靜載試驗的整理和分析 6次課24

1、Lab of Prof. Tian Shizhu 1 土木工程學(xué)院土木工程學(xué)院 結(jié)構(gòu)實驗技術(shù)結(jié)構(gòu)實驗技術(shù) 田石柱田石柱 教授教授 Lab of Prof. Tian Shizhu 2 1.7 靜載試驗資料的整理和分析靜載試驗資料的整理和分析 試驗資料的整理和分析過程，就是將原始數(shù)試驗資料的整理和分析過程，就是將原始數(shù) 據(jù)系統(tǒng)化的過程，經(jīng)過計算繪成據(jù)系統(tǒng)化的過程，經(jīng)過計算繪成圖表圖表和和曲線曲線，或，或 用數(shù)字表達(dá)形象而用數(shù)字表達(dá)形象而直觀地直觀地反映出結(jié)構(gòu)的反映出結(jié)構(gòu)的性能性能及其及其 規(guī)律，用以檢驗結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和驗證設(shè)計計算的理規(guī)律，用以檢驗結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和驗證設(shè)計計算的理 論或?qū)С鲂碌慕Y(jié)論。因此

2、這一工作是論或?qū)С鲂碌慕Y(jié)論。因此這一工作是極為重要極為重要的。的。 Lab of Prof. Tian Shizhu 3 1.7 靜載試驗資料的整理和分析靜載試驗資料的整理和分析 對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，一般均應(yīng)算出對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，一般均應(yīng)算出各級荷各級荷 載載作用下儀表讀數(shù)的作用下儀表讀數(shù)的遞增值遞增值和和累計值累計值，必要時還，必要時還 應(yīng)進(jìn)行換算和修正，然后用曲線或圖表表達(dá)。應(yīng)進(jìn)行換算和修正，然后用曲線或圖表表達(dá)。 Lab of Prof. Tian Shizhu 4 1.7 靜載試驗資料的整理和分析靜載試驗資料的整理和分析 在原始記錄數(shù)據(jù)整理過程中，應(yīng)特別注意讀在原始記錄數(shù)據(jù)整理過程中

3、，應(yīng)特別注意讀 數(shù)及讀數(shù)差值的數(shù)及讀數(shù)差值的反常情況反常情況，如儀表指示值與理論，如儀表指示值與理論 計算值計算值相差很大相差很大，甚至有，甚至有正負(fù)號顛倒正負(fù)號顛倒的情況，這的情況，這 時應(yīng)對出現(xiàn)這些現(xiàn)象的規(guī)律性進(jìn)行分析，并判斷時應(yīng)對出現(xiàn)這些現(xiàn)象的規(guī)律性進(jìn)行分析，并判斷 其原因所在。其原因所在。 Lab of Prof. Tian Shizhu 5 1.7 靜載試驗資料的整理和分析靜載試驗資料的整理和分析 一般可能的原因有兩方面：一般可能的原因有兩方面： 一方面由于試驗結(jié)構(gòu)本身發(fā)生裂縫、節(jié)點松動、一方面由于試驗結(jié)構(gòu)本身發(fā)生裂縫、節(jié)點松動、 支座沉降或局部應(yīng)力達(dá)到屈服而支座沉降或局部應(yīng)力達(dá)到屈

4、服而引起數(shù)據(jù)突變引起數(shù)據(jù)突變； 另一方面也可能是由于測試儀表工作另一方面也可能是由于測試儀表工作不正常所不正常所 造成造成。凡不屬于差錯或主觀造成的儀表讀數(shù)突變。凡不屬于差錯或主觀造成的儀表讀數(shù)突變 都都不能輕易舍棄不能輕易舍棄，待以后分析時再作判斷處理。，待以后分析時再作判斷處理。 Lab of Prof. Tian Shizhu 6 一、撓度一、撓度 1 1簡支結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度簡支結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度應(yīng)當(dāng)是構(gòu)件本身的撓曲值，因此應(yīng)扣除試結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度應(yīng)當(dāng)是構(gòu)件本身的撓曲值，因此應(yīng)扣除試 驗時的驗時的支座沉降，支座沉降，另外由于另外由于儀表的零讀數(shù)儀表的零讀數(shù)是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件和是在結(jié)構(gòu)構(gòu)

