结构试验课件(第三章)讲解
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工程结构实验与检测第3章 结构动力试验
1、主振源探测 逐台开动法 波形分析法
各种振源的振动记录图
a撞击荷载 ； b简谐荷载（正弦波）； c两个简谐荷载（频率相差2倍）； d三个简谐荷载； e拍振； f随机荷载
二、结构动力特性测定
1、自由振动法
设法使结构产生自由振动，通过记录仪器记下振动曲 线。由此求出基本频率和阻尼系数。
拾振器
放大器
一、动应变测定
动应变是一个随时间变化的函数，对其进行测 量时，要把各种仪器组成测量系统。应变传感器 感应的应变通过测量桥路和动态应变仪的转换、 放大，滤波后送入各种记录仪进行记录。最后将 记录得到的应变随时间的变化过程送入频谱分析 仪或数据处理机进行数据处理和分析。
动应变时程曲线
1i c1h1i
频率选择： 0.5或 1.3
荷载频率
控制次数：
构件固有频率
中级工作制吊车梁： n 2106 次；
重级工作制吊车梁： n 4106 次。
2、疲劳试验加载程序
两种：一是从头到尾施加重复荷载； 另一是静荷载和疲劳荷载交替施加。
变 更 荷 载 上 限 的 加 载 程 序
等幅疲劳加载方案
Qmax
其特点是运动具有周期性，作用的 大小和频率按一定规律变化，使结构产 生强迫振动。
离心力加载 ：机械式激振器
机械式激振器
使一对偏心块按相反方向运转，便由离心力产 生一定方向的加振力。改变质量或调整带动偏心质 量运转的电机的转速，可调整激振力的大小。
各种振源的振动记录图
a撞击荷载 ； b简谐荷载（正弦波）； c两个简谐荷载（频率相差2倍）； d三个简谐荷载； e拍振； f随机荷载
二、结构动力特性测定
1、自由振动法
设法使结构产生自由振动，通过记录仪器记下振动曲 线。由此求出基本频率和阻尼系数。
拾振器
放大器
一、动应变测定
动应变是一个随时间变化的函数，对其进行测 量时，要把各种仪器组成测量系统。应变传感器 感应的应变通过测量桥路和动态应变仪的转换、 放大，滤波后送入各种记录仪进行记录。最后将 记录得到的应变随时间的变化过程送入频谱分析 仪或数据处理机进行数据处理和分析。
动应变时程曲线
1i c1h1i
频率选择： 0.5或 1.3
荷载频率
控制次数：
构件固有频率
中级工作制吊车梁： n 2106 次；
重级工作制吊车梁： n 4106 次。
2、疲劳试验加载程序
两种：一是从头到尾施加重复荷载； 另一是静荷载和疲劳荷载交替施加。
变 更 荷 载 上 限 的 加 载 程 序
等幅疲劳加载方案
Qmax
其特点是运动具有周期性，作用的 大小和频率按一定规律变化，使结构产 生强迫振动。
离心力加载 ：机械式激振器
机械式激振器
使一对偏心块按相反方向运转，便由离心力产 生一定方向的加振力。改变质量或调整带动偏心质 量运转的电机的转速，可调整激振力的大小。
第三章--结构试验的荷载设备
3.2.2 杠杆加载方法
图3.3 杠杆加载装置
3.3 机械力荷载 3.3.1 卷扬机、绞车加载
P=φ· n· K· p
图3.4 拉力测力装置布置图
3.3.2 螺旋千斤顶加载 3.3.3 螺旋、弹簧加载
3.4 电 磁 荷 载 3.4.1 电磁激振器
根据电磁感应原理
图3.5 电磁式激振器的构造图 1.外壳 2.顶杆 3.励磁线圈 4.动圈
图3.13 反冲激振器结构示意图 1.燃烧室壳体 2.底座 3.喷管 4.火药 5.点火装置
图3.14 反冲激振器输出特性曲线 1.升压段 2.高峰段 3.平衡压力工作段 4.后效段
3.6.2 离心力加载
图3.15 机械式激振器的原理图
3.6.3 直线位移惯性力加载
图3.16 直线位移惯性力加载系统
第三章 结构试验的荷载设备
要求： 了解静动力产生的主要方法和设备及各
自的 特点 加载应满足的要求
3.1 概述
1. 内容、重要性 结构或构件——加载——响应 荷载或加载是结构试验的重要组成部分，直接影响结构的 反应参数，是试验成败的关键程序。 简单介绍：动力、静力产生的方法 2. 要求：见上章2.3节所述
3.5 液 压 荷 载 3.5.1 液压加载器
图3.8 单、双向作用液压加载器图 1.端盖 2.进油出油口 3.油封装置 4.活塞杆
第三章结构试验加载方法与设备要点课件
作用范围 作用时间长短 对结构的动力效应
分布荷载作用 集中荷载作用 长期荷载作用 短期荷载作用 静力荷载作用 动力荷载作用
结构试验除极少数是在实际荷载下实测外，绝大多数是在模拟 荷载条件下进行的。
2023/9/14
2
3.1 概述
加载要求
