注冊(cè)結(jié)構(gòu)專業(yè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)講義

PAGEPAGE15頁(yè)第三節(jié)結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)是指在短時(shí)期內(nèi)對(duì)試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行平穩(wěn)地一次連續(xù)施加荷載，荷載從“零”開始一直加到結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞，或是在短時(shí)期內(nèi)平穩(wěn)地施加若干次預(yù)定的重復(fù)荷載后，再連續(xù)增加荷載直到結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞。一、結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)的加載制度試驗(yàn)加載制度指的是試驗(yàn)進(jìn)行期間荷載與時(shí)間的關(guān)系。試驗(yàn)加載的數(shù)值及加載程序取決于不同的試驗(yàn)對(duì)象和試驗(yàn)?zāi)康??？茖W(xué)研究與生產(chǎn)鑒定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗(yàn)一般均需作破壞試驗(yàn)，試驗(yàn)加載常是分級(jí)并按幾個(gè)循環(huán)進(jìn)行，最后才加載至結(jié)構(gòu)破壞。在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)就必須按試驗(yàn)的性質(zhì)和要求分別確定相應(yīng)于各個(gè)受力階段的試驗(yàn)荷載值。各種不同的試驗(yàn)荷載值可按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求進(jìn)行計(jì)算。圖18—3—1是一個(gè)典型的單調(diào)加載靜力試驗(yàn)的加載程序?；炷两Y(jié)構(gòu)試驗(yàn)的荷載分級(jí)、加載程序和測(cè)讀時(shí)間等可按《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB50152—92)第四章試驗(yàn)荷載和加載方法第三節(jié)加載程序的規(guī)定進(jìn)行。二、受彎構(gòu)件試驗(yàn)（一）試件安裝和加載方法預(yù)制板和梁等受彎構(gòu)件一般都是簡(jiǎn)支的，試驗(yàn)安裝時(shí)都采用正位試驗(yàn)。板一般是承受均布荷載，應(yīng)將荷載均勻施加于板面。梁承受的荷載較大，施加集中荷載時(shí)可用杠桿加載，更方便的是用液壓加載器通過分配梁或由液壓加載系統(tǒng)控制多臺(tái)加載器直接加載。受彎構(gòu)件試驗(yàn)中經(jīng)常采用等效荷載，即用幾個(gè)等效的集中荷載來替代均布荷載進(jìn)行試驗(yàn)。（二）試驗(yàn)觀測(cè)和測(cè)點(diǎn)布置1．撓度測(cè)量受彎構(gòu)件最主要量測(cè)跨中的最大撓度值fmax和彈性撓度曲線。為了測(cè)得真正的fmax，同時(shí)還必須量測(cè)構(gòu)件兩端支座處支承面的剛性位移或沉降值，所以至少要按圖18—3—2(a)所示布置三個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)于跨度較大的梁，為了求得梁在變形后的彈性撓度曲線，則相應(yīng)的要增加至5—7個(gè)測(cè)點(diǎn)，并沿梁的跨間對(duì)稱布置，如圖18—3—2(b)所示。對(duì)于寬度較大的單向板，一般均需在板寬的兩側(cè)布點(diǎn)，當(dāng)有縱肋的情況下，撓度測(cè)點(diǎn)可按測(cè)量梁的撓度的原則布置于肋下。2．應(yīng)變測(cè)量在梁承受正負(fù)彎矩最大的截面或彎矩突變的截面上布置測(cè)點(diǎn)。對(duì)于變截面的梁，則應(yīng)在抗彎控制截面上布置測(cè)點(diǎn)(即在截面較弱而彎矩值較大的截面上)。有時(shí)，也需在截面急驟變化的位置上設(shè)置測(cè)點(diǎn)。如果只要求測(cè)量彎矩引起的最大應(yīng)力，則只需在梁截面的對(duì)稱軸(圖18—3—3a)上下邊緣纖維處安裝應(yīng)變計(jì)即可。或是在對(duì)稱軸的兩側(cè)各設(shè)一個(gè)儀表，以求取它的平均應(yīng)變量。每一象限內(nèi)切向連續(xù)布置五個(gè)單向測(cè)點(diǎn)。如能估計(jì)最大應(yīng)力在某一象限，則其他象限內(nèi)的測(cè)點(diǎn)數(shù)可減為三點(diǎn)。3．裂縫測(cè)量在彎矩最大的受拉區(qū)段內(nèi)連續(xù)交錯(cuò)布置應(yīng)變計(jì)來控制垂直裂縫開裂的時(shí)間與部位(圖18—3—6)。