第三章加载设备与试验装置

1、 第三章 加载设备与试验装置 安徽工业大学建工学院 第三章 加载设备与试验装置主要内容：结构试验中的加载方法结构试验中的加载方法试验台座和荷载支承设备试验台座和荷载支承设备第三章 加载设备与试验装置1.结构试验中的加载方法重物加载法 气压加载法机械机具加载 液压加载法动力加载法惯性力加载法电磁加载法现场激振加载法第三章 加载设备与试验装置重物加载法 重物加载法是利用物体本身的重量施加在结构上作为模拟荷载，包括重物直接加载法和杠杆加载法；第三章 加载设备与试验装置重物直接加载法预应力钢混凝土组合梁长期荷载试验第三章 加载设备与试验装置重物直接加载法 采用铸铁法码、砖块、袋装水泥等作均布荷载时，应

2、 注意重物尺寸和堆放距离； 采用砂、石等松散颗粒材料作为均布荷载时，切勿连 续松散堆放，宜采用袋装堆放，以防止砂石材料磨擦 角引起的拱作用； 环境湿度不同时，可能引起砂石重量随含水率而变化， 造成荷载值的不稳定。第三章 加载设备与试验装置重物直接加载法 网架结构 平板结构缺点： 全部承载面被水掩盖，不利于布置仪表和观测； 当结构产生较大变形时，要注意水荷载的不均匀性所产生的影响。自来水管放水虹吸管放水第三章 加载设备与试验装置杠杆加载法第三章 加载设备与试验装置杠杆加载法结构变形后荷载不改变，但无法自行卸载。第三章 加载设备与试验装置气压加载法气压加载分为正压加载和负压加载两种优点：加、卸载方

3、便，荷载稳定、安全，结构破坏时能 够自 动卸载；缺点：安装量测仪表受到限制，观测裂缝不方便，加载 面无法观测。适用于平板、壳体等平面结构施加均布荷载第三章 加载设备与试验装置机械机具加载法常用机具：绞车、卷扬机、吊链（倒链葫芦）、卷扬机、 花篮螺丝、螺旋千斤顶、弹簧等；优点：设备简单，集中力的方向便于控制；缺点：荷载较小，加卸载速度慢，荷载作用点的变形会 引起荷载值的较大改变。适用于施加水平荷载第三章 加载设备与试验装置液压加载法液压加载系统地震模拟振动台电液伺服加载系统结构试验机目前结构试验中最常用的加载方法，可适用于静、 动载试验，吨位可大、可小；液压加载装置优点：利用油压使液压千斤顶产生

4、较大的荷载，试验操作安全方便。第三章 加载设备与试验装置液压加载系统液压加载器（千斤顶、油泵、油管系统）液压（加载）控制台试验台座反力架、加载架组成部分适用于各类结构的静载试验（包括拟静力试验）第三章 加载设备与试验装置液压加载器液压千斤顶液压千斤顶电动泵电动泵第三章 加载设备与试验装置液液压压千千斤斤顶顶手手动动电电动动泵泵第三章 加载设备与试验装置液压加载系统液压加载系统及液压千斤顶示意图液压加载系统及液压千斤顶示意图第三章 加载设备与试验装置液压加载系统钢桁架结构静力分析试验钢桁架结构静力分析试验液压千斤顶竖向反力架支墩手动油泵第三章 加载设备与试验装置结构试验机 大型结构试验机本身就是

5、一种比较完善的液压加载系统； 实验室内进行大型结构试验的一种专门设备； 混凝土梁、板、柱和砌体结构构件的受压和受弯试验； 设备的构造和加载原理与一般材料试验机相同。第三章 加载设备与试验装置结构试验机10000kN大型多功能试验机系统第三章 加载设备与试验装置电液伺服加载系统电液伺服作动器（伺服千斤顶）控制系统液压源组成部分将荷载、应变、位移等不同力学参量直接作为控制参数，实行自动控制，并在试验过程中进行控制参量的转换；主要采用了电液伺服阀进行闭环控制第三章 加载设备与试验装置电液伺服加载系统电液伺服作动器（伺服千斤顶）第三章 加载设备与试验装置电液伺服加载系统控制系统分油器第三章 加载设备与

