结构静载试验加载

3结构静载试验

3.1概述

结构静载试验是应用最广的试验方法。它相对动载试验而言，技术与设备较简单，经济性好，实现容易。主要应用于：研究结构构件的的承载力、刚度、抗裂性、稳定等基本性能和破坏机制。结构静载试验方法包含一次单调加载试验、低周反复试验和拟动力试验。本章主要讲述内容为：（1）静载加载系统：加载设备、装置及加载方法（2）静载量测系统：量测仪器和量测方法（3）常见结构静载试验方法：梁板、柱、桁架、墙体和网架（4）静载试验数据修正与处理方法3.2静载试验荷载系统结构静载试验的荷载绝大多数采用的是模拟荷载，产生模拟荷载的荷载系统应满足以下基本条件：1）满足结构荷载图式和边界条件要求。2）加载值稳定，不受试验环境或结构变形的影响，相对误差不超过±5％。3）加载设备应有足够的强度和刚度，保证足够的安全储备。4）加载设备要操作方便，便于分级加载和卸载，并能控制加载速率。3.2.1重力加载重力加载：将物体本身的重力施加于结构上作为荷载。实验室试验：常用标准铸铁砝码、混凝土块、水箱现场试验：就地取材，常用砂、石、砖块等建筑材料，或是钢锭、铸铁、废构件等。重物可以直接施加或者通过杠杆间接施加于试验结构或构件上。特点：荷载容易取得，但加载费工费时；利用砂石、砖块加载时，荷载不易恒定。1、重力直接加载

（1）用块状材料做均布加载装置1.重物2.试件3.支座≤l/650-100

块状材料直接分垛堆放，垛宽度≤l/6,垛间距50—100mm；颗粒材料装袋或装无底箱。（2）用水做均布加载的试验装置特点：简易方便，经济适用（3）用吊篮施加集中荷载的加载装置1.试件2.支座3.重物4.吊篮5.分配梁

特别适合于现场做屋架试验2、杠杆加载利用杠杆原理，将重物荷重放大加于结构上，减少重物数量，便于持久加载。现场试验杠杆加载的支承方法（a)墙洞支承(b)重物支承（b)反弯梁支承(c)桩支承3.2.2液压加载系统特点：结构试验中普遍采用的一种加载方法。它的最大优点是能产生较大的荷载，试验操作安全方便，加载速度快。特别是对于大型结构构件试验，当要求荷载点数多、吨位大时更为合适。尤其是电液伺服加载系统能模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载。原理：用高压油泵将具有一定压力的液压油压入液压加载器的工作油缸，使之推动活塞，对结构施加荷载。常用的液压加载设备有：手动液压加载器（千斤顶）、电动液压加载器、结构试验机和电液伺服加载器。一、液压加载器1）手动液压加载器手动液压加载器的构造原理见图。使用时先拧紧放油阀，掀动手动油泵的手柄，使储油缸中的油通过单向阀压入工作油缸，推动活塞上升。最大出力可到5000kN，行程200mm.2）电动液压加载器a）单作用加载器构造比较简单：由活塞和工作油缸两部分组成。而储油缸、油泵、阀门等另外单独配置。活塞行程较大，可倒置安装。可做多点加载：可用多个加载器组成同步加载系统，适应多点加载。b）双作用加载器为适应结构抗震试验施加低周反复荷载的需要，采用双向作用的液压加载器，它的特点是在油缸的两端各有一个送油孔，设置油管接头，可通过油泵与换向阀交替进行供油，由活塞对结构产生拉压双向作用施加反复荷载。二、试验加载系统液压加载系统主要由储油箱、高压油泵、测力装置和操纵台，通过高压油管同时并联连接若干个液压加载器组成，由操纵台控制，满足多点同步加载的要求。当使用液压加载系统加载试验时，还必须配置各种反力支承系统（如承力架、试验台座、分配梁等）。液压多点加载装置液压加载系统三、结构试验机加载比较典型的大型结构试验机是结构长柱试验机，由液压操纵台、大吨位的液压加载器（≥2000kN）和试验机架三部分组成。国内普遍使用的长柱试验机的是5000kN，试件最大高度可达6m，用以进行柱、墙板、砌体、节点和梁的受压与受弯试验。试验机应满足2级精度要求。四、电液伺服加载系统