在选择试验荷载和加载方法时，应满足下列几点要求： ➢选用试验荷载的图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力值相一 致或基本接近； ➢荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值稳定，特别是静力荷载要 不随加载时间、外界环境和结构的变形而变化； ➢荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求，加载设备要有足够的强 度储备； ➢加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还必须按变形条件来 控制加载装置的设计，即尚必须满足刚度要求。防止对试件产生卸荷作用 而减轻了结构实际承担的荷载； ➢加载设备必须操作方便，便于加载和卸载，并能控制加载速度，又能适 应同步加载或先后加载的不同要求。 ➢加载设备要力求采用现代化先进技术，减轻劳动强度，提高检测质量。
支座
铰支座要求： 1、保证试件在支座处能自由 转动。 2、保证试件在支座处可将力 良好传递。 3、试件支座处铰的上线垫板 要有一定得刚度。
2023/10/11
22
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3.4 载荷支承装置和试验台座
反力加载装置 目前常用的反力装置主要有反力墙、反力台座、门式刚架、反 力架和相应的各种组合类型，图为《建筑抗震试验方法规程》 中建议的几种实验加载装置。
《结构试验图文并茂》课件
总结和问题解答
总结本课程的要点，并回答学员提出的问题，加深对结构试验的理解和应用。
《结构试验图文并茂》 PPT课件
本课件将帮助您了解结构试验的基本原理、试验室设备和材料、试验步骤和 数据采集、数据分析处理和结果展示、案例分析，以及总结和问题解答。
课程介绍
本节将介绍本课程的目标和内容，让您了解结构试验的重要性，并为后续章 节做好准备。
试验的基本原理
本节将解释结构试验的基本原理，包括受力分析、载荷应力曲线等关键概念。
试验室设备和材料
介绍结构试验室常用的设备和材料，包括负荷框架、传感器、试件材料等。
试验步骤和数据采集
详细说明结构试验的步骤和数据采集方法，包括试验前的准备、测量技术、数据记录等。
数据分析处理和结果展示
介绍结构试验数据的分析处理方法，并展示结果的方式，如图表、统计数据 等。
wk.baidu.com 案例分析
通过实际案例，展示结构试验的应用领域和成果，并分析其中的关键问题和 解决方法。
建筑结构试验课件3
• 如图拉力测力计的读数： • P=ψ×n×K×p =ρ×p • P—测力计读数； • ψ—滑轮摩擦系数，0.96—0.98； • n—滑轮组数； • K—滑轮组机械效率。
22
2）螺旋千斤顶加载：
• 螺旋千斤顶是利用齿轮及螺杆机械转动原理， 施加顶推压力，加载大小由测力计测得。
23
3）螺旋、弹簧加载：
55
直线位移惯性力加载
• 特点:适合现场试验,频率较低,只适用1Hz以下激振,低 频条件下能产生较大激振力,且各项性能较好.
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气压加载
• 1）气压加载
•
气压加载是使用压缩空气或高压氮气建筑结构
施加均布荷载。压缩空气和高压氮气是通过橡胶气
囊给结构施加荷载的，为了提高气囊的试验压力荷
载，结构的四周应砌筑支承边墙，使结构、支承边
⑶．控制系统
两种：模拟控制及数字计算机控制。 45
⑷．测试和分析系统
• ①对振动台运动的控制及测试。 测试参数：位移、加速度及使用频率。
• ②对模型运动的控制及测试。 测试参数：位移、加速度、应变等。 测点可多达数百个。
• 位移测量：差动变压器式和电位计式位移计； • 加速度测量：应变式加速度计、压电式加速
度计、差容式或伺服加速度计。
46
第一节 结构试验的加载设备
2.动力加载设备
• 1）惯性力加载法; • 2）离心力加载法; • 3）电磁加载法; • 4）人激振动加载法； • 5）环境随机振动激振法； • 6）模拟地震振动台
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2）螺旋千斤顶加载：
• 螺旋千斤顶是利用齿轮及螺杆机械转动原理， 施加顶推压力，加载大小由测力计测得。
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3）螺旋、弹簧加载：
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直线位移惯性力加载
• 特点:适合现场试验,频率较低,只适用1Hz以下激振,低 频条件下能产生较大激振力,且各项性能较好.
