土木工程结构试验：第三章 工程结构静载试验1

1、1第三章 工程结构静载试验 3.1 概述建筑结构作用直接作用间接作用荷载作用温度变化、不均匀沉降等静载作用动载作用拟动力试验单调加载试验低周往复试验2第三章 结构静载试验 3.1 概述本章主要讲述内容为：静载加载系统：加载设备、装置及加载方法静载量测系统：量测仪器和量测方法常见结构静载试验方法：梁板、柱、桁架、墙体和网架静载试验数据修正与处理方法33.2 静载试验加载系统重力加载液压加载电液伺服加载机械加载气压加载加载系统附属设备：支座、支墩、分配梁等43.2 试验加载系统静力加载系统必须满足以下基本要求：符合试件受力方式和边界条件要求荷载值应能保持相对稳定，不会随时间、环境条件的改变和结构的

2、变形而变化，保证荷载量的相对误差不超过5%加载设备应有足够的强度和刚度，并有足够的安全储备能分级加载和卸载，以便控制加载速度和卸载速度。5一、重力加载重力加载：将物体本身的重力施加于结构上作为荷载。实验室试验：常用标准铸铁砝码、混凝土块、水箱现场试验：就地取材，常用砂、石、砖块等建筑材料，或是钢锭、铸铁、废构件等。重物可以直接施加或者通过杠杆间接施加于试验结构或构件上。特点：荷载容易取得，但加载费工费时。3.2 试验加载系统61、荷重块加载 可以有规则地放置于结构上，作为均布荷载如图1-1所示。颗粒材料装袋或装箱。3.2 试验加载系统7内拱要求：要求堆放整齐，每堆宽度跨度的1/6，并且每堆之间

3、有一定的间距。3.2 试验加载系统83.2 试验加载系统93.2 试验加载系统102、用水直接用作均布荷载加载 可用水的高度计算控制荷载值，当结构变形过大时，应注意水荷载的不均匀性所产生的影响。 3.2 试验加载系统113、荷重盘加载 荷重盘是承荷重的吊盘，用于施加集中荷载如下图所示，荷重盘一般用钢筋和角钢焊接而成，其平面尺寸根据测试的需要决定其强度必须是足够保证安全。吊杆与荷重盘的自重应计入第一级荷载。 3.2 试验加载系统123、荷重盘加载 1.试件 2. 支座 3.重物 4.吊篮 5. 分配梁 特别适合于现场做屋架试验3.2 试验加载系统134、杠杆加载 杠杆加载也属于重力加载的一种。当

4、利用重物作为集中荷载时，经常会受到荷载量的限制，利用杠杆的放大作用，可以减小荷重块的用量。杠杆通常用型钢制成，也可用钢板焊接而成，在加载量不太大的情况下，可以用木制杠杆。 3.2 试验加载系统14现场试验杠杆加载的支承方法（a） （b）现场试验杠杆加载的支承方法（a）墙洞支承；（b）桩支承3.2 试验加载系统15二、液压加载 液压加载是目前结构试验中应用比较理想的一种加载方法，也是结构试验中最常用的加载方法，它的最大优点是利用油压使液压加载器产生较大的荷载，试验操作安全方便。尤其是电液伺服系统在试验加载设备中得到广泛应用后，为结构动力试验模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载创造了有利条件

5、，使动力加载技术发展到了一个新的高度。3.2 试验加载系统16二、液压加载（1）工作原理：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，使之推动活塞，对结构施加荷载。荷载值由油压表示值和加载器活塞受压底面积求得，也可由液压加载器与荷载承力架之间所置的测力计直接测读。（2）常见形式：手动液压加载器；单作用液压加载器；双作用液压加载器。3.2 试验加载系统171、手动液压千斤顶 使用时先拧紧放油阀，掀动手动油泵的手柄，使储油缸中的油通过单向阀压入工作油缸，推动活塞上升。最大出力可到5000kN，行程200mm.3.2 试验加载系统18缺点：每台千斤顶必须有专人操作，不能很好实现多点同