如圖中的荷載應(yīng)變曲線所示，當(dāng)曲線產(chǎn)生突然轉(zhuǎn)折的現(xiàn)象，即可判明它已開裂。裂縫的寬度可根據(jù)裂縫出現(xiàn)前后兩級(jí)荷載所產(chǎn)生的儀器讀數(shù)差值來表示。當(dāng)裂縫用肉眼可見時(shí)，其寬度可用最小刻度為0．0lmm或0．05mm的讀數(shù)放大鏡測(cè)量。斜截面上的主拉應(yīng)力裂縫出現(xiàn)在剪力較大的區(qū)段內(nèi)，由于混凝土梁的斜裂縫約與水平軸成450左右的角度，則儀器標(biāo)距方向應(yīng)與裂縫方向垂直。如圖18—3—6所示。每一構(gòu)件中測(cè)定裂縫寬度的裂縫數(shù)目一般不少于3條，包括第一條出現(xiàn)的裂縫以及開裂最大的裂縫，取其中最大值為最大裂縫寬度值。垂直裂縫的寬度應(yīng)在構(gòu)件的側(cè)向相應(yīng)于受拉主筋高度處量測(cè)，斜裂縫的寬度應(yīng)在斜裂縫與箍筋或彎起鋼筋交匯處量測(cè)。同時(shí)還須量測(cè)每級(jí)荷載后裂縫擴(kuò)展的長(zhǎng)度和裂縫的間距，并在試件上標(biāo)出，繪制裂縫展開圖。三、柱與壓桿試驗(yàn)（一）試件安裝和加載方法對(duì)于柱和壓桿試驗(yàn)可以采用正位或臥位試驗(yàn)的安裝和加載方案。在有大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)條件時(shí)，試件可在長(zhǎng)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(duì)于高大的柱子正位試驗(yàn)時(shí)安裝和觀測(cè)均較費(fèi)力，這時(shí)可以改用臥位試驗(yàn)方案(圖18—3—7)比較安全，但安裝就位和加載裝置往往又比較復(fù)雜，同時(shí)在試驗(yàn)中要考慮臥位時(shí)結(jié)構(gòu)自重所產(chǎn)生的影響。當(dāng)構(gòu)件兩端采用鉸支座時(shí)，一般采用構(gòu)造簡(jiǎn)單效果較好的刀口支座。（二）試驗(yàn)觀測(cè)和測(cè)點(diǎn)布置壓桿與柱的試驗(yàn)一般觀測(cè)各級(jí)荷載下的側(cè)向位移值及變形曲線；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。圖18—3—8所示為偏心受壓短柱試驗(yàn)時(shí)的測(cè)點(diǎn)布置。試件的側(cè)向位移是由布置在受拉區(qū)邊緣的百分表或撓度計(jì)進(jìn)行量測(cè)，除了量測(cè)中點(diǎn)最大的側(cè)移值外，可用側(cè)向五點(diǎn)布置法量測(cè)側(cè)移曲線。對(duì)于正位試驗(yàn)的長(zhǎng)柱它的側(cè)向位移可用經(jīng)緯儀觀測(cè)。受壓區(qū)邊緣布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，可以單排布點(diǎn)于試件側(cè)面的對(duì)稱軸線上或在受壓區(qū)截面的邊緣兩排對(duì)稱布點(diǎn)。壓桿中部沿壓桿截面高度布置5～7個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。受拉區(qū)鋼筋應(yīng)變同樣可以用內(nèi)部電測(cè)方法進(jìn)行。對(duì)于雙肢柱試驗(yàn)，除了測(cè)量肢體各截面的應(yīng)變外，尚需測(cè)量腹桿的應(yīng)變，以確定各桿件的受力情況。其中應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在各截面上下成對(duì)布置，以便分析各截面上可能產(chǎn)生的彎矩。四、屋架試驗(yàn)（一）試件的安裝和加載方法屋架試驗(yàn)一般均采用正位試驗(yàn)，由于屋架的出平面剛度較弱，安裝時(shí)必須設(shè)置側(cè)向支撐，以保證屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定。側(cè)向支撐點(diǎn)的間距應(yīng)不大于上弦桿出平面的設(shè)計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度。同時(shí)側(cè)向支撐應(yīng)不妨礙屋架在受載平面內(nèi)的豎向位移。圖18—3—9是一般采用的幾種屋架側(cè)向支撐方式。在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行屋架試驗(yàn)時(shí)還可以采用兩榀屋架對(duì)頂?shù)呐P位試驗(yàn)。這時(shí)對(duì)用作支承平衡的一榀屋架必須作適當(dāng)?shù)募庸獭Ｎ菁苓M(jìn)行非破壞性試驗(yàn)時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)也可以采用兩榀屋架同時(shí)試驗(yàn)的方案，這時(shí)出平面穩(wěn)定問題可用圖18—3—9(c)的K形水平支撐體系來解決。