建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)教程pps.ppt

第四節(jié)試驗(yàn)荷載方案設(shè)計(jì)一 荷載設(shè)計(jì)的一般要求選擇試驗(yàn)荷載和加載方法應(yīng)滿足下列要求 1 荷載圖式應(yīng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算荷載圖式極為接近 2 荷載傳力方式和作用點(diǎn)明確 產(chǎn)生的荷載數(shù)值要穩(wěn)定 3 荷載分級的分度值要滿足試驗(yàn)量測的精度要求 加載設(shè)備要有足夠的強(qiáng)度儲備 而且還必須滿足剛度要求 4 加載設(shè)備要求操作方便 便于加載和卸載 并能控制加載速度 又能適應(yīng)同步加載或先后加載的不同要求 二 單調(diào)加載靜力試驗(yàn)1 荷載圖式的選擇與設(shè)計(jì)加載圖式 試驗(yàn)荷載在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的布置形式 包括荷載類型和分布情況 加載圖式設(shè)計(jì)要求 1 加載圖式應(yīng)與理論計(jì)算簡圖一致 2 可采用與計(jì)算簡圖等效的荷載圖式 即等效荷載 例如 常用幾個(gè)集中荷載代替均布荷載 但集中荷載的數(shù)量和位置應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的內(nèi)力值與均布荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力值符合 2 試驗(yàn)荷載制度試驗(yàn)荷載制度是試驗(yàn)進(jìn)行期間荷載與時(shí)間的關(guān)系 正確制定試驗(yàn)的加載制度和加載程序 才能正確了解結(jié)構(gòu)的承載能力和變形性質(zhì) 才能將試驗(yàn)結(jié)果相互進(jìn)行比較 荷載制度包括 加載卸載程序 加載卸載的大小 靜力試驗(yàn)的加載程序 預(yù)載 標(biāo)準(zhǔn)荷載 正常使用荷載 破壞荷載三階段 預(yù)載試驗(yàn) 分三級進(jìn)行 每級不超過標(biāo)準(zhǔn)荷載值的20 然后再分級卸載 2 3級卸完 標(biāo)準(zhǔn)荷載試驗(yàn) 每級加載值宜取標(biāo)準(zhǔn)荷載的20 一般分為五級加到標(biāo)準(zhǔn)荷載 破壞試驗(yàn) 在標(biāo)準(zhǔn)荷載后 每級荷載不宜大于標(biāo)準(zhǔn)荷載的10 當(dāng)荷載加到計(jì)算破壞荷載的90 后 為了求得精確的破壞荷載值 每級應(yīng)取不大于標(biāo)準(zhǔn)荷載的5 三 結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康?研究結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的恢復(fù)力特性 確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件恢復(fù)力的計(jì)算模型 1 單向反復(fù)加載制度 1 控制位移加載法 2 控制作用力加載法 3 控制作用力和控制位移的混合加載法 2 雙向反復(fù)加載制度為了研究地震對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間組合效應(yīng) 克服結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用單方向加載時(shí)不考慮另一方向地震力同時(shí)作用對結(jié)構(gòu)影響的局限性 可在X Y兩個(gè)主軸方向同時(shí)施加低周反復(fù)荷載 反復(fù)加載同樣可以是控制位移 控制作用力和兩者混合控制的加載制度 四 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測試試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是反映結(jié)構(gòu)本身所固有的動(dòng)力性能 主要包括結(jié)構(gòu)的自振頻率 阻尼系數(shù)和振型等 它們與外荷載無關(guān) 測量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)是結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)的基本內(nèi)容 在研究建筑結(jié)構(gòu)或其他工程結(jié)構(gòu)的抗震 