结构静载试验

«土木工程结构试验»2015年2月之«静载试验»一、建筑结构上的作用分为直接作用与间接作用。建筑结构主要是承受直接作用的。直接作用分为：静荷载作用和动荷载作用。第一章结构静载试验第一节概述二、静力试验与动力试验的比较：静力试验也称为结构静力单调加载试验。由于大部分建筑结构在工作中承受的是静力荷载，所以静力试验是结构试验中数量最大、最常见的基本试验。

结构抗震静力试验是以静力的方式模拟地震作用的试验。它是用周期性的反复的静力荷载施加于结构上，研究结构抗震强度的一种静力试验，称为低周期反复加载试验，也称为伪静力试验。(还有拟动力试验)静力试验的最大优点是所有加载设备相对简单，荷载逐级施加，可以停下来仔细观测结构变形，给人一明晰的破坏概念。

动力试验包括振动试验和疲劳试验。对于承受动力作用的结构或构件，为了了解结构的动力特性及在动力荷载作用下的响应，一般要进行结构动力试验。三、短期荷载试验和长期荷载试验短期试验只能反映出结构的短期性能。绝大多数试验都是短期荷载试验，这种试验与结构实际工作状况不完全相同，存在着荷载作用与变形发展的时间效应问题。长期荷载试验是研究结构的长期性能，如徐变、结构的长期刚度和抗裂性能、混凝土的耐久性等。

真型试验的试验对象是实际结构（或构件）或者按实际结构（或构件）足尺寸复制的结构（或构件）。真型试验适用于生产检验性试验；有些研究结构整体性能的试验，如工业厂房结构的刚度试验、高层结构风振测试及采用脉动法测量结构的动力特性等试验；实际构件试验；足尺寸复制结构的试验等。真型试验的特点：通过试验可以对结构构造、各构件的相互作用、结构的整体刚度以及结构破坏阶段的实际工作进行全面观测了解；

四、真型试验与模型试验

模型试验的试验对象是仿照真实结构并按一定比例复制而成的试验代表物，它具有真实结构的全部或部分特征，是比真型结构尺寸小得多的缩尺结构。但是，真型结构试验的投资大、周期长、测量精度受环境影响较大。对模型试验的要求是：模型试验必须保证模型与真实结构几何相似、材料相似和力学相似，完全满足相似理论。试验力学常常用这种模型，在水利工程中也用此类模型。在“钢筋混凝土结构”及“砖石结构”课程中讲到的试验研究绝大多数是用这种模型做出来的。一、重物荷载及设备1.当使用砂、石等松散颗粒材料作为均布荷载时应注意勿将荷载材料连续堆放，以免荷载材料本身的起拱作用造成结构的卸载，应分成小堆堆放。第二节静载试验的加载设备2.加集中荷载时，常用杠杆将荷载值放大。但杠杆比一般不宜大于5。3.水做均布荷载较为简易、经济，卸载可用虹吸管；水深10cm即相当于980N/M2，但不利于布置仪表，不利于观测。4破坏试验时，应加可调节的托架或垫块.优点：1重物荷载数值稳定，不因试验过程中结构的变形或徐变而减小。

2重物荷载不影响结构的自由变形，适于做长期荷载及均布静载试验。

缺点：1能产生的荷载值较小，即使用了杠杆放大，最大荷载值也在200KN以下。

2其整套设备占用的面积也较大，有时会影响对试件的观测。优点：加卸载方便，产生的荷载值大，便于往复循环加载，带有脉动油泵的脉动千斤顶还可以对试件进行疲劳试验。缺点：当结构产生较大的变形时，很难维持要求的荷载值，千斤顶往往还会限制结构朝向千斤顶方向的变形，在某些情况下会影响试验结果。二、液压加载无专用台座时，可以采用图a重物平衡支承。图b可以采用反弯梁支承加载辅助设备：图c无专用台座时，可以采用构件成对自平衡卧位。

对隧道模型等，可以采用加载框支承。当用一个加载器施加两点或两点以上荷载时，常常通过分配梁实现。目前最先进的加载设备主要采用了电液伺服阀进行闭环控制，因而可获得高精度的加载控制，且易于对试验实行不同力学参数（如位移、荷载、应变）的控制和在试验过程中进行控制参量的转换。三电液伺服加载指令设定调整放大伺服阀执行元件（加载器）传感器反馈比较器油电液伺服加载闭环控制原理优点：响应快、灵敏度高、出力大，只有采用电液伺服加载系统，才有可能对结构进行拟动力试验。1、绞车一般用于变位大的结构、远距离或高耸结构施加拉力，在拉索中接入测力计量测加载值。四机械机具加载绞车或卷扬机加载2弹簧加载：常用于长期荷载试验，荷载值从几KN到几千KN。用千分表量测弹簧长度的改变来算出所加荷载值。3螺旋千斤顶：使用时需用测力计测定其加载值。它适于对结构施加等变形荷载，设备简单，使用方便。

