结构试验的加载设备

第二章结构试验的加载设备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。加载设备分类按荷载性质分：静力试验设备、动力试验设备。按加载方法分：重力加载、普通液压加载、电液伺服加载、人工爆炸加载、惯性力加载、电磁系统激振、压缩空气或真空加载、机械力加载、地震模拟振动台等。

二、重力加载重力加载概念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。重力加载的要求加载重物的重量不随时间变化。砂、石、砖等应控制其含水量，液体加载应有防水渗漏措施。加载重物堆放时，应防止重物起拱产生卸荷作用。砂、石等粒状材料应采用容器分装，逐级称量，规则堆放；砖、砝码等块状材料应整齐堆放，并留空隙（30~50mm）.水作为均布荷载时，不应含泥沙。称量重物的衡器，示值误差应小于±1%。三、液压加载

液压千斤顶的构成：

由活塞、油缸和密封装置构成。液压千斤顶的工作原理：

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。

F=P*A

F:对结构施加的荷载值；

P：液压油压强；

A：活塞工作面积

根据力的产生方式不同，也可分为单作用式和双作用式。单作用式对结构施加单向压力，用于结构静力试验；双作用式有两个油腔和两个供油口，可用于低周反复荷载试验。双作用式又分为单出杆式和双出杆式。

双作用双出杆式液压千斤顶：123141—进出油孔；2—活塞；3—活塞杆；4—位移传感器前工作油缸后工作油缸常用的液压加载设备：

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。手动液压千斤顶：

由手动油泵、液压千斤顶、油路和压力表组成。

装置轻便，适合人工搬运，便于现场及高空作业，但加载能力一般不超过1000KN。采用电力驱动油泵，加载能力高，可达10000KN。电动液压千斤顶：大型结构试验机：

由液压操作台、液压千斤顶、试验机架、管路系统组成。比较典型的大型结构试验机是结构长柱试验机，国内普遍使用的长柱试验机是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。试验机类型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。

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。

人计算机程序或指令模拟控制器指令转换为电信号电液伺服阀电信号转换为液压信号电液伺服作动器对试件施加力、位移或应变试件实际工作信号力、位移等传感器测量反馈调节器调差信号普通液压加载系统开环电液伺服振动台：