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气压加载
• 1）气压加载
•
气压加载是使用压缩空气或高压氮气建筑结构
施加均布荷载。压缩空气和高压氮气是通过橡胶气
囊给结构施加荷载的，为了提高气囊的试验压力荷
载，结构的四周应砌筑支承边墙，使结构、支承边
⑶．控制系统
两种：模拟控制及数字计算机控制。 45
⑷．测试和分析系统
• ①对振动台运动的控制及测试。 测试参数：位移、加速度及使用频率。
• ②对模型运动的控制及测试。 测试参数：位移、加速度、应变等。 测点可多达数百个。
• 位移测量：差动变压器式和电位计式位移计； • 加速度测量：应变式加速度计、压电式加速
度计、差容式或伺服加速度计。
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第一节 结构试验的加载设备
2.动力加载设备
• 1）惯性力加载法; • 2）离心力加载法; • 3）电磁加载法; • 4）人激振动加载法； • 5）环境随机振动激振法； • 6）模拟地震振动台
结构试验课件第三第四章
嵌固端支座示意图
当需要模拟梁的嵌固端 支座时,在实验室内利 用试验台座用拉杆锚固, 如图3.6.11所示,只要 保证支座与拉杆间的嵌 固长度,即可满足试验 要求。
板、壳支座的布置方式
(2)四角支承板和四边支承板的支座 在配置四角支承板支座时应安放一个固定滚珠;对于四边支承板,滚珠 间距不宜过大,宜取板在支承处厚度的3~5倍。板、壳支座的布置方 式如图3.6.12所示。
试验用的量测仪器,应符合现行规范中精度 等级的规定,并应有主管计量部门定期检验 的合格证书,在选用量测仪器时,应考虑下列 要求 :
量测仪器的选用的要求
①符合量测所需的量程及精度要求。在选用仪 器前,应先对被测值进行估算。一般应使最 大被测值控制在仪器的2/3量程范围附近,以 防仪器超量程而损坏。同时,为保证量测精 度,应使仪器的最小刻度值不大于最大被测 值的5%。
量测方法：偏位测定法和零位测定法两种量测方法。
偏位测定法是根据量测仪器产生的偏转或位移定出被测值,百分表、 双杠杆应变仪及动态电阻应变仪就是采用偏位法。零位测定法是 用已知的标准量去抵消未知物理量引起的偏转,使被测量和标准量 对仪器指示装置应经常保持相等，指示装置指零时的标准量叫被 测物理量，称重天平就是零位测定法的例子，一般来讲,零位测定 法比偏位测定法更精确,尤其当采用电子仪器将被测量和标准量的
读出。
机测引伸仪
(结构试验)第三章结构试验加载方法与设备
第三章 结构试验加载方法与 设备
School of Urban Construction and Management
2020/7/8
1
3.2 静力加载方法 重力直接加载法
重物荷载可直接堆放于结构表面（如板的试验）形成均布荷 载，或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载。
2020/7/8
4
2020/7/8
24
➢电液伺服系统在试验加载设备中得到广泛应用后，为结构 动力试验模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载创 造了有利条件，使动力加载技术发展到了一个新的高度。
2020/7/8
13
3.2 静力加载方法
大型结构试验机
大型结构试验机是结构 试验室内进行大型结构 试验的专门设备，比较 典型的是结构长柱试验 机，用以进行柱、墙板 、砌体、节点与梁的受 压与受弯试验。试验机 由液压操纵台、大吨位 的液压加载器和机架三 部分组成。
2020/7/8
10
3.2 静力加载方法
液压加载系统 液压加载系统主要是由储油箱、高压油泵、液压加载器、测 力装置和各类阀门组成的操纵台通过高压油管连接组成。当 使用液压加载系统在试验台座上或现场进行试验时尚必须配 置各种支承系统，来承受液压加载器对结构加载时产生的平 衡力。
2020/7/8
11
3.2 静力加载方法
这类加载装置的优点是试验用的重物容易取得，并可重复使 用，但加载过程中需要花费较大的劳动力。
School of Urban Construction and Management
2020/7/8
1
3.2 静力加载方法 重力直接加载法
重物荷载可直接堆放于结构表面（如板的试验）形成均布荷 载，或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载。
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➢电液伺服系统在试验加载设备中得到广泛应用后，为结构 动力试验模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载创 造了有利条件，使动力加载技术发展到了一个新的高度。
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3.2 静力加载方法
大型结构试验机
大型结构试验机是结构 试验室内进行大型结构 试验的专门设备，比较 典型的是结构长柱试验 机，用以进行柱、墙板 、砌体、节点与梁的受 压与受弯试验。试验机 由液压操纵台、大吨位 的液压加载器和机架三 部分组成。