1.系统特点与构成电液伺服液压系统是一种比较理想的试验设备，它可以较为精确地模拟所受的实际荷载（静力荷载与动力荷载），如模拟地震、海浪等复杂荷载。特点：响应快，灵敏度高、量测和控制精度好、出力大、波形多、频带宽、可与计算机联机。投资大、维护费用高。系统主要由液压源、控制系统和电液伺服液压加载器等三大部分组成。2、工作原理:液压源加载器控制系统加载时，通过传感器（如荷载、位移、应变、加速度等传感器）量测某一物理量作为反馈信号，以电参量的方式实时与指令信号（试验要求控制达到的设定量）进行比较，从而自动修正电液伺服阀的工作状态，使液压加载器活塞的动作趋向于传感器量测的物理量并与指令信号相一致。因此，它可以精确模拟结构构件所承受的实际荷载。在结构抗震试验中的地震模拟振动台试验、结构拟动力试验和结构伪静力试验得到应用。指令伺服放大器电液伺服阀液压加载器试验对象传感器适调器计算机控制系统3.2.3机械力加载机械力加载常用的机具有倒链葫芦、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等。优点是设备简单，容易实现。缺点是荷载值不大。葫芦、卷扬机、绞车和花篮螺丝等主要用于远距离或高耸结构加载。联结滑轮组可以改变作用力的方向和拉力大小。拉力大小通常用拉力测力计测定。弹簧与螺块旋千斤顶至均适用于手施加长期岗荷载。螺港旋千斤顶揭由涡轮蜗钓杆等组成渣，手动顶脆升采用类稀似普通手凤动液压千定斤顶。通算过旋动螺许帽，靠弹糟簧的弹力蹈加压，用吩百分表测买其压缩变健形确定其趋荷载。弹簧施加框持久荷载3.2.贞4气压朵加载法气压加载热法主要是蝴利用空气袄压力对试回件施加垂柱直于试件筑表面荷载窑，有正压狮加载（充铸气）和负的压加载（采抽真空）壶两种。气催压加载特椅别适合于标曲面结构时加载。气嘱压加载需腥要一个对试件无润约束的密柜封容器或掌气囊。气压加拖载的优融点是加径载、卸爱载方便目，荷载帆稳定；拍缺点是询试件受榆力载面燥无法观鹅测，利真用真空优加载时捕试件周世边密封青要求较垒高。正压加载俩：用空气头压缩机胃对气囊毁充气，觉给试件颜施加荷航载，压驰力可到携180狱KPa替。在试性件上特执制一个对试件无添约束的密里封容器（图2望－21滚a），祥或在加蚂载装置沫和试件似之间设只置一可充气译的气囊御（图2－2湾1b），忽经充气后畅藉助容器境或气囊将架均布压力拉施加于试召件表面。负压加载利用真剖空泵抽奸出试件华与台座割形成的给封闭空壮间的空村气，形雄成大气躲压力差虹对试件鸦施加均替布荷载观（可到筑100雅KPa主)，压火力值用锯真空表础测量。3.2圈.5声加载装喂置

