貴州大學建筑結構試驗-結構疲勞試驗分析

課程名稱：建筑結構試驗班級：學號：姓名：完成時間：成績：怎么看待建筑結構試驗——對結構疲勞試驗的簡單概述貴州大學土木工程學院建筑工程班摘要：結構試驗既是一門科學又是一種技術，是研究和發(fā)展土木工程新結構、新材料、新工藝以及檢驗結構分析和設計理論的重要手段，在結構工程科學研究和技術創(chuàng)新等方面起著重要作用，注重理論和實踐相結合，能使讀者全面地掌握結構試驗的基本方法和技能，適應土木工程結構設計、施工、檢測鑒定和科學研究工作的需要。關鍵詞：疲勞試驗。1、引言從材料學的觀點來看，疲勞破壞是材料損傷積累而導致的一種破壞形式。金屬材料的疲勞有以下特征：（1）、交變荷載作用下，在構件中的交變應力遠低于材料靜力強度的條件下有可能發(fā)生疲勞破壞；（2）、在單調靜載實驗中表現(xiàn)為脆性或塑性的材料，發(fā)生疲勞破壞時，宏觀上均表現(xiàn)為脆性斷裂，疲勞破壞的預兆不明顯；（3）、疲勞破壞具有顯著的局部特征，疲勞裂紋擴展和破壞過程發(fā)生在局部區(qū)域。（4）、疲勞破壞是一個累積損傷的過程，要經(jīng)歷足夠多次導致?lián)p傷的交變應力才會發(fā)生疲勞破壞。因此，疲勞破壞與靜力破壞和沖擊荷載作用下的破壞有著本質上的區(qū)別。從受力特征來看，承受反復交變荷載的結構有可能發(fā)生疲勞破壞。在建筑工程中，典型的結構構件是工業(yè)廠房中的吊車梁；橋梁工程中，鐵路橋梁的疲勞破壞是其結構設計要考慮的主要破壞形態(tài)之一。典型的工程事故是1994年韓國的圣水大橋的破壞，在建成僅15年的大橋因桁架式掛梁的吊桿疲勞斷裂，40m長的一段橋面結構墜入漢江中，15人喪生。實驗目的（1）、觀察疲勞失效現(xiàn)象和斷口特征。（2）、了解測定材料疲勞極限的方法。疲勞試驗的觀測項目與其他結構試驗相同，疲勞試驗也分為鑒定性試驗和研究型試驗。對于鋼筋混凝土或預應力混凝土構件，疲勞試驗中的觀測項目主要包括：（1）、構件開裂荷載和荷載循環(huán)次數(shù)；（2）、裂縫寬度隨荷載循環(huán)次數(shù)的變化以及新裂縫的發(fā)生和發(fā)展；（3）、構件的最大撓度及其隨荷載循環(huán)次數(shù)的發(fā)展規(guī)律；（4）、預應力混凝土構件中錨固區(qū)鋼絲的回縮；（5）、構件承載能力與疲勞荷載的關系；（6）、循環(huán)荷載作用下構件的破壞特征。對于鋼結構構件，疲勞試驗中的觀測項目主要包括：（1）、局部應力或最大應力的變化；（2）、構件的最大變形及其隨荷載循環(huán)次數(shù)的發(fā)展規(guī)律；（3）、斷裂裂紋的萌生和發(fā)展；（4）、構件承載能力與疲勞荷載的關系。不同的試驗對象和試驗目的，疲勞試驗中的觀測項目也不相同。例如，預應力混凝土構件的錨夾具組裝件疲勞試驗。屬生產鑒定性試驗，試驗中的觀測項目主要就是鋼絲相對于錨具的位移以及錨具工作狀態(tài)。而在粘鋼加固的鋼筋混凝土梁的疲勞試驗中，觀測項目往往以粘貼鋼板的應變變化作為主要觀測項目之一。疲勞試驗的荷載疲勞荷載的描述由3個參量構成，即最大荷載Pmax、最小荷載Pmin和平均荷載Pm。在鋼筋混凝土構件的鑒定性試驗中，根據(jù)短期荷載標準組合產生的最不利內力確定疲勞試驗的最大荷載Pmax，最小荷載Pmin一般取為疲勞試驗機可以穩(wěn)定控制的最小荷載值。疲勞試驗的加載頻率一般為200~400次/分鐘。有人認為，當應力水平在0.7~0.75以下時，加載頻率在1~10Hz之間對混凝土或鋼的疲勞試驗結果影響很小。