5、件和 試驗裝置試驗裝置安裝后安裝后才能進(jìn)行，因此在構(gòu)件撓度值中應(yīng)加上構(gòu)才能進(jìn)行，因此在構(gòu)件撓度值中應(yīng)加上構(gòu) 件件自重和試驗裝置重力自重和試驗裝置重力產(chǎn)生的撓度值，產(chǎn)生的撓度值，加載圖式加載圖式改變的影改變的影 響。響。 00 c sqg aaa 式中：式中： 修正后的構(gòu)件跨中撓度實測值；修正后的構(gòu)件跨中撓度實測值； 消除支座沉降后的跨中撓度實測消除支座沉降后的跨中撓度實測 值；值； 構(gòu)件自重和加載設(shè)備自重產(chǎn)生的構(gòu)件自重和加載設(shè)備自重產(chǎn)生的 跨中撓度值；跨中撓度值； 用等效荷載代替實際的均勻荷載用等效荷載代替實際的均勻荷載 進(jìn)行試驗時，加載圖式修正系數(shù)。進(jìn)行試驗時，加載圖式修正系數(shù)。 0 s a

6、 0 s a 0 q a c g a Lab of Prof. Tian Shizhu 7 一、撓度一、撓度 1 1簡支結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度簡支結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度 0 s a 00 1 () 2 qm lr ss a g cc gb b M aa M 式中：式中： 跨中位移實測值（包括支座沉降）；跨中位移實測值（包括支座沉降）； 左端支座沉降實測值；左端支座沉降實測值； 右端支座沉降實測值；右端支座沉降實測值； 自重和加載設(shè)備自重產(chǎn)生的跨中彎矩值；自重和加載設(shè)備自重產(chǎn)生的跨中彎矩值； 出現(xiàn)裂縫的前一級荷載，加載值產(chǎn)生的跨中彎矩值；出現(xiàn)裂縫的前一級荷載，加載值產(chǎn)生的跨中彎矩值； 出現(xiàn)裂縫的前一級荷載，加載

7、值產(chǎn)生的跨中撓度實測值。出現(xiàn)裂縫的前一級荷載，加載值產(chǎn)生的跨中撓度實測值。 0 m l s r s g M b M c b a Lab of Prof. Tian Shizhu 8 一、撓度一、撓度 1 1簡支結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度簡支結(jié)構(gòu)構(gòu)件的撓度 0 s a 00 1 () 2 qm lr ss a L x l s r s 00 () lrl qmsss x a L Lab of Prof. Tian Shizhu 9 加載圖式修正系數(shù)加載圖式修正系數(shù) 的取值的取值 0 s a r s Lab of Prof. Tian Shizhu 10 一、撓度一、撓度 2 2懸臂構(gòu)件的撓度：懸臂構(gòu)件的撓度：

8、 計算懸臂構(gòu)件自由端在荷載作用下的撓度實測值，應(yīng)考慮固定計算懸臂構(gòu)件自由端在荷載作用下的撓度實測值，應(yīng)考慮固定 端的支座轉(zhuǎn)角、支座沉降、構(gòu)件自重和加載設(shè)備重量的影響。端的支座轉(zhuǎn)角、支座沉降、構(gòu)件自重和加載設(shè)備重量的影響。 式中：式中： 修正后的懸臂構(gòu)件自由端撓度實測值；修正后的懸臂構(gòu)件自由端撓度實測值； 消除支座沉降和轉(zhuǎn)角后的自由端撓度實消除支座沉降和轉(zhuǎn)角后的自由端撓度實 測值；測值； 構(gòu)件自重和加載設(shè)備自重產(chǎn)生的自由端構(gòu)件自重和加載設(shè)備自重產(chǎn)生的自由端 撓度值；撓度值； 加載圖式修正系數(shù)，當(dāng)在自由端用一個集加載圖式修正系數(shù)，當(dāng)在自由端用一個集 中力作等效荷載時取中力作等效荷載時取0.75。

9、懸臂端和固定端在豎向位移；懸臂端和固定端在豎向位移； 懸臂構(gòu)件固定端的截面轉(zhuǎn)角；懸臂構(gòu)件固定端的截面轉(zhuǎn)角； L 懸臂構(gòu)件的外伸長度。懸臂構(gòu)件的外伸長度。 0 s a 00 , () c scaqcagcaca aaa 000 , ,12 qca aL tg , , , g ca cc g cab ca b ca M aa M 0 , s ca a 0 ,q ca a , c g ca a ca 00 12 、 Lab of Prof. Tian Shizhu 11 一、撓度一、撓度 2 2懸臂構(gòu)件的撓度：懸臂構(gòu)件的撓度： 0 s a 000 , ,12 qca aL tg Lab of Pro