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3.2 静力加载方法
液压加载系统 液压加载系统主要是由储油箱、高压油泵、液压加载器、测 力装置和各类阀门组成的操纵台通过高压油管连接组成。当 使用液压加载系统在试验台座上或现场进行试验时尚必须配 置各种支承系统，来承受液压加载器对结构加载时产生的平 衡力。
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3.2 静力加载方法
这类加载装置的优点是试验用的重物容易取得，并可重复使 用，但加载过程中需要花费较大的劳动力。
第31-32讲结构试验3
第三节结构单调加载静力试验
建筑结构单调加载静力试验是指在短时期内对试验对象进行平稳地一次连续施加荷载，荷载从“零”开始一直加到结构构件破坏，或是在短时期内平稳地施加若干次预定的重复荷载后，再连续增加荷载直到结构构件破坏。
一、结构单调加载静力试验的加载制度
试验加载制度指的是试验进行期间荷载与时间的关系。试验加载的数值及加载程序取决于不同的试验对象和试验目的。科学研究与生产鉴定的结构构件试验一般均需作破坏试验，试验加载常是分级并按几个循环进行，最后才加载至结构破坏。
在进行混凝土结构试验时就必须按试验的性质和要求分别确定相应于各个受力阶段的试验荷载值。各种不同的试验荷载值可按《混凝土结构设计规范》和《混凝土结构试验方法标准》要求进行计算。
图18—3—1是一个典型的单调加载静力试验的加载程序。
混凝土结构试验的荷载分级、加载程序和测读时间等可按《混凝土结构试验方法标准》(GB 50152—92)第四章试验荷载和加载方法第三节加载程序的规定进行。
二、受弯构件试验
（一）试件安装和加载方法
预制板和梁等受弯构件一般都是简支的，试验安装时都采用正位试验。板一般是承受均布荷载，应将荷载均匀施加于板面。梁承受的荷载较大，施加集中荷载时可用杠杆加载，更方便的是用液压加载器通过分配梁或由液压加载系统控制多台加载器直接加载。
受弯构件试验中经常采用等效荷载，即用几个等效的集中荷载来替代均布荷载进行试验。
（二）试验观测和测点布置
1．挠度测量
受弯构件最主要量测跨中的最大挠度值f max和弹性挠度曲线。
为了测得真正的f max，同时还必须量测构件两端支座处支承面的刚性位移或沉降值，所以至少要按图18—3—2(a)所示布置三个测点。
《建筑结构试验》课件
建筑结构试验
结构试验台座：（试验台座）
./ 抗侧力试验台座 ♦ 作用：通过拉压千斤顶或电液伺服加载系统对试件 施加模拟地震作用的低周反复荷载，进行拟动力和 拟静力试验。 ♦ 试验台座采用RC或PC的实体墙或箱形墙，有L型、U 型等。
建筑结构试验
槽式试验台座：
槽式试验台座，高出地面500mm（同济大学建筑结构试验室）
建筑结构试验
第三章 结构试验的荷载设备
建筑结构试验
结构试验中的加载方法：
./ 重力加载法； ./ 液压加载法； ./ 惯性力加载法； ./ 机械力加载法；
./ 气压加载法； ./ 电磁加载法； ./ 人激振动加载法； ./ 环境随机振动激振法。
建筑结构试验
重力加载法：
./ 包括重力直接加载法和杠杆加载法。 直接加载法 应注意避免因荷重 块产生拱作用而改 变荷载分布。 杠杆加载法 结构变形后荷载不 改变，但无法自行 卸载。
《建筑结构试验》课件
建筑结构试验
《建筑结构试验》课程介绍
建筑结构试验是以实验技术为手段，测量能反映结 构或构件实际工作性能的有关参数，为判断结构的承载 能力和安全储备提供重要根据。 建筑结构试验是工业与民用建筑专业的一门专业技 术课程。本课程的任务是使学生获得建筑结构试验方面 的基础知识和基本技能，能够进行一般建筑结构试验的 设计与实施。
建筑结构试验
杨晓明建筑结构试验第三章结构静载试验
建筑工程学院
辽宁工程技术大学
建筑结构试验 结构静载试验
主讲教师：杨晓明
主要内容
1 静载试验的加载设备 2 试验装置的支座设计 3 应变测试技术 4 静载试验的测试仪器 5 静载试验实例
2019/11/13
2
静载试验的加载设备
重力加载 液压加载 机械加载 气压加载
2019/11/13
3
静载试验的加载设备——重力加载
34
应变测试技术——电阻应变片
应变片种类
1，2，3，7，9.箔式电阻应变片 4.半导体应变片
5.丝绕式电阻应变片 6.短接式电阻应变片
8.焊接电阻应变片
2019/11/13
35
应变测试技术——电阻应变片
应变片选用
工作环境：温度保证、地下工程中防潮特性好 被测物材料性质:弹模高,基长小;粗晶粒岩石混凝
2019/11/13
20
试验装置的支座设计——试验台座和反力刚架 板式试验台座
2019/11/13
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试验装置的支座设计——试验台座和反力刚架 箱式试验台座
2019/11/13
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试验装置的支座设计——试验台座和反力刚架 反力刚架
2019/11/13
23
试验装置的支座设计——试验台座和反力刚架 反力墙
• 把导线用绝缘胶带固定在构件上，再一次检查应变片质量
辽宁工程技术大学
建筑结构试验 结构静载试验
主讲教师：杨晓明
主要内容
