第三章结构试验加载方法与设备要点课件.ppt

第三章第三章 结构试验加载方法结构试验加载方法与设备与设备2023/2/51School of Urban Construction and Management 2023/2/523.1 概述工程结构的作用直接作用：荷载作用，包括结构自重与施加在结构上的荷载间接作用：主要有温度变化、地基不均匀沉降和结构内部物理或化学作用直接作用分类结构试验除极少数是在实际荷载下实测外，绝大多数是在模拟荷载条件下进行的。直接作用作用范围分布荷载作用集中荷载作用作用时间长短长期荷载作用短期荷载作用对结构的动力效应静力荷载作用动力荷载作用2023/2/53加载要求在选择试验荷载和加载方法时，应满足下列几点要求：选用试验荷载的图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力值相一致或基本接近；荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值稳定，特别是静力荷载要不随加载时间、外界环境和结构的变形而变化；荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求，加载设备要有足够的强度储备；加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还必须按变形条件来控制加载装置的设计，即尚必须满足刚度要求。防止对试件产生卸荷作用而减轻了结构实际承担的荷载；加载设备必须操作方便，便于加载和卸载，并能控制加载速度，又能适应同步加载或先后加载的不同要求。加载设备要力求采用现代化先进技术，减轻劳动强度，提高检测质量。3.1 概述2023/2/54重物荷载可直接堆放于结构表面（如板的试验）形成均布荷载，或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载。3.2 静力加载方法重力直接加载法2023/2/55这类加载装置的优点是试验用的重物容易取得，并可重复使用，但加载过程中需要花费较大的劳动力。2023/2/56利用水作为重力加载用的荷载装置，是一个简易方便而且甚为经济的方案。对于大面积的平板试验，如楼面、平屋面等钢筋混凝土结构可以采用特殊的盛水装置作为均布荷载直接加于结构表面。在现场试验水塔、水池、油库等特种结构时，水是最为理想的试验荷载，它不仅附合结构物的实际使用条件，而且还能检验结构的抗裂抗渗情况。2023/2/57利用重物作集中荷载，会受到荷载量的限制，这时可以利用杠杆将荷重放大后作用在结构上，不仅能扩大重力荷载的使用范围，而且还可减轻加载的劳动强度。3.2 静力加载方法杠杆加载法2023/2/582023/2/59优点：设备简单，取材方便，荷载恒定，加载形式灵活。，对持久荷载试验及进行刚度与裂缝的研究尤为合适。缺点：荷载量不能很大，操作笨重而费工。此外，当采用重力加载方式试验时，一旦结构达到极限承载能力，因荷重不能随结构变形而自动卸载，容易使结构产生过大变形而倒塌。因此，安全保护措施应当足够重视。3.2 静力加载方法杠杆加载法特点2023/2/510液压加载器又称千斤顶，是液压加载设备中的一个主要部件。主要工作原理是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。液压加载器3.2 静力加载方法2023/2/511液压加载系统3.2 静力加载方法液压加载系统主要是由储油箱、高压油泵、液压加载器、测力装置和各类阀门组成的操纵台通过高压油管连接组成。当使用液压加载系统在试验台座上或现场进行试验时尚必须配置各种支承系统，来承受液压加载器对结构加载时产生的平衡力。2023/2/512液压加载法中利用普通手动液压加载器配合加荷承力架和静力试验台座使用，是最简单的一种加载方法。液压加载系统3.2 静力加载方法设备简单，作用力大，加载卸载安全可靠，与重力加载法相比，可大大减轻笨重的体力劳动。但如要求多点加载时则需要多人同时操纵多台液压加载器，这时难以做到同步加载卸载，尤其当需要恒载时更难以保持稳压状态。所以，比较理想的加载方法是采用能够变荷的同步液压加载设备来进行试验2023/2/513液压加载是目前结构试验中应用比较普遍和理想的一种加载方法。