建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載方法與設(shè)備

建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載方法與設(shè)備第1頁(yè)/共57頁(yè)

如何選擇正確、合理的荷載？必須對(duì)常用的加載方法和設(shè)備有充分的認(rèn)識(shí)和了解第2頁(yè)/共57頁(yè)2.1靜載加載裝置2.2動(dòng)載加載裝置2.3試驗(yàn)設(shè)備主要包括：重物加載、機(jī)械式加載、氣壓加載、液壓加載等主要包括：慣性力加載、激振器加載等主要包括：荷載支承裝置、荷載傳遞裝置、試件支承裝置等第3頁(yè)/共57頁(yè)選擇荷載和加載方式的幾點(diǎn)要求：1、試驗(yàn)荷載的圖式2、試驗(yàn)荷載的傳力方式3、精度和強(qiáng)度4、加載裝置安全可靠5、加載設(shè)備操作方便6、加載方法力求采用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)第4頁(yè)/共57頁(yè)§2.1靜載加載裝置2.1.1重力加載

利用物體的重量作為靜荷載加于結(jié)構(gòu)上的加載方法，是最古老的一種加載方式之一。eg：天平缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大優(yōu)點(diǎn)：可以很精確，容易實(shí)現(xiàn)，可重復(fù)使用

可以實(shí)現(xiàn)均布荷載的加載，也可以實(shí)現(xiàn)集中荷載的加載。第5頁(yè)/共57頁(yè)重力加載注意事項(xiàng)：1、輕拿輕放，減少對(duì)結(jié)構(gòu)物的沖擊2、重物的體積不宜過(guò)大，要便于分級(jí)加載，質(zhì)量一般≤25kg，（人工搬運(yùn)方便）3、荷載的作用點(diǎn)要明確4、荷載的堆放要留有間隙5、要有可靠的安全防護(hù)措施第6頁(yè)/共57頁(yè)均布荷載：用加載塊作為重物均勻堆放重物注意：1、分區(qū)域加載2、區(qū)域間留間隙第7頁(yè)/共57頁(yè)用水作為重物優(yōu)點(diǎn)：1、加載卸載方便2、符合實(shí)際使用條件，還能檢驗(yàn)抗裂抗?jié)B性能第8頁(yè)/共57頁(yè)重物均勻加載第9頁(yè)/共57頁(yè)樁基、地基堆載試驗(yàn)第10頁(yè)/共57頁(yè)橋梁荷載試驗(yàn)第11頁(yè)/共57頁(yè)綦江新虹橋荷載試驗(yàn)第12頁(yè)/共57頁(yè)橋的試驗(yàn)：最好選擇晚上。晚上溫差小，白天溫差大，溫度影響較大。車流量小，周圍的振動(dòng)干撓影響小第13頁(yè)/共57頁(yè)集中荷載：利用荷重盤進(jìn)行集中荷載的加載置于荷載盤上掛于結(jié)構(gòu)上第14頁(yè)/共57頁(yè)利用杠桿，加大荷載值注意：杠桿臂之比在1：5之內(nèi)，荷載比太大就難以保證加載的準(zhǔn)確性。第15頁(yè)/共57頁(yè)

利用杠桿加載，根據(jù)試驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)條件的不同，有以下幾種方案：

杠桿加載時(shí)，需要注意的問(wèn)題：1、保證杠桿水平2、杠桿調(diào)平第16頁(yè)/共57頁(yè)§2.1靜載加載裝置2.1.2機(jī)械式加載

可以通過(guò)絞車、卷?yè)P(yáng)機(jī)、螺旋千斤頂、彈簧等實(shí)現(xiàn)加載。缺點(diǎn)：荷載較小，加卸載速度慢，荷載作用點(diǎn)的變形會(huì)引起荷載值的較大改變優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，集中力的方向便于控制

適用于施加水平荷載第17頁(yè)/共57頁(yè)