1 静载试验的加载设备 2 试验装置的支座设计 3 应变测试技术 4 静载试验的测试仪器 5 静载试验实例
2019/11/13
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静载试验的加载设备
重力加载 液压加载 机械加载 气压加载
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静载试验的加载设备——重力加载
34
应变测试技术——电阻应变片
应变片种类
1，2，3，7，9.箔式电阻应变片 4.半导体应变片
5.丝绕式电阻应变片 6.短接式电阻应变片
8.焊接电阻应变片
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应变测试技术——电阻应变片
应变片选用
工作环境：温度保证、地下工程中防潮特性好 被测物材料性质:弹模高,基长小;粗晶粒岩石混凝
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试验装置的支座设计——试验台座和反力刚架 板式试验台座
2019/11/13
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试验装置的支座设计——试验台座和反力刚架 箱式试验台座
2019/11/13
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试验装置的支座设计——试验台座和反力刚架 反力刚架
2019/11/13
23
试验装置的支座设计——试验台座和反力刚架 反力墙
• 把导线用绝缘胶带固定在构件上，再一次检查应变片质量
结构试验3
图3-3 杠杆加载方法 1－试件；2－重物；3－支座；4－支墩；5－荷载盘；6－分配梁支座； 7－分配梁；8－加载支点；9－杠杆；10－荷载支架；11－杠杆平衡重
§3.2 重力加载法
二、杠杆加载法：
杠杆加载的放大率，即杠杆总长与加荷点到施力点长度之比 ，常用放大率为3至5倍。过大的放大率保证不了这个荷载比 的准确。在用杠杆加荷的时候要注意两个问题：一是事先必 须把这个杠杆保持水平，如果不水平，那么就会对试件有一
图3-4 杠杆加载方法 1－试件；2－重物；3－支座；4－支墩；5－荷载盘；6－分 配梁支座；7－分配梁；8－加载支点；9－杠杆；10－荷载支 架；11－杠杆平衡重
§3.2 重力加载法
水平力的作用，容易失去稳定，发生危险。另外试件变形比 较大的时候，(假如做一个屋架，它的变形就可能倾斜了) 又会产生一个水平的推力，因此，要求后面这个拉杆应该是 可以调节的，可以通过螺旋来调节长度，随着这个试件变形 的增加，需要把拉杆调短，随时的保持这个杠杆的水平，否 则在试验过程中容易出现危险。
§3.2 重力加载法
重物加载的优缺点：重物加载是最古老的一种 加载方式，但是它也可以做到很精确，比如最精密 的天平，实际上就采用了重物加载（砝码）。同样 ，在结构试验当中，用重物加载也可以做到很精确 ，而且重物取得很方便。但是它最大的缺点，就是 当荷载很大的时候，加载的劳动强度很大。 重物加载的作用：通过重物加载可以实现均布 荷载的加载，也可以实现集中荷载的加载。如要加 集中荷载，需要用料盘来加载，一般料盘也称为加 荷篮。若荷载比较大，可以通过杠杆来加载。
《工程结构检测》PPT课件
整理ppt
12
（三）钻芯法检测砼强度
• 钻芯法检测砼强度是利用专用钻机，直接从结构砼中钻取芯
样，经过切割磨平后进行抗压强度试验，并依据芯样砼的表观
质量和抗压强度来评价结构砼质量的一种检测方法。它以其直 观准确而成为其他检测方法的校验依据。
1. 适用范围：
• a. 适用于对试件抗压强度的试验结果有怀疑时；
整理ppt
9
②检测面处理：检测面应为干燥的砼原浆面。
砼表面疏松层和表面含水率是影响回弹检测的重要因素。
处理：工程检测前可用砂轮将检测面打磨平整，消除表面的
疏松层、浮浆及杂物；粉刷后的工程，必须将装饰粉刷层敲掉， 并用砂轮清除至清洁、平整。
砼表层(10~15mm)应为风干状态，如果有潮湿或浸水现象应
干燥状态。
• f. 仅掺非引气型的外加剂 g. 龄期为14～1000d
• h.抗压强度为10～60MPa • 当试验条件不符合上述情况，可制定专用曲线或通过其他试验
验证 .
2.4仪器标准状态
即在洛氏硬度HRC为60±2的钢砧上。按规定的方法测试，回 弹仪的平均率定值为80±2. ①按期校准
②有效期内的常规保养
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2
（二）工程结构检测的定义
• 工程结构检测（即无损检测）——在不影响结构物使用
性能的前提下，利用动能、电、热、磁和射线等相关原理， 通过原位法检测结构的某些物理量（回弹值、超声脉冲传播 速度、振动频率……）来推算出材料与结构的工程质量指标 （如强度、内部缺陷、弹性参数、钢筋状况等）。
建筑结构试验-03静载①
——试验台座 ——试验台座 槽道式、地锚式、穿孔式（箱式） ——竖向加载架、水平反力架、反力墙 ——竖向加载架、水平反力架、反力墙 ——支墩 ——支墩 用于支承构件； 一般采用钢或钢筋混凝土制成，现场可砖砌； 需进行必要的强度和稳定验算。