也可以用大型屋面板做水平支撐。屋架試驗(yàn)時(shí)支承方式與梁試驗(yàn)相同，由于屋架受載后下弦變形伸長(zhǎng)，所以支座上的支承墊板應(yīng)留有充分余地。屋架試驗(yàn)的加載方式可以采用重力直接加載(當(dāng)兩榀屋架成對(duì)正位試驗(yàn)時(shí))，由于屋架大多是在節(jié)點(diǎn)承受集中荷載，一般用杠桿重力加載。在屋架試驗(yàn)中由于施加多點(diǎn)集中荷載，所以采用同步液壓加載是最理想的方案，但也需要液壓加載器活塞有足夠的有效行程，適應(yīng)結(jié)構(gòu)大撓度變形的需要。（二）試驗(yàn)觀測(cè)和測(cè)點(diǎn)布置進(jìn)行量測(cè)其應(yīng)力變化，但必須注意做好應(yīng)變計(jì)的防潮防護(hù)措施，并將鋼筋成束后送人下弦預(yù)留的孔道內(nèi)部。如屋架預(yù)應(yīng)力鋼筋采用先張法施工時(shí)，則上述量測(cè)準(zhǔn)備工作均需在施工張拉前到預(yù)制構(gòu)件廠或施工現(xiàn)場(chǎng)就地進(jìn)行。5．裂縫測(cè)量預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架要實(shí)測(cè)預(yù)應(yīng)力桿件的開裂荷載值；量測(cè)使用狀態(tài)試驗(yàn)荷載值作用下的最大裂縫寬度及各級(jí)荷載作用下的主要裂縫寬度。量測(cè)屋架端節(jié)點(diǎn)的斜裂縫，腹桿與下弦拉桿以及節(jié)點(diǎn)的交匯處的開裂狀態(tài)。在屋架試驗(yàn)的觀測(cè)設(shè)計(jì)中，利用結(jié)構(gòu)與荷載對(duì)稱性的特點(diǎn)，經(jīng)常在半榀屋架上考慮測(cè)點(diǎn)布置與安裝主要儀表，而在另半榀屋架上僅布置若干對(duì)稱測(cè)點(diǎn)，作為校核之用。五、薄殼和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)薄殼和網(wǎng)架是適用于大跨度建筑的空間結(jié)構(gòu)。一般按結(jié)構(gòu)實(shí)際尺寸用縮小1／5—1/20的模型作為試驗(yàn)對(duì)象，可將這種縮尺模型作為縮小了若干倍的實(shí)物結(jié)構(gòu)直接計(jì)算，最后將試驗(yàn)結(jié)果和理論值直接比較。（一）試件安裝和加載方法薄殼結(jié)構(gòu)一般均有側(cè)邊構(gòu)件，其支承方式可類似雙向平板一樣，可有四角支承或四邊支承，這時(shí)結(jié)構(gòu)支承可用固定鉸、活動(dòng)鉸及滾軸等組成。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)中一般按實(shí)際結(jié)構(gòu)支承點(diǎn)的個(gè)數(shù)將網(wǎng)架模型支承在剛性較大的型鋼圈梁上。一般支座均為受壓，采用螺栓做成高低可調(diào)節(jié)的支座，如圖18—3—15(a)所示。由于網(wǎng)架平面體型的不同，在邊界角點(diǎn)及其鄰近的支座經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)受拉現(xiàn)象，在工程試驗(yàn)中采用了鋼球鉸點(diǎn)支承形式如圖18—3—15(b)，圖18—3—15(c)所示鎖形拉壓兩用支座，它可以適應(yīng)于受壓或受拉的受力狀態(tài)。對(duì)于四立柱支承的方形雙向正交網(wǎng)架模型試驗(yàn)中，采用了球面板做成的鉸接支座(圖18—3—15d)。殼體結(jié)構(gòu)一般情況下可以用重力直接加載，將荷載分垛鋪設(shè)于殼體表面；也可以通過殼面預(yù)留的洞孔直接懸吊荷載(圖18—3—16)并可在殼面上用分配梁系統(tǒng)施加多點(diǎn)集中荷載。18—3—23(c)、(d)、(e)所示方式加載。而產(chǎn)生的理論誤差僅在2％以內(nèi)。對(duì)于多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，一般只需考慮五跨內(nèi)荷載的相互影響，有時(shí)為了減少荷載數(shù)量和加載工作量，采用等效荷載的方法。如為求五跨連續(xù)梁中的最大計(jì)算跨間彎矩，可僅加載于所試驗(yàn)的跨間，而其他跨間則不加荷載。此時(shí)活載的等效荷載Pl按(圖18—3—24)的荷載圖式施加。當(dāng)用跨間等效荷載加載時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意檢查相鄰跨間負(fù)彎矩的出現(xiàn)，如果出現(xiàn)在數(shù)量上有不容許的負(fù)彎矩時(shí)，應(yīng)適當(dāng)更改加載方法予以抵消。（二）試驗(yàn)觀測(cè)鋼筋混凝土平面樓蓋整體試驗(yàn)通常是非破壞性的。