土木工程結(jié)構(gòu)試驗：第三章 工程結(jié)構(gòu)靜載試驗3

1、13.4 工程結(jié)構(gòu)試驗方法 1.3 試驗荷載設(shè)計1.4 結(jié)構(gòu)試驗觀測設(shè)計 實驗前的準備典型構(gòu)件試驗方法21.3 荷載設(shè)計試件就位形式、荷載圖式及加載制度的設(shè)計等。一、試件就位形式正位試驗：試驗時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實際工作狀態(tài)相一致。3異位試驗：試驗時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝位置與實際工作狀態(tài)不相一致。便于加載和觀測臥位試驗：與正位試驗在空間位置上相差90度。 1.試件 2.加固后作荷載平衡用的屋架 3.支承反力架 4.液壓加載器 5.荷載傳感器屋架成對臥位試驗1.3 荷載設(shè)計4反位試驗：與正位試驗在空間位置上相差180度。1.3 荷載設(shè)計5結(jié)構(gòu)靜載試驗的荷載，按作用的形式有集中荷載和均布荷載。按作用的

2、方向分有垂直荷載，水平荷載和任意方向荷載。有單向作用和雙向反復作用荷載等。根據(jù)試驗目的的不同，要求試驗時能正確地在試件上呈現(xiàn)上述荷載。 二、荷載圖式 試驗荷載在試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的布置形式（包括荷載類型和分布情況）稱為荷載圖式。 1.3 荷載設(shè)計6 結(jié)構(gòu)荷載圖式應與理論計算簡圖相一致。 如果條件限制而無法實現(xiàn)，為方便加載，也應根據(jù)試驗的目的要求，采用與計算簡圖等效的荷載圖式。 等效荷載：是指在試件上，使試件產(chǎn)生的內(nèi)力圖形與計算簡圖相近，控制截面的內(nèi)力值相等的荷載。1.3 荷載設(shè)計71.3 荷載設(shè)計等效加載圖示應滿足的條件：（1）等效荷載圖示產(chǎn)生的控制截面上的主要內(nèi)力應與計算內(nèi)力值相等；（2）等效荷

3、載產(chǎn)生的主要圖形與計算內(nèi)力圖形相似；（3）由于等效荷載引起的變形差別，應給予修正；（4）控制截面上的內(nèi)力等效時，其次要截面的內(nèi)力應與設(shè)計值接近；8 例：當梁承受均布荷載，用集中荷載代替均布荷載的等效荷載。1.3 荷載設(shè)計9采用等效荷載時必須注意，除控制截面的某個效應與理論計算荷載相同外，該截面的其它效應和非控制截面的效應，則可能有差別，所以必須全面驗算因荷載圖式改變對試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各種影響。1.3 荷載設(shè)計10加載圖式修正系數(shù) 的取值若等效集中荷載的加荷圖式不符合此表所列圖式時，應根據(jù)內(nèi)力圖形用圖乘法或積分法求出撓度，并與均布荷載下的撓度比較，從而求出加荷圖式的修正系數(shù)。11 三、加載程序 荷

4、載種類和荷載圖式確定后，還應按一定程序加載。1.3 荷載設(shè)計結(jié)構(gòu)承載力及變形性能均與結(jié)構(gòu)受荷載大小、加載速度及荷載在構(gòu)件上的持續(xù)時間等因素有關(guān)。確定加載時間與加荷量的過程稱為加荷程序設(shè)計。預加載；正常使用極限狀態(tài)荷載（標準荷載）；承載力極限狀態(tài)荷載（破壞荷載）三個階段12 三、加載程序 預載 預載的目的在于： 1）使試件各部接觸良好，進入正常工作狀態(tài)，荷載與變形關(guān)系趨于穩(wěn)定。 2）檢驗全部試驗加載裝置的可靠性。 3）檢驗全部觀測儀表工作正常與否。 4）檢查現(xiàn)場組織工作和人員的工作情況，起演習作用 預載一般分三級進行，每級取屈服（或開裂）荷載的20%，停歇10分鐘。1.3 荷載設(shè)計13 屈服（或

5、開裂）荷載 屈服荷載之前，每級加載值不應大于屈服荷載的20%，一般分五級加至標準荷載； 破壞荷載 屈服荷載之后，每級不宜大于屈服荷載的10%，當載荷加至破壞荷載的90%后，為了求得精確的破壞荷載值，每級應取不大于屈服荷載的5%；需要做抗裂檢測的結(jié)構(gòu)，加載到計算開裂荷載的90%后，也應改為不大于標準荷載的5%施加，直至第一條裂縫出現(xiàn)。1.3 荷載設(shè)計141.3 荷載設(shè)計荷載分級目的：一方面控制加荷速度；另一方面便于觀察結(jié)構(gòu)變形情況，為讀取各種數(shù)據(jù)提供所必要時間。分級方法：主要考慮能比較準確的承載力試驗荷載值、開裂荷載值及相應的變形值。在特征值的附近，將荷載減小1/2或更小。試驗荷載一般按20左右