一雄、支承装置支承和传峡力、模拟室实际荷载方图式和边瓦界条件，大通常由支座和虾支墩两部分组退成。1.丈支座支座的龄型式和寒构造与试件类型虾、边界条箱件等因素买有关，城有铰支座规和固定彼支座两种。1）铰笨支座：铰支座姓一般用伞钢材制己作，其给型式有畜滚轴式比和刀铰姿式两种扶。板梁瓜铰支饼座板壳废结信构铰梁支焰座铰支座已的基本阿要求①保证苏结构在扁支座处自由水诵平移动爬和自由场转动。②保证壮结构在辱支座处力的传递。③保证结熄构在支承增处局部受秀压强度。④滚轴长辈度：一般取等级于试件支料承处截面圆宽度；⑤滚轴直径订：参照下表砍选用，并邪进行强度叹验算。⑥垫板链：上垫板芳宽度b虑与试件立支撑宽隔度一致罚，长度饰L不小酸于R/撤bfc脖,厚度δ不小于匹0.7成b√f冰cu/道f，并废不小于惜宽度的物1/6车。滚轴受力kN/mm<22～44～6直径D(mm)40～6060～8080～1002）固那定支座对于柱或俩框架等构庸件，可用僵螺栓直接移固定于试淹验台座。依对于梁式腔构件，在恋实验室内口可利用试验台座纤和拉杆锚积定装置模拟固攻定端支袍座。柱端固定滔支座构造梁式构悦件固定隐端支座半构造3）受班压构件黎刀式铰半支座对柱或怀墙板的裹试验时枯，构件午两端均片应采用刀铰支座。刀铰支鸭座有单向铰狐和双向调铰两种。黄双向刀畅铰支座凯适用于您可能发康生双向屈曲时使用符。柱或墙肆板偏心造受压试掌验：可以通个过调节螺熟丝来调整沿刀口与试狡件几何中绘线的距离工，满足不声同偏心矩储的要求。短柱轴压贝试验：如结构虎试验机蛾上下压奖板之一枣已有球铰，则短柱穷两端可不设刀铰支奸座。受压构件睁刀铰支座2．支墩现场试搅验的支膀墩：多用砖块砌筑傍或用混凝粪土浇注而成，处支墩上茎部应有足够平爬整并应拜垫钢板。支墩负本身应到有足够天的强度和府刚度，支承底写面积要按建地耐力进芬行复核验候算，保证绳试验时各斑支墩不发棍生过度的识变形或不里均匀沉降诵。在试验从荷载作用望下，支墩总和地基的总压缩变辰形不直超豆过试件挠秋度的1／执10。若试鸟验需要滨两个以墙上支墩痰时，各壁支墩的艺刚度均偷应相同堡。实验室试边验的支墩：用钢材崇或钢筋混律凝土制成众专用支墩赤，支墩的稻高度一般响在400术～600状mm，以添满足仪表孔安装、观桶测和加卸衫荷载的要拘求，实验按室内如有遥条件应采辜用支座高慨度可调支墩。二、荷骂载传递付装置作用：将道加载设备获产生的荷叉载按试验烦荷载图昌式的要琴求传递到试验的浩结构上，原同时满足荷载放大匀、分配和裁荷载作用却形式转换的要求鼻。有杠模杆、分吹配梁和秧卧梁。1．杠辅杆利用放大歇原理，将压施加的较通小荷载，卧经过杠杆旦的传递而桨获得放大朋几倍的作菜用力，杠稼杆比例不左宜大于1壮：6。当盗采用型钢卖单梁式杠霞杆时，其地支点、力冠点和重点开必须明确曾，并设有浇加肋，防享止杠杆本障身翘屈和支失稳。2．分配贤梁将单一杠狸杆或液压帅加载器产顽生的荷载拿分配成两串个或两个绵以上的多标点集中荷怠载。分配墓梁一般均衡为单跨简支傻梁形式，不盼能用多跨晨连续梁的则形式。单跨简旬支分配须梁：一个集冷中荷载惜分为两恰个集中呼力，它伪们的数捧值即是脱分配梁站的两个穷支座反毯力。分配梁层至数不宜大厕于三层。不等比递例的比例么不宜大于裳1：4，长且须将荷匹载分配比暂例大的一污端设置在右靠近固定康铰支座的众一边，以杆保证荷载鹿的正确分宜配、传递附和试验的宫安全。分股配梁本身将应有足够喘的强度和活刚度。分配梁的气设置3.处卧梁卧梁的域作用：是将若仅干个加载纲点的集中荷惜载转换难成均布络荷载施加于的试件的默端面，石保证试近件的受代载截面晕获得均货匀分布温的应力俱状态。泰为了保水证荷载苏的正确波传递，卧梁必棉须有足久够的强宝度和刚竿度。如需降铲低卧梁的挖刚度，应刚适当增加润集中荷载搏的个数。卧梁安装斯时与试件习端面之间项应平整辅泼设砂浆垫总层，砂浆裕强度不卵应低于棍试件混氏凝土强泰度等级仙的50伙%。对于承受汗集中荷载呆作用的试厚件表面应芬辅设钢垫迁板，防止谷局部受压勿破坏。对静于柱与压随杆试验，假可在试件顺受压端增鸣设钢柱帽，防止晓局部承赔压破坏兰。墙体轴向批加载试验摧装置三、诉荷载劳支承装监置1．竖向织荷载支承抵装置在实验室包内一般是薯由横梁立漠柱组成的反力架役和试验磨台座组成。反力架可以是忙用型钢新制成的秤门型支薄架，横恶梁与柱延的连接刺采用精喘制螺栓醋或圆销粱。强度脚刚度都误较大，岔能满足却大型结迁构构件奖试验的茶要求，魄支架的烦高度和耗承载能抄力可按谨试验需表要设计虽。另一种有是用大截面贞圆钢制总成的立娘柱，配以藏型钢制己成的横而梁，这节时在圆肿钢立柱遗两端车拌成螺纹按，用螺播帽固定泳横梁并杆与台座蠢连接固吹定。轻暗便，但颂刚度较斯小。2．反力装置水平反籍力架或规反力墙1）反脾力架：一般是答由钢结菠构制成酿的可移西动桁架尚式支架呀，液压亦加载器蛇固定于猴反力架注的立柱极上。由徐于受强吹度和刚鲁度控制六，它能蕉承受的果荷载不盟大，一成般适用腊于中小型试外件试验使用。2）反音力墙钢筋混凝什土结构或祥钢结构制幕成。反力烦墙与试验练台座连成纯整体，组么成抗侧力们试验台座阳。在反力桃墙纵横方矮向按一定誓距离设有偿锚孔，以尿便安装液避压加载器咏，满足加搞载器在反害力墙的任啦意位置对谜试件施加刃水平荷载偿的要求。四、试验喊台座1．抗弯颂大梁式台蓄座和空间户桁架