第四章工程结构静载试验

主 要 内 容
试验前的准备
加载与量测方案设计
常见结构构件静载试验 量测数据整理 结构性能的检验与评定
4.1 概述
结构静载试验是用物理力学方法，测定和研究结构在静 荷载作用下的反应，分析、判定结构的工作状态与受力 情况。 静载试验方法不仅能为结构静力分析提供依据，同时也 可为某些动力分析提供间接依据。 结构静载试验中最常用的单调加载静力试验。主要用于 研究承受静载作用下构件的承载力、刚度、抗裂性等基 本性能和破坏机制。 《混凝土结构试验方法标准》既统一了量大面广的生产 检验性试验方法，又对一般性科研试验方法提出了基本 要求，对生产和科研有广泛的实用性。
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屋架试验的支承方式 与梁试验相同。
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屋架试验的加载方式 可以采用重力加载，但采 用液压同步加载是最理想 的方案。
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同步异荷液压系统可 以实现加几组不同集中荷 载的要求。
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2、试件项目和测点布置 钢筋混凝土屋架试验，一般试验量测项目有： 1）屋架上下弦杆的挠度； 2）屋架主要构件的内力； 3）屋架节点变形及节点刚度对屋架杆件次应力的影响；
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4.4.3
屋架试验
屋架特点是跨度大，只能在自身平面内承受荷载，而出平 面刚度很小，在建筑物中要依靠侧向支撑体系形成整体刚度。
屋架主要受作 用于节点的集中荷 载，大部分杆件受 轴力作用。上弦有 节间荷载作用时， 上弦杆受压弯作用。 跨度较大的屋 架，下弦一般采用 预应力拉杆。
1、试件的安装和加载方法 一般采用正位试验，但需设置侧向支撑。施工现场进行 屋架试验时可以采用两榀屋架对顶卧位试验。
4）屋架端节点的应力分布；
5）预应力钢筋张拉力和对相关部位混凝土的预应力； 6）屋架下弦预应力钢筋对屋架的反拱作用； 7）预应力锚头工作性能。
（1）屋架挠度和节点位移的测量 屋架仅承受节点荷载时，测点布置在相应节点之下；
跨度较大屋架，测量杆件相对其两端节点的最大位移；
支座沉陷与局部受压引起的变位测量； 水平位移测量。
量测结果可直接说明结构（钢混）的抗裂性能、推断 结构应力状态或验证设计与计算方法等。
2、测点的选择与布置原则 1）在满足试验目的的前提下，测点宜少不宜多； 2）测点位置必须具有代表性；
3）应布置一定的校核性测点；
4）对试验工作安全和方便。 3、仪器选择与测读原则 1）选择原则： （1）必须满足试验所需的精度与量程要求；
• 钢箍和弯筋的应力测量 • 翼缘与边孔应力测量 • 校核测点
3、裂缝测量
测定钢筋混凝土梁的抗裂性能。 测量项目： 裂缝出现时间
裂缝宽度 垂直裂缝测定：
一般产生在 弯矩最大受拉区 段，在该区段连 续布置测点。
斜截面裂缝测定
斜截面上的主拉应力裂缝，经常出现在剪力较大 的区域内，箱型截面或工字形截面，腹板的中和轴或 腹板与翼缘相交接的腹板常是主拉应力较大的部位。
（3）确定级间停歇时间：10 min
2、正式加载 1）荷载分级 标准荷载之前，每级荷载值为标准荷载的20％。
标准荷载之后，每级不宜大于标准荷载的10％。
荷载加至计算破坏荷载的90％后，每级荷载不宜大于标 准荷载的5％。 抗裂检测结构，荷载加至计算开裂荷载的90％后，每级 荷载不宜大于标准荷载的5％。 级间停留时间：钢结构≥10min；钢筋混凝土和木结构 ≥15min。 试验结构同时还须施加水平荷载时，按规定比例同步施 加竖向和水平荷载。
慢速维持荷载法试验步骤应符合下列规定： 1、每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每 隔30min测读一次。 2、试桩沉降相对稳定标准：每一小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm，并 连续出现两次(从分级荷载施加后第30min开始，按1.5h连续三次每30min 的沉降观测值计算)。 3、当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。 4、卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60min测读桩顶沉降量后， 即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间为 3h，测读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次。 确定单桩竖向抗压承载力时，应绘制竖向荷载-沉降(Q-s)、沉降-时间对 数(s-lgt)曲线，需要时也可绘制其他辅助分析所需曲线。
构件试验时的荷载图式应符合设计规定和实际受载 情况，常采用等效加载图式。
受弯构件试验中常利用集中荷载来代替均布荷载。
