第二章++结构试验荷载模拟技术

第二章结构试验荷载模拟技术作用于工程结构上的荷载荷载又称为作用，可分为直接作用和间接作用。一、概述作用直接作用间接作用结构自重建筑物面的活荷载机械设备的振动荷载桥梁上的车辆振动荷载地震等荷载等温度变化混凝土收缩支座沉降等荷载模拟技术

通过一定的设备与仪器，以最接近真实的模拟荷载再现各种荷载结构的作用。荷载模拟方法主要有重物直接加载法、液压加载法、机械加载法、惯性力加载和电磁激振加载方法等。加载设备基本要求1）试验荷载的作用，应符合实际荷载作用的传递方式，能使被试验结构、构件再现其实际工作状态的边界条件，使截面或部位产生的内力与设计计算等效。2）产生的荷载值应当明确，满足试验的准确度，除模拟动力作用之外，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变形而变化。3）加载设备本身应有足够的承载力和刚度，并有足够的储备，保证使用安全可靠。4）加载设备不应参与结构工作，以致改变结构的受力状态或使结构产生次应力。5）应能方便调节和分级加(卸)载，易于控制加(卸)载速率，分级值应能满足精度要求。6）尽量采用先进技术，满足自动化的要求，减轻劳动强度，方便加载，提高试验效率和质量。二、重力模拟荷载重力加载利用物体本身的重量施加于结构作为荷载，又分为直接重力加载和间接重力加载。加载物体

1）实验室：标准铸铁砝码、混凝土立方试块、水等；

2）现场：砂、石、砖块等或钢锭、铸铁、废构件等。直接重力加载法

1）直接放在结构表面上形成均布荷载；

2）重物置于荷载盘上，通过吊盘形成集中荷载；

3）借助钢索和滑轮导向，对结构施加水平荷载；

4）大面积平板结构，可采用水作试验荷载。间接重力加载法利用杠杆将荷重放大后作用在结构上。重力加载系统优缺点

优点：设备简单、取材方便、荷载恒定及加载形式灵活。缺点：荷载量不能很大，操作笨重而费工。双向作用液压加载器三、液压模拟加载组成加荷千斤顶（加载器）、油泵控制台和荷载架等。液压加载器手动液压加载器单向作用液压加载器1、千斤顶液压加载系统1）手动液压加载系统2）同步（异荷）液压加载系统液压加载系统千斤顶加载系统试验机2、试验机加载系统1）材料万能试验机2）结构长柱试验机组成：液压操纵台、大吨位液压加载器和试验机架。

3）卧式结构试验机4）结构疲劳试验机组成：脉动发生系统控制系统和千斤顶工作系统。脉动工作原理：飞轮带动曲柄动作时，使脉动器上下移动而产生脉动油压。电液伺服液压加载系统

1）系统工作原理组成：液压源、控制系统和执行系统。系统可将荷载、应变和位移等物理量作为控制参数，实行自动控制。液压加载器：单缸双油腔结构，尾座内腔和活塞前端分别装有位移和荷载传感器，能自动记量和发出反馈信号。2）电液伺服阀的工作原理电液伺服阀直接安装于液压加载器上。当电液伺服闭环回路中的电信号输入线圈时，衔铁发生偏转，带动一挡板偏移，两边喷嘴油流量失去平衡，压力改变，高压油进入加载器的油腔使活塞工作，滑阀的移动带动反馈杆偏转，使另一挡板反方向偏转，同时产生恢复力，当偏转力和恢复力相等时，滑阀停止移动。3）优缺点优点：响应快、灵敏度高、量测与控制精度好，出力大、波形多、频带宽、可与计算机联机等。缺点：投资较大、维护费用高，使用受到一定限制。4）应用可以做静态、动态、低周疲劳和地震模拟振动台试验及利用造波机用于海洋结构试验等。2.4其他加载技术机械机具加载机械加载机具：绞车、卷扬机、倒链、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等。绞车、卷扬机和倒链葫芦：通过绳索远距离对高耸结构等施加拉力。花篮螺丝：加载值较小时使用。弹簧和螺旋千斤顶：适用于施加长期荷载。机械机具加载设备简单、索具加载时易改变方向。但荷载值较小。气压模拟加载2）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施加均匀荷载。1）用空气压缩机对气包充气，给试件施加均匀荷载。优缺点优点：加、卸载方便，荷载稳定，安全构件破坏时能自动卸载，构件外表面便于观察与安装仪表。缺点：内表面无法直接观察。2.5结构试验荷载支承装置支座与支敦

1）支座：按作用方式不同可分为滚动铰支座、固定铰支座球铰支座和刀口支座。铰支座一般用钢材制作。铰支座的基本要求：1）必须保证结构在支座处能自由转动。2）必须保证结构在支座处力的传递。长度：厚度：支承垫板（上垫板可预埋）尺寸：宽度：b≥构件支承处的宽度支座反力试件抗压强度设计值滚轴中心至垫板边缘距离垫板钢材强度设计值滚轴尺寸长度：试件支承处截面宽度直径：参照表2-1选用，且按下式进行验算。滚轴材料弹性模量滚轴半径简支构件和连续梁支座：一端为固定铰支座，其它为滚动铰支座。安装时各支座轴线应彼此平行并垂直于试件构件的纵轴线，各支座间的距离取为构件的计算跨度。四角支承板支座四边支承板支座受扭构件两端的支座受压构件两端的支座2）支敦材料：钢材或钢筋混凝土，现场常用砖砌成。双向板在两个跨度方向的高差和偏差应满足上述要求。(3)连续梁各中间支敦应采用可调式支敦，按支敦反力的大小调节支敦高度。

基本要求：(1)支敦和地基总变形量不宜超过试件挠度的1/10。试验使用两个以上支敦时，各支敦应具有相同的刚度。(2)单向简支试件的两个铰支座的高差应符合设计要求，其偏差不宜大于试件跨度的1/50。反力装置

1）竖向反力装置组成：垂直加荷架、千斤顶连接件和试验台座等。

(1)加荷架：包括立柱、横梁、大梁、地脚锚栓等。移动式：千斤顶可挂在横梁上，横梁可上下移动，架子底部设置有四个滚轮，可自由行走。组合式：(2)试验台座基本要求:①具有足够的强度和整体刚度。②动力试验台座还应有质量和耐疲劳强度。③静力台座和动力台座同时存在时，两者应分离设置。按结构构造不同分类:①槽式试验台座②地锚式试验台座③箱形试验台座④槽、锚式试验台座⑤抗弯式试验台座⑥空间桁架式试验台座(3)加载器连接件静力试验时，只要使千斤顶与试件给加荷架之间保持稳定即可。抗震试验时，千斤顶与横梁之间需安装滚动辊轴。2）水平反力装置组成：反力墙（架）与千斤顶水平连接件。