建筑结构试验加载方法与设备

建筑结构试验加载方法与设备第1页/共57页

如何选择正确、合理的荷载？必须对常用的加载方法和设备有充分的认识和了解第2页/共57页2.1静载加载装置2.2动载加载装置2.3试验设备主要包括：重物加载、机械式加载、气压加载、液压加载等主要包括：惯性力加载、激振器加载等主要包括：荷载支承装置、荷载传递装置、试件支承装置等第3页/共57页选择荷载和加载方式的几点要求：1、试验荷载的图式2、试验荷载的传力方式3、精度和强度4、加载装置安全可靠5、加载设备操作方便6、加载方法力求采用现代化先进技术第4页/共57页§2.1静载加载装置2.1.1重力加载

利用物体的重量作为静荷载加于结构上的加载方法，是最古老的一种加载方式之一。eg：天平缺点：劳动强度大优点：可以很精确，容易实现，可重复使用

可以实现均布荷载的加载，也可以实现集中荷载的加载。第5页/共57页重力加载注意事项：1、轻拿轻放，减少对结构物的冲击2、重物的体积不宜过大，要便于分级加载，质量一般≤25kg，（人工搬运方便）3、荷载的作用点要明确4、荷载的堆放要留有间隙5、要有可靠的安全防护措施第6页/共57页均布荷载：用加载块作为重物均匀堆放重物注意：1、分区域加载2、区域间留间隙第7页/共57页用水作为重物优点：1、加载卸载方便2、符合实际使用条件，还能检验抗裂抗渗性能第8页/共57页重物均匀加载第9页/共57页桩基、地基堆载试验第10页/共57页桥梁荷载试验第11页/共57页綦江新虹桥荷载试验第12页/共57页桥的试验：最好选择晚上。晚上温差小，白天温差大，温度影响较大。车流量小，周围的振动干挠影响小第13页/共57页集中荷载：利用荷重盘进行集中荷载的加载置于荷载盘上挂于结构上第14页/共57页利用杠杆，加大荷载值注意：杠杆臂之比在1：5之内，荷载比太大就难以保证加载的准确性。第15页/共57页

利用杠杆加载，根据试验室和现场条件的不同，有以下几种方案：

杠杆加载时，需要注意的问题：1、保证杠杆水平2、杠杆调平第16页/共57页§2.1静载加载装置2.1.2机械式加载

可以通过绞车、卷扬机、螺旋千斤顶、弹簧等实现加载。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优点：设备简单，集中力的方向便于控制

适用于施加水平荷载第17页/共57页

利用钢丝或绳索施加拉力时，可以和滑轮组联合使用，通过滑轮组来改变力的大小和方向。

测力计的两种装置方式

拉力的计算方式：第18页/共57页弹簧加载：主要用于长期加载：测定长期刚度、观察裂缝注意：随时调整弹簧来保证荷载值第19页/共57页问题：1、如何进行初始的加载呢？2、如何在试验中补加荷载呢？第20页/共57页§2.1静载加载装置1、利用压缩空气2、利用抽真空产生负压优点：加载、卸载方便，压力稳定缺点：无法观测加载面适合平板、壳体等平面结构施加均布荷载。2.1.3气压加载第21页/共57页第22页/共57页§2.1静载加载装置2.1.4液压加载

利用油泵将液体压力升高，并将此压力施加于结构的加载方法，是目前结构试验中最常用的加载方法。优点：利用油压能产生较大的荷载，试验操作安全方便

第23页/共57页单向作用加载器：液压加载器的四种主要方式：

1、液压千斤顶

2、单向作用加载器

3、双向作用加载器

4、电液伺服作动器第24页/共57页单向作用加载器的结构以及作用过程：第25页/共57页双向作用加载器：第26页/共57页电液伺服加载器：第27页/共57页液压加载系统：液压试验机普通液压加载系统电液伺服加载系统第28页/共57页第29页/共57页液压加载部分油泵部分第30页/共57页压弯试验机：第31页/共57页第32页/共57页电液伺服加载系统：第33页/共57页§2.2动载加载装置2.2.1惯性力加载

利用运动物体质量的惯性施加动力荷载。

初始位移加载法

初始速度加载法第34页/共57页初始位移加载：优点：结构产生振动时，重物质量不会对结构产生附加质量。第35页/共57页初始速度加载：两种形式：

1、用摆锤施加冲击力荷载

2、落重法施加冲击力荷载第36页/共57页§2.2动载加载装置2.2.2激振器加载

使结构或者构件产生持续振动的方法。

机械式激振器

电磁式激振器

电液伺服激振器第37页/共57页机械式激振器：

由一对转速相等、转向相反、偏心质量相同的旋转轮组成。

垂直分力：水平分力：

缺点：工作频率较小，加载设备体积较大，使用时产生较大噪音

离心力的大小：第38页/共57页电磁式激振器：优点：频率范围宽，重量轻，控制方便，可按给定信号产生多种波形的激振力缺点：激振力不大，适用于小型结构试验第39页/共57页由电磁式激振器构成的加载系统第40页/共57页电液伺服振动台：大型振动台试验第41页/共57页§2.2动载加载装置2.2.3其他人激振动加载法：人身体有规律的运动，在共振情况下，可产生较大的激振力（有阻尼自由振动）。环境随机振动激振法：又称脉动法；由地面脉动产生结构脉动，再对其进行模态参数识别。第42页/共57页§2.3试验设备2.3.1荷载支承装置前提条件：具有足够的强度和刚度1、竖向荷载支承装置试验室中使用的竖向荷载支承装置是积木式的龙门架，称为加载架（反力架）门式加载架

反力梁

立柱

第43页/共57页第44页/共57页2、水平荷载支承装置反力墙：是与试验台座连成一体的强度和刚度都很大的钢筋砼墙体。其上设置多个固定液压加载器的T形槽，T形槽从墙根部到墙顶端的通槽。允许荷载：顶端最小，根部最大。能承受较荷载

三角反力架：只能承受不太大的水平荷载作用，通常用于中小型结构试件试验。装置可根据需要移动。第45页/共57页反力墙水平加载第46页/共57页大型反力墙及反力架第47页/共57页第48页/共57页2.3.2荷载传递装置

功能

正确传递作用力荷载放大荷载分配荷载作用形式转换1、卧梁：功能：做墙体试验时，将集中荷载转变为均布荷载注意：应满足足够强度，刚度和一定的高度。安装时，卧梁与结构之间应铺设水泥砂浆找平层§2.3试验设备第49页/共57页第50页/共57页2、分配梁：功能：将加载装置施加的集中荷载按一定比例分配成两个集中荷载，或更多。使用要求：⑴足够的强度和一定刚度⑵禁止使用多跨连续梁作分配梁⑶放置层数不宜大于3层。⑷荷载分配比例一般不大于1：4⑸固支应在分配梁荷载大的一端，滚支放小的端。⑹每个加载点所控制面积不宜大于1m2第51页/共57页第52页/共57页2.3.3试件支承装置

实现试验结构力边界条件及位移边界条件关键的试验装置。支座：上部与结构表面接触，下部由支墩支承支墩：支座的支承装置，钢制或钢砼制，可自由移动。支承装置经常使用的支座：滚动铰支座、固定铰支座、固定球铰支座、活动球铰、固定端支座§2.3试验设备第53页/共57页常用支座第54页/共57页

支墩要求：1、上表面应预埋钢板2、应有足够的强度和较大刚度3、支墩的底面积要保证在试验过程中不产生过量沉降

支座要求：1、必须保证结构在支座处能够自由移动2、必须保证结构在支座处力的传递第55页/共57页思考题：1