結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載方法與設(shè)備

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載方法與設(shè)備SchoolofUrbanConstructionandManagement2023/3/413.1概述工程結(jié)構(gòu)的作用直接作用：荷載作用，包括結(jié)構(gòu)自重與施加在結(jié)構(gòu)上的荷載間接作用：主要有溫度變化、地基不均勻沉降和結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理或化學(xué)作用直接作用分類(lèi)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)除極少數(shù)是在實(shí)際荷載下實(shí)測(cè)外，絕大多數(shù)是在模擬荷載條件下進(jìn)行的。2023/3/42加載要求在選擇試驗(yàn)荷載和加載方法時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足下列幾點(diǎn)要求：選用試驗(yàn)荷載的圖式應(yīng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的荷載圖式所產(chǎn)生的內(nèi)力值相一致或基本接近；荷載傳力方式和作用點(diǎn)明確，產(chǎn)生的荷載數(shù)值穩(wěn)定，特別是靜力荷載要不隨加載時(shí)間、外界環(huán)境和結(jié)構(gòu)的變形而變化；荷載分級(jí)的分度值要滿(mǎn)足試驗(yàn)量測(cè)的精度要求，加載設(shè)備要有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備；加載裝置本身要安全可靠，不僅要滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，還必須按變形條件來(lái)控制加載裝置的設(shè)計(jì)，即尚必須滿(mǎn)足剛度要求。防止對(duì)試件產(chǎn)生卸荷作用而減輕了結(jié)構(gòu)實(shí)際承擔(dān)的荷載；加載設(shè)備必須操作方便，便于加載和卸載，并能控制加載速度，又能適應(yīng)同步加載或先后加載的不同要求。加載設(shè)備要力求采用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高檢測(cè)質(zhì)量。3.1概述2023/3/43重物荷載可直接堆放于結(jié)構(gòu)表面（如板的試驗(yàn)）形成均布荷載，或置于荷載盤(pán)上通過(guò)吊桿掛于結(jié)構(gòu)上形成集中荷載。3.2靜力加載方法重力直接加載法2023/3/44這類(lèi)加載裝置的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)用的重物容易取得，并可重復(fù)使用，但加載過(guò)程中需要花費(fèi)較大的勞動(dòng)力。2023/3/45利用水作為重力加載用的荷載裝置，是一個(gè)簡(jiǎn)易方便而且甚為經(jīng)濟(jì)的方案。對(duì)于大面積的平板試驗(yàn)，如樓面、平屋面等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可以采用特殊的盛水裝置作為均布荷載直接加于結(jié)構(gòu)表面。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)水塔、水池、油庫(kù)等特種結(jié)構(gòu)時(shí)，水是最為理想的試驗(yàn)荷載，它不僅附合結(jié)構(gòu)物的實(shí)際使用條件，而且還能檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的抗裂抗?jié)B情況。2023/3/46利用重物作集中荷載，會(huì)受到荷載量的限制，這時(shí)可以利用杠桿將荷重放大后作用在結(jié)構(gòu)上，不僅能擴(kuò)大重力荷載的使用范圍，而且還可減輕加載的勞動(dòng)強(qiáng)度。3.2靜力加載方法杠桿加載法2023/3/472023/3/48優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，取材方便，荷載恒定，加載形式靈活。，對(duì)持久荷載試驗(yàn)及進(jìn)行剛度與裂縫的研究尤為合適。缺點(diǎn)：荷載量不能很大，操作笨重而費(fèi)工。此外，當(dāng)采用重力加載方式試驗(yàn)時(shí)，一旦結(jié)構(gòu)達(dá)到極限承載能力，因荷重不能隨結(jié)構(gòu)變形而自動(dòng)卸載，容易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大變形而倒塌。因此，安全保護(hù)措施應(yīng)當(dāng)足夠重視。3.2靜力加載方法杠桿加載法特點(diǎn)2023/3/49液壓加載器又稱(chēng)千斤頂，是液壓加載設(shè)備中的一個(gè)主要部件。主要工作原理是用高壓油泵將具有一定壓力的液壓油壓入液壓加載器的工作油缸，使之推動(dòng)活塞，對(duì)結(jié)構(gòu)施加荷載。液壓加載器3.2靜力加載方法2023/3/410液壓加載載系統(tǒng)3.2靜力加載載方法液壓加載載系統(tǒng)主主要是由由儲(chǔ)油箱箱、高壓壓油泵、、液壓加加載器、、測(cè)力裝裝置和各各類(lèi)閥門(mén)門(mén)組成的的操縱臺(tái)臺(tái)通過(guò)高高壓油管管連接組組成。