6、為一級，即按5級左右進行加載。級間間歇時間t0+t1：開始加載至加載完畢的時間和荷載停留時間的總時間。停留時間考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形是否充分，彈塑性和裂縫開展，否則偏小的變形值，偏高的極限荷載值，影響試驗的準確。151.3 荷載設(shè)計滿載時間t2變形和裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要指標。正常使用極限狀態(tài)短期試驗荷載下的時間考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形是否充分，彈塑性荷裂縫開展，否則偏小的變形值，偏高的極限荷載值，影響試驗的準確?？蛰d時間t3結(jié)構(gòu)載卸載到重新開始受荷之間的間歇時間稱為空載時間?？蛰d對于研究性試驗是完全必要的?？梢杂^測結(jié)構(gòu)經(jīng)受荷載作用后的殘余變形和變形的修復情況；可以充分發(fā)展殘余變形；卸載對于剛度、抗裂和

7、裂縫寬度檢驗的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和測定殘余變形等問題，正常使用荷載后均需要卸載，使結(jié)構(gòu)彈性變形得以恢復。可按加載級距，也可放大一倍和分兩次卸完。16為了使結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形得到充分發(fā)揮和達到基本穩(wěn)定，每級荷載加完后應有一定的恒載時間。鋼結(jié)構(gòu)一般不少于10min鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應不少于15min標準荷載時不應少于30min對檢驗性試驗，在抗裂檢驗荷載下持續(xù)1015min;對使用階段不允許出現(xiàn)裂縫的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗裂研究性試驗，在開裂荷載計算值作用下的持續(xù)時間應為30min對新混凝土構(gòu)件，跨度較大的屋架、桁架及薄腹梁等試驗，在使用狀態(tài)短期荷載作用下的持續(xù)時間不宜少于12h1.3 荷載設(shè)計17靜載試驗加荷程序

8、圖承載力極限狀態(tài)檢測正常使用極限狀態(tài)檢測預載級間間歇1015分鐘滿載時間30分鐘空載時間45分鐘荷載分級18 試驗觀測方案要考慮解決下列問題：確定觀測項目布置測點位置選擇合適的儀表1.4 結(jié)構(gòu)試驗觀測設(shè)計 19一、確定觀測項目 結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的變形可以分兩大類：一類反映的是結(jié)構(gòu)整體工作狀況，如梁的最大撓度及其整體撓曲曲線；拱式結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的最大水平位移、豎向位移；桿、塔結(jié)構(gòu)的整體水平位移及基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動等。另一類的是反映結(jié)構(gòu)的局部工作狀況，如局部纖維應變、裂紋以及局部擠壓變形等。 在確定試驗觀測項目時，首先應該考慮整體變形，因為結(jié)構(gòu)的整體變形最能概括其工作的全貌，結(jié)構(gòu)任何部位的異常變形或局部破

9、壞都能在結(jié)構(gòu)整體變形中得到不同程度的反映。其次是局部變形量測，鋼筋砼結(jié)構(gòu)的裂縫，控制截面的應變。1.4 結(jié)構(gòu)試驗觀測設(shè)計 20二、測點的選擇和布置 用儀器對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進行內(nèi)力和變形等各種參數(shù)的量測時，測點選擇與布置存在以下幾條原則：在滿足試驗目的的前提下，測點宜少不宜多，以便使試驗工作重點突出。測點的位置必須有代表性，便于分析和計算。為了保證量測數(shù)據(jù)的可靠性，應該布置一定數(shù)量的校核性測點。測點的布置對試驗工作的進行應該是方便的，安全的。 1.4 結(jié)構(gòu)試驗觀測設(shè)計 21三、儀器選擇與測讀選用的儀器儀表，必須能滿足量測所需的精度與量程要求?，F(xiàn)場試驗由環(huán)境復雜，影響因素較多，電測儀器的適應性就不如機

10、械式。但測點較多時，機械式儀表卻不如電測儀器靈活、方便，選用時應作具體分析和技術(shù)比較。試驗結(jié)構(gòu)的變形與時間因素有關(guān)，測讀時間應有一定限制，必須遵守有關(guān)試驗方法標準的規(guī)定。當試驗結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段時，變形增加較快，應盡可能使用自動記錄裝置。為了避免差誤和方便工作，量測儀器的型號、規(guī)格應盡可能一致。 1.4 結(jié)構(gòu)試驗觀測設(shè)計 22測量儀器選擇儀器精度：儀表的最小刻度不大于5%的最大被測值。儀器量程：被測最大值在1/2-2/3量程內(nèi)。型號規(guī)格：盡可能一致，種類愈少愈好。測點數(shù)量很多且測點又位于很高很遠的部位，則采用電測儀表和自動記錄儀器。1.4 結(jié)構(gòu)試驗觀測設(shè)計 23數(shù)據(jù)測度試驗前，進行初始讀數(shù)。試

