第2章-建筑结构试验试验荷载与加载方法

第2章试验荷载与加载2.1概述工程结构试验为模拟结构在实际受力工作状态下的结构反应，必须对试验对象施加荷载，结构荷载试验是结构试验的基本方法。工程试验用的荷载形式、大小、加载方式是根据试验目的要求，以便更好地模拟原有荷载等因素选择。第二章荷载与加载第2章试验荷载与加载教学内容2.1．重物加载2.2．机械式加载2.3．气压加载2.4．液压加载：包括液压加载的分类，液压系统，液压加载器荷载的标定。2.5．动荷加载方法：包括惯性力加载，激振器加载（机械式激振器，电磁式激振器），爆炸加载。2.6．加载辅助设备：荷载支承装置，荷载传递装置2.7．试件支承装置。第二章荷载与加载第2章试验荷载与加载重点：重物加载，液压加载的分类，液压系统，液压加载器荷载的标定，荷载支承装置，荷载传递装置，试件支承装置。难点：动荷加载方法第二章荷载与加载试验荷载与加载1．熟练掌握重物加载，液压加载的分类，液压系统，液压器荷载的标定。2．熟练掌握荷载支承装置，荷载传递装置，试件支承装置。3．掌握机械式加载，气动加载，动荷加载第二章荷载与加载2.1概述结构试验中的加载方法：重力加载法；气压加载法；液压加载法；电磁加载法；惯性力加载法；人激振动加载法；机械力加载法；环境随机振动激振法。第二章荷载与加载2.1概述正确选用试验的荷载设备和加载方法要求：1、荷载图式与结构设计计算荷载图式所产生的内力值一致或接近；2、荷载传力方式和作用点明确；3、荷载分级分度值满足量测精度，加载设备有强度储备；4、加载装置安全可靠（强度、变形、刚度）；5、设备操作方便，便于加卸、控制；6、采用现代先进技术，减轻劳力，提高质量。第二章荷载与加载2.2重力加载包括重力直接加载法和杠杆加载法直接加载法应注意避免因荷重块产生拱作用而改变荷载分布。杠杆加载法结构变形后荷载不改变，但无法自行卸载。第二章荷载与加载2.2重力加载重力加载法第二章荷载与加载2.2重力加载杠杆加载法第二章荷载与加载1．重物加载的优点和缺点：重物加载是最古老的一种加载方式，但是它也可以做到很精确，比如最精密的天秤，实际上就采用了重物加载，就是用法码。同样，在我们结构试验当中，用重物加载也可以做到很精确，而且它的重物有时候取得很方便。但是它有一个最大的缺点，就是当你荷载很大的时候，加载的劳动强度很大。2．重物加载的作用：通过重物加载这种方式可以实现均布荷载的加载，也可以实现集中荷载的加载。假如说要加集中合载，就需要用料盘来加载，一般把料盘也称为加荷篮。假如说荷载再大，就可以通过杠杆来加载。3．重物加载实现均布荷载第二章荷载与加载第二章荷载与加载第二章荷载与加载大家在这里首先可以看到这是要做的一个梁，这个梁是简支的，它通过一个活动支座、一个固定支座实现这个简支梁，那么这个活动支座和固定支座这部分实际就属于试件的支撑装置，这讲义上会介绍。底下这部分是为了使这个试件，架设到一定的高度，所以它有一个一般叫支墩或者叫做台座。上面就是加的荷重，那么加这种荷重的时候，不能够把荷重都是连续的加进来，必须分成区域，使每个区域之间有一定的间隙。这个间隙一般都在50毫米以上。它的目的就是为了当这个荷载加上以后，这个梁，要产生挠度，向下弯曲。它一弯曲就使得这个荷载之间就要接近。那么这个缝隙就要保证这个荷载之间不能搭接起来。假如说荷载一搭接那么就形成拱的作用了。那它这个荷载加的就不是均布的了，实际就传到两端去了。在正规实验室里一般要准备好些荷重块，要用铸铁或者铸钢，把这个铸成适合于人搬动的一些小的加荷块，一般用它的质量来衡量，所以可以铸成1公斤的、5公斤的、10公斤的、20公斤的等等。事先把它称量准确。如果你事先也可以把它加工的很准确，当然这样试验时很方便，但是制造成本就高了，假如说你不加工准确，但是你要把它称量准确，把它标在加荷块上，试验的时候就适当的组合，也可以把它组合的很准确。