6、试验装置电液伺服加载系统液压源冷却塔第三章 加载设备与试验装置电液伺服加载系统 电液伺服作动器是电液伺服实验系统的动作执行者； 电液伺服阀是电液伺服作动器的核心元件，实现电、液信号的转换和 控制； 伺服阀输出的高压油流量和控制电流成正比。电液伺服作动器第三章 加载设备与试验装置电液伺服加载系统控制系统液压控制器电参量信号控制器绘图仪计算机液压源整个试验系统的液压动力第三章 加载设备与试验装置电液伺服加载系统液压源滤油器控制系统闭环控制：高压油从液压油源的油泵3输出经过滤油器进入电液伺服阀4，然后输入到双向作动器5的左右室内，对试件6施加所需要的荷载；根据不同的控制类型，反馈信号由7、8、9测得

7、，所测得的信号分别经过与之想对应的调节器10、11、12进行放大，其输出的便是控制变量的反馈值，在记录及显示装置13上反映；指令发生器14根据试验要求发出指令信号，该指令信号与反馈信号在伺服控制器15中进行比较，其差值为误差信号，经放大后予以反馈，用来控制电液伺服阀4操纵液压作动器5的工作，从而完成了全系统的闭环控制。第三章 加载设备与试验装置模拟地震振动台振动台台体结构液压驱动和动力系统控制系统组成部分进行结构抗震试验的一种先进试验设备测试和分析系统第三章 加载设备与试验装置模拟地震振动台模拟地震振动台第三章 加载设备与试验装置模拟地震振动台美国MTS公司三向六自由度模拟地震振动台，台面尺寸

8、4m4m，最大试件质量25t；同济大学土木工程防灾国家重点试验室模拟地震振动台位移、速度、加速度三参量反馈控制；德国SCHENCK公司位移反馈控制的PID控制方法；第三章 加载设备与试验装置动力加载法惯性力加载法电磁加载法现场激振方法主要包括产生惯性力的方法冲击力加载法（初位移、初速度）离心力加载法 直线位移惯性力加载法人体激振动加载法人工爆炸激振法环境随机振动激振法 （脉动法）第三章 加载设备与试验装置动力加载法初位移加载法第三章 加载设备与试验装置动力加载法初速度加载法第三章 加载设备与试验装置2.试验台座和荷载支承设备 永久性的固定设备，用以平衡施加在试验结构 物上的荷载产生的反力; 台

9、面一般与试验室地坪标高一致，充分利用试验 室的地坪面积，水平运输搬运物件比较方便，但 易干扰试验活动，也可以高出地平面，使之成为 独立体系，这样试验区划分比较明确，不受周边 活动及水平交通运输的影响; 台座的承载能力一般在2001000kN/m 2；第三章 加载设备与试验装置2.试验台座和荷载支承设备槽式试验台座地锚式试验台座抗弯大梁式台座槽锚式试验台座箱式试验台座空间桁架式台座试验台座 用于动力试验的台座还应有足够的质量和耐疲劳强度，防止引起共振和疲劳破坏，尤其应注意局部预埋件和焊缝的疲劳破坏； 若同时有静力和动力台座，则静力试验台座与动力试验台座应分离设置，避免动力试验对静力试验的干扰。第

10、三章 加载设备与试验装置槽式试验台座 沿台座纵向全长布置几条槽轨； 槽轨用型钢制成的纵向框架式结构，埋置在台座的混凝土内，其作用在于锚固加载支架，用以平衡结构物上的荷载产生的反力； 如果荷载架立柱用圆钢制成，直接可用两个螺帽固定于槽内；由型钢制成，则在其底部设计成钢结构柱脚的构造，用地脚螺丝固定在槽内。构造特点： 目前国内用得较多典型的静力试验台座第三章 加载设备与试验装置槽式试验台座 槽式试验台座（高出地面500mm）槽式试验台座 （安工大）第三章 加载设备与试验装置地锚式试验台座 沿台面上每隔一定间距设置一个地脚螺丝，螺丝下端锚固在混凝土内，顶端伸出到台座表面特制的地槽内，并略低于台座表面

11、标高，使用时，通过套筒螺母与荷载架立柱连接，平时用盖板将地槽盖住，以保护螺丝端部，并防止杂物落入孔穴；构造特点：缺点： 螺丝受损后修理困难；螺丝位置是固定的，安装试件的位置受到限制，不如槽式台座方便。第三章 加载设备与试验装置地锚式试验台座地锚式试验台座 （安工大）第三章 加载设备与试验装置箱式试验台座 台座顶板沿纵、横两个方向按一定间距留有竖向贯穿的孔洞，以固定立柱或梁式槽轨，台座配备有短的梁式活动槽轨，便于沿孔洞连线的任意位置加载，即先将槽轨固定在相邻的两孔间，然后将立柱按加载的位置固定在槽轨中； 试验量测与加载可在台座上面，也可在箱形结构内部进行，所以台座的结构本身也就是试验室的地下室，

