结构单调加载静力试验

第5章

结构单调加载静力试验

建筑结构试验1主要内容

5.1概述5.2结构单调加载静力试验的加载制度5.3基本构件的单调加载静力试验5.4扩大构件的单调加载静力试验5.5建筑物或其部件的单调加载静力试验25.1概述定义：单调加载静力试验是指在短时期内对试验对象进行平稳的一次连续施加荷载，荷载从“零”开始一直加到结构构件破坏，或是在短时期内平稳地施加若干次预定的重复荷载后，再连续增加荷载直到结构构件破坏。单调加载静力试验是最普遍的试验类型。单调加载静力试验主要用于模拟结构承受静荷载作用下观测和研究结构构件的强度、刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制。35.2结构单调加载静力试验的加载制度定义：试验进行期间荷载与时间的关系。试验加载应与结构的实际受力情况吻合，如三种荷载组合（短期、长期、基本）情况。典型的单调加载静力试验的加载程序。预加载试验♦预加载荷载值为开裂荷载的70％左右，一般为开裂荷载的30-70％。4单调静力试验的加载程序55.2结构单调加载静力试验的加载制度（续）开裂前，在达到开裂荷载计算值的90％以前，按荷载短期效应组合的20％分级；开裂前，达到开裂荷载计算值的90％后，按荷载短期效应组合的5％分级；开裂后，直至达到荷载短期效应组合值，仍按20％分级；超过荷载短期效应组合值后，直到结构屈服前，按10％分级；结构屈服后，按Δy的倍数施加荷载，按2Δy、3Δy、4Δy分级。科研性试验荷载量分级要求荷载值下降♦对非线性分析重要；♦按荷载加难以控制。65.2结构单调加载静力试验的加载制度（续）

分级加载级间间歇时间t1（卸载级间间歇时间t3）

♦砼结构≥10min，钢结构略少；

♦基本原则：变形、应变等基本稳定。恒载持续时间t2（一般不小于t1的三倍）

♦

一般科研性试验≥30min

♦

生产鉴定性试验≥30min

♦

新结构和大跨结构≥12h空载持续时间t4：1.5t29钢筋混凝土结构破坏标志：(1)跨中挠度达到跨度的1/50，悬臂结构的挠度达到悬臂长的1/25；(2)受拉主筋处的垂直裂缝宽度达到1.5mm；(3)受剪斜裂缝宽度达到1.5mm，或斜裂缝末端受压区混凝土剪压破坏，或沿斜截面混凝土斜压破坏；(4)受拉主筋在端部滑脱达0.2mm，或其它锚固破坏；(5)受拉主筋拉断；(6)受压构件的混凝土被压坏。10构件的承载力检验系数允许值[γu]

受力情况达到承载能力极限状态的检验标志轴心受拉、偏心受拉、受弯、大偏心受压受拉主筋处的最大裂缝宽度达到1.5mm,或挠度达到跨度的1/50热轧钢筋1.20钢丝、钢绞线、热处理钢筋1.35受压区混凝土破坏热轧钢筋1.30钢丝、钢绞线、热处理钢筋1.45受拉主筋拉断1.50受弯构件的受剪腹部斜裂缝达到1.5mm,或斜裂缝末端受城市混凝土剪压破坏1.40沿斜截面混凝土斜压破坏,受拉主筋在端部滑脱或其他锚固破坏1.55轴心受压、小偏心受压混凝土受压破坏1.50注：热轧钢筋系指HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级钢筋。11承载力确定对构件进行承载力检验时，应加载至构件出现规范所列承载能力极限状态的检验标志。当在规定的荷载持续时间内出现上述检验标志之一时，应取本级荷载值与前一级荷载值的平均值作为其承载务检验荷载实测值；当在规定的荷载持续时间结束后出现上述检验标志之一时，应取本级荷载值作为其承载力检验荷载实测值。注：当受压构件采用试验机或千斤顶加载时，承载力检验荷载实测值应取构件直至破坏的整个试验过程中所达到的最大荷载值。说明：

本条明确规定了承载力检验荷载实测值的取值方法。此处“规定的荷载持续时间结束后”，系指本级荷载持续时间结束后至下一级荷载加荷完成前的一段时间。125.3基本构件的单调加载静力试验一、受弯构件的试验试件的安装和加载方法♦简支座与固定支座的实现

(1)