用来模拟地震过程或产生人工地震波。由台面和基础、高压油源、管路系统、电液伺服作动器、模拟控制系统、计算机控制系统和数据采集系统组成。同济大央学实验盟室地震撇模拟振核动台，还台面尺伐寸4m慰X4揪m，最追大试祝件质资量25响t。3）优缺瞎点优点：能产生句较大的且荷载，获试验操弓作安全香方便，对加载速杰度快。肿特别是召对于大溪型结构峡构件试胡验，当描要求荷盾载点数倘多、吨驱位大时事更为合葡适。尤约其是电螺液伺服忍加载系袋统能模晋拟地震冶荷载、燃海浪波轻动等不乖同特性库的动力宵荷载。缺点堡：投愿资较淋大、羊维护杨费用短高，洋使用断受到耕一定惜限制够。4）应绣用可以怎做静融态、压动态哑、低琴周疲暖劳和造地震臭模拟照振动捕台试蔽验及宿利用抄造波仪机用乌于海湖洋结杜构试肝验等拔。四、其他柔加载昌技术机械机权具加载机械太加载臭机具艺：绞四车、宋卷扬极机、悼倒链池、花鼠篮螺它丝、工螺旋受千斤扰顶及度弹簧律等。葫芦往、卷寺扬机起、倒链葫赢芦、绞车溪和花老篮螺最丝等杠主要胳用于爆远距青离或划高耸贫结构污加载。联结滑摄轮组可悼以改变醋作用力矩的方向池和拉力部大小。走拉力大蜡小通常楼用拉力怕测力计碗测定。弹簧和智螺旋千捉斤顶：指弹簧与岁螺旋千嫂斤顶均扒适用于闷施加长驾期荷载刺。螺旋乎千斤顶锋由涡轮艳蜗杆等淘组成，泥手动顶快升采用赢类似普带通手动级液压千被斤顶。皇弹簧加递载通过旋旋动螺慰帽，靠怪弹簧的趁弹力加炉压，用些百分表详测其压佛缩变形叉确定其链荷载。机械机轰具加载贯设备简病单、索蔑具加载霉时易改盟变方向输。但荷群载值较嘉小。气压模轧拟加载2）租用真叶空泵节抽出投试件柔与台聪座围其成的萝封闭放空间吨的空臭气，司形成追大气丝式压力济差对将试件旷施加悟均匀服荷载机。负压1）用打空气压萄缩机对营气包充赶气，给盖试件施估加均匀鸽荷载。正压优缺群点优点蚀：加极、卸霜载方活便，喉荷载中稳定稀，构拖件破柴坏时饲能自雷动卸窄载，电构件内外表轧面便烦于观哨察与修安装康仪表事。缺点：螺内表面葛无法直水接观察央。气压镜加载妻特别碑适合艺于曲贤面结们构加伞载。骂气压何加载销需要艇一个康对试奇件无墙约束袭的密虫封容帮器或冒气囊话。惯性力事加载法用于粗对结产构施左加动梳力荷遥载，叼激发勾结构扯产生齐动力查反应存，用叉来分迎析结怪构的画自振挪频率短、阻电尼等械动力尿特性享参数丝式。有初屋位移惜法、盾初速蝴度法拒、反干冲击途法和堡离心旱力法线。初位移策法：通过钢菠丝绳对况结构构侍件施加间拉力，霞使结构问产生一很初始位图移，然除后突然兔释放，丧使结构尤产生自参由振动膏。初速度申加载法：利用仿运动占重物为对结炒构施餐加瞬弟间的莲水平越或垂坡直冲施击，哲使结缴构产胀生初洁速度巨而获降得所坊需的贷冲击荣荷载其。也叫突鲁然加载妨法，有连摆锤法巷和落锤像法。摆增锤法应膝防止摆葡锤和建唇筑物有洒相近的裙自振频从率。落同锤法为乱避免重阵物下落圈后的跳侨动，可乘采取加瞎砂垫层盘的措施。反冲击扶激振法突：也叫火幼箭激振态，通过孔点燃火饶药，使酱高温高谨压气体粥从喷管勿口喷出旺，从而刘给结构袜施加反错冲击荷贝载。离心力猴加载法傍：利用旋趁转质量散产生的虑离心力款对结构锹施加简坏谐振动荷载。当一俊对偏诉心质踏量按条相反狗方向电运转筐时，窄离心券力将纳产生哗一定美方向面的激菊振力手。P=哄mω2rm:偏心红块质隔量ω：偏心川块旋转锡角速度r：偏心天块旋转涛半径。通过忍调整硬偏心损转轮耻的位哲置，宅可产曲生水摸平或场垂直屿的激纸振力节。多罚台同罪步激触振器寸同时柴使用说时，狠不但摘可提造高激饰振力宏，还资可扩踪蝶大使唱用范融围。糖扭振过试验谈、水辽平振建动台冒。电磁含加载巡寿法：优点尿：频侄率范嘴围宽矩、重蓄量轻幼、控疏制方芒便、控可按罚给定窜信号起产生装多个真波形惑的激耕振力赔；缺点：烈激振力题不大、给适用于狮小型结娇构试验鬼。工作原男理：在嫂磁场中少的通电罩导体受讯到与磁充力线方伴向垂直墙的作用宜力。电掏磁激振董器就是晶根据这醉个原理妖制成的隶。组成：电磁崭激振凯器由狠励磁誉线圈盈、动柜圈、屯弹簧段、顶仇杆等青组成，可进行象静、动孤载试验双；人激振御动加载疾法：利用人碎的身体梳重量做防与结构芳自振周锻期相近盟的往复唤运动，驻可产生疗较大的固激振力昂，从而净可能产睬生适合刻完成振奋动试验犬的物体痛振动幅栏值,例如阔荡秋软千。环境随健机振动匹激振法咬：也叫遇脉动砖法；旦大气鱼运动邮、河睁水流芝动、衔机械何振动访、汽兼车行连驶等展都会舅产生除激振史力，订并使观结构后产生使各种希振动罩，通腿过精虽密仪苗器的灰记录泊和分庆析，朴就可样以测误定结虽构的备动力梯特性抵。五结构窄试验榴荷载廊支承不装置支座证与支朵敦支座：舅按作用缘瑞方式不辽同可分遭为滚动富铰支座郊、固定让铰支座、球铰拖支座同和刀贡口支仗座。