第三章结构静载试验(加载设备)

1、静力试验：利用重物直接加载或通过杠杆作用静力试验：利用重物直接加载或通过杠杆作用的间接加载的重力加载方法；液压加载器（千的间接加载的重力加载方法；液压加载器（千斤顶）和液压试验机等的液压加载方法；利用斤顶）和液压试验机等的液压加载方法；利用铰车、差动滑轮组、弹簧和螺旋千斤顶等机械铰车、差动滑轮组、弹簧和螺旋千斤顶等机械设备的机械加载法和用压缩空气或真空作用的设备的机械加载法和用压缩空气或真空作用的特殊加载方法等。特殊加载方法等。动力试验：利用惯性力或电磁系统激励；由自动力试验：利用惯性力或电磁系统激励；由自动控制、液压和计算机系统结合而成的电液伺动控制、液压和计算机系统结合而成的电液伺服加载系

2、统；人工爆炸和利用环境随机激振的服加载系统；人工爆炸和利用环境随机激振的方法；方法；1）选用的试验荷载的图式应与结构设计计）选用的试验荷载的图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力值相一致或极为算的荷载图式所产生的内力值相一致或极为接近；接近；2）荷载传力方式和作用点明确，产生的荷）荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值要稳定，特别是静力荷载要不随加载载数值要稳定，特别是静力荷载要不随加载时间，外界环境和结构的变形而变化；时间，外界环境和结构的变形而变化；3）荷载分级的分度值要满足试验量测的精）荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求，加载设备要有足够的强度储备；度要求，加载设备要有足够的

3、强度储备；选择试验荷载和加载方法时，应满足的选择试验荷载和加载方法时，应满足的 几项要求几项要求4）加载装置本身要安全可靠，不仅要满足）加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还必须按变形条件来控制加载装强度要求，还必须按变形条件来控制加载装置的设计，即尚必须满足刚度要求。防止对置的设计，即尚必须满足刚度要求。防止对试件产生卸荷作用而减轻了结构实际承担的试件产生卸荷作用而减轻了结构实际承担的荷载；荷载；5）加载设备要操作方便，便于加载和卸载）加载设备要操作方便，便于加载和卸载,并能控制加载速度，又能适应同步加载或先并能控制加载速度，又能适应同步加载或先后加载的不同要求；后加载的不同要求；6

4、）试验加载方法要力求采用现代化先进技）试验加载方法要力求采用现代化先进技术，减轻体力劳动，提高试验质量。术，减轻体力劳动，提高试验质量。 重力加载法重力加载法 液压加载法液压加载法 惯性力加载法惯性力加载法 机械力加载法 气压加载法 电磁加载法 人激振动加载法 环境随机振动激振法主 要 内 容 .1重力直接加载方法重力直接加载方法 利用物体本身的重量加于结构上作利用物体本身的重量加于结构上作为荷载。为荷载。优点：重物容易取得，并可重复使用；优点：重物容易取得，并可重复使用；缺点：用砂粒等加载时，若将材料直接缺点：用砂粒等加载时，若将材料直接堆放于结构表面，将会造成材料本身的堆放于结构表面，将会

5、造成材料本身的起拱，对结构产生卸荷作用；起拱，对结构产生卸荷作用；重力直接施加均布荷载的方法重力直接施加均布荷载的方法重力直接施加集中荷载的方法重力直接施加集中荷载的方法水直接施加均布荷载的方法水直接施加均布荷载的方法.2杠杆加载方法 杠杆加载也属于重力加载的一种。利用杠杠杆加载也属于重力加载的一种。利用杠杆原理杆原理1、放大荷重；、放大荷重；2、结构有变形时，荷载可以保持恒定，对、结构有变形时，荷载可以保持恒定，对持久试验尤为适合。持久试验尤为适合。利用杠杆施加荷载的一些方法利用杠杆施加荷载的一些方法 液压加载法是目前应用比较普遍和理想液压加载法是目前应用比较普遍和理想的一种加载方法。其最大

6、优点是利用油压使的一种加载方法。其最大优点是利用油压使液压加载器（千斤顶）产生较大的荷载，试液压加载器（千斤顶）产生较大的荷载，试验操作安全方便。验操作安全方便。.1液压加载器液压加载器 是液压加载设备中的一个主要部件。原是液压加载设备中的一个主要部件。原理是用高压油泵将具有一定压力的液压油压理是用高压油泵将具有一定压力的液压油压入液压加载器的工作油缸，推动活塞，对结入液压加载器的工作油缸，推动活塞，对结构施加荷载。构施加荷载。手动千斤顶加载器.2液压加载系统液压加载系统 液压加载器系统主要是由储油箱、高液压加载器系统主要是由储油箱、高压油泵、液压加载器、测力装置和各类阀压油泵、液压加载器、测