如果在现场，或者是你的加荷块不够了，也可以临时取用些沙子、石头等做成沙袋或者碎石的袋。把每一袋的重量都称量准确，也可以用来加荷。所以说重物加荷是一种很方便的加荷方式，它对于施加均布荷载是很方便的。第二章荷载与加载第二章荷载与加载重物加荷，但是它用的是水，比如说做双向板或者做网架，一个很大面积的均布荷载的时候，可以用一个水槽，这个水槽不要底，就光要四周，把它圈起来。给个底面试件来加荷，然后用一个防水的胶布做成一个水槽，里面加水，用水的重量作为荷载。但是用水加荷的时候，当加荷的面积很大的时候，就有一个什么问题呢？就是当面积很大，底下试件有一定的挠度，它向下变形，所以水深，实际上中间深，边上浅。使得均布荷载不是很均布的，中间可能荷载要大，边上可能荷载要小。这也是一种重物加荷。前两种方法都是均布荷载的加载方法。第二章荷载与加载4．重物加载实现集中荷载这张图表示的是用重物加荷来施加集中荷载，也是一根梁要加两个集中荷载，那么这时候我们就用两个荷载料斗，或者把它叫做吊篮，那么在吊篮里可以施加各种重物，来实现集中荷载的加荷。当荷载很大，直接用吊篮加荷，达不到它的荷载值的要求的时候，可以通过杠杆来使这个荷载值增大。第二章荷载与加载2.3液压加载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；液压加载方法：♦液压加载系统和试验台座；♦结构试验机系统。第二章荷载与加载2.3液压加载液压加载装置♦液压加载器；♦液压加载系统；♦结构试验机；♦电液伺服液压系统；♦地震模拟振动台。第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.1液压加载器千斤顶第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.1液压加载器电动泵第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.1液压加载器双向液压加载器第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.2液压加载系统组成部分♦液压加载器♦液压控制台♦反力架♦台座适用于各类结构的静载试验（包括拟静力试验）第二章荷载与加载主要是掌握它们这么几点内容：1）它的主要加载的作用是通过这个外面这一部分，这个是一个油缸，里面这一部分是活塞，这个长的杆，就是活塞杆了，它的作用就是通过，你把油通过进油口打进去以后，由这个油的压力推动活塞向前移动，那么这就产生力了，那么由这个活塞杆把这个力施加给试件。那么它的作用就是通过活塞来推动活塞杆移动来施加力。这是液压加载的一个主要的作用。它就这么来起作用的。2）为什么把它叫单作用呢，就是它只能从这边进油，那么它会产生很大的力来施加力，那么它反向，反向虽然也可以进油来推动活塞往回走，但反向活塞面积也很小，所以它反向的时候实际上不起加力的作用，而仅仅是当你卸荷的时候，可以加速的卸掉荷载。所以它只能施加压力，所以把它叫做单作用加载器。3）另外注意的就是这一部分，这一部分它实际要做成一个铰，做成铰的目的，就是使当你外界试件发生变形的时候它这个铰可以有一个转动，使这个整个加载器施加的是一个单向的压力，就是说它不会产生弯曲。这种加载器虽然它是为静载试验加载专门做的，但是它的技术基本上是采用的分体式千斤顶的技术。所以它这个活塞和油缸密封是采用的橡胶的密封件，所以它的摩擦力比较大。第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.3大型结构试验机1.测试空间:120x120x120cm