10、f. Tian Shizhu 12 二、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力二、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力 1 1拉、壓構(gòu)件截面重心處的內(nèi)力拉、壓構(gòu)件截面重心處的內(nèi)力 0 s a 12 2 m 12 2 m m NE A Lab of Prof. Tian Shizhu 13 二、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力二、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力 2 2拉彎（壓彎）構(gòu)件截面內(nèi)力拉彎（壓彎）構(gòu)件截面內(nèi)力 0 s a 12 2 m I My A N 1 1 I My A N 2 2 EEhyy 下上 2121當(dāng)當(dāng) 21 () EA Nyy h 下上 + () EI M h 下上 Lab of Prof. Tian Shizhu 14 二、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力二

11、、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力 3 3平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力，主應(yīng)力方向，剪應(yīng)力平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力，主應(yīng)力方向，剪應(yīng)力 利用匯交于一點的三個應(yīng)變計算該點的主應(yīng)變的利用匯交于一點的三個應(yīng)變計算該點的主應(yīng)變的 方法稱應(yīng)變花法。方法稱應(yīng)變花法。 Lab of Prof. Tian Shizhu 15 二、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力二、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力 3 3平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力，主應(yīng)力方向，剪應(yīng)力平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力，主應(yīng)力方向，剪應(yīng)力 22 1 11 EE ABC vv 22 2 11 EE ABC vv 22 max 1 E BC v B C tg x 1 2 1 最小主應(yīng)力最小主應(yīng)力 最大主應(yīng)力最大主應(yīng)力

12、Lab of Prof. Tian Shizhu 16 二、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力二、彈性構(gòu)件截面內(nèi)力 A A、B B、C C取值見表取值見表 090 2 2 900 2 2 90045 3 120600 3 120600 0 60120 3 2 900 2 900 60120 3 04590145 4 2 900 13545 2 應(yīng)變花名稱應(yīng)變花名稱A AB BC C 45450 0直角應(yīng)變花直角應(yīng)變花 60600 0等邊三角形應(yīng)等邊三角形應(yīng) 變花變花 傘型應(yīng)變花傘型應(yīng)變花 扇型應(yīng)變花扇型應(yīng)變花 Lab of Prof. Tian Shizhu 17 三、試驗曲線的繪制三、試驗曲線的繪制 1 1荷

13、載荷載- -變形曲線變形曲線 荷載變形曲線諸如結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的荷載變形曲線諸如結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的整體變形曲線整體變形曲線、 控制節(jié)點或最大撓度點的控制節(jié)點或最大撓度點的荷載荷載變形曲線、變形曲線、截面截面 的的荷載荷載變形變形( (轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角) )曲線、曲線、鉸支座與滾支座鉸支座與滾支座的荷的荷 載載側(cè)移曲線、撓度側(cè)移曲線、撓度時間曲線、反復(fù)荷載作用時間曲線、反復(fù)荷載作用 下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性曲線延性曲線、滯回曲線等。、滯回曲線等。 Lab of Prof. Tian Shizhu 18 1 1荷載荷載- -變形曲線變形曲線 在荷載在荷載撓度曲線中，一般有三種情況：撓度曲線中，一般有三種情況：

14、 結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)彈性狀態(tài)下，曲線下，曲線“1 1”及曲線及曲線 “2 2”的的OAOA段，鋼結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作段，鋼結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作 用下屬于這種情況。用下屬于這種情況。 結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于彈性和彈塑性狀態(tài)彈性和彈塑性狀態(tài)下，曲線下，曲線 “2 2”，這是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)試驗的常見，這是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)試驗的常見 現(xiàn)象，在加載過程中，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)現(xiàn)象，在加載過程中，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫裂縫或或 局部破壞局部破壞時，在曲線上形成轉(zhuǎn)折點時，在曲線上形成轉(zhuǎn)折點( (A A點點 和和B B點點) )。 Lab of Prof. Tian Shizhu 19 1 1荷載荷載- -變形曲線變形曲線 曲線曲線

15、“3 3”屬于反?，F(xiàn)象，說明試驗屬于反?，F(xiàn)象，說明試驗 存在問題；可能是儀器觀測上的錯誤，存在問題；可能是儀器觀測上的錯誤， 也可能是在加載過程中鄰近構(gòu)件、支也可能是在加載過程中鄰近構(gòu)件、支 架等參與工作代為分擔(dān)荷載所造成。架等參與工作代為分擔(dān)荷載所造成。 但是在卸荷時，非彈性變形的恢復(fù)但是在卸荷時，非彈性變形的恢復(fù) 過程則是該種曲線型式，不過卸荷結(jié)過程則是該種曲線型式，不過卸荷結(jié) 束后，曲線不能回到坐標(biāo)原點，而有束后，曲線不能回到坐標(biāo)原點，而有 一定一定殘余變形殘余變形。 Lab of Prof. Tian Shizhu 20 2 2荷載荷載應(yīng)變應(yīng)變( (應(yīng)力應(yīng)力) )曲線曲線 荷載荷載應(yīng)變