2、试验项目和测点布置 生产鉴定性试验：测定构件的承载力、抗裂度和各 级荷载作用下的挠度和裂缝开展情况。 科学研究性试验：除上述项目外，还需测量构件某 些部位的应变。
1）挠度的测量 主要测定梁跨中fmax 及弹 性挠度曲线。 跨度较大梁（大于6000） 测点应增加至5～7个。
6、试件安装就位 按试验大纲的规定和试件设计要求，将试件安装就位。 7、加载设备和量测仪表安装 加载设备根据其特点按照大纲设计要求进行安装。 仪表安装按观测设计确定。
8、试验控制特征值的计算
根据材性试验数据和设计计算图式，计算出各个荷载 阶段的荷载值和各特征部位的内力、变形值等，作为试验 时控制与比较的依据。
（2）现场试验时，由于条件和环境复杂，选择仪表时 应作具体分析和技术比较；
（3）测读方便、省时； （4）型号、规格尽可能一致，种类愈少愈好。
2）测读原则 （1）按一定的时间间隔进行； （2）测读时间选择在恒载间歇时间内；
（3）恒载时间较长时，应测取恒载下变形随时间的变 化。空载时，应测取变形随时间的恢复情况；
• 中心受压柱安装时先对构件进行几何对中，加载达20％～
40％时，在进行物理对中。
• 对于偏压试件，在物理对中后，沿加力线量出偏心距离，
再把加载点移至偏心距位置上进行试验。
• 钢筋混凝土结构仅需保证几何对中即可。
2、试验项目和测点布置
试验项目：破坏荷载、各级荷载下的侧向挠度值、控制 截面或区域的应力变化规律以及裂缝开展情况。
（4）记录仪表读数时，应该同时记下周围的气象资料 如温度和湿度等。 （5）对重要数据，应将结果随时与预计理论值进行比 较。
国家规范
•工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。
为设计提供依据的试验桩，应加载至破坏；当桩的承载力以桩身强度控 制时，可按设计要求的加载量进行。 对工程桩抽样检测时，加载量不应小于设计要求的单桩承载力特征值的 2.0倍。
4.4 常见结构构件的静载试验
一、受弯构件的试验
典型受弯构件：单向板、梁。
1、试件的安装和加载方法
1）安装方法
（1）简支，多采用正位试验，一端采用固定铰支承另一 端采用滚动铰支承。 （2）支敦与钢板、钢板与构件之间应用砂浆找平。 （3）对于板一类宽度较大的试件，要防止支承面产生翘 曲。 2）加载方法 （1）重力加载：杠杆重力加载或重力直接加载。 （2）液压加载器加载：分配梁或多台加载器直接加载。
4.2 试验前的准备
试验前的准备包括试验规划和准备两个方面，主要内容：
1、调查研究、收集资料 （1）鉴定性试验中，主要向有关设计、施工和使用单位 和人员收集资料。 （2）科研性试验中，主要向有关科研单位和情报检索部 门及必要的设计、施工单位，收集与本试验有关的历史、现 状和将来的发展要求。
2、试验大纲的制定
2）观察和分析结构变形
3）统一各点加载步调
1、预载
1）目的： （1）使试件各部接触良好 （2）检验试验装置的可靠性 （3）检验观测仪表的工作是否正常
（4）检查现场组织工作及人员工作情况
2）解决问题： （1）确定预载值：标准荷载的60％ （2）确定分级数及其加（卸）载值：加载分3级（每级 加载值为标准荷载的20％）；卸载分2～3级。
（6）辅助试验。
（7）安全措施：包括人身和设备、仪表等方面的安全 防护措施。 （8）试验进度计划。 （9）试验组织管理：包括技术档案资料、原始记录管 理、人员组织和分工、任务落实、工作检查等。
（10）附录：包括所需器材、仪表、设备及经费清单， 观测记录表格，加载设备、量测仪表的率定结果报告和其 他必要的文件规定等。 3、试件准备
2）满载时间
对需要进行变形和裂缝宽度试验的结构，在标准荷载 作用下的持续时间：
钢结构和钢筋混凝土≥30min
木结构≥60min
拱或砌体结构≥180min 预应力混凝土结构：满载30min后加致开裂，开裂荷载 下再持续30min。 对于采用新材料、新工艺、新结构形式的结构构件， 跨度较大（大于12m）的屋架、桁架等结构构件，要求在 使用状态短期试验荷载作用下的持续时间≥12h。
试验加载宜采用油压千斤顶。当采用两台及两台以上千斤顶加载时应并 联同步工作，且应符合下列规定：1 采用的千斤顶型号、规格应相同。2 千斤顶的合力中心应与桩轴线重合。
加载反力装置可根据现场条件选择锚桩横梁反力装置、压重平台反力装 置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置。
为设计提供依据的竖向抗压静载试验应采用慢速维持荷载法。
3）空载时间
受载结构卸载后到下一次重新开始受载之间的间歇时 间。
钢筋混凝土：45min
钢结构：30min 较重要的结构构件和跨度大于12m的结构：18h 3、卸载 一般可按加载级距，也可放大1倍或分两次卸完。
二、量测方案
1、确定观测项目
1）整体变形 如梁的最大挠度及整体挠曲曲线；拱式结构和框架结 构的最大垂直和水平位移及整体变形曲线；杆塔结构的整 体水平位移及基础转角等。 结构任何部位的异常变形或局部破坏都能在整体变形 中得到反映。 2）局部变形量测 如局部纤维变形、裂缝及局部挤压变形等。
4.3 加载与测量方案的设计
一、加载方案
加载方案：根据试件的结构形式、荷载的作用形式、加载
设备的类型、加载制度的技术要求、场地的大小、以及试 验经费等确定。
加载程序：试验期间荷荷载三个阶段。
分级加（卸）载目的：
1）控制加载速度