12、可供长期荷载试验或特种试验使用；构造特点：缺点：型钢用量大，槽轨施工精度要求较高；地脚螺丝容易松动，不适用于动力试验；更大型的箱形试验台座同时还可兼作为试验室房屋的基础，因而场地的空间利用率高，加载器设备管路易布置，但安装和移动设备较困难。第三章 加载设备与试验装置槽锚式试验台座 兼有槽式及地锚式台座 的特点； 同时，由于抗震试验的 需要，利用锚栓一方面 可固定试件，另一方面 可承受水平剪力。构造特点：第三章 加载设备与试验装置抗弯大梁式台座 在预制构件厂和小型结构试验室中，当缺少大型试验台座时，可采用抗弯大梁式或空间桁架式台座，以满足中小型构件试验或混凝土制品检验的要求； 抗弯大梁台座本身是

13、一根刚度极大的钢梁或钢筋混凝土大梁，当用液压加载器和分配梁加载时，产生的反作用力通过门型荷载架传至大梁，试验结构的支座反力也由台座大梁承受，使之保持平衡。构造特点：适用于中小型构件试验， 跨度短、荷载小；自平衡式，对支座和支承 条件无要求第三章 加载设备与试验装置空间桁架式台座 由型钢制成的专门试验架，一般用于进行中等跨度的桥架 及屋面大梁的试验； 可施加为数不多的集中荷载，液压加载器的反作用力由空 间桁架自身平衡。构造特点：第三章 加载设备与试验装置空间桁架式台座 由型钢制成的专门试验架，一般用于进行中等跨度的桥架 及屋面大梁的试验； 可施加为数不多的集中荷载，液压加载器的反作用力由空 间桁

14、架自身平衡。构造特点：第三章 加载设备与试验装置水平反力装置反力墙反力架千斤顶水平连接件主要包括固定式移动式固定式第三章 加载设备与试验装置固定式反力墙 国内外大多采用混凝土或预应力混凝土结构，并且和试验台座刚性连接以减少自身的变形； 反力墙与千斤顶的连接方式：纵向滑轨式锚栓连接、螺孔式锚栓连接、横向滑轨式锚栓连接。 在混凝土反力墙上，按一定距离设有孔洞，以便用螺栓锚住加载器的底板；第三章 加载设备与试验装置移动式水平反力架 一般采用钢结构，通过螺栓与试验台座的槽轨锚固。构造特点：第三章 加载设备与试验装置移动式水平反力架水平反力架千斤顶水平连接件第三章 加载设备与试验装置竖向反力装置 荷载架

15、主要是由立柱和横梁组成，可以用型钢制成，取材方便，制作简单； 荷载架的高度和承载力可按试验需要设计，为试验室内固定的大型试验台座上的荷载支撑设备。 按钢结构的柱与横梁设计，连接采用精制螺栓或圆销，强度、刚度要求较高，必须满足大型结构试验的要求；第三章 加载设备与试验装置竖向反力装置 千斤顶与荷载架连接件； 抗震试验时，由于水平地震反复作用，试件要发生侧移，此时垂直千斤顶要求对试件的荷载点保持不变，即必须同试件一起移动，这时需要依靠千斤顶与横梁之间的滚轴来实现。 一般静力试验时，只要使千斤顶与试件保持稳定即可；竖向反力架第三章 加载设备与试验装置分配梁 当用一个加载器（千斤顶）施加两点或两点以上荷载时， 常通过分配梁实现；特点： 分配梁应为单跨简支形式，刚度足够大，重量尽量小； 分配梁配置不宜超过两层，以免使用中失稳或引起误差。第三章 加载设备与试验装置支座与支墩 试验装置中模拟结构受力和边界条件的重要组成部分，是 支承结构、正确传递作用力和模拟实际荷载图式的设备； 支墩：简易支座，钢或钢筋砼制作，现场试验多为砖砌体； (教材P37)作用方式滚动铰支座固定铰支座球铰支座刀口支座（固定铰支座的一种特定形式）混凝土支墩第三章 加载设备与试验装置支座与支墩 必须保证结构在支座处能自