結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)

第5章

結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)

建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)1主要內(nèi)容

5.1概述5.2結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)的加載制度5.3基本構(gòu)件的單調(diào)加載靜力試驗(yàn)5.4擴(kuò)大構(gòu)件的單調(diào)加載靜力試驗(yàn)5.5建筑物或其部件的單調(diào)加載靜力試驗(yàn)25.1概述定義：?jiǎn)握{(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)的一次連續(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。單調(diào)加載靜力試驗(yàn)是最普遍的試驗(yàn)類型。單調(diào)加載靜力試驗(yàn)主要用于模擬結(jié)構(gòu)承受靜荷載作用下觀測(cè)和研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、抗裂性等基本性能和破壞機(jī)制。35.2結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)的加載制度定義：試驗(yàn)進(jìn)行期間荷載與時(shí)間的關(guān)系。試驗(yàn)加載應(yīng)與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況吻合，如三種荷載組合（短期、長(zhǎng)期、基本）情況。典型的單調(diào)加載靜力試驗(yàn)的加載程序。預(yù)加載試驗(yàn)?預(yù)加載荷載值為開裂荷載的70％左右，一般為開裂荷載的30-70％。4單調(diào)靜力試驗(yàn)的加載程序55.2結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)的加載制度（續(xù)）開裂前，在達(dá)到開裂荷載計(jì)算值的90％以前，按荷載短期效應(yīng)組合的20％分級(jí)；開裂前，達(dá)到開裂荷載計(jì)算值的90％后，按荷載短期效應(yīng)組合的5％分級(jí)；開裂后，直至達(dá)到荷載短期效應(yīng)組合值，仍按20％分級(jí)；超過荷載短期效應(yīng)組合值后，直到結(jié)構(gòu)屈服前，按10％分級(jí)；結(jié)構(gòu)屈服后，按Δy的倍數(shù)施加荷載，按2Δy、3Δy、4Δy分級(jí)?？蒲行栽囼?yàn)荷載量分級(jí)要求荷載值下降?對(duì)非線性分析重要；?按荷載加難以控制。65.2結(jié)構(gòu)單調(diào)加載靜力試驗(yàn)的加載制度（續(xù)）

分級(jí)加載級(jí)間間歇時(shí)間t1（卸載級(jí)間間歇時(shí)間t3）

?砼結(jié)構(gòu)≥10min，鋼結(jié)構(gòu)略少；

?基本原則：變形、應(yīng)變等基本穩(wěn)定。恒載持續(xù)時(shí)間t2（一般不小于t1的三倍）

?

一般科研性試驗(yàn)≥30min

?

生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)≥30min

?

新結(jié)構(gòu)和大跨結(jié)構(gòu)≥12h空載持續(xù)時(shí)間t4：1.5t29鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞標(biāo)志：(1)跨中撓度達(dá)到跨度的1/50，懸臂結(jié)構(gòu)的撓度達(dá)到懸臂長(zhǎng)的1/25；(2)受拉主筋處的垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm；(3)受剪斜裂縫寬度達(dá)到1.5mm，或斜裂縫末端受壓區(qū)混凝土剪壓破壞，或沿斜截面混凝土斜壓破壞；(4)受拉主筋在端部滑脫達(dá)0.2mm，或其它錨固破壞；(5)受拉主筋拉斷；(6)受壓構(gòu)件的混凝土被壓壞。10構(gòu)件的承載力檢驗(yàn)系數(shù)允許值[γu]