(2)应尽量保证加载面与支承面平整（砂浆、垫沙层、橡胶+钢板）♦加载方法：千斤顶+分配梁最常见

一般采用等效荷载的加载图式（按照所研究的截面位置）13一、受弯构件的试验（续）正位试验，一端采用铰支座，另一端采用滚动支座，支座下面用支墩安置在地面上，要求牢固和稳定。加载方法：梁：常用液压加载器和分配梁，或用液压同步加载加载器直接加载。板：一般重物加载。也可用集中荷载等效，采用梁加载方式加载。吊车梁：采用液压，试验时的加载图式要按最不利荷载布置决定集中荷载的作用位置。14一、受弯构件的试验（续）试验项目和测点布置

(1)挠度测量梁的挠度f，P－f曲线、框架的P－Δ曲线、节点的P－γ曲线梁的真实挠度fa)剔除支座位移；

b)对宽度较大的梁、板，两边对称布点（贴片），以消除扭转的影响（支座偏心、加载点偏心）；

c)挠度的预计大小（选择仪器的量程）。15一、受弯构件的试验（续）(2)应变测量一般在以下几个截面上：M+max、M-max、σl、σy

或弯矩突变处；贴片的原则：①按应变梯度；②受拉区少、压区密（如采用引伸仪则不用）；③一般情况下多采用不均匀布置的方法。

a)单向应力测定：单向片

b)平面应力测定：多个单向片、应变花

c)箍筋和弯筋应力测量：预埋式和表面开槽式

d)翼缘与孔边应力测量：连续贴片（力学分析结果）

e)校核测点：不受力位置，检验系统误差16一、受弯构件的试验（续）(3)裂缝测量裂缝包括：弯曲裂缝、剪切裂缝、弯剪裂缝。基于力学分析，在裂缝位置的垂直方向布置测点。裂缝永远与σl垂直（事故处理常用原则）。裂缝出现的判别方法：①目测；②P－Δ曲线；③应变值。最大裂缝宽度的测量方法：等弯矩段选取3条，在纵筋水平位置处采用读数放大镜或裂缝标尺。裂缝的标注方法：试验完毕后绘制裂缝开展图。17裂缝的标注方法18一、受弯构件的试验（续）(4)受弯塑性铰测量测量内容：塑性铰的出现、长度，钢筋及砼的应变情况、裂缝情况。延性系数测量P－Δ曲线的意义：钢筋在塑性铰区的连续贴片。191）试验项目鉴定性试验：承载力、抗裂度和各级荷载作用下的挠度及裂缝开展情况。研究性试验：除了承载力、抗裂度、挠度和裂缝观测外，还测量构件某些部位的应力。挠度观测（最大值）20挠度分布：21应力测量

梁弯曲应力测点：22梁剪应力测点：23钢筋应力测点用预埋或试件表面开槽的方法来解决设点的问题24翼缘与孔边应力的测量对于翼缘较宽较薄的T型梁，其翼缘部分受力不一定均匀，应沿翼缘宽度布置测点，测定翼缘上应力分布的情况。梁腹板圆孔周边的应变测点布置25校核测点和裂缝观测为了校核试验的正确性，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，以检验整个测量过程是否正常。裂缝测量：开展、宽度、发展和分布。肉眼观察；连续地或交替地布置测点；读数显微镜。26由荷载一应变曲线观测混凝士的开裂27斜裂缝测点28转角和曲率的测量转角：用角位移传感器进行测量。常用的角位移传感器和线位移传感器都是测量测点相对于地面的转角，测量结果处理时应该考虑支座沉陷引起的刚体转动。曲率：用应变计或位移计进行测量，在该截面的上下边缘布置应变或位移测点，通过测量上下边缘的应变来计算曲率。29二、压杆和柱的试验主要研究轴压比和长细比的影响。试件的安装和加载方法正位试验（试验机上或大型荷载架上进行）、卧位试验（大型试件）两端采用可动铰支座（反弯点截取试件模型），可考虑P－Δ效应。对受压构件的安装就位，关键在于对中：首先进行几何对中，再进行物理对中（通过应变测量，施加20-40％试验荷载）。301、试件安装和加载方法卧位和正位，液压加载，构件二端均应采用比较灵活的可动铰支座型式，一般采用刀口支座。31正位试验32对中轴心受压柱：安装时一般先进行，即将构件轴线对准作用力的中心线。构件在几何对中后再进行物理对中，即加载达20％～40％的试验荷载时，测量构件中央截面两侧或四个面的应变，并调整作用力的轴线，以达到各点应变均匀为止。在构件物理对中后即可进行加载试验。偏压试件：也应在物理对中后，沿加力中线量出偏心距离，再把加载点移至偏心距的位置上，进行试验。加载：长柱试验机或液压加载系统;(1/10-1/15)Nu，接近开裂荷载和破坏荷载时细分2-4级。332、试验项目和测点布置破坏荷载：力传感器挠度：百分表或位移传感器曲率：曲率计砼应变：应变片+应变仪，应变片后贴。钢筋应变：应变片+应变仪，应变片预埋34试验项目：P－Δ曲线、εs、εc、ωmax等，注意需要成对测量。为研究混凝土受压区的实际应力图形，可采用测力板进行测定（教材P105，类似自制传感器）

