工程結構靜力試驗

土木工程構造試驗講 稿長沙理工大學土木與建筑學院2023-5-11/11第三章 工程構造靜力試驗概述構造變形、內力承載力氣等變化規(guī)律。構造上的荷載按是否引起構造動力反響(如慣性力、加速度)分為靜力荷載和動力荷載，因此，工程構造試驗也分為靜力試驗和動力試驗。對構造施加靜力荷載以模擬構造工作狀態(tài)的試驗稱為構造靜力試驗。全部構造都要承受靜力荷載(如構造和固定設備自重等)，有些構造雖然承受動力荷載，算，將動力計算轉化為相當的靜力計算，以沖擊系數考慮動力荷載；或進展動力試驗時，需要測定構造有關特性參數，或進展動、靜力試驗比照等等，由于這些因素，構造都需要進展試驗荷載系統(tǒng)系統(tǒng)。試驗荷載系統(tǒng)必需滿足以下根本要求：1、符合試件受力方式和邊界條件要求，以保證試驗的準確。25％，以保證測試的準確度。3、加載設備應有足夠的強度和剛度，并有足夠的安全貯存。4、應能便利調整和分級加〔卸〕載，以便把握加〔卸〕載速率。置。均布荷載重物加載、水加載、氣壓加載等均布荷載重物加載、水加載、氣壓加載等集中荷載千斤頂加載、杠桿加載、彈簧加載、支座、支墩相適應，這是試驗裝置設計中應考慮的重要問題。支座按自由度不同分為滾動鉸支座、固定鉸支座和球鉸支座等。支座一般用鋼材制作，必需另加墊扳．例如梁類構件，上墊板寬度應不小于梁的底面寬度，長度l依據梁在支座處的強度按下式計算：

l Rbfc——支座反力；b——上墊板寬度m；f ——混凝土抗壓強度設計值〔MPa 。c2fa2fa2cfh式中a——滾軸中心線至墊板邊沿的距離(mm)；f——墊板鋼材的強度設計值(MPa)。、反力架、反力墻材制作，用地腳螺栓固定于試驗臺座上。3.2.4、試驗臺座(板式)或箱形(箱式)構造，臺面用于固定試驗構件、加載設備、反力設備，并承受試驗荷載。3/11構造變形、振動等參數，要求試驗臺座有足夠的強度、足夠的質量和極大的剛度。因此，試驗臺座板厚達lm以上甚至幾米，為提高整體剛度，降低板厚，可做成箱形構造．地腳螺絲式用于板式試驗臺。一、設備的選用

試驗測量設備牢靠試驗數據。要取得牢靠試驗數據，就必需了解各種測量儀器，并正確使用它們．一次試驗要用哪些儀器要依據試驗目的和測量工程來定要求，如精度、量程、靈敏度、使用環(huán)境等；②同一物理量測量儀器型號盡量一樣，避開系④為保證測試數據的準確性、科學性，檢查儀器是否按期標定。1、準確度度，重復性好即周密度高。準確度是指測量值與實際值的接近程度，接近程度好準確度高。2、量程量程是指儀器的測量上限值(最大值)與下限值(最小值)的代數差，即測量范圍。通常電測儀器的上限值與下限值四周測量誤差整較大，不宜在該區(qū)段內使用．3、靈敏度靈敏度是指被測參數〔輸入量〕的單位增量引起儀器讀數〔輸出量〕的增量，即輸出增量與輸入增量之比、設備測試原理靜力試驗的測量工程不外乎是作用在構造上的力(如荷載及支座反力等)及構造作用效力試驗測量工程分，有應變、力、位移、曲率、裂縫等測量儀器。〔一〕應變測量儀器1、電阻應變儀測量法電測法是將非電量(構件外表的應變)通過粘貼在其外表測點上的應變轉換元件轉變成電阻值的變化,再通過電橋、放大電路、A/D轉換電路按確定的比例關系轉換成應變值。①電阻應變計的工作原理電阻應變計的種類很多，一般主要由基底、電阻絲、引出線、掩蓋層用膠水粘貼而成?；缀脱谏w層主要起隔離、保護電阻絲的作用，引出線則起連接電阻絲與測量導線之作用。常溫應變片主要有絲繞式、箔式、半導體式等應變片。金屬絲受到拉伸〔或壓縮〕時，電阻值會發(fā)生變化。金屬絲的電阻RL成正比，與其橫截面積S成反比，并與材料的電阻率有關，它們的關系式為LRA為了求得電阻的變化，上式取對數后再微分，得dRd