抗風(fēng)或抵御其它動(dòng)荷載的性能和能力時(shí) 都必須要進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)方法主要有 1 人工激振法 2 環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法1 人工激振法測量結(jié)構(gòu)自振頻率 1 自由振動(dòng)法在試驗(yàn)中采用初位移或初速度的突卸或突加載的方法 使結(jié)構(gòu)受一沖擊荷載作用而產(chǎn)生自由振動(dòng) 試驗(yàn)時(shí)將測振傳感器布置在結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生最大振幅的部位 通過測量儀器的記錄 可以得到結(jié)構(gòu)的有阻尼自由振動(dòng)曲線 在曲線上量取振動(dòng)波型的周期 由此求得結(jié)構(gòu)的自振頻率 2 強(qiáng)迫振動(dòng)法 共振法 一般采用慣性式機(jī)械離心激振器對結(jié)構(gòu)施加周期性的簡諧振動(dòng) 當(dāng)干擾力的頻率與結(jié)構(gòu)的自振頻率相等時(shí) 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振 利用激振器可以連續(xù)改變激振頻率的特點(diǎn) 試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振時(shí)振幅出現(xiàn)極大值時(shí)激振器的頻率即是結(jié)構(gòu)的自振頻率 2 人工激振法測量結(jié)構(gòu)阻尼 1 自由振動(dòng)法確定阻尼 2 按強(qiáng)迫振動(dòng)的共振曲線確定結(jié)構(gòu)的阻尼 3 由動(dòng)力系數(shù)求阻尼比3 振型測量測定結(jié)構(gòu)振型時(shí)必須對結(jié)構(gòu)施加一激振力 并使結(jié)構(gòu)按某一階固有頻率振動(dòng) 當(dāng)測得結(jié)構(gòu)這時(shí)各點(diǎn)位移值并連成變形曲線 即可得到對應(yīng)于該頻率下的結(jié)構(gòu)振型 五 結(jié)構(gòu)抗震動(dòng)力加載試驗(yàn) 1 周期性的動(dòng)力加載試驗(yàn)試驗(yàn)方法有 偏心激振器 電液伺服加載器 單向周期振動(dòng)臺等 2 非周期性動(dòng)力加載試驗(yàn)試驗(yàn)方法主要有 模擬地震振動(dòng)臺試驗(yàn) 人工地震 人工爆破 試驗(yàn) 天然地震試驗(yàn) 六 試驗(yàn)加載裝置設(shè)計(jì)1 強(qiáng)度要求2 剛度要求3 真實(shí)要求4 簡便要求七 試驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)備計(jì)劃試驗(yàn)荷載方案完成后 需進(jìn)行制定試驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)備計(jì)劃 說明設(shè)備的型號 數(shù)量 來源以及準(zhǔn)備方式 第五節(jié)試驗(yàn)觀測方案設(shè)計(jì)測試方案通常包括的內(nèi)容有 1 按整個(gè)試驗(yàn)?zāi)康囊?確定試驗(yàn)測試的項(xiàng)目 2 按確定的量測項(xiàng)目要求 選擇測點(diǎn)位置 3 綜合整體因素選擇測試儀器和測定方法 一 觀測項(xiàng)目的確定在確定試驗(yàn)的觀測項(xiàng)目時(shí) 首先應(yīng)該考慮反映結(jié)構(gòu)工作狀況的整體變形 如梁的撓度 而在條件許可的情況下 根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?也經(jīng)常需要測定一些局部變形 如應(yīng)變 裂縫和鋼筋滑移等 總的來說 破壞性試驗(yàn)本身能夠充分地說明問題 觀測項(xiàng)目和測點(diǎn)可以少些 而非破壞性試驗(yàn)的觀測項(xiàng)目和測點(diǎn)布置 則必須滿足分析和推斷結(jié)構(gòu)工作狀況的最低需要 二 測點(diǎn)的選擇與布置在測量工作之前 應(yīng)該利用已知的力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論對結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步估算 然后合理地布置測量點(diǎn)位 力求減少試驗(yàn)工作量而盡可能獲得必要的數(shù)據(jù)資料 