(1)将测力板浇筑在棱柱体试件中进行标定；

(2)将测力板浇筑在试件中进行测量。355.4扩大构件的单调加载静力试验

（教材P106－120）1、试件安装和加载方法就位方式：一般采用正位试验。现场试验时还可以采用成对试件的卧位试验。安装时应设置侧向支撑，以保证屋架上弦的侧向稳定。支承方式：与梁相同，支承垫板应留有充分余地。加载方式：可以采用重力直接或杠杆加载。当施加多点集中荷载并且节点荷载较大时，采用同步液压加载。一、屋架试验36重物加载37液压加载38屋架成对试验39屋架试验支撑设置40412、观测项目和测点布置观测项目1）桁架挠度及挠曲线。2）开裂荷载及破坏荷载。3）主要杆件的应变。4）节点的变形及节点刚度对杆件的次应力影响5）屋架端节点的应力分布6）预应力钢筋张拉应力和对有关部位混凝土的预压应力。7）屋架下弦预应力钢筋对屋架的反拱作用。8）预应力锚头工作性能。42测点布置可以利用结构和荷载的对称性，在屋架一半布置主要测点，而在另一半布置校核测点。1）节点位移：大量程的挠度计或者用米厘纸制成标尺通过水准仪进行观测。432）杆件的内力测量通过测应变来测量杆件内力。44杆件的内力测量测点布置453）节点应变测量测点布置：上弦节点46端部节点应变测量474）锚具性能测量在端节点砼表面沿自锚头长度方向布置若干应变测点：横向测点和纵向测点485）预应力钢筋张拉应力的测量直接在预应力钢筋上布置应变测点测量，通常布置屋架跨中和两端头。注意应变计的防护处理。6）裂缝测量杆件开裂荷载和裂缝宽度。（端节点、腹杆与下弦杆及节点交汇处较早开裂的位置）49二、薄壳和网架结构的试验用于大跨度建筑，通过原型试验和1/5-1/20模型试验研究结构受力性能及计算可靠性。1、试件安装和加载方法支承形式：1）薄壳结构：实际支承形式类似双向板，有四角支承和四边支承，试验支承可以用固定铰、活动铰及滚轴。2）网架结构：实际支承在框架或柱顶，试验时支承在刚性较大的型钢圈梁上。边支座一般受压，角支座及其附近支座可能受拉。支座形式下如图。50网架试验支座形式受压支座拉压球铰支座拉压锁形支座球面支座51加载方法重物直接堆载、水池加载或通过吊篮加载。也可用气压加载，需要较大荷载时常使用液压加载器和分配梁加载。2、观测项目和测点布置1）观测项目：主要测量位移和应变。2）测点布置：常利用对称性减少测点数量。同时布置一些校核测点。

52薄壳结构液压加载53网壳水加载54双曲扁壳结构测点布置位移测点应变测点边界55网架测点布置：（1）利用对称性分区（2）位移下弦节点，应力布置在杆件上（杆件中间或节点附近）（3）校核测点。56575.5建筑物或其部件的单调加载静力试验一、钢筋混凝土平面楼盖试验楼盖包括板、次梁、主梁三个部分，试验目的是研究活荷载的作用。（一）试验荷载布置板的试验

♦确保为单向板58（一）试验荷载布置（续）对于连续梁，活荷载最不利布置的原则

♦跨中Mmax：该跨布置，左右隔跨布置

♦支座Mmax：该支座左、右跨布置，左右隔跨布置

♦支座最大剪力：同支座Mmax

可从弯矩图、挠曲线来理解试验中为简化，可忽略较远跨的影响或仅在荷载数值上考虑其影响596061（一）试验荷载布置（续）次梁的试验

♦当主梁支承次梁时，可将次梁视为连续梁

♦当柱支承次梁时，将次梁视为固支梁

♦实际上结构中均为弹性支座，无绝对意义上的铰支、固支主梁的试验

♦同次梁的试验柱的试验

♦

Nmax：柱相邻跨满布

♦

Mmax：同梁端Mmax时布置方案62（二）试验观测平面楼盖试验一般为非破坏性，经常为现场试