第三章結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載方法與設(shè)備

1、2022-5-311School of Urban Construction and Management 2022-5-3123.1 概述工程結(jié)構(gòu)的作用直接作用：荷載作用，包括結(jié)構(gòu)自重與施加在結(jié)構(gòu)上的荷載間接作用：主要有溫度變化、地基不均勻沉降和結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理或化學(xué)作用直接作用分類結(jié)構(gòu)試驗(yàn)除極少數(shù)是在實(shí)際荷載下實(shí)測(cè)外，絕大多數(shù)是在模擬荷載條件下進(jìn)行的。直接作用作用范圍分布荷載作用集中荷載作用作用時(shí)間長(zhǎng)短長(zhǎng)期荷載作用短期荷載作用對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力效應(yīng)靜力荷載作用動(dòng)力荷載作用2022-5-313加載要求在選擇試驗(yàn)荷載和加載方法時(shí)，應(yīng)滿足下列幾點(diǎn)要求：選用試驗(yàn)荷載的圖式應(yīng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的荷載圖式所產(chǎn)生的內(nèi)

2、力值相一致或基本接近；荷載傳力方式和作用點(diǎn)明確，產(chǎn)生的荷載數(shù)值穩(wěn)定，特別是靜力荷載要不隨加載時(shí)間、外界環(huán)境和結(jié)構(gòu)的變形而變化；荷載分級(jí)的分度值要滿足試驗(yàn)量測(cè)的精度要求，加載設(shè)備要有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備；加載裝置本身要安全可靠，不僅要滿足強(qiáng)度要求，還必須按變形條件來控制加載裝置的設(shè)計(jì)，即尚必須滿足剛度要求。防止對(duì)試件產(chǎn)生卸荷作用而減輕了結(jié)構(gòu)實(shí)際承擔(dān)的荷載；加載設(shè)備必須操作方便，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。加載設(shè)備要力求采用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高檢測(cè)質(zhì)量。3.1 概述2022-5-314重物荷載可直接堆放于結(jié)構(gòu)表面（如板的試驗(yàn)）形成均布荷載，或置于

3、荷載盤上通過吊桿掛于結(jié)構(gòu)上形成集中荷載。3.2 靜力加載方法重力直接加載法2022-5-315這類加載裝置的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)用的重物容易取得，并可重復(fù)使用，但加載過程中需要花費(fèi)較大的勞動(dòng)力。2022-5-316利用水作為重力加載用的荷載裝置，是一個(gè)簡(jiǎn)易方便而且甚為經(jīng)濟(jì)的方案。對(duì)于大面積的平板試驗(yàn)，如樓面、平屋面等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以采用特殊的盛水裝置作為均布荷載直接加于結(jié)構(gòu)表面。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)水塔、水池、油庫(kù)等特種結(jié)構(gòu)時(shí)，水是最為理想的試驗(yàn)荷載，它不僅附合結(jié)構(gòu)物的實(shí)際使用條件，而且還能檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的抗裂抗?jié)B情況。2022-5-317利用重物作集中荷載，會(huì)受到荷載量的限制，這時(shí)可以利用杠桿將荷重放大后作用在結(jié)構(gòu)

4、上，不僅能擴(kuò)大重力荷載的使用范圍，而且還可減輕加載的勞動(dòng)強(qiáng)度。3.2 靜力加載方法杠桿加載法2022-5-3182022-5-319優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，取材方便，荷載恒定，加載形式靈活。，對(duì)持久荷載試驗(yàn)及進(jìn)行剛度與裂縫的研究尤為合適。缺點(diǎn)：荷載量不能很大，操作笨重而費(fèi)工。此外，當(dāng)采用重力加載方式試驗(yàn)時(shí)，一旦結(jié)構(gòu)達(dá)到極限承載能力，因荷重不能隨結(jié)構(gòu)變形而自動(dòng)卸載，容易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大變形而倒塌。因此，安全保護(hù)措施應(yīng)當(dāng)足夠重視。3.2 靜力加載方法杠桿加載法特點(diǎn)2022-5-3110液壓加載器又稱千斤頂，是液壓加載設(shè)備中的一個(gè)主要部件。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

5、，使之推動(dòng)活塞，對(duì)結(jié)構(gòu)施加荷載。液壓加載器3.2 靜力加載方法2022-5-3111液壓加載系統(tǒng)3.2 靜力加載方法液壓加載系統(tǒng)主要是由儲(chǔ)油箱、高壓油泵、液壓加載器、測(cè)力裝置和各類閥門組成的操縱臺(tái)通過高壓油管連接組成。當(dāng)使用液壓加載系統(tǒng)在試驗(yàn)臺(tái)座上或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)尚必須配置各種支承系統(tǒng)，來承受液壓加載器對(duì)結(jié)構(gòu)加載時(shí)產(chǎn)生的平衡力。2022-5-3112液壓加載法中利用普通手動(dòng)液壓加載器配合加荷承力架和靜力試驗(yàn)臺(tái)座使用，是最簡(jiǎn)單的一種加載方法。液壓加載系統(tǒng)3.2 靜力加載方法設(shè)備簡(jiǎn)單，作用力大，加載卸載安全可靠，與重力加載法相比，可大大減輕笨重的體力勞動(dòng)。但如要求多點(diǎn)加載時(shí)則需要多人同時(shí)操縱多臺(tái)液