6、步加载。3.2 试验加载系统回油供油供油回油192、油泵液压千斤顶 油泵液压千斤顶如图所示，由电动油泵提供油压3.2 试验加载系统202、油泵液压千斤顶 可以在油泵出口接上分油器，可组成多点同步加载系统适应多点同步加载要求。 3.2 试验加载系统213、液压加载系统 千斤顶与支承系统组成液压加载系统，如图所示是一个常用加垂直荷载的装置形式兰色是液压千斤顶，黄色是测力计，桔黄色是反力架加载架常用钢制成，横梁可沿加载架上下调节，试验台座为1米以上至几米厚的劲性钢筋砼结构。试验台座形式有：槽道式、地锚式、孔洞式（台面下有地下室）3.2 试验加载系统223.2 试验加载系统233.2 试验加载系统24

7、液压水平加载装置：（a） （b）图3.6.7 水平反力装置1反力墙；2试验台座；3推拉加载器；4试件；5反力架；6千斤顶滚轴连接5631233NNF1F23.2 试验加载系统25大型结构试验机也是典型的液压加载系统，目前试验室中应用较多是结构长柱试验机，不过把荷载架、机座、加载器等组成工作单元，其余部分组成操纵单元，二部分用油管连接起来。国内普遍使用的长柱试验机的是5000kN，试件最大高度可达6m，用以进行柱、墙板、砌体、节点和梁的受压与受弯试验。3.2 试验加载系统263.2 试验加载系统273.2 试验加载系统28三、电液伺服加载系统 电液伺服加载系统是一种比较理想的试验设备，它可以较为

8、精确地模拟所受的实际荷载（静力荷载与动力荷载），如模拟地震、海浪等复杂荷载。能以一個极小的信号輸入，来控制出力极大的液压輸出，并由实际輸出端的反馈信号与输入信号相比较，产生一个误差信号，再以误差信号作为输出状态之修正，以达到精确控制的目的 。3.2 试验加载系统29汽车转向系統 3.2 试验加载系统30 汽车刹车系统3.2 试验加载系统31飞机操控系統3.2 试验加载系统32防爆机器人3.2 试验加载系统33导弹射控系統 3.2 试验加载系统34神七飞行模拟器 3.2 试验加载系统35液压源加载器控制系统3.2 试验加载系统36动力系统配电柜 冷却系统 动力系统 3.2 试验加载系统液压源37

9、液压源加载器控制系统3.2 试验加载系统381铰支基座; 2位移传感器; 3电液伺服阀; 4活塞杆;5荷载传感器; 6螺旋垫圈; 7铰支接头 1 2 3 4 5 6 7电液伺服加载器3.2 试验加载系统39液压源加载器控制系统3.2 试验加载系统403.2 试验加载系统控制系统41电液伺服加载系统的工作原理 如图所示是电液伺服加载系统的电压控制闭环回路。 VVVV1243561指令信号；2调整放大系统；3油源；4伺服阀；5作动器；6传感器3.2 试验加载系统42电液伺服加载系统的特点：可用于不同的控制系统（力、位移、速度、加速度、应变等）以小能量的輸入指令经放大后而得到很大的輸出是一種具有反馈

10、（Feed Back）的控制 在结构抗震试验中的地震模拟振动台试验、结构拟动力试验和结构拟静力试验得到广泛应用。3.2 试验加载系统43四、机械机具加载 机械力加载常用的机具有倒链葫芦、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等。优点是设备简单，容易实现 。缺点是荷载值不大 。3.2 试验加载系统44四、机械机具加载 葫芦、卷扬机、绞车和花篮螺丝等主要用于远距离或高耸结构加载。联结滑轮组可以改变作用力的方向和拉力大小。拉力大小通常用拉力测力计测定 。3.2 试验加载系统45四、机械机具加载弹簧、螺旋千斤顶均较适用于施加长期试验荷载。螺旋千斤顶由涡轮蜗杆等组成，使用类同普通手动液压千斤顶。弹簧可