11、驗時，在每級加載、卸載間歇時間內(nèi)，同時讀取數(shù)據(jù)。當荷載維持較長時間不變時（如12h)，應該按規(guī)定時間（如加載后的5分鐘、10 分鐘，30分鐘，1小時），以后每隔36小時讀數(shù)一次。同樣，當結(jié)構(gòu)卸載完畢（空載）時，也應按規(guī)定時間記錄變形的恢復情況。長時間試驗，每次讀數(shù)的同時記錄周圍環(huán)境的溫度。動載試驗和抗震試驗，加載與觀測同步進行。1.4 結(jié)構(gòu)試驗觀測設(shè)計 24 試驗前準備是指正式試驗之前的所有工作，包括試驗規(guī)劃和準備兩個方面，具體內(nèi)容包括以下幾項：調(diào)查研究，收集資料試驗大綱制定試件準備材料力學性能測定試驗控制特征值的計算試驗設(shè)備與試驗場地的準備試件安裝就位加載設(shè)備和量測儀表安裝試驗前的準備 25

12、試驗大綱（包含試驗設(shè)計的全部內(nèi)容）1試驗目的。2試件設(shè)計及制作要求（試件設(shè)計的依據(jù)及理論分析，試件數(shù)量及施工圖，對試件原材料、制作工藝、制作精度等的要求）。3輔助試驗內(nèi)容（輔助試驗的目的，試件的種類、數(shù)量及尺寸，試件的制作要求，試驗方法等）。4.試件的安裝與就位（試件的支座裝置，保證側(cè)向穩(wěn)定裝置等）。5加載方法（荷載數(shù)量及種類，加載設(shè)備，加載裝置，加載圖式，加載程序）。試驗前的準備 266量測方法（測點布置，儀表型號選擇，儀表標定方法，儀表的布置與編號，儀表安裝方法，量測程序）。7試驗過程的觀察（試驗過程中除儀表讀數(shù)外在其他方面應做的記錄）。8安全措施（安全裝置，腳手架，技術(shù)安全規(guī)定等）。9試

13、驗進度計劃。10、附件（經(jīng)費，器材及儀表設(shè)備清單等）。 試驗前的準備 27典型構(gòu)件試驗方法 一、受彎構(gòu)件試驗1、試驗目的鑒定性試驗：承載力、抗裂度和各級荷載作用下的撓度及裂縫開展情況。研究性試驗：除了承載力、抗裂度、撓度和裂縫觀測外，還測量截面應變大小和分布規(guī)律，有時還需測量截面曲率。282、試件安裝和加載方法正位試驗，一端采用固定鉸支座，另一端采用滾動支座，支座下面用支墩安置在地面上，要求牢固和穩(wěn)定。加載方法：梁：常用液壓加載器和分配梁，或用液壓同步加載加載器直接加載。板：一般重物加載。也可用集中荷載等效，采用梁加載方式加載。吊車梁：采用液壓，試驗時的加載圖式要按最不利荷載布置決定集中荷載的

14、作用位置。典型構(gòu)件試驗方法 293、測點布置撓度觀測：最大撓度值和撓度曲線典型構(gòu)件試驗方法 30撓度曲線：測點5-7個，對稱分布；寬度大于600mm的梁需在兩側(cè)布置對稱測點，取平均值典型構(gòu)件試驗方法 31應變測量 對板、梁構(gòu)件的彎曲應變量測是主要內(nèi)容之一，特別是正負彎矩控制截面或有突變的截面 為測得截面上應力分布規(guī)律和確定中和軸位置，應沿截面高度連續(xù)布點，測點可等距布置，也可不等距，不等距采用外密里疏，以便測出較大應變值，獲得較好的精度。典型構(gòu)件試驗方法 32 抗剪測點應設(shè)在剪應力較大部位或區(qū)段，對鋼筋砼梁，為研究抗剪強度，通常還要在梁的彎起鋼筋和箍筋上布置測點。典型構(gòu)件試驗方法 33 鋼筋砼