6、壓加載器，這時(shí)難以做到同步加載卸載，尤其當(dāng)需要恒載時(shí)更難以保持穩(wěn)壓狀態(tài)。所以，比較理想的加載方法是采用能夠變荷的同步液壓加載設(shè)備來進(jìn)行試驗(yàn)2022-5-3113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。最大優(yōu)點(diǎn)是利用油壓使液壓加載器（千斤頂）產(chǎn)生較大的荷載，試驗(yàn)操作安全方便，特別是對(duì)于大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗(yàn)要求荷載點(diǎn)數(shù)多，噸位大時(shí)更為合適。電液伺服系統(tǒng)在試驗(yàn)加載設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用后，為結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)M地震荷載、海浪波動(dòng)等不同特性的動(dòng)力荷載創(chuàng)造了有利條件，使動(dòng)力加載技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的高度。3.2 靜力加載方法液壓加載特點(diǎn)2022-5-3114大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)試

7、驗(yàn)的專門設(shè)備，比較典型的是結(jié)構(gòu)長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)，用以進(jìn)行柱、墻板、砌體、節(jié)點(diǎn)與梁的受壓與受彎試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)由液壓操縱臺(tái)、大噸位的液壓加載器和機(jī)架三部分組成。大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)3.2 靜力加載方法2022-5-3115大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的專門設(shè)備，比較典型的是結(jié)構(gòu)長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)，用以進(jìn)行柱、墻板、砌體、節(jié)點(diǎn)與梁的受壓與受彎試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)由液壓操縱臺(tái)、大噸位的液壓加載器和機(jī)架三部分組成。大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)3.2 靜力加載方法2022-5-3116吊鏈、卷?yè)P(yáng)機(jī)、絞車、花籃螺絲、螺旋千斤頂及彈簧等是機(jī)械力加載常用機(jī)具。機(jī)械力與氣壓加載設(shè)備3.2 靜力加載方法2022-5-3117利用氣體壓力對(duì)結(jié)構(gòu)

8、加載有兩種方式：一種是利用壓縮空氣加載；另一種是利用抽真空產(chǎn)生負(fù)壓對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加荷載。由于氣壓加載所產(chǎn)生的為均布荷載，所以，對(duì)于平板或殼體試驗(yàn)尤為適合。對(duì)于某些封閉結(jié)構(gòu)，可以利用真空泵抽真空的方法，造成內(nèi)外壓力差，即利用負(fù)壓作用使結(jié)構(gòu)受力。2022-5-3118也稱為張拉突卸法。在結(jié)構(gòu)上拉一鋼絲纜繩，使結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生一個(gè)人為的初始強(qiáng)迫位移，然后突然釋放，使結(jié)構(gòu)在靜力平衡位置附近作自由振動(dòng)。對(duì)于小模型則可采用懸掛的重物通過鋼絲對(duì)模型施加水平拉力，剪斷鋼絲造成突然卸荷。初位移加載法3.3 動(dòng)力加載方法2022-5-3119也稱突加荷載法。如利用擺錘或落重的方法使結(jié)構(gòu)在瞬時(shí)內(nèi)受到水平或垂直的沖擊，產(chǎn)

9、生一個(gè)初速度，同時(shí)使結(jié)構(gòu)獲得所需的沖擊荷載。初速度加載法3.3 動(dòng)力加載方法2022-5-3120沖擊試驗(yàn)初速度加載法3.3 動(dòng)力加載方法2022-5-3121試驗(yàn)荷載支承裝置是滿足試驗(yàn)荷載設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)荷載圖式、結(jié)構(gòu)受力和邊界條件要求以及保證試驗(yàn)加載正常進(jìn)行的關(guān)鍵之一。支座結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的支座是支承結(jié)構(gòu)、正確傳遞作用力和模擬實(shí)際荷載圖式的設(shè)備，通常由支座和支墩組成。支座按作用方式不同有滾動(dòng)鉸支座、固定鉸支座、球鉸支座和刀口支座（固定鉸支座的一種特定形式）幾種。3.4 載荷支承裝置和試驗(yàn)臺(tái)座2022-5-3122試驗(yàn)荷載支承裝置是滿足試驗(yàn)荷載設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)荷載圖式、結(jié)構(gòu)受力和邊界條件要求以及保證試驗(yàn)加載正

10、常進(jìn)行的關(guān)鍵之一。支座鉸支座要求：1、保證試件在支座處能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。2、保證試件在支座處可將力良好傳遞。3、試件支座處鉸的上線墊板要有一定得剛度。3.4 載荷支承裝置和試驗(yàn)臺(tái)座2022-5-31232022-5-3124目前常用的反力裝置主要有反力墻、反力臺(tái)座、門式剛架、反力架和相應(yīng)的各種組合類型，圖為建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程中建議的幾種實(shí)驗(yàn)加載裝置。反力加載裝置3.4 載荷支承裝置和試驗(yàn)臺(tái)座2022-5-3125加載反力裝置本身應(yīng)當(dāng)具有足夠的剛度、承載力和整體穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)能夠滿足試件的受力狀態(tài)和睦擬試件的實(shí)際邊界條件。加載反力裝置應(yīng)當(dāng)盡可能地作到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，以便縮短整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的周期。2022-5-3126在預(yù)制品構(gòu)件廠和小型的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室中，由于缺少大型的試驗(yàn)臺(tái)座，可以采用抗彎大梁式或空間桁架式臺(tái)座來滿足中小型構(gòu)件試驗(yàn)或混凝土制品檢驗(yàn)的要求?？箯澊罅菏脚_(tái)座和空間桁架式臺(tái)座3.4 載荷支承裝置和試驗(yàn)臺(tái)座2022-5-3127由于受到施工運(yùn)輸條件的限制，對(duì)于一些跨度較大的屋架，噸位較重的吊車梁等構(gòu)件，經(jīng)常要求在施工現(xiàn)場(chǎng)解決試驗(yàn)問題，為此試驗(yàn)工作人員就必須要考慮適于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的加載裝置。從實(shí)踐證明，現(xiàn)場(chǎng)試