受力情況達(dá)到承載能力極限狀態(tài)的檢驗(yàn)標(biāo)志軸心受拉、偏心受拉、受彎、大偏心受壓受拉主筋處的最大裂縫寬度達(dá)到1.5mm,或撓度達(dá)到跨度的1/50熱軋鋼筋1.20鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋1.35受壓區(qū)混凝土破壞熱軋鋼筋1.30鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋1.45受拉主筋拉斷1.50受彎構(gòu)件的受剪腹部斜裂縫達(dá)到1.5mm,或斜裂縫末端受城市混凝土剪壓破壞1.40沿斜截面混凝土斜壓破壞,受拉主筋在端部滑脫或其他錨固破壞1.55軸心受壓、小偏心受壓混凝土受壓破壞1.50注：熱軋鋼筋系指HPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)和RRB400級(jí)鋼筋。11承載力確定對(duì)構(gòu)件進(jìn)行承載力檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)加載至構(gòu)件出現(xiàn)規(guī)范所列承載能力極限狀態(tài)的檢驗(yàn)標(biāo)志。當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)上述檢驗(yàn)標(biāo)志之一時(shí)，應(yīng)取本級(jí)荷載值與前一級(jí)荷載值的平均值作為其承載務(wù)檢驗(yàn)荷載實(shí)測(cè)值；當(dāng)在規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間結(jié)束后出現(xiàn)上述檢驗(yàn)標(biāo)志之一時(shí)，應(yīng)取本級(jí)荷載值作為其承載力檢驗(yàn)荷載實(shí)測(cè)值。注：當(dāng)受壓構(gòu)件采用試驗(yàn)機(jī)或千斤頂加載時(shí)，承載力檢驗(yàn)荷載實(shí)測(cè)值應(yīng)取構(gòu)件直至破壞的整個(gè)試驗(yàn)過程中所達(dá)到的最大荷載值。說明：

本條明確規(guī)定了承載力檢驗(yàn)荷載實(shí)測(cè)值的取值方法。此處“規(guī)定的荷載持續(xù)時(shí)間結(jié)束后”，系指本級(jí)荷載持續(xù)時(shí)間結(jié)束后至下一級(jí)荷載加荷完成前的一段時(shí)間。125.3基本構(gòu)件的單調(diào)加載靜力試驗(yàn)一、受彎構(gòu)件的試驗(yàn)試件的安裝和加載方法?簡(jiǎn)支座與固定支座的實(shí)現(xiàn)

(1)

(2)應(yīng)盡量保證加載面與支承面平整（砂漿、墊沙層、橡膠+鋼板）?加載方法：千斤頂+分配梁最常見

一般采用等效荷載的加載圖式（按照所研究的截面位置）13一、受彎構(gòu)件的試驗(yàn)（續(xù)）正位試驗(yàn)，一端采用鉸支座，另一端采用滾動(dòng)支座，支座下面用支墩安置在地面上，要求牢固和穩(wěn)定。加載方法：梁：常用液壓加載器和分配梁，或用液壓同步加載加載器直接加載。板：一般重物加載。也可用集中荷載等效，采用梁加載方式加載。吊車梁：采用液壓，試驗(yàn)時(shí)的加載圖式要按最不利荷載布置決定集中荷載的作用位置。14一、受彎構(gòu)件的試驗(yàn)（續(xù)）試驗(yàn)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)布置

(1)撓度測(cè)量梁的撓度f，P－f曲線、框架的P－Δ曲線、節(jié)點(diǎn)的P－γ曲線梁的真實(shí)撓度fa)剔除支座位移；

b)對(duì)寬度較大的梁、板，兩邊對(duì)稱布點(diǎn)（貼片），以消除扭轉(zhuǎn)的影響（支座偏心、加載點(diǎn)偏心）；

c)撓度的預(yù)計(jì)大?。ㄟx擇儀器的量程）。15一、受彎構(gòu)件的試驗(yàn)（續(xù)）(2)應(yīng)變測(cè)量一般在以下幾個(gè)截面上：M+max、M-max、σl、σy