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
第三章 结构静载试验
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
重物用作均布荷载 ① 重物直接堆放于结构上形成均布荷载作用： （适合于板的试验等） 使用要点： 有规则地、按区格 分垛堆放；避免荷载 形成拱作用而产生卸 荷效应。 散粒状重物应装成 袋，或用容器盛装， 不应将松散重物直接 堆放于构件上。 不应使用含水量较 大的重物，以免荷载 值不准确。 值不准确。
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
② 用水作均布荷载直接作用于结构上： （适合于大面积平板等结构试验，尤其适用于水塔、水池 等结构的现场荷载试验） 要点： o 对变形较 大的构件， 应慎用。 o 同时可检 验构件抗裂、 抗渗。
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
重物用作集中荷载 ① 利用荷载盘、吊杆等在结构上形成集中荷载： （适合于现场做屋架、小梁等荷载试验）
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
② 通过杠杆、荷载盘等设备对结构施加较大的集中荷载： （适合于受力较大的梁等构件的试验） 杠杆使用要点： 杠杆应有足够 刚度； 杠杆比不宜大 于5； 三力点应处于 同一直线上，且 位置准确。 位置准确
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
第三章 结构静载试验
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
重物用作均布荷载 ① 重物直接堆放于结构上形成均布荷载作用： （适合于板的试验等） 使用要点： 有规则地、按区格 分垛堆放；避免荷载 形成拱作用而产生卸 荷效应。 散粒状重物应装成 袋，或用容器盛装， 不应将松散重物直接 堆放于构件上。 不应使用含水量较 大的重物，以免荷载 值不准确。 值不准确。
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
② 用水作均布荷载直接作用于结构上： （适合于大面积平板等结构试验，尤其适用于水塔、水池 等结构的现场荷载试验） 要点： o 对变形较 大的构件， 应慎用。 o 同时可检 验构件抗裂、 抗渗。
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
重物用作集中荷载 ① 利用荷载盘、吊杆等在结构上形成集中荷载： （适合于现场做屋架、小梁等荷载试验）
第三章 结构静载试验
静载试验的加载设备
② 通过杠杆、荷载盘等设备对结构施加较大的集中荷载： （适合于受力较大的梁等构件的试验） 杠杆使用要点： 杠杆应有足够 刚度； 杠杆比不宜大 于5； 三力点应处于 同一直线上，且 位置准确。 位置准确
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3.4.3电液伺服加载系统
电液伺服加载系统主要是由电液伺服作动器(伺服千斤顶)、控制系统和液压源 三大部分组成,如图3.4.4所示。它可以将荷载、应变和位移等不同力学参量直接 作为控制参量,实行自动控制,并在试验过程中进行控制参量的转换 。
电液伺服加载系统工作原理
电液伺服加载系统采用电液伺服阀进行闭环控制。
2.控制系统：控制系统由液压控制器、电参量
信号控制器、绘图仪和计算机四部分组成。其中,液压 控制器控制液压源的启动和关闭;电参量信号控制器主 要控制荷载、位移和应变等参量的转换,还有极限保护 以免开环失控等功能;绘图仪主要对试件的各阶段受力 与变形的变化规律进行实时直观显示；计算机主要对 电信号控制器和绘图仪进行实时控制 。
图3.5.1 用张拉突卸法对结构施加冲击力荷载 1-结构物 2-钢丝绳 3-铰车 4-钢拉杆 5-保护索
（1）初位源自文库加载法
对于小模型则可采用图3.5.1b所示的方法,使悬挂的重物通过 钢丝对模型施加水平拉力,剪断钢丝造成突然卸载。这种方法的优 点是结构自振时荷载已不存在,对结构没有附加质量的影响,但仅 适用于刚度不大的结构。为防止结构产生过大的变形,加载的数量 必须正确控制,经常是按所需的最大振幅计算求得。加载时应防止 由于加载作用点的偏差而使结构在另一平面内同时振动产生干扰。
3.1.2杠杆加载方法
现场试验时,杠杆反力支点可用重物、桩、墙洞或反弯梁等作支承（图3.1.5)
杠杆加载注意事项
用重物加载进行破坏试验时,应特别注 意安全。在加载试验结构的底部均应有保护 措施,防止倒塌造成事故
3.2气压加载：正压加载
气压加载分为正压加载和负压加载两种。图3.2.1a为正压加载示意图, 正压加载是利用压缩空气的压力对结构施加荷载。
正压加载对加均布荷载特别有利,直接通过压力表就可反映加载值,加卸载方便,并可产 生较大的荷载,可达到50~100KN/m2,一般应用于模型结构试验较多。
3.2气压加载：负压加载
用真空泵将空气抽走形成真空，结构外表面受到大气压的作用形 成均布荷载，由真空度可得出荷载值。负压加载适用于壳体结构
试验,缺点是安装量测仪表受到限制,观测裂缝不方便等 .