15、構(gòu)件中鋼筋應變的量測方法，可在混凝土澆注前事先在鋼筋上貼電阻應變計，并做好絕緣和防護處理。也可在澆注混凝土時在測點處預留孔洞，使鋼筋的量測區(qū)段外露，以便粘貼電阻應變計。測點處預留孔洞典型構(gòu)件試驗方法 34 當選用千分表或手持式應變計時，由于標距較大，可用短鋼筋點焊在被測鋼筋上，短鋼筋長度等混凝土保護層厚度，四周用軟橡皮做成防護套，等砼硬化后，即可在短鋼筋頭上固定千分表或手持式應變計插足園孔，借助短鋼筋量測受力鋼筋的應變。手持式應變儀測鋼筋應變典型構(gòu)件試驗方法 35翼緣與孔邊應力的測量 對于翼緣較寬較薄的T型梁，其翼緣部分受力不一定均勻，應沿翼緣寬度布置測點，測定翼緣上應力分布的情況。梁腹板圓孔

16、周邊的應變測點布置典型構(gòu)件試驗方法 363、校核測點和裂縫觀測為了校核試驗的正確性，便于整理試驗結(jié)果時進行誤差修正，經(jīng)常在梁的端部凸角上的零 應力處設(shè)置少量測點，以檢驗整個測量過程是否正常。裂縫測量：開裂時間和位置、裂縫的發(fā)展方向和裂縫寬度。肉眼觀察；連續(xù)地或交替地布置測點；讀數(shù)顯微鏡。典型構(gòu)件試驗方法 37荷載一應變曲線觀測混凝士的開裂典型構(gòu)件試驗方法 38斜裂縫測點典型構(gòu)件試驗方法 39典型構(gòu)件試驗方法 二、受壓構(gòu)件試驗：柱、剪力墻等1、試驗目的柱、剪力墻等受壓構(gòu)件是建筑物中的基本承重構(gòu)件。受壓構(gòu)件試驗的主要目的在于研究軸力作用下柱子破壞的規(guī)律，從而找出不同長細比的柱子與極限荷載之間的關(guān)系

17、，對于鋼結(jié)構(gòu)柱還有局部穩(wěn)定問題。 402、試件安裝和加載方法柱子試驗可采用正位或臥位方案。正位試驗主要在長柱試驗機或大型反力架配合液壓千斤頂加載系統(tǒng)進行。臥位試驗比較方便，安全，但自重影響難于有效消除典型構(gòu)件試驗方法 41試驗前，應將柱軸線對準作用力的中心線。柱幾何尺寸對中后，若有可能再進行力學對中，即加載約達到正常使用荷載的2040時，量測其中央截面的兩側(cè)應變或四角應變，并調(diào)整作用力的軸線，使各點的應變均勻。在柱構(gòu)件力學對中后即可進行軸心受壓構(gòu)件試驗。若需進行偏心受壓構(gòu)件試驗，應在力學對中后，沿加力中心線量出偏心距離，再把加力點移至偏心距上，進行偏心受壓構(gòu)件試驗。對砼和砌體結(jié)構(gòu)柱子講，由于材

18、料離散性，力學對中一般難于做到，僅需保證幾何對中即可。典型構(gòu)件試驗方法 42加載：長柱試驗機或液壓加載系統(tǒng)；柱子試驗加載一般按估算破壞荷載的1/101/15分級施加，接近開裂荷載及破壞荷載時，加載值應減為原分級值的1/21/3。典型構(gòu)件試驗方法 433、測點布置柱子試驗的觀測項目有各級試驗荷載下的側(cè)向撓度值或變形曲線，各級試驗荷載下控制截面或區(qū)段的應力及變化規(guī)律，裂縫的發(fā)生與發(fā)展，破壞特征及破壞荷載值等。柱子的側(cè)向位移一般用位移傳感器、撓度計等觀測?？刂撇课坏淖冃瘟繙y最好用采集儀器繪制荷載變形曲線典型構(gòu)件試驗方法 44三、桁架試驗1、試驗目的 桁架、拱架、屋架等結(jié)構(gòu)是常用的承重結(jié)構(gòu)形式，主要承受節(jié)點荷載。桁架試驗的主要目的在于研究豎向荷載作用下結(jié)構(gòu)的承載能力、變形性能，節(jié)點的變形及節(jié)點剛度對桿件的次應力影響，以及屋架端節(jié)點的應力分布。典型構(gòu)件試驗方法 452、試件安裝和加載方法就位方式：一般采用正位試驗。現(xiàn)場試驗時還可以采用成對試件的臥位試驗。安裝時應設(shè)置側(cè)向支撐，以保證屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定。加載方式：可以采用重力直接或杠桿加載。當施加多點集中荷載并且節(jié)點荷載較大時，采用同步液壓加載。典型構(gòu)件試驗方法 46重 物 加 載典型構(gòu)件試驗方法 47液 壓 加 載典型構(gòu)件試驗方法 48屋 架 成 對 試 驗典型構(gòu)件試驗方法 493、測點布置桁架試驗觀測項目：桁架撓