dL dA

〔1〕R L ALL式中d LL明顯：dLL 〔2〕金屬絲處于單向受力狀態(tài)，它的截面面積的相對變化和〔2〕式間的關系可依據泊松效應表示為dA2(dL)2 〔3〕A L將(2)、(3)式代入(1)式。得dRd2(d/12) 〔4〕R 5/11令

12) 〔5〕將〕代入，則假設用電阻增量表示則有

dRKRRK 〔6〕R或

R/RKKK值一般由生產廠家抽樣標定并在產品包裝上標明。②靜態(tài)電阻應變儀把放大的電信號轉變成應變顯示出來的一種特地用于測試應變的儀器惠斯頓電橋電路來測量應變計的阻值變化。從圖中我們可以知道，假設橋臂AB、BC、CD、DA均由因試驗所需粘貼的電阻應變

聯(lián)接而成，稱之為全橋聯(lián)接；假設只有AB、BC橋臂聯(lián)接的是構件上的1 2 3 4R、R1 2

，而CD、DA橋臂聯(lián)接的為儀器內部周密無感電阻r，則稱為半橋聯(lián)接。由電工學原理我們知道：U由電工學原理我們知道：UUBAU=IRIR1 1 2 4RRRR(RR)(RR)1 32 4V〔1〕1 2 3 4如需U0，則RR RR1 32 4〔2〕在電橋平衡后，現(xiàn)假定構件受力，四個橋臂上的電阻應變計均不同程度產生微小的電阻增量?R、?R、?R、?R，無視二階無窮小之后，〔1〕式可得：1 2 3 4V R R R RU [ 14 R

R2

R3

R4] 〔3〕1 2 3 4將R/R代入3：KKV(4 1 2

3

) 〔4〕上式中各項之間的關系可以用一句話進展總結：相鄰的橋臂應變值相互抵消，相對的橋的加減特性。③溫度補償技術排解溫度影響的措施叫做溫度補償。目前消退溫度影響的方法有兩類：一是利用溫度自補償應變計補償法；二是在常溫中常常使用的橋路補償法。橋路補償法又可分為補償片補償法和工作片補償法。a、補償片補償法R為粘貼在預備測試的構件上的工作片，接入電變化概括起來包括兩方面〔排解溫度影響的措施叫做溫度補償。目前消退溫度影響的方法有兩類：一是利用溫度自補償應變計補償法；二是在常溫中常常使用的橋路補償法。橋路補償法又可分為補償片補償法和工作片補償法。a、補償片補償法R為粘貼在預備測試的構件上的工作片，接入電1橋的AB橋臂上，當構件受力時，工作片反映出的應變包括：構件受力引起的應變 ，溫1p度變化引起的應變 。補償片R由于不受力，所以僅產生由溫度引起的應變 即：1T 2 2T 1P 1T 2TK補償塊放置在同一溫度場中因此 。另外兩橋臂CD、DA為儀器內部電阻，不反1T 2T映應變變化，即 0。依據電橋的加減特性，3 4 儀 1 2 3 4 1P T1 T2 1P溫度變化產生的虛假應變T