杨铰支傲座一往般用译钢材贡制作辟。（1）铰棋支座观：铰支座座一般用宵钢材制设作，其护型式有腹滚轴式王和刀铰福式两种诊。板梁暖式铰燃支座受压构候件刀式歼铰支座对柱或屿墙板的亡试验时套，构件枝两端均域应采用民刀铰支返座。刀底铰支座律有单向趴铰和双州向铰两例种。双蜡向刀铰谣支座适味用于可敌能发生抗双向屈胆曲时使肥用。柱或找墙板革偏心裙受压幼试验喜：可胶以通昏过调蔬节螺趣丝来肺调整嚷刀口详与试象件几原何中活线的批距离构，满蔽足不直同偏困心矩思的要宅求。短柱轴镰压试验渗：如结葛构试验邮机上下贼压板之诊一已有赌球铰，那则短柱蜜两端可朝不设刀雷铰支座片。铰支座赵的基本工要求①保证宜结构在匠支座处洗自由水平移动虚（滚动而铰支座询）和自由转跪动。②保汽证结瞒构在仅支座蒸处力诸的传天递。③保锦证结飞构在略支承述处局修部受喜压强享度。④滚轴长度必（铰支钉座的长研度）：一般取芝等于试置件支承乡丰处截面妖宽度；⑤垫板舍：上垫码板宽度b与试驰件支复撑宽度一致，长度L不小于R/bfc，厚度孕不小馒于垫困板宽焦度的1/6，且可士按下式强计算：d=摇(2朝fca2/f饥)1/2(a为滚轴毒中心到斥垫板边词缘的距最离)（2）固定悠支座对于柱旗或框架嫁等构件咱，可用溪螺栓直难接固定富于试验脉台座。言对于梁恢式构件板，在实挨验室内宣可利用岛试验台开座和拉社杆锚定治装置模环拟固定密端支座丘。柱、框闻架固定亲支座梁式构受件固定俱端支座哥构造支墩现场适试验谎的支汤墩：完多用暮砖块任砌筑忆或用疏混凝眨土浇肚注而鹿成，烘支墩部上部怠应有蛋足够击平整叶并应罩垫钢腥板。帮支墩会本身显应有风足够傻的强粒度和兵刚度宋，支异承底苦面积恳要按皇地耐奥力进弦行复亚核验追算，糕保证屠试验筒时各嘉支墩哑不发盾生过价度的艰变形店或不抬均匀忧沉降各。在块试验仪荷载杨作用宇下，南支墩户和地雹基的沫总压翼缩变瘦形不维超过伪试件怕挠度次的1译／1切0。实验昼室试躲验的竿支墩稻：用谜钢材飘或钢吴筋混牛凝土件制成决专用旋支墩皂，支律墩的厕高度概一般储在4乱00豆～6鹊00隆mm悬，以拌满足竹仪表耕安装夺、观致测和葡加卸蔑荷载泼的要慨求。双向板韵在两个抗跨度方养向的高竖差和偏文差应满获足上述奴要求。(3)连续志梁各病中间腹支敦搜应采紫用可商调式笑支敦算，按弓支敦雕反力狱的大释小调虽节支餐敦高庄度。基本哪要求插：(1伞)支敦口和地矩基总泄变形颤量不喜宜超谅过试刮件挠柏度的1/圣10。试舍验使雨用两喉个以孕上支武敦时湖，各可支敦全应具版有相糊同的洽刚度狡。(2践)单向简楚支试件禁的两个茅铰支座骗的高差代应符合所设计要难求，其胞偏差不屯宜大于暖试件跨光度的1/5驳0。荷载传达递装置将加载织设备产熔生的荷询载按试贞验荷载敬图式的芝要求传倚递到试暗验的结挺构上，暑同时满自足荷载偿放大、怠分配和竖荷载作仗用形式女转换的剩要求。绍有杠杆迷、分配袭梁和卧昼梁。1．杠杆利用放叮大原理行，将施夺加的较升小荷载今，经过在杠杆的船传递而由获得放扎大几倍抛的作用牙力，杠遍杆比例常不宜大栽于1：6。2．分配放梁将单一森杠杆或允液压加扯载器产期生的荷率载分配仓成两个样或两个诵以上的善多点集岗中荷载猾。分配级梁一般胖均为单氏跨简支缺梁形式保，不能肠用多跨秀连续梁刘的形式匀。3.卧梁卧梁的侦作用：做是将若应干个加浇载点的怖集中荷达载转换感成均布衫荷载施因加于试屿件的端逆面，保抬证试件怨的受载哈截面获双得均匀橡分布的吨应力状禁态。为归了保证矮荷载的更正确传宪递，卧遗梁必须延有足够乓的强度佛和刚度锅。如需谣降低卧秆梁的刚谣度，应蠢适当增面加集中摧荷载的堡个数。略卧梁安原装时与避试件端扣面之间辱应平整伍辅设砂颠浆垫层柿，砂浆单强度不请应低于锈试件混湿凝土强胁度等级及的50幅%。墙体轴帽向加载滤试验装墨置荷载支骄承装置1．竖向取荷载支星承装置在实验多室内一惑般是由办横梁立占柱组成救的反力喉架和试薄验台座蓝组成。隶反力架膨可以是果用型钢伞制成的弊门型支滋架，横挑梁与柱污的连接符采用精决制螺栓刮或圆销发。强度仁刚度都柳较大，状能满足耽大型结热构构件奴试验的父要求，父支架的脊高度和丈承载能良力可按嚼试验需天要设计妨。另一利种是山用大碑截面洒圆钢牢制成帽的立为柱，货配以冻型钢腿制成严的横浆梁，廊这时筑在圆考钢立姐柱两识端车拌成螺缘瑞纹，屑用螺珍帽固彩定横庄梁并涂与台候座连召接固汗定。饮轻便稿，但翅刚度霜较小避。2.水平反洪力架或凝反力墙反力架茶：一般驱是由钢推结构制束成的可诱移动桁诉架式支筒架，液绞压加载军器固定栗于反力在架的立竟柱上。典由于受便强度和求刚度控老制，它绪能承受体的荷载序不大，交一般适磨用于中幻玉小型试沈件试验栏使用。反力墙:钢筋混搜凝土结己构或钢燥结构制肥成。反挨力墙与意试验台寺座连成酷整体，微组成抗河侧力试奶验台座应。在反森力墙纵剧横方向榨按一定寄