16、曲線和荷載變形曲線相似，用來控制或分析應(yīng)變曲線和荷載變形曲線相似，用來控制或分析 構(gòu)件最大應(yīng)力的增長和變化情況。構(gòu)件最大應(yīng)力的增長和變化情況。 下圖為鋼筋混凝土粱受彎試驗時，控制截面上混凝土測點下圖為鋼筋混凝土粱受彎試驗時，控制截面上混凝土測點 “1 1” 、“2 2” 、“3 3” 、“4 4”和鋼筋測點和鋼筋測點“5 5”。 Lab of Prof. Tian Shizhu 21 2 2荷載荷載應(yīng)變應(yīng)變( (應(yīng)力應(yīng)力) )曲線曲線 “1 1”點位于受壓區(qū)，應(yīng)變增長基本上呈直線關(guān)系點位于受壓區(qū)，應(yīng)變增長基本上呈直線關(guān)系 “3 3” 、“4 4”點的突變是因為截面混凝土開裂點的突變是因為截面混

17、凝土開裂 “2 2”先受壓后受拉，混凝土受拉區(qū)開裂后使中和軸上移之故。先受壓后受拉，混凝土受拉區(qū)開裂后使中和軸上移之故。 “5 5”鋼筋與混凝土共同工作時，先是混凝土開裂，后是鋼筋鋼筋與混凝土共同工作時，先是混凝土開裂，后是鋼筋 應(yīng)力達(dá)到流限發(fā)生兩次轉(zhuǎn)折。應(yīng)力達(dá)到流限發(fā)生兩次轉(zhuǎn)折。 Lab of Prof. Tian Shizhu 22 截面應(yīng)變圖截面應(yīng)變圖 截面應(yīng)變圖，應(yīng)事先選取截面應(yīng)變圖，應(yīng)事先選取控制截面控制截面，沿其截面高度布置，沿其截面高度布置 測點，用一定的比例尺將某一級荷載下測點，用一定的比例尺將某一級荷載下( (如正常使用荷載如正常使用荷載 下下) )的各測點的應(yīng)變值連接起來，

18、即為的各測點的應(yīng)變值連接起來，即為截面應(yīng)變圖截面應(yīng)變圖。 截面應(yīng)變圖是用來研究截面的實際截面應(yīng)變圖是用來研究截面的實際內(nèi)力內(nèi)力及及中和軸位置中和軸位置， 根據(jù)實測應(yīng)變和彈性模量，將得到應(yīng)力。對于處在非彈根據(jù)實測應(yīng)變和彈性模量，將得到應(yīng)力。對于處在非彈 性階段時，則按性階段時，則按 曲線對應(yīng)查取。這樣通過截面應(yīng)力曲線對應(yīng)查取。這樣通過截面應(yīng)力 得到截面內(nèi)力。得到截面內(nèi)力。 Lab of Prof. Tian Shizhu 23 3 3構(gòu)件裂縫及破壞圖構(gòu)件裂縫及破壞圖 試驗過程中，應(yīng)在構(gòu)件上按裂縫試驗過程中，應(yīng)在構(gòu)件上按裂縫開展面開展面和主側(cè)面繪出其和主側(cè)面繪出其 開展過程，并注上出現(xiàn)裂縫的開展過

19、程，并注上出現(xiàn)裂縫的荷載值荷載值及及裂縫寬度裂縫寬度，直至，直至 破壞。待試驗結(jié)束后，用照相記錄其裂縫和破壞特征，破壞。待試驗結(jié)束后，用照相記錄其裂縫和破壞特征， 或用坐標(biāo)紙按比例作描繪記錄。或用坐標(biāo)紙按比例作描繪記錄。 Lab of Prof. Tian Shizhu 24 4.承載力試驗的結(jié)果承載力試驗的結(jié)果 在一定的受力狀態(tài)和工作條件下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所能在一定的受力狀態(tài)和工作條件下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所能 承受的最大內(nèi)力，稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承受的最大內(nèi)力，稱為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力承載力。 以混凝土結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)，進(jìn)行承載力試驗時，在加載以混凝土結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)，進(jìn)行承載力試驗時，在加載 或持載過程中出現(xiàn)下列或持載過程中出現(xiàn)下列破壞標(biāo)志破壞標(biāo)志之一時，即認(rèn)為之一時，即認(rèn)為 已達(dá)到已達(dá)到承載力極限承載力極限狀態(tài)。狀態(tài)。 0 s a 12 2 m Lab of Prof. Tian Shizhu 25 在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力情況為在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力情