第5章 土木工程結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)

第5章土木工程結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)

5.1

概述5.2試驗(yàn)前的準(zhǔn)備5.3靜載試驗(yàn)加載和量測方案的確定5.4一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件的靜載試驗(yàn)5.5試驗(yàn)資料的整理與分析

（1）熟悉結(jié)構(gòu)試驗(yàn)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作的內(nèi)容和要求，掌握試驗(yàn)大綱的編制方法；（2）掌握結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)(單調(diào)加載)加載制度的設(shè)計(jì)、加載方案和量測方案的設(shè)計(jì)；（3）掌握結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中試驗(yàn)加載和觀測設(shè)計(jì)的一般規(guī)律與不同類型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的特殊問題；（4）掌握常用結(jié)構(gòu)構(gòu)件量測數(shù)據(jù)的整理分析方法；（5）掌握對預(yù)制構(gòu)配件結(jié)構(gòu)性能的檢驗(yàn)與評定方法。目的：通過對試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件直接施加荷載作用，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，認(rèn)識(shí)并掌握結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。定義：在結(jié)構(gòu)的直接作用中，起主導(dǎo)作用的是靜力荷載，因此結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)是土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最基本最常見的試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)主要用于模擬結(jié)構(gòu)承受靜力荷載作用下的工作情況，試驗(yàn)時(shí)，可以觀測和研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力、剛度、抗裂性等基本性能和破壞機(jī)理5.1概述1.調(diào)查研究、收集資料2.試驗(yàn)大綱的制定3.試件準(zhǔn)備4.材料物理力學(xué)性能測定5.試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)場地的準(zhǔn)備6.試件安裝就位5.2試驗(yàn)前的準(zhǔn)備加載方案1.加載程序加載程序是指試驗(yàn)進(jìn)行期間荷載與時(shí)間的關(guān)系。結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的加載程序分為預(yù)載、標(biāo)準(zhǔn)荷載（正常使用荷載）、破壞荷載三個(gè)階段

結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的加載程序5.3靜載試驗(yàn)加載和量測方案的確定2.加載制度的確定

分級加(卸)載的目的：一是為了控制加(卸)載速度，二是便于觀察試驗(yàn)過程中結(jié)構(gòu)的變形等情況，三是為了統(tǒng)一加載步驟。（1）預(yù)載階段（2）正式加載階段荷載分級分級間隔時(shí)間恒載時(shí)間空載時(shí)間（3）卸載階段加載程序量測方案1.確定觀測項(xiàng)目2.測點(diǎn)布置3.儀器選擇3.測讀原則測點(diǎn)布置的原則⑴在滿足試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯?，測點(diǎn)宜少不宜多，簡化試驗(yàn)內(nèi)容，保證重點(diǎn)部位的測點(diǎn)。⑵測點(diǎn)的位置必須有代表性，以便測取最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。⑶為了保證量測數(shù)據(jù)的可靠性，在結(jié)構(gòu)的對稱部位應(yīng)布置一定數(shù)量的校核點(diǎn)。⑷測點(diǎn)的布置應(yīng)保證試驗(yàn)工作的安全、方便。

儀器選擇⑴選用儀器儀表，必須能滿足試驗(yàn)所需的精度和量程要求，盡可能測讀方便；

⑵現(xiàn)場試驗(yàn)，盡可能選用于擾少的機(jī)械式儀表；

⑶試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的變形與時(shí)間有關(guān)，測讀時(shí)間應(yīng)遵守有關(guān)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，尤其當(dāng)試件進(jìn)入彈塑性階段．變形增加較快，應(yīng)盡可能選用自動(dòng)記錄儀表；⑷量測儀器的規(guī)格和型號，選用時(shí)應(yīng)盡可能相同。1.梁、板受彎構(gòu)件的靜力試驗(yàn)（1）試驗(yàn)裝置與加載方案（2）觀測方案5.4一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件的靜載試驗(yàn)2.壓桿和柱的靜載試驗(yàn)