測點(diǎn)的位置必須要有代表性 測點(diǎn)的布置應(yīng)有利于試驗(yàn)時(shí)操作和測讀 另外 還應(yīng)該布置一定數(shù)量的校核性測點(diǎn) 三 儀器的選擇與測讀原則1 儀器的選擇在選擇儀器時(shí) 必須從試驗(yàn)實(shí)際需要出發(fā) 使所用的儀器能很好地符合量測所需精度與量程要求 但是防止盲目選用高準(zhǔn)確度和高靈敏度的精密儀器 一般的試驗(yàn) 要求測定結(jié)果的相對誤差不超過5 同時(shí) 應(yīng)使儀表的最小刻度值小于5 的最大被測值 儀器的量程應(yīng)該滿足最大測量值的需要 儀器最大被測值宜小于選用儀表最大量程的80 一般以量程的1 5 2 3范圍為宜 選擇儀表時(shí)必須考慮測讀方便省時(shí) 必要時(shí)采用自動(dòng)記錄裝置 2 讀數(shù)的原則在進(jìn)行測讀時(shí) 一條原則是全部儀器的讀數(shù)必須同時(shí)進(jìn)行 至少也要基本上同時(shí) 目前如能使用多點(diǎn)自動(dòng)記錄應(yīng)變儀進(jìn)行自動(dòng)巡回檢測 則對于進(jìn)入彈塑性階段的試件跟蹤記錄尤為合適 第六節(jié)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與材料力學(xué)性能的關(guān)系建筑材料的性能直接影響到結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量 因此對于結(jié)構(gòu)材料性能的檢驗(yàn)與測定是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的一個(gè)重要的組成部分 特別是充分了解材料的力學(xué)性能 對于在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)前或試驗(yàn)過程中正確估計(jì)結(jié)構(gòu)的承載能力和實(shí)際工作狀況 以及在試驗(yàn)后整理試驗(yàn)數(shù)據(jù) 處理試驗(yàn)結(jié)果等工作中都具有非常重要的意義 在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中按照結(jié)構(gòu)或構(gòu)件材料性質(zhì)不同 必須測定相應(yīng)的一些基本的數(shù)據(jù) 如混凝土的抗壓強(qiáng)度 鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉極限強(qiáng)度 磚石砌體的抗壓強(qiáng)度等 確定材料力學(xué)性能的方法 1 直接試驗(yàn)法把材料按規(guī)定做成標(biāo)準(zhǔn)試件 然后在試驗(yàn)機(jī)上用規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行測定 2 間接試驗(yàn)法 非破損試驗(yàn)法 采用某種專用設(shè)備或儀器 直接在結(jié)構(gòu)上測量與材料強(qiáng)度有關(guān)的另一物理量 如硬度 回彈值 聲波傳播速度等 通過理論關(guān)系或經(jīng)驗(yàn)公式間接測得材料的力學(xué)性能 半破損試驗(yàn) 在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上進(jìn)行局部微破損或直接取樣的方法 推算出材料的強(qiáng)度 由試驗(yàn)所得到的力學(xué)性能直接鑒定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力 第七節(jié)試驗(yàn)大綱及其它文件試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容一般包括 1 試驗(yàn)?zāi)康?2 試驗(yàn)對象的簡介和考察 3 試驗(yàn)方法及依據(jù) 4 試驗(yàn)過程及問題 5 試驗(yàn)成果處理與分析 6 技術(shù)結(jié)論 7 附錄 第三章結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載第一節(jié)概述在決定試驗(yàn)荷載時(shí) 應(yīng)該根據(jù)試驗(yàn)室的設(shè)備條件和現(xiàn)場所具備的試驗(yàn)條件 正確和合理地進(jìn)行荷載設(shè)計(jì) 產(chǎn)生荷載的方法與加載設(shè)備有 一 靜力試驗(yàn)1 重力加載法利用重物直接加載或通過杠桿作用間接加載 2 