7、力装置和各类阀门组成的操纵台通过高压油管连接而成。门组成的操纵台通过高压油管连接而成。液压加载系统液压加载系统.3大型结构试验机大型结构试验机 一种比较完善的液压加载系统。是结构试验一种比较完善的液压加载系统。是结构试验室内进行结构试验的一种专门设备，比较典型的室内进行结构试验的一种专门设备，比较典型的是结构长柱试验机。是结构长柱试验机。 在国内最大吨位在国内最大吨位5000kN，试件最大高度可达，试件最大高度可达3m；国外：日本大型结构构件万能试验机的最；国外：日本大型结构构件万能试验机的最大压缩荷载为大压缩荷载为30000kN，最大抗拉荷载为，最大抗拉荷载为10000kN，高度达，高度达2

8、2.5m，可进行，可进行15m构件受压构件受压试验；试验；长柱试验机加载系统长柱试验机加载系统.4电液伺服液压系统电液伺服液压系统 电液伺服液压系统一种比较理想、更电液伺服液压系统一种比较理想、更为完善的试验设备。为完善的试验设备。电液伺服液压系统工作原理电液伺服液压系统工作原理 电液伺服液压系统的闭环回路电液伺服液压系统的闭环回路 控制控制系统阀的系统阀的输出流量输出流量、位移、位移、喷嘴挡板喷嘴挡板间隙等都间隙等都与输入电与输入电流成比例流成比例变化。变化。电液伺服阀的工作原理电液伺服阀的工作原理 电液伺服阀是电液伺服液压加载系统中电液伺服阀是电液伺服液压加载系统中的心脏部分，它安装于液压

9、加载器上，根的心脏部分，它安装于液压加载器上，根据指令发生器发出的信号经放大后输入伺据指令发生器发出的信号经放大后输入伺服阀，转换成大功率的液压信号，将来自服阀，转换成大功率的液压信号，将来自液压源的液压油输入加载器，使加载器按液压源的液压油输入加载器，使加载器按输入信号的规律产生振动对结构施加荷载输入信号的规律产生振动对结构施加荷载，同时由伺服阀及结构上量测的荷载、应，同时由伺服阀及结构上量测的荷载、应变、位移等信号通过伺服控制器作反馈控变、位移等信号通过伺服控制器作反馈控制，以提高整个系统的灵敏度。制，以提高整个系统的灵敏度。电液伺服阀的工作原理电液伺服阀的工作原理.5地震模拟振动台地震模

10、拟振动台 60年代开始，模拟地震台就出现在年代开始，模拟地震台就出现在抗震试验中，其中日本最多；再现各种抗震试验中，其中日本最多；再现各种地震波对结构进行动力试验的一种先进地震波对结构进行动力试验的一种先进试验设备。试验设备。其特点：其特点：1、具有自动控制；、具有自动控制；2、数据采集及处理、数据采集及处理系统；系统； 3、闭环伺服液压控制技术。、闭环伺服液压控制技术。振动台台体结构振动台台体结构 振动台台体结构振动台台体结构 台面具有一定尺寸的台面具有一定尺寸的平板结构（同济从美国引进平板结构（同济从美国引进44m，日本，日本原子能工作试验中心是原子能工作试验中心是1515m，中国建，中国

11、建筑科学研究院筑科学研究院66m，河北工程大学从英，河北工程大学从英国引进国引进33m， 1987水电科学院从西德引水电科学院从西德引进进55m）振动台液压驱动和动力系统振动台液压驱动和动力系统 液压驱动系统是给振动台以推力，按液压驱动系统是给振动台以推力，按照振动台是单向（水平或垂直）、双向（照振动台是单向（水平或垂直）、双向（水平水平水平或水平水平或水平垂直）或三向（二向垂直）或三向（二向水平水平垂直）运动，各向加载器推力取决垂直）运动，各向加载器推力取决于可动质量的大小和最大加速度的要求。于可动质量的大小和最大加速度的要求。常用电液伺服系统来驱动。常用电液伺服系统来驱动。振动台控制系统振

12、动台控制系统两种控制方法：两种控制方法：模拟控制；数字计算机控模拟控制；数字计算机控 制。制。模拟控制方法：模拟控制方法：有位移反馈控制和加速度有位移反馈控制和加速度 信号输入控制两种。信号输入控制两种。数字计算机控制：数字计算机控制：采用计算机进行数字替采用计算机进行数字替代的补偿技术。代的补偿技术。振动台控制系统振动台控制系统 可由计算机将台面输出信号与系统本身可由计算机将台面输出信号与系统本身的传递函数（频率响应）求得下一次驱动的传递函数（频率响应）求得下一次驱动台面所需的补偿量和修正后的输入信号。台面所需的补偿量和修正后的输入信号。经过多次迭代，直至台面输出反应信号与经过多次迭代，直至