以上各类加载设备都只能产生静载。

另一类机械式加载设备是机械式激振器，可产生正弦波动荷载，用于测定结构动力特性的动力试验。正压：利用压缩空气对结构施加荷载。五气压加载设备负压：抽真空，形成大气压差对试件加均匀荷载。支座：一般用钢制，构造形式见图。六支座和支墩支墩：截面大小按有关结构设计标准确定（抗压强度、稳定性）垫板：宽度、厚度等要满足一定要求。结构试验的目的不仅要得到有关结构性能的宏观印象，更主要的是要取得确定结构性能的定量数据，才能对结构性能作出定性的判断或为建立新的理论提供依据。精确可靠数据的取得依赖于量测。量测技术的状态反映了一个国家经济发展和科学技术的水平，已发展成一个学科，对各个领域的科学研究都有重要的意义。第三节静载试验的量测仪器量测技术包括：量测方法、量测工具、量测误差分析三部分。量测仪表系统组成：感受部分放大部分显示记录部分量测仪表的主要性能指标1量程：最大输入量与最小输入量之间的范围。2最小分度值：仪表能显示的最小测量值。3精度：一台精度为0.2级的仪表，意思是测定值的误差不超过最大量程的±0.2％。4灵敏度：单位输入量所引起的仪表输出值的变化。5滞后：仪表的输入量从起始量程增至最大量程的测量过程称为正行程，反之为反行程；同一输入量正反两个行程输出值间的偏差称为滞后。一、应变测量仪表－电阻应变仪应力量测是结构试验中很主要的量测内容，目前还没有较好的方法直接测定应力，常常借助于测定应变后通过材料的应力－应变曲线换算为应力值。1）电阻应变计通过粘贴在试件测点的感受元件电阻应变计与试件同步变形，输出电信号进行量测。

电阻应变计的选用：1.标距：根据应变场大小和被测材料的匀质性考虑。结构的应力梯度较大时，L应尽可能小；但对于混凝土结构，要求L大于2～3倍最大骨料粒径;砖石结构要求L大于6皮砖;木结构要求L不小于20cm；对于钢材等匀质材料，L可取得小一些。2.宽度：是敏感删的宽度3.电阻值：一般120欧4.灵敏系数K：一般为2.02）电阻应变仪测量电路一般均采用惠斯登电桥，把电阻变化转换为电压或电流输出，并解决温度补偿等问题。全桥半桥一、应变片的粘贴技术1选片：同一组片的阻值相差不要超过±0.2欧。2打磨：交叉打磨3涂胶：在测点处及应变片底面均匀涂上薄薄的胶水。4滚压：将应变片放在构件上，用大拇指均匀滚压，挤出多余的胶水。5固化、烘干6用万用表检查断线和短路，兆欧表检查绝缘电阻。7接线：固线片8防潮处理：把接头全封住。3）电阻应变量测技术温度效应：贴有应变片的构件总是放在某一温度场中。当温度有变化时，会造成应变片敏感栅电阻的变化；另外，当阻丝材料的线胀系数与构件材料的不同时，阻丝受到附加的拉伸（压缩），从而造成电阻的变化。二、温度补偿技术1设置温补块法2工作应变计温度互为补偿法一、应变片在构件中的布置和在电桥中的接法应变片感受的是构件表面某点的拉应变或压应变。全桥：四个桥臂均外接应变计。半桥：只有R1和R2为外接，R3、R4为无感电阻。三、桥路连接技术例1：图示受拉构件，欲测其拉伸应变。a专设温度补偿试件的方案b补偿片R2也参与工作例2：欲测图示构件表面由弯矩造成的应变，也有两种方案。a专设温度补偿试件的方案b补偿片R2也参与工作，它贴在构件的下表面且轴线与工作片平行。例3：构件受弯矩作用，但伴有拉伸，欲测弯矩造成的应变而排除拉力造成的应变。从材料力学知道，园轴受扭时，沿其表面与母线成45度的方位上产生最大拉、压应力（相应的应变为），且其数值与园截面上最大剪应力相等。园轴扭矩的测量例四：图示为一段园轴，除承受扭矩外，尚有轴向力P和弯矩M的作用。如欲测扭矩而排除后两者的影响，可按图a方法贴片，并取b图的全桥接法。不需要的应变成分被排除，输出电压提高到只有一片工作时的4