當(dāng)當(dāng)使用液液壓加載載系統(tǒng)在在試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)座上或或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)時(shí)尚必必須配置置各種支支承系統(tǒng)統(tǒng)，來(lái)承承受液壓壓加載器器對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)加載時(shí)時(shí)產(chǎn)生的的平衡力力。2023/3/311液壓加載載法中利利用普通通手動(dòng)液液壓加載載器配合合加荷承承力架和和靜力試試驗(yàn)臺(tái)座座使用，，是最簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的一一種加載載方法。。液壓加載載系統(tǒng)3.2靜力加載載方法設(shè)備簡(jiǎn)單單，作用用力大，，加載卸卸載安全全可靠，，與重力力加載法法相比，，可大大大減輕笨笨重的體體力勞動(dòng)動(dòng)。但如要求多點(diǎn)加加載時(shí)則需要多多人同時(shí)操縱多多臺(tái)液壓加載器器，這時(shí)難以做做到同步加載卸卸載，尤其當(dāng)需需要恒載時(shí)更難難以保持穩(wěn)壓狀狀態(tài)。所以，比比較理想的加載載方法是采用能能夠變荷的同步步液壓加載設(shè)備備來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)2023/3/312液壓加載是目前前結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中應(yīng)應(yīng)用比較普遍和和理想的一種加加載方法。最大優(yōu)點(diǎn)是利用用油壓使液壓加加載器（千斤頂頂）產(chǎn)生較大的的荷載，試驗(yàn)操操作安全方便，，特別是對(duì)于大大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件試試驗(yàn)要求荷載點(diǎn)點(diǎn)數(shù)多，噸位大大時(shí)更為合適。。電液伺服系統(tǒng)在在試驗(yàn)加載設(shè)備備中得到廣泛應(yīng)應(yīng)用后，為結(jié)構(gòu)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)M擬地震荷載、海海浪波動(dòng)等不同同特性的動(dòng)力荷荷載創(chuàng)造了有利利條件，使動(dòng)力力加載技術(shù)發(fā)展展到了一個(gè)新的的高度。3.2靜力加載方法液壓加載特點(diǎn)2023/3/313大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)機(jī)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室室內(nèi)進(jìn)行大型結(jié)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的專(zhuān)門(mén)門(mén)設(shè)備，比較典典型的是結(jié)構(gòu)長(zhǎng)長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)，用用以進(jìn)行柱、墻墻板、砌體、節(jié)節(jié)點(diǎn)與梁的受壓壓與受彎試驗(yàn)。。試驗(yàn)機(jī)由液壓壓操縱臺(tái)、大噸噸位的液壓加載載器和機(jī)架三部部分組成。大型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)試試驗(yàn)驗(yàn)機(jī)機(jī)3.2靜力力加加載載方方法法2023/3/314大型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)試試驗(yàn)驗(yàn)機(jī)機(jī)是是結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)試試驗(yàn)驗(yàn)室室內(nèi)內(nèi)進(jìn)進(jìn)行行大大型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)試試驗(yàn)驗(yàn)的的專(zhuān)專(zhuān)門(mén)門(mén)設(shè)設(shè)備備，，比比較較典典型型的的是是結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)長(zhǎng)長(zhǎng)柱柱試試驗(yàn)驗(yàn)機(jī)機(jī)，，用用以以進(jìn)進(jìn)行行柱柱、、墻墻板板、、砌砌體體、、節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)與與梁梁的的受受壓壓與與受受彎彎試試驗(yàn)驗(yàn)。。試試驗(yàn)驗(yàn)機(jī)機(jī)由由液液壓壓操操縱縱臺(tái)臺(tái)、、大大噸噸位位的的液液壓壓加加載載器器和和機(jī)機(jī)架架三三部部分分組組成成。。大型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)試試驗(yàn)驗(yàn)機(jī)機(jī)3.2靜力加載方法2023/3/315吊鏈、卷?yè)P(yáng)機(jī)、絞絞車(chē)、花籃螺絲、、螺旋千斤頂及彈彈簧等是機(jī)械力加加載常用機(jī)具。機(jī)械力與氣壓加載載設(shè)備3.2靜力加載方法2023/3/316利用氣體壓力對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)加載有兩種方方式：一種是利用用壓縮空氣加載；；另一種是利用抽抽真空產(chǎn)生負(fù)壓對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加荷荷載。由于氣壓加加載所產(chǎn)生的為均均布荷載，所以，，對(duì)于平板或殼體體試驗(yàn)尤為適合。。