或彎矩突變處；貼片的原則：①按應(yīng)變梯度；②受拉區(qū)少、壓區(qū)密（如采用引伸儀則不用）；③一般情況下多采用不均勻布置的方法。

a)單向應(yīng)力測(cè)定：?jiǎn)蜗蚱?/p>

b)平面應(yīng)力測(cè)定：多個(gè)單向片、應(yīng)變花

c)箍筋和彎筋應(yīng)力測(cè)量：預(yù)埋式和表面開槽式

d)翼緣與孔邊應(yīng)力測(cè)量：連續(xù)貼片（力學(xué)分析結(jié)果）

e)校核測(cè)點(diǎn)：不受力位置，檢驗(yàn)系統(tǒng)誤差16一、受彎構(gòu)件的試驗(yàn)（續(xù)）(3)裂縫測(cè)量裂縫包括：彎曲裂縫、剪切裂縫、彎剪裂縫?；诹W(xué)分析，在裂縫位置的垂直方向布置測(cè)點(diǎn)。裂縫永遠(yuǎn)與σl垂直（事故處理常用原則）。裂縫出現(xiàn)的判別方法：①目測(cè)；②P－Δ曲線；③應(yīng)變值。最大裂縫寬度的測(cè)量方法：等彎矩段選取3條，在縱筋水平位置處采用讀數(shù)放大鏡或裂縫標(biāo)尺。裂縫的標(biāo)注方法：試驗(yàn)完畢后繪制裂縫開展圖。17裂縫的標(biāo)注方法18一、受彎構(gòu)件的試驗(yàn)（續(xù)）(4)受彎塑性鉸測(cè)量測(cè)量?jī)?nèi)容：塑性鉸的出現(xiàn)、長(zhǎng)度，鋼筋及砼的應(yīng)變情況、裂縫情況。延性系數(shù)測(cè)量P－Δ曲線的意義：鋼筋在塑性鉸區(qū)的連續(xù)貼片。191）試驗(yàn)項(xiàng)目鑒定性試驗(yàn)：承載力、抗裂度和各級(jí)荷載作用下的撓度及裂縫開展情況。研究性試驗(yàn)：除了承載力、抗裂度、撓度和裂縫觀測(cè)外，還測(cè)量構(gòu)件某些部位的應(yīng)力。撓度觀測(cè)（最大值）20撓度分布：21應(yīng)力測(cè)量

梁彎曲應(yīng)力測(cè)點(diǎn)：22梁剪應(yīng)力測(cè)點(diǎn)：23鋼筋應(yīng)力測(cè)點(diǎn)用預(yù)埋或試件表面開槽的方法來解決設(shè)點(diǎn)的問題24翼緣與孔邊應(yīng)力的測(cè)量對(duì)于翼緣較寬較薄的T型梁，其翼緣部分受力不一定均勻，應(yīng)沿翼緣寬度布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)定翼緣上應(yīng)力分布的情況。梁腹板圓孔周邊的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置25校核測(cè)點(diǎn)和裂縫觀測(cè)為了校核試驗(yàn)的正確性，便于整理試驗(yàn)結(jié)果時(shí)進(jìn)行誤差修正，經(jīng)常在梁的端部凸角上的零應(yīng)力處設(shè)置少量測(cè)點(diǎn)，以檢驗(yàn)整個(gè)測(cè)量過程是否正常。裂縫測(cè)量：開展、寬度、發(fā)展和分布。肉眼觀察；連續(xù)地或交替地布置測(cè)點(diǎn)；讀數(shù)顯微鏡。