最大优点是利用油压使液压加载器（千斤顶）产生较大的荷载，试验操作安全方便，特别是对于大型结构构件试验要求荷载点数多，吨位大时更为合适。电液伺服系统在试验加载设备中得到广泛应用后，为结构动力试验模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载创造了有利条件，使动力加载技术发展到了一个新的高度。3.2 静力加载方法液压加载特点2023/2/514大型结构试验机是结构试验室内进行大型结构试验的专门设备，比较典型的是结构长柱试验机，用以进行柱、墙板、砌体、节点与梁的受压与受弯试验。试验机由液压操纵台、大吨位的液压加载器和机架三部分组成。大型结构试验机3.2 静力加载方法2023/2/515大型结构试验机是结构试验室内进行大型结构试验的专门设备，比较典型的是结构长柱试验机，用以进行柱、墙板、砌体、节点与梁的受压与受弯试验。试验机由液压操纵台、大吨位的液压加载器和机架三部分组成。大型结构试验机3.2 静力加载方法2023/2/516吊链、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等是机械力加载常用机具。机械力与气压加载设备3.2 静力加载方法2023/2/517利用气体压力对结构加载有两种方式：一种是利用压缩空气加载；另一种是利用抽真空产生负压对结构构件施加荷载。由于气压加载所产生的为均布荷载，所以，对于平板或壳体试验尤为适合。对于某些封闭结构，可以利用真空泵抽真空的方法，造成内外压力差，即利用负压作用使结构受力。2023/2/518也称为张拉突卸法。在结构上拉一钢丝缆绳，使结构变形而产生一个人为的初始强迫位移，然后突然释放，使结构在静力平衡位置附近作自由振动。对于小模型则可采用悬挂的重物通过钢丝对模型施加水平拉力，剪断钢丝造成突然卸荷。初位移加载法3.3 动力加载方法2023/2/519也称突加荷载法。如利用摆锤或落重的方法使结构在瞬时内受到水平或垂直的冲击，产生一个初速度，同时使结构获得所需的冲击荷载。初速度加载法3.3 动力加载方法2023/2/520冲击试验初速度加载法3.3 动力加载方法2023/2/521试验荷载支承装置是满足试验荷载设计、实现荷载图式、结构受力和边界条件要求以及保证试验加载正常进行的关键之一。支座结构试验中的支座是支承结构、正确传递作用力和模拟实际荷载图式的设备，通常由支座和支墩组成。支座按作用方式不同有滚动铰支座、固定铰支座、球铰支座和刀口支座（固定铰支座的一种特定形式）几种。3.4 载荷支承装置和试验台座2023/2/522试验荷载支承装置是满足试验荷载设计、实现荷载图式、结构受力和边界条件要求以及保证试验加载正常进行的关键之一。支座铰支座要求：1、保证试件在支座处能自由转动。2、保证试件在支座处可将力良好传递。3、试件支座处铰的上线垫板要有一定得刚度。3.4 载荷支承装置和试验台座2023/2/5232023/2/524目前常用的反力装置主要有反力墙、反力台座、门式刚架、反力架和相应的各种组合类型，图为建筑抗震试验方法规程中建议的几种实验加载装置。反力加载装置3.4 载荷支承装置和试验台座2023/2/525加载反力装置本身应当具有足够的刚度、承载力和整体稳定性，应当能够满足试件的受力状态和睦拟试件的实际边界条件。加载反力装置应当尽可能地作到结构简单、安装方便，以便缩短整个实验过程的周期。2023/2/526在预制品构件厂和小型的结构试验室中，由于缺少大型的试验台座，可以采用抗弯大梁式或空间桁架式台座来满足中小型构件试验或混凝土制品检验的要求。抗弯大梁式台座和空间桁架式台座3.4 载荷支承装置和试验台座2023/2/527由于受到施工运输条件的限制，对于一些跨度较大的屋架，吨位较重的吊车梁等构件，经常要求在施工现场解决试验问题，为此试验工作人员就必须要考虑适于现场试验的加载装置。从实践证明，现场试验装置的主要矛盾是液压加载器加载所产生的反力如何平衡的问题，也就是要设计一个能够代替静力试验台座的荷载平衡装置。在工地现场广泛采用的是平衡重式的加载装置，其工作原理与前述固定试验设备中利用抗弯大梁或试验台座一样，即利用平衡重来承受与平衡由液压加载器加载所产生的反力。现场试验荷载的装置3.4 载荷支承装置和试验台座2023/2/528