3.3机械机具加载
机械机具加载设备：由绞车、卷扬机、倒链葫芦、螺旋千斤顶和弹簧 等组成。
机具加载的适用情况
绞车、卷扬机、倒链葫芦等主要用于对远距离或高耸结构物施加拉力。 连接定滑轮可以改变力的方向,连接滑轮组可以提高加载能力,连接测力计或 拉力传感器可以测量其加载值。
机具加载的适用情况
螺旋千斤顶和弹簧均适用于长期荷载试验,产生的荷载相对比 较稳定。螺旋千斤顶是利用涡轮涡杆机构传动的原理加力,使用时 需要用力传感器测定其加载值,设备简单,使用方便。
电液伺服闭环控制是以电参量(通常是指控 制器发出的电压信号,其波形、频率和幅度 的设定值由要求的荷载值和位移量来确定) 通过伺服阀去控制高压油的流量,推动液压 作动器执行元件(千斤顶的活塞)对试件施加 荷载。
电液伺服加载系统工作原理
另一方面,传感器检测出的加载试件的某一力学参 量(位移、荷载、应变),经传感器转换后以电参量的方 式作为反馈信号在比较器中随时与设定的控制电参量 进行比较,得出的差值信号经调整放大后控制电液伺服 阀再推动液压作动器执行元件,使其向消除差值的方向 动作。
3.4液压加载
目前最常用的试验加载方法。利用油压使液压千斤顶产生较大荷 载。由油泵、油管系统、千斤顶、加载控制台、加载架和试验台 座等组成,如图3.4.1所示。
3.4.1液压加载千斤顶
液压千斤顶通常为加载而专门设计制造,具有较高的精度,分为 手动油泵供油和电动油泵供油两种,如图3.4.2所示。
液压千斤顶的工作压力在40~100MPa，配置油路稳压器以使结构产生较大变 形时能够保持所需荷载值。高压油经三通可同时给多个千斤顶供油可施加同步荷 载。拉压双作用千斤顶配置换向阀可施加低周反复荷载。
卸载时,可采用虹吸管原理放水卸载。比较方便,特别适用于网架 结构和平板结构加载试验。其缺点是全部承载面被水掩盖,不利于 布置仪表和观测。当结构产生较大变形时,要注意水荷载的不均匀 性所产生的影响。
3.1.2杠杆加载方法
3.1.2杠杆加载方法
重物作集中荷载试验时,常采用杠 杆原理将荷载值放大,如图3.1.4所示。 杠杆应有足够的刚度,杠杆比≤5。三 个支点在同一直线上,保持荷载稳定、 准确。避免因结构变形、杠杆倾斜而 导致杠杆放大,比例失真。
电液伺服加载系统构成
3.液压源：为整个试验系统提供液压动力。电液伺服作动器为
高精度加载设备,对液压源有很高的技术要求。1、要保持液压油的压力 和流量工作稳定,2、对供电有一定的要求, 要有安全保护环节及其监测 仪表以保证液压源的安全运行。3、电液伺服加载系统所用液压油的洁 净程度要高,在供油管路和回油管路都装有过滤器,这主要是为了保证作 动器上的电液伺服阀能够安全可靠地工作。4、液压源上都配有冷却器： 液压源在运行过程中需要不断地进行冷却,以保持油温在额定温度范围之 内,否则液压油的温度升高,会造成设备的损坏和液压油的失效,尤其是动 态加载试验时液压油的温度上升情形更为严重。5、液压源配有冷却水 供给系统，因为液压油的冷却是通过热交换器来完成的。
3.5动力加载法—3.5.1惯性力加载法
惯性力加载法是在结构动力试验中,利 用物体质量在运动时产生的惯性力对结构施 加动荷载。因此,按产生惯性力的方法通常 将其分为冲击力加载法、离心力加载法和直 线位移惯性力加载法。
3.5.1惯性力加载法
1、冲击力加载：特点是荷载作用时间极为短促, 在它的作用下被加载结构产生自由振动,适用于 进行结构动力特性的试验。 冲击力加载方法有初位移法和初速度法两种：
1、冲击力加载
(2)初速度加载法：初速度加载法也称突加荷载法。如图3.5.2所示
,利用摆锤或落重的方法使结构在瞬时内受到水平或垂直的冲击,产生一个初速度, 同时使结构获得所需的冲击荷载。这时作用力的总持续时间比结构的有效振型 的自振周期短些,所引起的振动是整个初速度的函数,而不是力的函数.
土木工程结构试验与检测
第三章 加载设备与试验装置
产生模拟荷载的方法
利用加载设备和试验装置产生模拟荷载. 用于结构试验的加载设备：重物、气压、机 械机具、液压、动力激振及与它们相匹配的
各种试验装置等 。
3.1 重物加载及实现方式
实验室：采用的重物有专门制作的标准铸铁 砖码、混凝土试块和水箱等。
模拟地震振动台的构成
2.液压驱动和动力系统：液压驱动系统是 向振动台施加巨大推力的设备。目前,世界 上已经建成的大中型模拟地震振动台,基本 是采用电液伺服系统来驱动,它在低频时能 产生巨大的推力。根据输入信号(周期波或 地震波),由电液伺服阀控制进入作动器的液 压油流量的大小和方向,从而由作动器推动 台面能在垂直轴或水平轴方向上产生正弦运 动或随机运动。
模拟地震振动台
液压动力系统是一个巨大的液压功率 源,能供给作动器所需要的高压油,满足巨大 推力和台身运动速度的要求。目前建成的振 动台中都配有大型蓄能器组,根据蓄能器容 量的大小使瞬时流量可为平均流量的1~8 倍,它能产生具有极大能量的短暂突发力,更 好的模拟地震作用 。
