第5章 土木工程结构静载试验

第5章土木工程结构静载试验

5.1

概述5.2试验前的准备5.3静载试验加载和量测方案的确定5.4一般结构构件的静载试验5.5试验资料的整理与分析

（1）熟悉结构试验前的各项准备工作的内容和要求，掌握试验大纲的编制方法；（2）掌握结构静力试验(单调加载)加载制度的设计、加载方案和量测方案的设计；（3）掌握结构静力试验中试验加载和观测设计的一般规律与不同类型结构试验的特殊问题；（4）掌握常用结构构件量测数据的整理分析方法；（5）掌握对预制构配件结构性能的检验与评定方法。目的：通过对试验结构或构件直接施加荷载作用，采集试验数据，认识并掌握结构的力学性能。定义：在结构的直接作用中，起主导作用的是静力荷载，因此结构静载试验是土木工程结构试验中最基本最常见的试验。静载试验主要用于模拟结构承受静力荷载作用下的工作情况，试验时，可以观测和研究结构或构件的承载力、刚度、抗裂性等基本性能和破坏机理5.1概述1.调查研究、收集资料2.试验大纲的制定3.试件准备4.材料物理力学性能测定5.试验设备与试验场地的准备6.试件安装就位5.2试验前的准备加载方案1.加载程序加载程序是指试验进行期间荷载与时间的关系。结构静载试验的加载程序分为预载、标准荷载（正常使用荷载）、破坏荷载三个阶段

结构静载试验的加载程序5.3静载试验加载和量测方案的确定2.加载制度的确定

分级加(卸)载的目的：一是为了控制加(卸)载速度，二是便于观察试验过程中结构的变形等情况，三是为了统一加载步骤。（1）预载阶段（2）正式加载阶段荷载分级分级间隔时间恒载时间空载时间（3）卸载阶段加载程序量测方案1.确定观测项目2.测点布置3.仪器选择3.测读原则测点布置的原则⑴在满足试验目的的前提下，测点宜少不宜多，简化试验内容，保证重点部位的测点。⑵测点的位置必须有代表性，以便测取最关键的数据。⑶为了保证量测数据的可靠性，在结构的对称部位应布置一定数量的校核点。⑷测点的布置应保证试验工作的安全、方便。

仪器选择⑴选用仪器仪表，必须能满足试验所需的精度和量程要求，尽可能测读方便；

⑵现场试验，尽可能选用于扰少的机械式仪表；

⑶试验结构的变形与时间有关，测读时间应遵守有关试验方法标准的规定，尤其当试件进入弹塑性阶段．变形增加较快，应尽可能选用自动记录仪表；⑷量测仪器的规格和型号，选用时应尽可能相同。1.梁、板受弯构件的静力试验（1）试验装置与加载方案（2）观测方案5.4一般结构构件的静载试验2.压杆和柱的静载试验

（1）加载方案（2）测点布置加载装置

试验方式：受弯构件在试验安装时多采用正位试验，其一端采用铰支承，另一端采用滚动支承。为了保证构件与支承面的紧密接触，在支墩与钢板，钢板与构件之间应用砂浆找平，对于板一类宽度较大的试件，要防止支承面翘曲。也可采用异位(卧位、反位)试验。加载方式：板承受均布荷载，可采用重力加载，荷载布置应均匀，避免因构件变形造成重物块起拱而改变构件受力形式。当荷载较大采用液压加载时，可用多点集中荷载等效，并注意同步加载。

梁的试验荷载较大，一般采用液压加载。荷载布置应符合试验加载图式。当受试验条件限制而采用等效荷载时，除应注意控制截面内力等效外，还应注意非控制截面的内力差异对试验结果产生的影响，同时加强非控制截面强度，以防出现其他破坏形式。1.梁、板受弯构件的静力试验

等效荷载加载方案简支梁试验等效荷载加载图示观测方案⑴挠度的测量

梁的挠度值是量测数据中最能反映其综合性能的一项指标，其中最主要的是测定梁跨中最大挠度值及弹性挠度曲线。挠度测量一般用百分表，选用时要注意量程。挠度测量必须扣除支座影响，因此，测量单向板和梁跨中最大挠度时，除在跨中布置沉降测点外，还应在支座处布置沉降测点，测点数目不得少于3个简支梁挠度测量测点布置（2）应变的测量

梁、板弯曲应变的测量是主要内容之一，通常要测量正负弯矩控制截面和有突变的截面的应变（应力）分布规律及中和轴位置，因此沿截面高度连续布置应变测点，测点数量不少于5个，测点可等距布置，不等距布置采用外密里疏，以测出较大应变，获得较好精度。

测量梁截面应变分布的测点布置

钢筋混凝土梁测量应变的测点布置图

截面1-1为测量纯弯曲区域内正应力的单向应变测点；截面2-2为测量剪应力与主应力的应变网络测点；截面3-3为梁端零应力区校核测点。设置校核测点的目的：为了校核试验的正确性及便于整理试验结果时进行误差修正，经常在梁的端部凸角上的零应力处设置少量测点以检验整个量测过程是否正常。

校核测点

在钢筋上布置应变测点，抗弯测量布置在控制截面受力主筋上，抗剪测量可布置在弯起钢筋和控制截面箍筋上。钢筋应变测量，可在混凝土浇筑前贴电阻应变计，做好绝缘和防护处理后浇筑混凝土；也可以在浇筑混凝土时在测点处预留孔洞，露出钢筋，在试验前粘贴应变计或试验时用机械式应变测量仪表测量。钢筋混凝土梁弯起钢筋和箍筋的应变测点