2.1200吨主油压缸,铸钢本体

3.行程:300mm

4.闭回路电液伺服油压系统

第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.3大型结构试验机第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.3大型结构试验机第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.4电液伺服液压系统电液伺服加载器控制系统液压源直接控制负荷、应变、位移。自动控制。第二章荷载与加载第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.4电液伺服液压系统电液伺服加载器第二章荷载与加载这个加载器相对来讲就是比较现代化的了。从它的构造原理来讲与一个双作用的加载器没有太大区别。它也是中间一个活塞，带了一个活塞杆。标号12是油缸的底部。所以这个活塞杆是通过它的前部，也通过它的底部，所以在这个活塞上两面的压力的作用面积是相等的。当它推这个活塞的时候，或者向后推，或者向前推这个活塞的时候，两面的压力是一样的。所以它的拉力和压力两面是完全相等的。另外一个它的最大的区别就是电液伺服加载器有一个叫电液伺服阀。当然要详细讲这个电液伺服阀，因为它的构造很复杂，也没有必要那么细去掌握，但是对它的功能要知道，所谓电液伺服阀，就是它通过一个簧片，通过电信号来控制这个簧片的来回摆动，使得这个流量可以很精确的控制，比如说进油还是回油，它控制的很精确，那么电流的变化实际上就改变了它的供油量的变化，这是这个阀的功能，下面会介绍通过这个系统可以使它能够很准确的来控制它的加荷，可以通过位移来控制，也可以通过荷载来控制。它的最大特点就是用一个电液伺服阀来控制供油，所以可以供的很精确，另外一个就是它本身也直接接上一个荷载传感器来测力，它的两端都做成铰，这端是个铰，这端也是个铰，那么这个整个加载器实际上是个二力杆，所以这个加载器本身总是在受拉或者受压。液压加载器咱们介绍了四种，一个就是普通的液压千斤顶，再一个就是单作用的加载器，一个双向作用加载器和一个电液伺服的作动器。电液伺服的作动器，为什么它不叫加载器呢？因为，这个电液伺服作动器，这个作动器是起自动控制作用的，自动控制里的执行元件一般叫做作动器。但是光有一个加载器实际上还不能实现加载，还要形成一个液压加载系统，这个液压加载系统就像开头咱们讲到的它要有油管，有泵等等。第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.4电液伺服液压系统电液伺服阀第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.5地震模拟振动台第二章荷载与加载2.3液压加载2.3.5地震模拟振动台美国MTS公司三向六自由度维模拟地震振动台，台面尺寸4m×4m，最大试件质量25t。第二章荷载与加载第二章荷载与加载2.4惯性力加载利用运动物体质量的惯性施加动力荷载2.4.1冲击力加载法1、初位移加载法第二章荷载与加载2.4惯性力加载2.4.1冲击力加载法2、初速度加载法第二章荷载与加载第二章荷载与加载2.4惯性力加载♦3、反冲激振法反冲激振法就是爆炸加载。利用火药或炸药使之燃烧或引起爆炸，产生冲击荷载作用于试验结构或建筑物。炸药爆炸后以应力波或冲击波的形式作用于试验结构或建筑物，而火药燃烧是通过火箭激振加载器以激振力的形式作用于结构或建筑物。火箭激振加载也称为反冲激振器加载，是利用火箭发动机的原理对试验结构施加荷载的。

第二章荷载与加载2.4惯性力加载2.4.2离心力加载法♦优点：结构简单，容易产生较大振幅和激振力；♦缺点：频率低，振幅调节难，只能产生简谐荷载。第二章荷载与加载2.4惯性力加载2.4.2直线位移惯性力加载法♦激振力大，但频率较小（<1HZ），且设备笨重。第二章荷载与加载2.5机械力加载法常用机具包括：吊链（葫芦）、卷扬机、花篮螺丝、螺旋千斤顶、弹簧等；适用于施加水平荷载；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。第二章荷载与加载2.6气压加载法气压加载法：利用压缩空气加载，利用抽真空产生负压加载；适用于平板、壳体等平面结构施加均布荷载；优点：加、卸载方便，荷载稳定、安全，结构破坏时能够自动卸载；缺点：加载面无法观测。第二章荷载与加载2.7电磁力加载法2.7.1电磁式激振器磁系统（励磁线圈、铁心、磁极板）、动圈（工作线圈）、弹簧、顶杆。第二章荷载与加载2.7电磁力加载法2.7.2电磁振动台第二章荷载与加载2.8人激振动加载法利用人自身在结构上的有规律的活动与结构自振周期同步运动，产生惯性力，形成共振试验的振幅。第二章荷载与加载2.9环境随机振动激振法环境也称为脉动法。微小的地震活动、车辆人流来往扰动运动振幅极为微小，频谱丰富，地面脉动。测定动力特性由地面脉动产生建筑物脉动，再对其进行模态参数识别。第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座支座；荷载支承机构；结构试验台座；现场试验荷载装置。第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.1支座支墩：简易支座，钢或钢筋砼制作，现场试验多为砖砌体；支座作用形式：滚动铰支座、固定铰支座、球铰支座。第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.1支座对铰支座的基本要求（课本P16－21）♦必须保证结构在支座处能自由转动；♦必须保证结构在支座处力的传递；♦构件支座处铰的上下垫板要有一定刚度；♦滚轴长度，一般取为试件支承处截面宽度；♦滚轴直径，可按表选用，并进行强度验算。第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.1支座第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.2荷载支承机构又称反力架或荷载架；试验室试验♦反力架（由横梁立柱组成）；♦抗弯大梁或空间桁架式台座（适用于中小型构件）、试验台座。现场试验♦反力支架（包括平衡重、锚固桩头、现浇地梁和箍架等）。第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.2荷载支承机构槽式试验台座：第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.2荷载支承机构竖向反力架：立柱横梁第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.2荷载支承机构水平反力架第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.3试验台座抗弯大梁式台座和空间桁架式台座：♦适用于中小型构件试验，跨度短、荷载小；♦特点：自平衡式，对支座和支承条件无要求。第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.3试验台座抗弯大梁式台式支座：第二章荷载与加载2.10荷载支承设备和试验台座2.10.3

试验台座板式