13、台面输出反应信号与原始输入信号之间的误差小于预先给定的原始输入信号之间的误差小于预先给定的量值，完成迭代补偿并得到满意的期望地量值，完成迭代补偿并得到满意的期望地震波。震波。测试和分析系统测试和分析系统 除了对台面运动需进行位移、加速度的测除了对台面运动需进行位移、加速度的测量外，还需测量模型的位移、加速度和应变。量外，还需测量模型的位移、加速度和应变。位移：差动变压器式和电位计式的位移计；可位移：差动变压器式和电位计式的位移计；可测量模型相对于台面的位移或相对于基础的位测量模型相对于台面的位移或相对于基础的位移；移；加速度：应变式加速度计、压电式加速度计。加速度：应变式加速度计、压电式加速度

14、计。 振动台台面运动参数最基本的是位移、速振动台台面运动参数最基本的是位移、速度和加速度以及使用频率。度和加速度以及使用频率。3.4 惯性力加载法惯性力加载法 在结构动力试验中，利用物体质量在在结构动力试验中，利用物体质量在运动时产生的惯性力对结构施加动力荷运动时产生的惯性力对结构施加动力荷载。载。3.4.1冲击力加载冲击力加载 特点是荷载作用时间极为短促，在特点是荷载作用时间极为短促，在它的作用下使被加载结构产生自由振动它的作用下使被加载结构产生自由振动适于进行结构动力特性试验。适于进行结构动力特性试验。3.4.1.1初位移加载法初位移加载法也称张拉突卸法。也称张拉突卸法。优点：结构自振时荷

15、载不附加在结构上优点：结构自振时荷载不附加在结构上缺点：由于加载作用点的偏差而使结构缺点：由于加载作用点的偏差而使结构在另一平面内同时振动产生干扰。在另一平面内同时振动产生干扰。用初位移加载法施加冲击力荷载用初位移加载法施加冲击力荷载 初速度加载法（突加荷载法）初速度加载法（突加荷载法） 反冲激振法（火箭激振）反冲激振法（火箭激振） 1、一般装在建、一般装在建筑物顶部；质筑物顶部；质心的轴线上；心的轴线上；2、进行扭振试、进行扭振试验；验；3、多振型测量、多振型测量（布置多个）（布置多个）反冲力：反冲力：0.10.8kN，18kN 共共8种。种。3.4.2离心力加载离心力加载 根据旋转质量产生

16、的离心力对结构根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载。施加简谐振动荷载。 其特点是运动具有周期性，作用的其特点是运动具有周期性，作用的大小和频率按一定规律变化，使结构产大小和频率按一定规律变化，使结构产生强迫振动。生强迫振动。离心力加载离心力加载 常见的应变花1一对偏心质量一对偏心质量由偏心质量产生的离心力为：由偏心质量产生的离心力为： 偏心块旋转角速度r/s 使用时将激振器底座固定在被测结构使用时将激振器底座固定在被测结构物上，由底座把激振力传递给结构，致使物上，由底座把激振力传递给结构，致使结构受到简谐变化激励作用。结构受到简谐变化激励作用。 3.4.3直线位移惯性力加载直线位移惯

17、性力加载 此法的特点适用于现场结构动力加此法的特点适用于现场结构动力加载，在低频条件下各项性能较好，可产载，在低频条件下各项性能较好，可产生较大的激振力。生较大的激振力。直线位移惯性力加载直线位移惯性力加载3.5 机械力加载法机械力加载法常用的机具有铰车、螺旋千斤顶、弹簧常用的机具有铰车、螺旋千斤顶、弹簧等。等。1应工作在线性范围内应工作在线性范围内2荷载值不大荷载值不大3相对结构变形量相对结构变形量 ，弹簧的，弹簧的 充分大（柔性）充分大（柔性） 弹簧加载3.6 气压加载法气压加载法两种方式：一种是利用压缩空气加载；另两种方式：一种是利用压缩空气加载；另一种是利用抽真空产生负压对结构机件施一

18、种是利用抽真空产生负压对结构机件施加荷载。加荷载。优点：加、卸载容易，荷载稳定。优点：加、卸载容易，荷载稳定。缺点：结构受载面无法观测。缺点：结构受载面无法观测。气压加载法气压加载法 3.7 电磁加载法电磁加载法 在磁场中通电的导体要受到与磁场方在磁场中通电的导体要受到与磁场方向相垂直的作用力，电磁加载就是这个原向相垂直的作用力，电磁加载就是这个原理；理；3.7.1电磁式激振器：由磁系统、动圈、弹电磁式激振器：由磁系统、动圈、弹簧和顶杆等部件组成。电磁式激振器的频簧和顶杆等部件组成。电磁式激振器的频率范围在率范围在0200Hz，范围宽，推力可达，范围宽，推力可达几个千牛，但缺点是激振力不大，因此仅几个千牛，但缺点是激振力不大，因此仅适合于小型结构及模型试验。适合于小型结构及模型试验。 电磁式激振器电磁式激振器 电磁式激振器工作原理电磁式激振