（3）裂缝的测量

开裂荷载测量的关键是及时发现第一条裂缝，因此，事先应该估计裂缝可能出现的区段。加载过程中或持荷时间内发现第一条裂缝时，按前一级荷载确定开裂荷载。

开裂的判别及开裂荷载的确定

梁板受拉边沿连续贴应变计或涂导电涂层等方法判断开裂时间。荷载—挠度曲线判别法判断开裂时刻，当荷载—挠度曲线斜率首次发生突变时的荷载值为开裂荷载。混凝土抗拉强度离散性较大，事先不易确定裂缝的位置

最大裂缝宽度的测量，可选三条目测最大裂缝测量其宽度，取其中最大值作为最大裂缝宽度。构件开裂后应立即对裂缝的发生和发展情况进行详细观测，用测量仪器确定各级荷载作用下的主要裂缝宽度、长度、位置、走向、裂缝间距和正常使用荷载作用下的最大裂缝宽度。试验后绘出裂缝展开图，统计出平均裂缝宽度和平均裂缝间距。当裂缝肉眼可见时，其宽度可用最小刻度为0.01mm及0.05mm的读数放大镜测量。

裂缝宽度的测量

柱子试验可采用正位或卧位方案，有大型结构试验机条件时，试件可在长柱试验机上进行试验，也可以利用静力试验台座上的大型荷载支承设备和液压加载系统配合进行试验。但对高大的柱子正位试验时安装和观测都比较费力，这时改用卧位试验方案比较安全，但安装就位和加载装置又比较复杂，同时卧位试验难以有效消除自重影响，对于长细比较大的柱子，自重产生的二阶弯矩影响越加明显，故常用于短柱试验。为了减小支座与柱端的转动摩擦以及加载过程中避免出现施力位置改变，柱子试验支座通常采用刀口铰支座。轴心受压采用双刀口铰支座，偏心受压采用单刀口铰支座。柱子一般按估算破坏荷载的l／10~1／15分级加载，接近开裂荷载及破坏荷载时，级距加密至原分级的l／2甚至更小。试验装置与加载方案2.压杆和柱的静载试验钢筋混凝土柱测点布置

压杆与柱的试验，一般观测其破坏荷载、各级荷载下的侧向挠度值及变形曲线、控制截面或区域的应力变化规律以及裂缝开展情况。试件的挠度是由布置在受拉边的百分表或挠度计进行量测，与受弯构件相似，除了量测中点最大的挠度值外，可用侧向五点布置法量测挠度曲线。对于正位试验的长柱它的侧移可用经纬仪观测。在受压区的侧面布置应变测点时，可以严该侧面的对称轴线单排布点，或在该侧面的边缘对称布置两排测点。为验证构件平截面变形的性质，可沿截面高度布置5~7个应变测点。受拉区钢筋应变同样可以用内部电测方法进行。测点布置（1）试验对象的考察记录、图例、照片；（2）试验大纲，材料力学性能试验结果；（3）仪表的测读数据记录及裂缝记录图；（4）试验情况记录；（5）破坏形态描述、图例、照片。1.试验的原始资料：2.试验结果的表达—表格与图像

5.5试验资料的整理与分析混凝土梁承载力试验曲线(a)配筋率相同；(b)混凝土强度相同3.应变测量结果计算

（1）截面弹性内力分析

各种受力截面上的测点布置(a)轴向受力；(b)单向拉弯、压弯；(c)双向弯曲；(d)双向弯曲扭转（2）平面应力状态分析

用应变花测量平面应力状态的主应力(应变)大小和方向时，可用二片应变计或三片应变计作为一个应变花。4.挠度测量结果计算

简支梁挠度测点布置

悬臂梁挠度测点布置

5.结构性能评定

受力情况标志标号承载力检验标志轴心受拉、偏心受拉、受弯、大偏心受压①受拉主筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm或挠度达到跨度的l／50，Ⅰ-Ⅲ级钢筋，冷拉Ⅰ、Ⅱ级钢筋1.20冷拉Ⅲ、Ⅳ级钢筋1.25热处理钢筋、钢丝、钢绞线1.45②受压区混凝土破坏Ⅰ-Ⅲ级钢筋，冷拉Ⅰ、Ⅱ级钢筋1.25冷拉Ⅲ、Ⅳ级钢筋1.30热处理钢筋、钢丝、钢绞线1.40③受拉主筋拉断1.50轴心或偏心受压④混凝土受压破坏1.45受弯构件的受剪⑤腹部斜裂缝宽度达到1.5mm或斜裂缝末端混凝土剪压破坏1.35⑥斜截面混凝土斜压破坏或受拉主筋端部滑脱，其他锚固破坏1.50（1）结构、构件承载力评定混凝土构件达到承载力极限状态的破坏标志：(1)轴心受拉、偏心受拉、受弯、大偏心受、压构件1)受拉主筋应力达到屈服强度、受拉应变达到0.01；2)受拉主筋拉断；3)受拉主筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm；4)挠度达到跨度的l／50，悬臂构件挠度达到l／25；5)受压区混凝土压坏；6)锚固破坏或主筋端部混凝土滑移达到0.2mm。(3)受弯构件剪切破坏1)箍筋或弯起钢筋或斜截面内的纵向受拉主筋应力达到屈服强度；2)斜裂缝端部受压区混凝土剪压破坏；3)沿斜截面混凝土斜向受压破坏；4)沿斜截面撕裂形成斜拉破坏；5)箍筋或弯起钢筋与斜裂缝交汇处的斜裂缝宽度达1.5mm；6)锚固破坏或主筋端部混凝土滑移达0.2mm。(2)轴心受压或小偏心受压构件1)混凝土受压破坏；2)受压主筋应力达到屈服强度。

本章小结1.充分的试验准备、准确