26由荷載一應(yīng)變曲線觀測(cè)混凝士的開裂27斜裂縫測(cè)點(diǎn)28轉(zhuǎn)角和曲率的測(cè)量轉(zhuǎn)角：用角位移傳感器進(jìn)行測(cè)量。常用的角位移傳感器和線位移傳感器都是測(cè)量測(cè)點(diǎn)相對(duì)于地面的轉(zhuǎn)角，測(cè)量結(jié)果處理時(shí)應(yīng)該考慮支座沉陷引起的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)。曲率：用應(yīng)變計(jì)或位移計(jì)進(jìn)行測(cè)量，在該截面的上下邊緣布置應(yīng)變或位移測(cè)點(diǎn)，通過測(cè)量上下邊緣的應(yīng)變來計(jì)算曲率。29二、壓桿和柱的試驗(yàn)主要研究軸壓比和長(zhǎng)細(xì)比的影響。試件的安裝和加載方法正位試驗(yàn)（試驗(yàn)機(jī)上或大型荷載架上進(jìn)行）、臥位試驗(yàn)（大型試件）兩端采用可動(dòng)鉸支座（反彎點(diǎn)截取試件模型），可考慮P－Δ效應(yīng)。對(duì)受壓構(gòu)件的安裝就位，關(guān)鍵在于對(duì)中：首先進(jìn)行幾何對(duì)中，再進(jìn)行物理對(duì)中（通過應(yīng)變測(cè)量，施加20-40％試驗(yàn)荷載）。301、試件安裝和加載方法臥位和正位，液壓加載，構(gòu)件二端均應(yīng)采用比較靈活的可動(dòng)鉸支座型式，一般采用刀口支座。31正位試驗(yàn)32對(duì)中軸心受壓柱：安裝時(shí)一般先進(jìn)行，即將構(gòu)件軸線對(duì)準(zhǔn)作用力的中心線。構(gòu)件在幾何對(duì)中后再進(jìn)行物理對(duì)中，即加載達(dá)20％～40％的試驗(yàn)荷載時(shí)，測(cè)量構(gòu)件中央截面兩側(cè)或四個(gè)面的應(yīng)變，并調(diào)整作用力的軸線，以達(dá)到各點(diǎn)應(yīng)變均勻?yàn)橹?。在?gòu)件物理對(duì)中后即可進(jìn)行加載試驗(yàn)。偏壓試件：也應(yīng)在物理對(duì)中后，沿加力中線量出偏心距離，再把加載點(diǎn)移至偏心距的位置上，進(jìn)行試驗(yàn)。加載：長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)或液壓加載系統(tǒng);(1/10-1/15)Nu，接近開裂荷載和破壞荷載時(shí)細(xì)分2-4級(jí)。332、試驗(yàn)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)布置破壞荷載：力傳感器撓度：百分表或位移傳感器曲率：曲率計(jì)砼應(yīng)變：應(yīng)變片+應(yīng)變儀，應(yīng)變片后貼。鋼筋應(yīng)變：應(yīng)變片+應(yīng)變儀，應(yīng)變片預(yù)埋34試驗(yàn)項(xiàng)目：P－Δ曲線、εs、εc、ωmax等，注意需要成對(duì)測(cè)量。為研究混凝土受壓區(qū)的實(shí)際應(yīng)力圖形，可采用測(cè)力板進(jìn)行測(cè)定（教材P105，類似自制傳感器）

