静载试验的整理和分析 6次课24

1、Lab of Prof. Tian Shizhu 1 土木工程学院土木工程学院 结构实验技术结构实验技术 田石柱田石柱 教授教授 Lab of Prof. Tian Shizhu 2 1.7 静载试验资料的整理和分析静载试验资料的整理和分析 试验资料的整理和分析过程，就是将原始数试验资料的整理和分析过程，就是将原始数 据系统化的过程，经过计算绘成据系统化的过程，经过计算绘成图表图表和和曲线曲线，或，或 用数字表达形象而用数字表达形象而直观地直观地反映出结构的反映出结构的性能性能及其及其 规律，用以检验结构的质量和验证设计计算的理规律，用以检验结构的质量和验证设计计算的理 论或导出新的结论。因此

2、这一工作是论或导出新的结论。因此这一工作是极为重要极为重要的。的。 Lab of Prof. Tian Shizhu 3 1.7 静载试验资料的整理和分析静载试验资料的整理和分析 对实测数据进行整理，一般均应算出对实测数据进行整理，一般均应算出各级荷各级荷 载载作用下仪表读数的作用下仪表读数的递增值递增值和和累计值累计值，必要时还，必要时还 应进行换算和修正，然后用曲线或图表表达。应进行换算和修正，然后用曲线或图表表达。 Lab of Prof. Tian Shizhu 4 1.7 静载试验资料的整理和分析静载试验资料的整理和分析 在原始记录数据整理过程中，应特别注意读在原始记录数据整理过程中

3、，应特别注意读 数及读数差值的数及读数差值的反常情况反常情况，如仪表指示值与理论，如仪表指示值与理论 计算值计算值相差很大相差很大，甚至有，甚至有正负号颠倒正负号颠倒的情况，这的情况，这 时应对出现这些现象的规律性进行分析，并判断时应对出现这些现象的规律性进行分析，并判断 其原因所在。其原因所在。 Lab of Prof. Tian Shizhu 5 1.7 静载试验资料的整理和分析静载试验资料的整理和分析 一般可能的原因有两方面：一般可能的原因有两方面： 一方面由于试验结构本身发生裂缝、节点松动、一方面由于试验结构本身发生裂缝、节点松动、 支座沉降或局部应力达到屈服而支座沉降或局部应力达到屈

4、服而引起数据突变引起数据突变； 另一方面也可能是由于测试仪表工作另一方面也可能是由于测试仪表工作不正常所不正常所 造成造成。凡不属于差错或主观造成的仪表读数突变。凡不属于差错或主观造成的仪表读数突变 都都不能轻易舍弃不能轻易舍弃，待以后分析时再作判断处理。，待以后分析时再作判断处理。 Lab of Prof. Tian Shizhu 6 一、挠度一、挠度 1 1简支结构构件的挠度简支结构构件的挠度 结构构件的挠度应当是构件本身的挠曲值，因此应扣除试结构构件的挠度应当是构件本身的挠曲值，因此应扣除试 验时的验时的支座沉降，支座沉降，另外由于另外由于仪表的零读数仪表的零读数是在结构构件和是在结构构

5、件和 试验装置试验装置安装后安装后才能进行，因此在构件挠度值中应加上构才能进行，因此在构件挠度值中应加上构 件件自重和试验装置重力自重和试验装置重力产生的挠度值，产生的挠度值，加载图式加载图式改变的影改变的影 响。响。 00 c sqg aaa 式中：式中： 修正后的构件跨中挠度实测值；修正后的构件跨中挠度实测值； 消除支座沉降后的跨中挠度实测消除支座沉降后的跨中挠度实测 值；值； 构件自重和加载设备自重产生的构件自重和加载设备自重产生的 跨中挠度值；跨中挠度值； 用等效荷载代替实际的均匀荷载用等效荷载代替实际的均匀荷载 进行试验时，加载图式修正系数。进行试验时，加载图式修正系数。 0 s a

6、 0 s a 0 q a c g a Lab of Prof. Tian Shizhu 7 一、挠度一、挠度 1 1简支结构构件的挠度简支结构构件的挠度 0 s a 00 1 () 2 qm lr ss a g cc gb b M aa M 式中：式中： 跨中位移实测值（包括支座沉降）；跨中位移实测值（包括支座沉降）； 左端支座沉降实测值；左端支座沉降实测值； 右端支座沉降实测值；右端支座沉降实测值； 自重和加载设备自重产生的跨中弯矩值；自重和加载设备自重产生的跨中弯矩值； 出现裂缝的前一级荷载，加载值产生的跨中弯矩值；出现裂缝的前一级荷载，加载值产生的跨中弯矩值； 出现裂缝的前一级荷载，加载