液壓加載法利用液壓加載器和液壓試驗(yàn)機(jī)加載 3 機(jī)械加載法利用絞車 滑輪組 彈簧和螺旋千斤頂?shù)葯C(jī)械設(shè)備加載 二 動(dòng)力試驗(yàn)利用慣性力或電磁系統(tǒng)激振 比較先進(jìn)的設(shè)備是由自動(dòng)控制 液壓裝置與計(jì)算機(jī)相結(jié)合而組成的電液伺服加載系統(tǒng)和由此作為振源的地震模擬振動(dòng)臺加載設(shè)備等 第二節(jié)重力荷載一 重力直接加載方法重物荷載可直接堆放在結(jié)構(gòu)表面形成均布荷載或置于荷載盤上通過吊桿掛于結(jié)構(gòu)上形成集中荷載 優(yōu)點(diǎn) 試驗(yàn)荷載可就地取材 可重復(fù)使用 針對試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或試件的變形 可保持恒載 可分級加載 容易控制 缺點(diǎn) 加載過程中需要花費(fèi)較大的勞動(dòng)力 占據(jù)較大的空間 安全性差 試驗(yàn)組織難度大 二 杠桿加載方法利用杠桿原理 將荷載放大作用于結(jié)構(gòu)上 優(yōu)點(diǎn) 杠桿制作方便 荷載值穩(wěn)定不變 當(dāng)結(jié)構(gòu)有變形時(shí) 荷載可以保持恒定 對于作持久荷載試驗(yàn)尤為合適 第三節(jié)機(jī)械力荷載機(jī)械力加載常用的機(jī)具有吊鏈 卷揚(yáng)機(jī) 絞車 花籃螺絲 螺旋千斤頂及彈簧等 一 卷揚(yáng)機(jī) 絞車加載卷揚(yáng)機(jī) 絞車主要配合鋼絲或繩索對結(jié)構(gòu)施加拉力 拉力的大小通常用拉力測力計(jì)測定 二 螺旋千斤頂加載螺旋千斤頂是利用齒輪及螺桿式蝸桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理 當(dāng)搖動(dòng)千斤頂手柄時(shí) 蝸桿就帶動(dòng)螺旋桿頂升 對結(jié)構(gòu)施加頂推壓力 加載值的大小可用測力計(jì)測定 三 螺旋 彈簧加載常用構(gòu)件的持久荷載試驗(yàn) 當(dāng)荷載值較小時(shí) 可直接擰緊螺帽以壓縮彈簧 當(dāng)荷載值很大時(shí) 需用千斤頂壓縮彈簧后再擰緊螺帽 第四節(jié)液壓荷載液壓加載是目前結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中應(yīng)用比較普遍和理想的一種加載方法 它的最大優(yōu)點(diǎn)是利用油壓使液壓加載器 液壓千斤頂 產(chǎn)生較大的荷載 試驗(yàn)操作安全方便 特別是對于大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件 當(dāng)試驗(yàn)要求荷載點(diǎn)數(shù)多 噸位大時(shí)更為合適 一 液壓加載器液壓加載器主要工作原理是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(dòng)活塞 對結(jié)構(gòu)施加荷載 荷載值可以用液壓加載器與荷載承力架之間所置的測力計(jì)直接測讀 或用傳感器將信號輸給應(yīng)變儀顯示 液壓加載器有普通工業(yè)用的手動(dòng)液壓加載器 有專門為結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的單向作用和雙向作用的液壓加載器 二 液壓加載系統(tǒng)液壓加載系統(tǒng)是能夠變荷的同步液壓加載設(shè)備 它是由儲油箱 高壓油箱 液壓加載器 測力裝置和各類閥門通過高壓油管連接組成的操作臺 三 大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的一種專門設(shè)備 比較典型的是結(jié)構(gòu)長柱試驗(yàn)機(jī) 主要用來進(jìn)行柱 墻板 砌體 節(jié)點(diǎn)與梁的受壓與受彎試驗(yàn) 這種設(shè)備的構(gòu)造原理與一般材料試驗(yàn)機(jī)相同 但噸位要比材料試驗(yàn)機(jī)大 目前國內(nèi)普遍使用的長柱試驗(yàn)機(jī)的最大噸位是5000KN 最大高度可為3m 四 電液伺服液壓系統(tǒng)電液伺服液壓系統(tǒng)是目前結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究中一種比較理想的試驗(yàn)設(shè)備 特別是用來進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)的靜力或動(dòng)力試驗(yàn)尤為合適 電液伺服液壓系統(tǒng)采用閉環(huán)控制