（1）加載方案（2）測點(diǎn)布置加載裝置

試驗(yàn)方式：受彎構(gòu)件在試驗(yàn)安裝時(shí)多采用正位試驗(yàn)，其一端采用鉸支承，另一端采用滾動(dòng)支承。為了保證構(gòu)件與支承面的緊密接觸，在支墩與鋼板，鋼板與構(gòu)件之間應(yīng)用砂漿找平，對于板一類寬度較大的試件，要防止支承面翹曲。也可采用異位(臥位、反位)試驗(yàn)。加載方式：板承受均布荷載，可采用重力加載，荷載布置應(yīng)均勻，避免因構(gòu)件變形造成重物塊起拱而改變構(gòu)件受力形式。當(dāng)荷載較大采用液壓加載時(shí)，可用多點(diǎn)集中荷載等效，并注意同步加載。

梁的試驗(yàn)荷載較大，一般采用液壓加載。荷載布置應(yīng)符合試驗(yàn)加載圖式。當(dāng)受試驗(yàn)條件限制而采用等效荷載時(shí)，除應(yīng)注意控制截面內(nèi)力等效外，還應(yīng)注意非控制截面的內(nèi)力差異對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響，同時(shí)加強(qiáng)非控制截面強(qiáng)度，以防出現(xiàn)其他破壞形式。1.梁、板受彎構(gòu)件的靜力試驗(yàn)

等效荷載加載方案簡支梁試驗(yàn)等效荷載加載圖示觀測方案⑴撓度的測量

梁的撓度值是量測數(shù)據(jù)中最能反映其綜合性能的一項(xiàng)指標(biāo)，其中最主要的是測定梁跨中最大撓度值及彈性撓度曲線。撓度測量一般用百分表，選用時(shí)要注意量程。撓度測量必須扣除支座影響，因此，測量單向板和梁跨中最大撓度時(shí)，除在跨中布置沉降測點(diǎn)外，還應(yīng)在支座處布置沉降測點(diǎn)，測點(diǎn)數(shù)目不得少于3個(gè)簡支梁撓度測量測點(diǎn)布置（2）應(yīng)變的測量

梁、板彎曲應(yīng)變的測量是主要內(nèi)容之一，通常要測量正負(fù)彎矩控制截面和有突變的截面的應(yīng)變（應(yīng)力）分布規(guī)律及中和軸位置，因此沿截面高度連續(xù)布置應(yīng)變測點(diǎn)，測點(diǎn)數(shù)量不少于5個(gè)，測點(diǎn)可等距布置，不等距布置采用外密里疏，以測出較大應(yīng)變，獲得較好精度。

測量梁截面應(yīng)變分布的測點(diǎn)布置

鋼筋混凝土梁測量應(yīng)變的測點(diǎn)布置圖

截面1-1為測量純彎曲區(qū)域內(nèi)正應(yīng)力的單向應(yīng)變測點(diǎn)；截面2-2為測量剪應(yīng)力與主應(yīng)力的應(yīng)變網(wǎng)絡(luò)測點(diǎn)；截面3-3為梁端零應(yīng)力區(qū)校核測點(diǎn)。設(shè)置校核測點(diǎn)的目的：為了校核試驗(yàn)的正確性及便于整理試驗(yàn)結(jié)果時(shí)進(jìn)行誤差修正，經(jīng)常在梁的端部凸角上的零應(yīng)力處設(shè)置少量測點(diǎn)以檢驗(yàn)整個(gè)量測過程是否正常。

校核測點(diǎn)

在鋼筋上布置應(yīng)變測點(diǎn)，抗彎測量布置在控制截面受力主筋上，抗剪測量可布置在彎起鋼筋和控制截面箍筋上。鋼筋應(yīng)變測量，可在混凝土澆筑前貼電阻應(yīng)變計(jì)，做好絕緣和防護(hù)處理后澆筑混凝土；也可以在澆筑混凝土?xí)r在測點(diǎn)處預(yù)留孔洞，露出鋼筋，在試驗(yàn)前粘貼應(yīng)變計(jì)或試驗(yàn)時(shí)用機(jī)械式應(yīng)變測量儀表測量。鋼筋混凝土梁彎起鋼筋和箍筋的應(yīng)變測點(diǎn)