7、值产生的跨中挠度实测值。出现裂缝的前一级荷载，加载值产生的跨中挠度实测值。 0 m l s r s g M b M c b a Lab of Prof. Tian Shizhu 8 一、挠度一、挠度 1 1简支结构构件的挠度简支结构构件的挠度 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 加载图式修正系数加载图式修正系数 的取值的取值 0 s a r s Lab of Prof. Tian Shizhu 10 一、挠度一、挠度 2 2悬臂构件的挠度：悬臂构件的挠度：

8、 计算悬臂构件自由端在荷载作用下的挠度实测值，应考虑固定计算悬臂构件自由端在荷载作用下的挠度实测值，应考虑固定 端的支座转角、支座沉降、构件自重和加载设备重量的影响。端的支座转角、支座沉降、构件自重和加载设备重量的影响。 式中：式中： 修正后的悬臂构件自由端挠度实测值；修正后的悬臂构件自由端挠度实测值； 消除支座沉降和转角后的自由端挠度实消除支座沉降和转角后的自由端挠度实 测值；测值； 构件自重和加载设备自重产生的自由端构件自重和加载设备自重产生的自由端 挠度值；挠度值； 加载图式修正系数，当在自由端用一个集加载图式修正系数，当在自由端用一个集 中力作等效荷载时取中力作等效荷载时取0.75。

9、悬臂端和固定端在竖向位移；悬臂端和固定端在竖向位移； 悬臂构件固定端的截面转角；悬臂构件固定端的截面转角； L 悬臂构件的外伸长度。悬臂构件的外伸长度。 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、挠度一、挠度 2 2悬臂构件的挠度：悬臂构件的挠度： 0 s a 000 , ,12 qca aL tg Lab of Pro

10、f. Tian Shizhu 12 二、弹性构件截面内力二、弹性构件截面内力 1 1拉、压构件截面重心处的内力拉、压构件截面重心处的内力 0 s a 12 2 m 12 2 m m NE A Lab of Prof. Tian Shizhu 13 二、弹性构件截面内力二、弹性构件截面内力 2 2拉弯（压弯）构件截面内力拉弯（压弯）构件截面内力 0 s a 12 2 m I My A N 1 1 I My A N 2 2 EEhyy 下上 2121当当 21 () EA Nyy h 下上 + () EI M h 下上 Lab of Prof. Tian Shizhu 14 二、弹性构件截面内力二

11、、弹性构件截面内力 3 3平面应力状态下的主应力，主应力方向，剪应力平面应力状态下的主应力，主应力方向，剪应力 利用汇交于一点的三个应变计算该点的主应变的利用汇交于一点的三个应变计算该点的主应变的 方法称应变花法。方法称应变花法。 Lab of Prof. Tian Shizhu 15 二、弹性构件截面内力二、弹性构件截面内力 3 3平面应力状态下的主应力，主应力方向，剪应力平面应力状态下的主应力，主应力方向，剪应力 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 最小主应力最小主应力 最大主应力最大主应力

12、Lab of Prof. Tian Shizhu 16 二、弹性构件截面内力二、弹性构件截面内力 A A、B B、C C取值见表取值见表 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 应变花名称应变花名称A AB BC C 45450 0直角应变花直角应变花 60600 0等边三角形应等边三角形应 变花变花 伞型应变花伞型应变花 扇型应变花扇型应变花 Lab of Prof. Tian Shizhu 17 三、试验曲线的绘制三、试验曲线的绘制 1 1荷

13、载荷载- -变形曲线变形曲线 荷载变形曲线诸如结构或构件的荷载变形曲线诸如结构或构件的整体变形曲线整体变形曲线、 控制节点或最大挠度点的控制节点或最大挠度点的荷载荷载变形曲线、变形曲线、截面截面 的的荷载荷载变形变形( (转角转角) )曲线、曲线、铰支座与滚支座铰支座与滚支座的荷的荷 载载侧移曲线、挠度侧移曲线、挠度时间曲线、反复荷载作用时间曲线、反复荷载作用 下的结构构件的下的结构构件的延性曲线延性曲线、滞回曲线等。、滞回曲线等。 Lab of Prof. Tian Shizhu 18 1 1荷载荷载- -变形曲线变形曲线 在荷载在荷载挠度曲线中，一般有三种情况：挠度曲线中，一般有三种情况：