11、直接旋紧螺帽，靠其弹力加压，用百分表测其压缩变形确定荷载值。3.2 试验加载系统46五、气压加载 气压加载有两种。一种是用空气压缩机对气包充气，给试件加均匀荷载。另一种是用真空泵抽出试件与台座围成的封闭空间的空气，形成大气压力差对试件加均匀荷载。3.2 试验加载系统47正压加载：用空气压缩机对气囊充气，给试件施加荷载，压力可到180KPa。3.2 试验加载系统48负压加载利用真空泵抽出试件与台座形成的封闭空间的空气，形成大气压力差对试件施加均布荷载（可到100KPa)，压力值用真空表测量。3.2 试验加载系统49六、加载系统附属设备试件支撑装置：支座和支墩荷载传递装置：分配梁、卧梁荷载反力装置

12、：反力架和台座3.2 试验加载系统501、试件支承装置支承和传力、模拟实际荷载图式和边界条件，通常由支座和支墩两部分组成。 支座 支座的型式和构造与试件类型、边界条件等因素有关，有铰支座和固定支座两种。 1）铰支座：铰支座一般用钢材制作，其型式有滚轴式和刀铰式两种。 3.2 试验加载系统513.2 试验加载系统523.2 试验加载系统常用几种支座的形式 53上下垫板尺寸应分别按试验和支墩局部承压考虑，梁类构件，上垫板宽度不应小于梁的底面宽度。 垫板长度按下式计算： 式中： 最大支座反力； b 上垫板宽度； fc 试件材料抗压强度设计值 MPa铰支座设计3.2 试验加载系统54上下垫板要有一定刚

13、度，厚度可按下式计算： 式中：fc混凝土抗压强度设计值 MPa； l板长； f 钢材计算强度。3.2 试验加载系统55滚轴选择：滚轴的长度，一般取等于试件支承处截面宽度b，滚轴直径参照下表选用 滚轴受力 (kN/mm)2244 6直径D (mm)40 6060 8080 1003.2 试验加载系统562）固定支座一般采用螺栓将试件地梁固定于试验台座。3.2 试验加载系统573.2 试验加载系统583.2 试验加载系统59支墩 现场试验的支墩：多用砖块砌筑或用混凝土浇注而成，支墩上部应足够平整并应垫钢板。支墩本身应有足够的强度和刚度，支承底面积要按地耐力进行复核验算，保证试验时各支墩不发生过度的

14、变形或不均匀沉降。在试验荷载作用下，支墩和地基的总压缩变形不应超过试件挠度的110。若试验需要两个以上支墩时，各支墩的刚度均应相同。 实验室试验的支墩：用钢材或钢筋混凝土制成专用支墩，支墩的高度一般在400600mm，以满足仪表安装、观测和加卸荷载的要求3.2 试验加载系统602、荷载传递装置作用：将加载设备产生的荷载按试验荷载图式的要求传递到试验的结构上，同时满足分配和荷载作用形式转换的要求。有分配梁和卧梁。3.2 试验加载系统61分配梁 分配梁是将集中作用于一点的荷载转换为作用于试件的多点分荷载的设备，如图所示，一般用型钢制成。分配梁一般均为单跨简支梁形式，不能用多跨连续梁的形式。分配梁层

15、数不宜大于二层，以保证荷载的正确分配、传递和试验的安全。分配梁本身应有足够的强度和刚度 3.2 试验加载系统62卧梁 卧梁的作用：是将若干个加载点的集中荷载转换成均布荷载施加于试件的端面。为了保证荷载的正确传递，卧梁必须有足够的强度和刚度。卧梁安装时与试件端面之间应平整辅设砂浆垫层，砂浆强度不应低于试件混凝土强度等级的50%。对于承受集中荷载作用的卧梁表面应辅设钢垫板，防止局部受压破坏。3.2 试验加载系统633.2 试验加载系统643、荷载反力装置反力架 提供反力的加载装置，有竖向和水平两种。 3.2 试验加载系统65台座：槽道式、地锚式、箱式槽式试验台座：目前国内用得较多的静力试验台座，试件安装就位的位置灵活。仅用于静力试验。地锚式试验台座：在台面上每隔一定间距设置一个地脚螺丝。可用于静力试验和动力试验。但螺丝受损后修理困难，试件安装就位的位置就受到限制。3.2 试验加载系统66箱式试验台：在箱形结构的顶板上沿纵横两个方向按一定间距留有竖向贯穿的孔洞，