在觀測(cè)中主要是鑒定結(jié)構(gòu)的剛度及抗裂性為主要依據(jù)，為此主要是測(cè)定結(jié)構(gòu)梁板的撓曲變形，由結(jié)構(gòu)的最大撓度及殘余變形作為衡量結(jié)構(gòu)剛度的主要指標(biāo)。這時(shí)撓度測(cè)點(diǎn)的布置可按一般梁板結(jié)構(gòu)的布置原則來考慮，試驗(yàn)梁板的撓度可在下一層樓內(nèi)進(jìn)行布點(diǎn)觀測(cè)。為考慮支座沉陷影響，可以將儀表架安裝在次梁上，以測(cè)量板的撓曲從而很方便地自動(dòng)消除作為板的支承點(diǎn)次梁的下沉影響。對(duì)于已建建筑或受災(zāi)結(jié)構(gòu)，為了觀測(cè)結(jié)構(gòu)受載后混凝土的開裂情況，也必須在加載試驗(yàn)的同時(shí)觀測(cè)結(jié)構(gòu)各部分的開裂和裂縫發(fā)展情況，以便更好地說明結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作。如果認(rèn)為有必要也可以通過應(yīng)變測(cè)點(diǎn)同時(shí)量測(cè)梁板結(jié)構(gòu)在承受荷載作用下的應(yīng)力分布情況。七、原型結(jié)構(gòu)和足尺模型的整體試驗(yàn)（一）試驗(yàn)荷載和加載方法以國(guó)內(nèi)進(jìn)行過數(shù)量較多的磚混或砌塊結(jié)構(gòu)整體抗震靜力試驗(yàn)為例，由于試驗(yàn)對(duì)象在尺寸上的特殊性，很少有條件能在大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，幾乎全部是在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的。試驗(yàn)時(shí)作用在樓面和屋面的垂直荷載可用重力荷載模擬，在施加水平荷載前一次加足。模擬地震作用的水平荷載按地震烈度設(shè)防要求進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)結(jié)構(gòu)高度按倒三角形分配作用于屋面及各層樓板，在每層平面內(nèi)的荷載按墻體布置進(jìn)行分配。水平荷載可用同步液壓加載系統(tǒng)多點(diǎn)同步加載。在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)要利用臨近有足夠強(qiáng)度剛度的原有建筑為支承樓，替代試驗(yàn)室內(nèi)抗側(cè)力臺(tái)座的反力墻(圖18—3—25)承受施加水平荷載時(shí)的反作用力。試驗(yàn)加載要分為彈性、彈塑性和破壞倒塌等各個(gè)階段進(jìn)行。當(dāng)試驗(yàn)加載條件許可時(shí)，也可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行在控制變形或控制荷載條件下的低周反復(fù)加載試驗(yàn)。（二）試驗(yàn)觀測(cè)內(nèi)容1．結(jié)構(gòu)的水平位移測(cè)量試驗(yàn)橫墻頂端及各層樓面標(biāo)高處的水平位移。在彈性階段利用重錘位移計(jì)將結(jié)構(gòu)上部位移通過鋼絲線錘傳移到地面，用位移計(jì)進(jìn)行量測(cè)。結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性及破壞階段，以經(jīng)緯儀為主測(cè)量。同時(shí)采用激光位移計(jì)量測(cè)頂層墻體位移。2．基礎(chǔ)的沉降、轉(zhuǎn)角和水平位移外墻采用精密水準(zhǔn)儀和位移計(jì)量測(cè)基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)動(dòng)和沉降，內(nèi)墻可采用電子傾角儀量測(cè)。由此可消除由于基礎(chǔ)沉降、轉(zhuǎn)動(dòng)和水平位移對(duì)結(jié)構(gòu)墻體水平位移的影響。3．測(cè)量墻體水平截面上的豎向應(yīng)變(正應(yīng)力)及縱橫墻共同工作情況在一、二層墻體底部的一、二皮磚或砌塊上沿縱橫墻布置豎向應(yīng)變測(cè)點(diǎn)?？刹捎们Х直砗碗娮钁?yīng)變計(jì)來量測(cè)應(yīng)變。4．測(cè)量底層橫墻底部水平灰縫的剪切變形，分析橫墻截面剪應(yīng)力分布規(guī)律5．墻體裂縫觀測(cè)例：1．預(yù)加載的目的不包括下列哪一項(xiàng)?(D)(A)使結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常的工作狀態(tài);(B)檢查現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)組織工作和人員工作情況;(C)檢查全部試驗(yàn)裝置和荷載設(shè)備的可靠性;(D)確定開裂荷載值。2.單調(diào)加載靜力試驗(yàn)中,預(yù)加載的目的是(D)。①檢查現(xiàn)場(chǎng)的