàn)屬于動(dòng)載試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，所有信息都在隨時(shí)間變化，但是在一定長(zhǎng)度的荷載循環(huán)中，試驗(yàn)信息的變化幅度不大，沒(méi)有必要采用自動(dòng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備連續(xù)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在200萬(wàn)次的疲勞試驗(yàn)中，一般每隔10萬(wàn)次采集一次數(shù)據(jù)，記錄最大變形、最大應(yīng)變以及裂縫分布等數(shù)據(jù)。疲勞試驗(yàn)中，可以采用動(dòng)態(tài)測(cè)試儀器和儀表測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)時(shí)不停機(jī)進(jìn)行測(cè)試。有時(shí)也可以采用靜態(tài)測(cè)試儀器儀表，測(cè)量時(shí)，采用靜力加載方式，分別在最大試驗(yàn)荷載和最小試驗(yàn)荷載時(shí)測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)。但應(yīng)注意，疲勞試驗(yàn)均為荷載控制，試驗(yàn)荷載值必須采用動(dòng)態(tài)方式測(cè)量和記錄，以便對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)試驗(yàn)荷載值的偏差及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。疲勞試驗(yàn)中的觀測(cè)內(nèi)容與靜載試驗(yàn)中的觀測(cè)內(nèi)容基本相同，主要包括構(gòu)件的變形、應(yīng)變分布以及裂縫的變化。與常規(guī)靜載試驗(yàn)不同之處在于疲勞試驗(yàn)所獲取的數(shù)據(jù)一般都是以荷載相同為前提條件，測(cè)試數(shù)據(jù)隨循環(huán)次數(shù)的變化反映出結(jié)構(gòu)或構(gòu)件性能的變化，也就是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的疲勞性能。由于疲勞試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)多，時(shí)間長(zhǎng)，為避免測(cè)試傳感器因疲勞而發(fā)生故障，多采用非接觸式的位移傳感器測(cè)量試件的變形，例如，采用差動(dòng)變壓器式的位移傳感器。應(yīng)變測(cè)量一般采用電阻應(yīng)變片，但電阻應(yīng)變片的安裝比常規(guī)靜載試驗(yàn)有更高的要求，電阻應(yīng)變片的生產(chǎn)廠家可以提供專門用于疲勞試驗(yàn)的電阻應(yīng)變片和專用膠水。疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，可能產(chǎn)生較大的振動(dòng)。安裝脈動(dòng)千斤頂?shù)募虞d鋼架，安裝試件的支架和支座，脈動(dòng)千斤頂與試件直接的連接件，甚至連接脈動(dòng)千斤頂和疲勞試驗(yàn)機(jī)油管都可能由于體系的持續(xù)振動(dòng)而出現(xiàn)問(wèn)題，如試件偏位，支座移動(dòng)或連接部位拉動(dòng)等。因此，整個(gè)試驗(yàn)裝置必須連接牢固，有限制試件移動(dòng)的限位裝置，試件安裝時(shí)應(yīng)仔細(xì)對(duì)中。構(gòu)件的疲勞破壞有可能是突然的脆性破壞，例如，疲勞斷裂破壞。試驗(yàn)裝置應(yīng)具有安全防護(hù)能力，避免人員和設(shè)備因構(gòu)件突然破壞而受損。結(jié)語(yǔ)以上內(nèi)容主要是介紹了結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)的基本內(nèi)容，讓我在