14、 结构处于结构处于弹性状态弹性状态下，曲线下，曲线“1 1”及曲线及曲线 “2 2”的的OAOA段，钢结构在正常使用荷载作段，钢结构在正常使用荷载作 用下属于这种情况。用下属于这种情况。 结构处于结构处于弹性和弹塑性状态弹性和弹塑性状态下，曲线下，曲线 “2 2”，这是钢筋混凝土结构试验的常见，这是钢筋混凝土结构试验的常见 现象，在加载过程中，结构出现现象，在加载过程中，结构出现裂缝裂缝或或 局部破坏局部破坏时，在曲线上形成转折点时，在曲线上形成转折点( (A A点点 和和B B点点) )。 Lab of Prof. Tian Shizhu 19 1 1荷载荷载- -变形曲线变形曲线 曲线曲线

15、“3 3”属于反常现象，说明试验属于反常现象，说明试验 存在问题；可能是仪器观测上的错误，存在问题；可能是仪器观测上的错误， 也可能是在加载过程中邻近构件、支也可能是在加载过程中邻近构件、支 架等参与工作代为分担荷载所造成。架等参与工作代为分担荷载所造成。 但是在卸荷时，非弹性变形的恢复但是在卸荷时，非弹性变形的恢复 过程则是该种曲线型式，不过卸荷结过程则是该种曲线型式，不过卸荷结 束后，曲线不能回到坐标原点，而有束后，曲线不能回到坐标原点，而有 一定一定残余变形残余变形。 Lab of Prof. Tian Shizhu 20 2 2荷载荷载应变应变( (应力应力) )曲线曲线 荷载荷载应变

16、曲线和荷载变形曲线相似，用来控制或分析应变曲线和荷载变形曲线相似，用来控制或分析 构件最大应力的增长和变化情况。构件最大应力的增长和变化情况。 下图为钢筋混凝土粱受弯试验时，控制截面上混凝土测点下图为钢筋混凝土粱受弯试验时，控制截面上混凝土测点 “1 1” 、“2 2” 、“3 3” 、“4 4”和钢筋测点和钢筋测点“5 5”。 Lab of Prof. Tian Shizhu 21 2 2荷载荷载应变应变( (应力应力) )曲线曲线 “1 1”点位于受压区，应变增长基本上呈直线关系点位于受压区，应变增长基本上呈直线关系 “3 3” 、“4 4”点的突变是因为截面混凝土开裂点的突变是因为截面混

17、凝土开裂 “2 2”先受压后受拉，混凝土受拉区开裂后使中和轴上移之故。先受压后受拉，混凝土受拉区开裂后使中和轴上移之故。 “5 5”钢筋与混凝土共同工作时，先是混凝土开裂，后是钢筋钢筋与混凝土共同工作时，先是混凝土开裂，后是钢筋 应力达到流限发生两次转折。应力达到流限发生两次转折。 Lab of Prof. Tian Shizhu 22 截面应变图截面应变图 截面应变图，应事先选取截面应变图，应事先选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 测点，用一定的比例尺将某一级荷载下测点，用一定的比例尺将某一级荷载下( (如正常使用荷载如正常使用荷载 下下) )的各测点的应变值连接起来，

18、即为的各测点的应变值连接起来，即为截面应变图截面应变图。 截面应变图是用来研究截面的实际截面应变图是用来研究截面的实际内力内力及及中和轴位置中和轴位置， 根据实测应变和弹性模量，将得到应力。对于处在非弹根据实测应变和弹性模量，将得到应力。对于处在非弹 性阶段时，则按性阶段时，则按 曲线对应查取。这样通过截面应力曲线对应查取。这样通过截面应力 得到截面内力。得到截面内力。 Lab of Prof. Tian Shizhu 23 3 3构件裂缝及破坏图构件裂缝及破坏图 试验过程中，应在构件上按裂缝试验过程中，应在构件上按裂缝开展面开展面和主侧面绘出其和主侧面绘出其 开展过程，并注上出现裂缝的开展过

19、程，并注上出现裂缝的荷载值荷载值及及裂缝宽度裂缝宽度，直至，直至 破坏。待试验结束后，用照相记录其裂缝和破坏特征，破坏。待试验结束后，用照相记录其裂缝和破坏特征， 或用坐标纸按比例作描绘记录。或用坐标纸按比例作描绘记录。 Lab of Prof. Tian Shizhu 24 4.承载力试验的结果承载力试验的结果 在一定的受力状态和工作条件下，结构构件所能在一定的受力状态和工作条件下，结构构件所能 承受的最大内力，称为结构构件的承受的最大内力，称为结构构件的承载力承载力。 以混凝土结构为准，进行承载力试验时，在加载以混凝土结构为准，进行承载力试验时，在加载 或持载过程中出现下列或持载过程中出现下列破坏标志破坏标志之一时，即认为之一时，即认为 已达到已达到承载力极限承载力极限状态。状态。 0 s a 12 2 m Lab of Prof. Tian Shizhu 25 在结构构件受力情况为在结构构件受力情