利用鋼絲或繩索施加拉力時(shí)，可以和滑輪組聯(lián)合使用，通過(guò)滑輪組來(lái)改變力的大小和方向。

測(cè)力計(jì)的兩種裝置方式

拉力的計(jì)算方式：第18頁(yè)/共57頁(yè)彈簧加載：主要用于長(zhǎng)期加載：測(cè)定長(zhǎng)期剛度、觀察裂縫注意：隨時(shí)調(diào)整彈簧來(lái)保證荷載值第19頁(yè)/共57頁(yè)問(wèn)題：1、如何進(jìn)行初始的加載呢？2、如何在試驗(yàn)中補(bǔ)加荷載呢？第20頁(yè)/共57頁(yè)§2.1靜載加載裝置1、利用壓縮空氣2、利用抽真空產(chǎn)生負(fù)壓優(yōu)點(diǎn)：加載、卸載方便，壓力穩(wěn)定缺點(diǎn)：無(wú)法觀測(cè)加載面適合平板、殼體等平面結(jié)構(gòu)施加均布荷載。2.1.3氣壓加載第21頁(yè)/共57頁(yè)第22頁(yè)/共57頁(yè)§2.1靜載加載裝置2.1.4液壓加載

利用油泵將液體壓力升高，并將此壓力施加于結(jié)構(gòu)的加載方法，是目前結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最常用的加載方法。優(yōu)點(diǎn)：利用油壓能產(chǎn)生較大的荷載，試驗(yàn)操作安全方便

第23頁(yè)/共57頁(yè)單向作用加載器：液壓加載器的四種主要方式：

1、液壓千斤頂

2、單向作用加載器

3、雙向作用加載器

4、電液伺服作動(dòng)器第24頁(yè)/共57頁(yè)單向作用加載器的結(jié)構(gòu)以及作用過(guò)程：第25頁(yè)/共57頁(yè)雙向作用加載器：第26頁(yè)/共57頁(yè)電液伺服加載器：第27頁(yè)/共57頁(yè)液壓加載系統(tǒng)：液壓試驗(yàn)機(jī)普通液壓加載系統(tǒng)電液伺服加載系統(tǒng)第28頁(yè)/共57頁(yè)第29頁(yè)/共57頁(yè)液壓加載部分油泵部分第30頁(yè)/共57頁(yè)壓彎試驗(yàn)機(jī)：第31頁(yè)/共57頁(yè)第32頁(yè)/共57頁(yè)電液伺服加載系統(tǒng)：第33頁(yè)/共57頁(yè)§2.2動(dòng)載加載裝置2.2.1慣性力加載

利用運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量的慣性施加動(dòng)力荷載。

初始位移加載法

初始速度加載法第34頁(yè)/共57頁(yè)初始位移加載：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，重物質(zhì)量不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加質(zhì)量。第35頁(yè)/共57頁(yè)初始速度加載：兩種形式：

1、用擺錘施加沖擊力荷載

2、落重法施加沖擊力荷載第36頁(yè)/共57頁(yè)§2.2動(dòng)載加載裝置2.2.2激振器加載

使結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件產(chǎn)生持續(xù)振動(dòng)的方法。

機(jī)械式激振器

電磁式激振器

電液伺服激振器第37頁(yè)/共57頁(yè)機(jī)械式激振器：

由一對(duì)轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相反、偏心質(zhì)量相同的旋轉(zhuǎn)輪組成。