（3）裂縫的測量

開裂荷載測量的關(guān)鍵是及時(shí)發(fā)現(xiàn)第一條裂縫，因此，事先應(yīng)該估計(jì)裂縫可能出現(xiàn)的區(qū)段。加載過程中或持荷時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)第一條裂縫時(shí)，按前一級荷載確定開裂荷載。

開裂的判別及開裂荷載的確定

梁板受拉邊沿連續(xù)貼應(yīng)變計(jì)或涂導(dǎo)電涂層等方法判斷開裂時(shí)間。荷載—撓度曲線判別法判斷開裂時(shí)刻，當(dāng)荷載—撓度曲線斜率首次發(fā)生突變時(shí)的荷載值為開裂荷載?；炷量估瓘?qiáng)度離散性較大，事先不易確定裂縫的位置

最大裂縫寬度的測量，可選三條目測最大裂縫測量其寬度，取其中最大值作為最大裂縫寬度。構(gòu)件開裂后應(yīng)立即對裂縫的發(fā)生和發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測，用測量儀器確定各級荷載作用下的主要裂縫寬度、長度、位置、走向、裂縫間距和正常使用荷載作用下的最大裂縫寬度。試驗(yàn)后繪出裂縫展開圖，統(tǒng)計(jì)出平均裂縫寬度和平均裂縫間距。當(dāng)裂縫肉眼可見時(shí)，其寬度可用最小刻度為0.01mm及0.05mm的讀數(shù)放大鏡測量。

裂縫寬度的測量

柱子試驗(yàn)可采用正位或臥位方案，有大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)條件時(shí)，試件可在長柱試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，也可以利用靜力試驗(yàn)臺(tái)座上的大型荷載支承設(shè)備和液壓加載系統(tǒng)配合進(jìn)行試驗(yàn)。但對高大的柱子正位試驗(yàn)時(shí)安裝和觀測都比較費(fèi)力，這時(shí)改用臥位試驗(yàn)方案比較安全，但安裝就位和加載裝置又比較復(fù)雜，同時(shí)臥位試驗(yàn)難以有效消除自重影響，對于長細(xì)比較大的柱子，自重產(chǎn)生的二階彎矩影響越加明顯，故常用于短柱試驗(yàn)。為了減小支座與柱端的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦以及加載過程中避免出現(xiàn)施力位置改變，柱子試驗(yàn)支座通常采用刀口鉸支座。軸心受壓采用雙刀口鉸支座，偏心受壓采用單刀口鉸支座。柱子一般按估算破壞荷載的l／10~1／15分級加載，接近開裂荷載及破壞荷載時(shí)，級距加密至原分級的l／2甚至更小。試驗(yàn)裝置與加載方案2.壓桿和柱的靜載試驗(yàn)鋼筋混凝土柱測點(diǎn)布置

壓桿與柱的試驗(yàn)，一般觀測其破壞荷載、各級荷載下的側(cè)向撓度值及變形曲線、控制截面或區(qū)域的應(yīng)力變化規(guī)律以及裂縫開展情況。試件的撓度是由布置在受拉邊的百分表或撓度計(jì)進(jìn)行量測，與受彎構(gòu)件相似，除了量測中點(diǎn)最大的撓度值外，可用側(cè)向五點(diǎn)布置法量測撓度曲線。對于正位試驗(yàn)的長柱它的側(cè)移可用經(jīng)緯儀觀測。在受壓區(qū)的側(cè)面布置應(yīng)變測點(diǎn)時(shí)，可以嚴(yán)該側(cè)面的對稱軸線單排布點(diǎn)，或在該側(cè)面的邊緣對稱布置兩排測點(diǎn)。為驗(yàn)證構(gòu)件平截面變形的性質(zhì)，可沿截面高度布置5~7個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)。受拉區(qū)鋼筋應(yīng)變同樣可以用內(nèi)部電測方法進(jìn)行。測點(diǎn)布置（1）試驗(yàn)對象的考察記錄、圖例、照片；（2）試驗(yàn)大綱，材料力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果；（3）儀表的測讀數(shù)據(jù)記錄及裂縫記錄圖；（4）試驗(yàn)情況記錄；（5）破壞形態(tài)描述、圖例、照片。1.試驗(yàn)的原始資料：2.試驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)—表格與圖像