，由于橋路中接入補償片而被消退。7/11b、工作片補償法RR1 2

RR1 2

所感受到的應變分別為： 1P 1T 2P 2T假設橋路補償法的條件成立，則由于R、R1 2

分別接入電橋中相鄰的兩個橋臂，因此可以起到溫度補償的作用。工作片補償法常用的有以下兩種狀況：例如：在受拉的等截面直桿上，R沿桿的軸線方向粘貼，R1

2

2P

1p 1T依據電橋的加減特性，有 儀 1 2

3

1P

(1P

T 1PRR1 2

沿梁的軸向分別粘貼在梁的中性層兩側的對稱位置處，也屬此狀況： ( )2儀 1 2 3 4 1P T 1P T 1P靜態(tài)應變數據采集系統(tǒng)：具有采樣通道多、采樣數據量大、采樣自動化等特點．數據采集系統(tǒng)適用于做大型構造靜力試驗。2、應變的其他測量方法①手持應變儀：原理與千分表測量應變裝置一樣。②千分表測量應變裝置：兩端結實固定在被測構件外表，一端固定千分表一端固定剛性桿，測出構件的伸長〔縮短〕量，除以標距即可得到應變。共振頻率，通過轉換以微應變顯示出來?！捕称渌麉禍y量儀器1、變形測量儀器①位移計：百分表、千分表、滑阻式位移傳感器、差動式位移傳感器②其他位移測量儀器：撓度計、水準儀、經緯儀等共振頻率，通過轉換以微應變顯示出來?！捕称渌麉禍y量儀器1、變形測量儀器①位移計：百分表、千分表、滑阻式位移傳感器、差動式位移傳感器②其他位移測量儀器：撓度計、水準儀、經緯儀等③其他變形測量儀器：傾角儀、曲率儀、扭角儀等2、裂縫測量儀表①刻度放大鏡：③其他變形測量儀器：傾角儀、曲率儀、扭角儀等2、裂縫測量儀表①刻度放大鏡：〔三〕測力設備應變式傳感器及測力儀振弦式應變計及應變儀油壓千斤頂及油泵工程構造試驗方法、試驗前的預備工作構造靜力荷載試驗的目的是通過對試驗構造或構件直接施加荷載作用，采集試驗數據，的設計文件。試驗大綱的內容一般包括：1、概要簡要介紹為確定試驗目的和內容所進展的調查爭論及已有的試驗爭論成果，提出試驗目的和意義，試驗承受的標準和依據，試驗的根本要求等。2、試件設計及制作工藝說明主要試驗參數，列出試件的規(guī)格和數量，繪制試件制作作幾安裝工藝要求。3、加載方案與設備含荷載種類及數量，加載設備裝置和加載方案等。4數據采集和記錄，傳感器的標定，測量儀表的補償措施等。5、安全與防護措施包括人身和設備、儀器儀表等方面的安全措施。9/116、試驗組織與治理含試驗進度打算、人員組織分工、指揮調度程序，相關技術資料治理等。7、試驗數據分析的要求。8、附錄所需器材、儀表、設備及原材料總清單，觀測記錄表格以及必要的關心試驗說明等。、一般構造構件靜力試驗構造靜載試驗可分為短期荷載試驗和長期荷載試驗載試驗和反復加載靜載試驗，本節(jié)主要爭論單調加載靜載試驗。單調加載靜載試驗主要用于模擬構造承受靜載作用下，觀測和爭論構造及構件的強度、剛度、裂縫、穩(wěn)定性等根本性能和破壞機制。梁、板、柱、桁架是常見的根本承重構造和構件，下面以混凝土梁板為例介紹他們的根本試驗方法。1、試驗裝置與加載方案致造成的影響。簡支的梁或單向板試驗，常承受一端為固定支座，另一端為活動鉸支試驗裝置進展試驗。簡支梁的靜載試驗最常見的加載方式為兩點加載〔見致造成的影響。簡支的梁或單向板試驗，常承受一端為固定支座，另一端為活動鉸支試驗裝置進展試驗。簡支梁的靜載試驗最常見的加載方式為兩點加載〔見圖。可認為是施加的荷載與時間的關系。荷載增量的大小和分級的數量應依據試驗目的和試件類荷載增量的大小和分級的數量應依據試驗目的和試件類20%，正常使用荷載之后每級荷載不宜大于使用荷載的10%，在到達開裂荷載或破壞荷載的90%后，級距不5%。2、觀測方案依據試驗目的和要求，試驗觀測方案應包括以下內容：⑴觀測工程荷載、位移、轉角、應變、裂縫分布與裂縫寬