疲勞試驗的時間較長，以400次/分鐘的加載頻率計算，完成200萬次疲勞試驗所需時間為83.5h，如果降低加載頻率，試驗時間更長?？紤]到試驗成本，本多在疲勞試驗機容許的加載頻率范圍內選用較快的加載頻率。但是，當試驗對象具有明顯的粘彈性特征時，必須仔細分析加載頻率的影響，使試驗結果能更準確的反應試驗對象的基本力學性能。疲勞荷載作用次數(shù)是疲勞試驗中的一個重要控制指標。結構設計規(guī)范對吊車梁、鐵路橋梁等結構構件的疲勞荷載次數(shù)規(guī)定為20~40萬次。在結構性能研究中，為了得到構件的壽命曲線和疲勞極限，疲勞荷載次數(shù)可以在更大的范圍內變化。對于鑒定性試驗，一般在完成規(guī)定次數(shù)的疲勞荷載后，檢查構件的各性能指標是否滿足要求，疲勞試驗即告結束。而研究型疲勞試驗在完成預定次數(shù)的疲勞加載后，往往再進行靜載試驗，研究疲勞荷載對構件承載能力的影響。在研究性疲勞試驗中，另外一種疲勞試驗的加載方案是不預先規(guī)定疲勞荷載作用次數(shù)，施加疲勞荷載直到構件發(fā)生破壞。也可以按照一定規(guī)則改變疲勞荷載控制參量，直到構件破壞。疲勞試驗的測試內容與試驗方法疲勞試驗屬于動載試驗。試驗過程中，所有信息都在隨時間變化，但是在一定長度的荷載循環(huán)中，試驗信息的變化幅度不大，沒有必要采用自動數(shù)據(jù)采集設備連續(xù)記錄試驗數(shù)據(jù)。在200萬次的疲勞試驗中，一般每隔10萬次采集一次數(shù)據(jù)，記錄最大變形、最大應變以及裂縫分布等數(shù)據(jù)。疲勞試驗中，可以采用動態(tài)測試儀器和儀表測量試驗數(shù)據(jù)，在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)時不停機進行測試。有時也可以采用靜態(tài)測試儀器儀表，測量時，采用靜力加載方式，分別在最大試驗荷載和最小試驗荷載時測量試驗數(shù)據(jù)。但應注意，疲勞試驗均為荷載控制，試驗荷載值必須采用動態(tài)方式測量和記錄，以便對試驗過程進行監(jiān)控，對試驗荷載值的偏差及時進行調整。疲勞試驗中的觀測內容與靜載試驗中的觀測內容基本相同，主要包括構件的變形、應變分布以及裂縫的變化。與常規(guī)靜載試驗不同之處在于疲勞試驗所獲取的數(shù)據(jù)一般都是以荷載相同為前提條件，測試數(shù)據(jù)隨循環(huán)次數(shù)的變化反映出結構或構件性能的變化，也就是結構或構件的疲勞性能。由于疲勞試驗循環(huán)次數(shù)多，時間長，為避免測試傳感器因疲勞而發(fā)生故障，多采用非接觸式的位移傳感器測量試件的變形，例如，采用差動變壓器式的位移傳感器。應變測量一般采用電阻應變片，但電阻應變片的安裝比常規(guī)靜載試驗有更高的要求，電阻應變片的生產廠家可以提供專門用于疲勞試驗的電阻應變片和專用膠水。疲勞試驗過程中，可能產生較大的振動。安裝脈動千斤頂?shù)募虞d鋼架，安裝試件的支架和支座，脈動千斤頂與試件直接的連接件，甚至連接脈動千斤頂和疲勞試驗機油管都可能由于體系的持續(xù)振動而出現(xiàn)問題，如試件偏位，支座移動或連接部位拉動等。因此，整個試驗裝置必須連接牢固，有限制試件移動的限位裝置，試件安裝時應仔細對中。構件的疲勞破壞有可能是突然的脆性破壞，例如，疲勞斷裂破壞。試驗裝置應具有安全防護能力，避免人員和設備因構件突然破壞而受損。結語以上內容主要是介紹了結構疲勞試驗的基本內容，讓我在