對(duì)于某些封閉結(jié)構(gòu)構(gòu)，可以利用真空空泵抽真空的方法法，造成內(nèi)外壓力力差，即利用負(fù)壓壓作用使結(jié)構(gòu)受力力。2023/3/317也稱(chēng)為張張拉突卸卸法。在在結(jié)構(gòu)上上拉一鋼鋼絲纜繩繩，使結(jié)結(jié)構(gòu)變形形而產(chǎn)生生一個(gè)人人為的初初始強(qiáng)迫迫位移，，然后突突然釋放放，使結(jié)結(jié)構(gòu)在靜靜力平衡衡位置附附近作自自由振動(dòng)動(dòng)。對(duì)于于小模型型則可采采用懸掛掛的重物物通過(guò)鋼鋼絲對(duì)模模型施加加水平拉拉力，剪剪斷鋼絲絲造成突突然卸荷荷。初位移加加載法3.3動(dòng)力加載載方法2023/3/318也稱(chēng)突加加荷載法法。如利利用擺錘錘或落重重的方法法使結(jié)構(gòu)構(gòu)在瞬時(shí)時(shí)內(nèi)受到到水平或或垂直的的沖擊，，產(chǎn)生一一個(gè)初速速度，同同時(shí)使結(jié)結(jié)構(gòu)獲得得所需的的沖擊荷荷載。初速度加加載法3.3動(dòng)力加載載方法2023/3/319沖擊試驗(yàn)初速度加載法法3.3動(dòng)力加載方法法2023/3/320試驗(yàn)荷載支支承裝置是是滿(mǎn)足試驗(yàn)驗(yàn)荷載設(shè)計(jì)計(jì)、實(shí)現(xiàn)荷荷載圖式、、結(jié)構(gòu)受力力和邊界條條件要求以以及保證試試驗(yàn)加載正正常進(jìn)行的的關(guān)鍵之一一。支座結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中中的支座是是支承結(jié)構(gòu)構(gòu)、正確傳傳遞作用力力和模擬實(shí)實(shí)際荷載圖圖式的設(shè)備備，通常由由支座和支支墩組成。。支座按作用用方式不同同有滾動(dòng)鉸支座座、固定鉸支座座、球鉸支座和和刀口支座座（固定鉸支支座的一種種特定形式式）幾種。。3.4載荷支承裝裝置和試驗(yàn)驗(yàn)臺(tái)座2023/3/321試驗(yàn)荷載支支承裝置是是滿(mǎn)足試驗(yàn)驗(yàn)荷載設(shè)計(jì)計(jì)、實(shí)現(xiàn)荷荷載圖式、、結(jié)構(gòu)受力力和邊界條條件要求以以及保證試試驗(yàn)加載正正常進(jìn)行的的關(guān)鍵之一一。支座鉸支座要求：1、保證試件在支座座處能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。。2、保證試件在支座座處可將力良好傳傳遞。3、試件支座處鉸的的上線(xiàn)墊板要有一一定得剛度。3.4載荷支承裝置和試試驗(yàn)臺(tái)座2023/3/3222023/3/323目前常用的反反力裝置主要要有反力墻、、反力臺(tái)座、、門(mén)式剛架、、反力架和相應(yīng)的的各種組合類(lèi)類(lèi)型，圖為《建筑抗震試驗(yàn)驗(yàn)方法規(guī)程》中建議的幾種種實(shí)驗(yàn)加載裝裝置。反力加載裝置置3.4載荷支承裝置置和試驗(yàn)臺(tái)座座2023/3/324加載反力裝置置本身應(yīng)當(dāng)具具有足夠的剛剛度、承載力力和整體穩(wěn)定定性，應(yīng)當(dāng)能能夠滿(mǎn)足試件件的受力狀態(tài)態(tài)和睦擬試件件的實(shí)際邊界界條件。加載反力裝置置應(yīng)當(dāng)盡可能能地作到結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝裝方便，以便便縮短整個(gè)實(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的周周期。2023/3/325在預(yù)預(yù)制制品品構(gòu)構(gòu)件件廠廠和和小小型型的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)試試驗(yàn)驗(yàn)室室中中，，由由于于缺缺少少大大型型的的試試驗(yàn)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)座座，，可可以以采采用用抗抗彎彎大大梁梁式式或或空空間間桁桁架架式式臺(tái)臺(tái)座座來(lái)來(lái)滿(mǎn)滿(mǎn)足足中中小小型型構(gòu)構(gòu)件件試試驗(yàn)驗(yàn)或或混混凝凝土土制制品品檢檢驗(yàn)驗(yàn)的的要要求求。。抗彎彎大大梁梁式式臺(tái)臺(tái)座座和和空空間間桁桁架架式式臺(tái)臺(tái)座座3.4載荷荷支支承承裝裝置置和和試試驗(yàn)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)座座2023/3/326由于受到到施工運(yùn)運(yùn)輸條件件的限制制，對(duì)于于一些跨跨度較大大的屋架架，噸位位較重的的吊車(chē)梁梁等構(gòu)件件，經(jīng)常常要求在在施工現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)解決決試驗(yàn)問(wèn)問(wèn)題，為為此試驗(yàn)驗(yàn)工作人人員就必必須要考考慮適于于現(xiàn)場(chǎng)試試驗(yàn)的加加載裝置置。從實(shí)實(shí)踐證明明，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)試驗(yàn)裝裝置的主主要矛盾盾是液壓壓加載器器加載所所產(chǎn)生的的反力如如何平衡衡的問(wèn)題題，也就就是要設(shè)設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)能夠代代替靜力力試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)座的荷荷載平衡