垂直分力：水平分力：

缺點(diǎn)：工作頻率較小，加載設(shè)備體積較大，使用時(shí)產(chǎn)生較大噪音

離心力的大?。旱?8頁(yè)/共57頁(yè)電磁式激振器：優(yōu)點(diǎn)：頻率范圍寬，重量輕，控制方便，可按給定信號(hào)產(chǎn)生多種波形的激振力缺點(diǎn)：激振力不大，適用于小型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)第39頁(yè)/共57頁(yè)由電磁式激振器構(gòu)成的加載系統(tǒng)第40頁(yè)/共57頁(yè)電液伺服振動(dòng)臺(tái)：大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)第41頁(yè)/共57頁(yè)§2.2動(dòng)載加載裝置2.2.3其他人激振動(dòng)加載法：人身體有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，在共振情況下，可產(chǎn)生較大的激振力（有阻尼自由振動(dòng)）。環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)激振法：又稱脈動(dòng)法；由地面脈動(dòng)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)脈動(dòng)，再對(duì)其進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別。第42頁(yè)/共57頁(yè)§2.3試驗(yàn)設(shè)備2.3.1荷載支承裝置前提條件：具有足夠的強(qiáng)度和剛度1、豎向荷載支承裝置試驗(yàn)室中使用的豎向荷載支承裝置是積木式的龍門架，稱為加載架（反力架）門式加載架

反力梁

立柱

第43頁(yè)/共57頁(yè)第44頁(yè)/共57頁(yè)2、水平荷載支承裝置反力墻：是與試驗(yàn)臺(tái)座連成一體的強(qiáng)度和剛度都很大的鋼筋砼墻體。其上設(shè)置多個(gè)固定液壓加載器的T形槽，T形槽從墻根部到墻頂端的通槽。允許荷載：頂端最小，根部最大。能承受較荷載

三角反力架：只能承受不太大的水平荷載作用，通常用于中小型結(jié)構(gòu)試件試驗(yàn)。裝置可根據(jù)需要移動(dòng)。第45頁(yè)/共57頁(yè)反力墻水平加載第46頁(yè)/共57頁(yè)大型反力墻及反力架第47頁(yè)/共57頁(yè)第48頁(yè)/共57頁(yè)2.3.2荷載傳遞裝置

功能

正確傳遞作用力荷載放大荷載分配荷載作用形式轉(zhuǎn)換1、臥梁：功能：做墻體試驗(yàn)時(shí)，將集中荷載轉(zhuǎn)變?yōu)榫己奢d注意：應(yīng)滿足足夠強(qiáng)度，剛度和一定的高度。安裝時(shí)，臥梁與結(jié)構(gòu)之間應(yīng)鋪設(shè)水泥砂漿找平層§2.3試驗(yàn)設(shè)備第49頁(yè)/共57頁(yè)第50頁(yè)/共57頁(yè)2、分配梁：功能：將加載裝置施加的集中荷載按一定比例分配成兩個(gè)集中荷載，或更多。使用要求：⑴足夠的強(qiáng)度和一定剛度⑵禁止使用多跨連續(xù)梁作分配梁⑶放置層數(shù)不宜大于3層。⑷荷載分配比例一般不大于1：4⑸固支應(yīng)在分配梁荷載大的一端，滾支放小的端。⑹每個(gè)加載點(diǎn)所控制面積不宜大于1m2第51頁(yè)/共57頁(yè)第52頁(yè)/共57頁(yè)2.3.3試件支承裝置

實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)力邊界條件及位移邊界條件關(guān)鍵的試驗(yàn)裝置。支座：上部與結(jié)構(gòu)表面接觸，下部由支墩支承支墩：支座的支承裝置，鋼制或鋼砼制，可自由移動(dòng)。支承裝置經(jīng)常使用的支座：滾動(dòng)鉸支座、固定鉸支座、固定球鉸支座、活動(dòng)球鉸、固定端支座§2.3試驗(yàn)設(shè)備第53頁(yè)/共57頁(yè)常用支座第54頁(yè)/共57頁(yè)

支墩要求：1、上表面應(yīng)預(yù)埋鋼板2、應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和較大剛度3、支墩的底面積要保證在試驗(yàn)過(guò)程中不產(chǎn)生過(guò)量沉降

支座要求：1、必須保證結(jié)構(gòu)在支座處能夠自由移動(dòng)2、必須保證結(jié)構(gòu)在支座處力的傳遞第55頁(yè)/共57頁(yè)思考題：1