5.5試驗(yàn)資料的整理與分析混凝土梁承載力試驗(yàn)曲線(a)配筋率相同；(b)混凝土強(qiáng)度相同3.應(yīng)變測量結(jié)果計(jì)算

（1）截面彈性內(nèi)力分析

各種受力截面上的測點(diǎn)布置(a)軸向受力；(b)單向拉彎、壓彎；(c)雙向彎曲；(d)雙向彎曲扭轉(zhuǎn)（2）平面應(yīng)力狀態(tài)分析

用應(yīng)變花測量平面應(yīng)力狀態(tài)的主應(yīng)力(應(yīng)變)大小和方向時(shí)，可用二片應(yīng)變計(jì)或三片應(yīng)變計(jì)作為一個(gè)應(yīng)變花。4.撓度測量結(jié)果計(jì)算

簡支梁撓度測點(diǎn)布置

懸臂梁撓度測點(diǎn)布置

5.結(jié)構(gòu)性能評定

受力情況標(biāo)志標(biāo)號承載力檢驗(yàn)標(biāo)志軸心受拉、偏心受拉、受彎、大偏心受壓①受拉主筋處最大垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm或撓度達(dá)到跨度的l／50，Ⅰ-Ⅲ級鋼筋，冷拉Ⅰ、Ⅱ級鋼筋1.20冷拉Ⅲ、Ⅳ級鋼筋1.25熱處理鋼筋、鋼絲、鋼絞線1.45②受壓區(qū)混凝土破壞Ⅰ-Ⅲ級鋼筋，冷拉Ⅰ、Ⅱ級鋼筋1.25冷拉Ⅲ、Ⅳ級鋼筋1.30熱處理鋼筋、鋼絲、鋼絞線1.40③受拉主筋拉斷1.50軸心或偏心受壓④混凝土受壓破壞1.45受彎構(gòu)件的受剪⑤腹部斜裂縫寬度達(dá)到1.5mm或斜裂縫末端混凝土剪壓破壞1.35⑥斜截面混凝土斜壓破壞或受拉主筋端部滑脫，其他錨固破壞1.50（1）結(jié)構(gòu)、構(gòu)件承載力評定混凝土構(gòu)件達(dá)到承載力極限狀態(tài)的破壞標(biāo)志：(1)軸心受拉、偏心受拉、受彎、大偏心受、壓構(gòu)件1)受拉主筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度、受拉應(yīng)變達(dá)到0.01；2)受拉主筋拉斷；3)受拉主筋處最大垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm；4)撓度達(dá)到跨度的l／50，懸臂構(gòu)件撓度達(dá)到l／25；5)受壓區(qū)混凝土壓壞；6)錨固破壞或主筋端部混凝土滑移達(dá)到0.2mm。(3)受彎構(gòu)件剪切破壞1)箍筋或彎起鋼筋或斜截面內(nèi)的縱向受拉主筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度；2)斜裂縫端部受壓區(qū)混凝土剪壓破壞；3)沿斜截面混凝土斜向受壓破壞；4)沿斜截面撕裂形成斜拉破壞；5)箍筋或彎起鋼筋與斜裂縫交匯處的斜裂縫寬度達(dá)1.5mm；6)錨固破壞或主筋端部混凝土滑移達(dá)0.2mm。(2)軸心受壓或小偏心受壓構(gòu)件1)混凝土受壓破壞；2)受壓主筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度。

本章小結(jié)1.充分的試驗(yàn)準(zhǔn)備、準(zhǔn)確