模拟地震振动台的构成
3.控制系统：模拟地震振动台的控制系统主要由模拟控制
和数字控制两部分组成。模拟控制方法又分为两种。一种是采用位移 反馈控制的PID控制方法,同时利用压差反馈作为提高系统稳定的补偿, 德国SCHENCK公司就是采用这种控制方法;另一种方法是将位移、 速度和加速度共同进行反馈的三参量反馈控制方法,美国MTS公司就 是采用这种控制方法。数字控制目前采用计算机进行数字迭代的补偿 技术进行控制,实现台面地震波的再现。试验时,振动台台面输出的波 形是期望再现的某个地震记录或是模拟设计的人工地震波。由于包括 台面、试件在内的系统的非线性影响,在计算机给台面的输入信号激励 下所得到的反应与输出的期望之间必然存在误差。这时,计算机由台面 输出信号与系统本身的传递函数(频率响应)求得下一次驱动台面所需 的补偿量和修正后的输入信号。经过多次迭代,直至台面输出反应信号 与原始输入信号之间的误差小于预先给定的值,完成迭代补偿并得到满 意的地震波形。
机具加载的适用情况
弹簧加载采用千分表量测弹簧的压缩长度 的变化量确定弹簧的加载值,弹簧变形与力值的 关系一般通过压力试验机标定来确定。加载时, 承载力较小的弹簧可直接拧紧螺帽施加压力,承 载力很大的弹簧则需借助于液压加载设备加压 后再拧紧螺帽。当结构产生变形时会自动卸载, 应及时拧紧螺帽调整压力,保持荷载不变 。
3.4.2结构试验机
大型结构试验机本身就是一种比较完善的液压加载系统。是在实验室内
进行大型结构试验的一种专门设备,比较典型的是结构长柱试验机,如图
3.4.3所示。用于混凝土梁、板、柱和砌体结构构件的受压和受弯试验。
结构试验机的特点:
1结构长柱试验机构造和加载原理 与一般的村料试验机相同。 2、机架高度最大可达10m以上; 可满足大型结构试验的需要. 3、最大加载值可达1000 t以上。 4、与计算机连接，实施程序控制 操作和数据采集，试验机操作和数 据处理同时进行。
3.4.4模拟地震振动台
模拟地震振动台是进行结构抗震试验的一种先进试验设备,是 由振动台台体结构、液压驱动和动力系统、控制系统及测试和分 析系统组成,如图3.4.6所示.
模拟地震振动台的构成
1.振动台台面与基础：振动台台面是有一 定尺寸的平板结构,需要有足够的刚度和承 载力,通常采用钢结构。振动台应安装在质 量很大的基础上,基础的重量一般为可动部 分重量或激振力的10~20倍以上,这样可以 改善系统的高频特性,并减小对周围建筑和 其他设备的影响 。
将执行元件动作的效果由传感器检测,并作为反馈 信号送入比较器,从而形成闭环回路。
电液伺服加载系统构成
1、电液伺服作动器：是电液伺服实验系统的动作执行者,电液伺
服阀是电液伺服作动器的核心元件,电、液信号的转换和控制主要 由它实现。伺服阀输出的高压油流量和控制电流成正比其构造如 图：
电液伺服加载系统构成
1、冲击力加载
(1)初位移加载法 ：初位移加载法也称为张拉突卸法。如图3.5.1a所示在结构 上拉一钢丝绳,使结构产生一个人为的初始强迫位移,然后突然释放,使结构在 静力平衡位置附近作自由振动。在加载过程中当,拉力达到足够大时,事先连 接在钢丝绳上的钢拉杆被拉断而形成突然卸载,通过调整拉杆的截面即可获得 不同的初位移。
模拟地震振动台的构成
4.测试和分析系统：测试系统一般是测量位移、加
速度和应变等参数,总通道数可达百余点。位移测量多 数采用差动变压器式和电位计式的位移计,可测量模型 相对于台面的位移；加速度测量采用应变式加速计， 压电式加速度计，近年来也采用差容式或伺服式加速 度计 数据的采集在直观式示波器或磁带记录器上将反映的 时间历程记录下来,或经过模数转换送到数字计算机储 存,并进行分析处理。模型的破坏过程可采用摄像机进 行记录 .
现场：砖、砂、石和袋装水泥等建筑材料。
加载方式：1、直接加在试验对象上,
象上。
2、通过杠杆系统间接加在试验对
3.1.1重物直接加载
重物荷载直接堆放于结构表面作为均布荷载(图3.1.1)
重物直接加载应注意的问题
重物直接加载应注意的问题:1、当采用铸铁 砝码、砖块、袋装水泥等作为均布荷载时,应注意 重 物 尺 寸 和 堆 放 距 离 ( 图 3.1.1);2 、 当 采 用 砂 、 石等松散颗粒材料作为均布荷载时,切勿连续松散 堆放,宜采用袋装堆放,以防止砂石材料摩擦角引起 的拱作用;3、当环境湿度不同时,可能引起砂石重 量随含水率而变化,造成荷载值的不稳定。
3.1.1重物直接加载
作集中荷载
置于荷载盘上通过吊杆挂在结构上形成集中荷载 (图3.1.2), 计入吊杆与荷载盘的自重
3.1.1重物直接加载 用水作均布荷载
利用水作均布荷载试验（图3.1.3）, 直接用自来水管放 水,水的相对密度为1,从标尺上的水深就可知道荷载值的大小。
3.1.1重物直接加载 用水作均布荷载