(1)將測(cè)力板澆筑在棱柱體試件中進(jìn)行標(biāo)定；

(2)將測(cè)力板澆筑在試件中進(jìn)行測(cè)量。355.4擴(kuò)大構(gòu)件的單調(diào)加載靜力試驗(yàn)

（教材P106－120）1、試件安裝和加載方法就位方式：一般采用正位試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)還可以采用成對(duì)試件的臥位試驗(yàn)。安裝時(shí)應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐，以保證屋架上弦的側(cè)向穩(wěn)定。支承方式：與梁相同，支承墊板應(yīng)留有充分余地。加載方式：可以采用重力直接或杠桿加載。當(dāng)施加多點(diǎn)集中荷載并且節(jié)點(diǎn)荷載較大時(shí)，采用同步液壓加載。一、屋架試驗(yàn)36重物加載37液壓加載38屋架成對(duì)試驗(yàn)39屋架試驗(yàn)支撐設(shè)置40412、觀測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)布置觀測(cè)項(xiàng)目1）桁架撓度及撓曲線。2）開裂荷載及破壞荷載。3）主要桿件的應(yīng)變。4）節(jié)點(diǎn)的變形及節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)桿件的次應(yīng)力影響5）屋架端節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布6）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉應(yīng)力和對(duì)有關(guān)部位混凝土的預(yù)壓應(yīng)力。7）屋架下弦預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)屋架的反拱作用。8）預(yù)應(yīng)力錨頭工作性能。42測(cè)點(diǎn)布置可以利用結(jié)構(gòu)和荷載的對(duì)稱性，在屋架一半布置主要測(cè)點(diǎn)，而在另一半布置校核測(cè)點(diǎn)。1）節(jié)點(diǎn)位移：大量程的撓度計(jì)或者用米厘紙制成標(biāo)尺通過水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)。432）桿件的內(nèi)力測(cè)量通過測(cè)應(yīng)變來測(cè)量桿件內(nèi)力。44桿件的內(nèi)力測(cè)量測(cè)點(diǎn)布置453）節(jié)點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量測(cè)點(diǎn)布置：上弦節(jié)點(diǎn)46端部節(jié)點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量474）錨具性能測(cè)量在端節(jié)點(diǎn)砼表面沿自錨頭長(zhǎng)度方向布置若干應(yīng)變測(cè)點(diǎn)：橫向測(cè)點(diǎn)和縱向測(cè)點(diǎn)485）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉應(yīng)力的測(cè)量直接在預(yù)應(yīng)力鋼筋上布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)測(cè)量，通常布置屋架跨中和兩端頭。注意應(yīng)變計(jì)的防護(hù)處理。6）裂縫測(cè)量桿件開裂荷載和裂縫寬度。（端節(jié)點(diǎn)、腹桿與下弦桿及節(jié)點(diǎn)交匯處較早開裂的位置）49二、薄殼和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)用于大跨度建筑，通過原型試驗(yàn)和1/5-1/20模型試驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)受力性能及計(jì)算可靠性。1、試件安裝和加載方法支承形式：1）薄殼結(jié)構(gòu)：實(shí)際支承形式類似雙向板，有四角支承和四邊支承，試驗(yàn)支承可以用固定鉸、活動(dòng)鉸及滾軸。2）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：實(shí)際支承在框架或柱頂，試驗(yàn)時(shí)支承在剛性較大的型鋼圈梁上。邊支座一般受壓，角支座及其附近支座可能受拉。支座形式下如圖。50網(wǎng)架試驗(yàn)支座形式受壓支座拉壓球鉸支座拉壓鎖形支座球面支座51加載方法重物直接堆載、水池加載或通過吊籃加載。也可用氣壓加載，需要較大荷載時(shí)常使用液壓加載器和分配梁加載。2、觀測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)布置1）觀測(cè)項(xiàng)目：主要測(cè)量位移和應(yīng)變。2）測(cè)點(diǎn)布置：常利用對(duì)稱性減少測(cè)點(diǎn)數(shù)量。同時(shí)布置一些校核測(cè)點(diǎn)。

52薄殼結(jié)構(gòu)液壓加載53網(wǎng)殼水加載54雙曲扁殼結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)布置位移測(cè)點(diǎn)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)邊界55網(wǎng)架測(cè)點(diǎn)布置：（1）利用對(duì)稱性分區(qū)（2）位移下弦節(jié)點(diǎn)，應(yīng)力布置在桿件上（桿件中間或節(jié)點(diǎn)附近）（3）校核測(cè)點(diǎn)。56575.5建筑物或其部件的單調(diào)加載靜力試驗(yàn)一、鋼筋混凝土平面樓蓋試驗(yàn)樓蓋包括板、次梁、主梁三個(gè)部分，試驗(yàn)?zāi)康氖茄芯炕詈奢d的作用。（一）試驗(yàn)荷載布置板的試驗(yàn)

?確保為單向板58（一）試驗(yàn)荷載布置（續(xù)）對(duì)于連續(xù)梁，活荷載最不利布置的原則

?跨中Mmax：該跨布置，左右隔跨布置

?支座Mmax：該支座左、右跨布置，左右隔跨布置

?支座最大剪力：同支座Mmax

可從彎矩圖、撓曲線來理解試驗(yàn)中為簡(jiǎn)化，可忽略較遠(yuǎn)跨的影響或僅在荷載數(shù)值上考慮其影響596061（一）試驗(yàn)荷載布置（續(xù)）次梁的試驗(yàn)

?當(dāng)主梁支承次梁時(shí)，可將次梁視為連續(xù)梁

?當(dāng)柱支承次梁時(shí)，將次梁視為固支梁

?實(shí)際上結(jié)構(gòu)中均為彈性支座，無絕對(duì)意義上的鉸支、固支主梁的試驗(yàn)

?同次梁的試驗(yàn)柱的試驗(yàn)

?

Nmax：柱相鄰跨滿布

?

Mmax：同梁端Mmax時(shí)布置方案62（二）試驗(yàn)觀測(cè)平面樓蓋試驗(yàn)一般為非破壞性，經(jīng)常為現(xiàn)場(chǎng)試