结构试验课件(第三章)
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结构试验课件(第三章)讲解
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 .
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.
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。
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。
建筑结构试验ppt课件
6.3.2 钢筋混凝土框架节点组合体的抗震性能试 验
试件型式：十字梁柱节点、梁柱板节点（中柱、边柱、 角柱）
试件材料：高强混凝土，型钢混凝土、组合混凝土、 预应力混凝土等
研究目的：新型材料、新型结构、新型构造、加固性 能
加固方法及材料：扩大截面加固法、外包型钢加固法， 粘贴钢板加固法，复合材料加固法（碳纤维、钢纤维 片材、布等）
一加载间隔的恢复刚度值由试验实测和计算机分析 得到，以确定下一步加载值大小的试验方法，能模 拟地震作用下结构物的响应，是一种半数值半实测 的非线性地震反应试验研究方法。
第七章 结构动力特性试验（测试）
7.1 概述
7.1.1 结构动力特性参数：自振频率、阻尼系数、振型 结构动力特性参数与外荷载无关，便受外载作用
2.4 结构试验荷载设计
2.4.1 集中力 千斤顶、砝码、砖块、黄沙包
2.4.2 线荷载 多点集中力模拟（各点荷载大小相同、通过刚性 梁传递）
2.4.3 面荷载 多点集中力模拟（通过多级分配梁） 气囊加载 黄砂、水等堆载
2.4.4 反复或疲劳荷载
电液伺服作动器、疲劳机等
2.4.5 模拟地震作用
3.1.2 选用合适加载方法和设备的原则 （1） 选用的和计算的相一致 （2） 加荷大小在加载设备能力的20~80%之间 （3） 等效模拟加载应按观测参数考虑，如：挠度、应
变、弯矩、…
3.2 重力加载法
3.2.1 重力直接加载法：堆载、吊载 3.2.2 杠杆加载方法：荷载值稳定
3.3 液压加载法
3.3.1 普通液压千斤顶 单向作用（单顶式）、双向作用（推、拉式）、
几个概念介绍：
加载制度：试验进行期间荷载的时间过程 基本构件：梁、柱、板、墙 扩大构件：由若干基本构件组成的，如框架、连续
《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。
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。
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。
《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。
建筑结构试验 ppt课件
图1.3 结构伪静力试验示意图
图1.4 结构拟动力试验示意图
• 2. 拟动力试验 • 3. 伪静力试验与拟动力试验的区别
建筑结构试验
• 1.3.4 真型试验与模型试验 • 1. 真型试验 • 2. 模型试验 • 3. 模型的分类 • （1） 设计比例存在个性 • （2） 设计理论存在差异 • （3） 试验结果分析方法存在区别 • 1.3.5 短期荷载试验和长期荷载试验 • 1. 短期荷载试验
• ①试验数据处理。 • ②试验结果分析。 • ③完成试验报告。
• 2.2 试验前期工作方案设计 • 2.2.1 调研方案设计
• 2.2.2 研究路线方案设计 • 1. 研究路线的含义 • 2. 研究路线的作用 • 3. 研究路线的内容 • 4. 研究路线的制定 • 2.2.3 其他工作方案设计
• 2.3 试验构件方案设计 • 2.3.1 试件形状
• 第7章 结构试验科研示例
• 试验1 钢筋混凝土连续梁调幅限值的试验
ห้องสมุดไป่ตู้
•
研究
• 试验2 框筒结构动力分析方法的模型试验
•
研究
• 试验3 砖砌体伺服加载器周期性动力加载
•
试验研究
建筑结构试验
• 内容提要：本章的目的是把《建筑结构试验》的
大致轮廓交代给读者，通过建筑结构试验的任务、 作用、分类和发展过程的学习，使读者了解什么是 建筑结构试验。 • 教学重点：建筑结构试验的分类及其相关概念的区 别。
建筑结构试验
• 宋 彧 张贵文 主编
建筑结构试验
• 第1章 建筑结构试验概述 • 1.1 建筑结构试验的任务 • 1.2 建筑结构试验的作用 • 1.3 建筑结构试验的分类 • 1.4 建筑结构试验的发展
(结构试验)第三章结构试验加载方法与设备
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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
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。
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利用水作为重力加载用的荷载装置，是一个简易方便而且甚 为经济的方案。对于大面积的平板试验，如楼面、平屋面等 钢筋混凝土结构可以采用特殊的盛水装置作为均布荷载直接 加于结构表面。
在现场试验水塔、水池、油库等特种结构时，水是最为理想 的试验荷载，它不仅附合结构物的实际使用条件，而且还能 检验结构的抗裂抗渗情况。
➢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。
第三章 结构试验加载方法与 设备
School of Urban Construction and Management
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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。
《建筑结构试验》PPT课件_OK
建筑结构试验
1
《建筑结构试验》是一门什么性质 的课程？
• 《建筑结构试验》是一门必修的专业基础课程 （30学时，1.5学分），是电学、光学、光电子学、 力学、钢筋混凝土结构和钢结构等学科相互交叉 的、实用性很强的一门学科，是用试验的方法研 究和测量建筑结构的强度、结构受荷载作用后的 反应及评估建筑结构产品质量的一门学科。
17
（1）静力试验
*结构静力单调加载试验：试验加载过程是从零开始逐步递增 一直到结构破坏为止，也就是在一个不长的时间段内完成试 验加载的全过程。
*低周反复静力加载试验（伪静力试验）：为了探索结构抗震 性能，采用结构抗震静力试验的方式来模拟地震作用的动力试 验，它是一种控制荷载或控制变形的周期性的反复静力荷载。
如：混凝土的徐变、结构受温度变化的 影响、预应力结构中的钢筋的松弛等试验。
27
4、按试验场所分类
（1）试验室试验 （2）现场试验 • 1、试验室试验
适宜于研究性试验。 • 2、现场试验
多用于解决生产性的问题。
28
第四节 结构试验的发展
•
从无到有，从小到大。现在，全国各地进行的各种类型的结构试验日益
7
所谓建筑结构试验，就是对建筑结构或者是它的 构件施加一定的荷载，这个荷载我们指的就是比较广 义的，包括力，也包括温度或者是变形，然后用现代 的测试手段对它引起来的各种反应，比如说：变形、 位移、应变等等进行测量，通过这些测量来观测结构 对荷载的反应能力，考查它是否符合使用和设计要求， 同时，也可以通过这种观测，来得到荷载与它产生的 变形之间的关系，为计算提供实践根据。
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（1）真型试验
• 试验对象：（1）实际结构 （2）实物结构足尺复制的结构或构件。
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《建筑结构试验》是一门什么性质 的课程？
• 《建筑结构试验》是一门必修的专业基础课程 （30学时，1.5学分），是电学、光学、光电子学、 力学、钢筋混凝土结构和钢结构等学科相互交叉 的、实用性很强的一门学科，是用试验的方法研 究和测量建筑结构的强度、结构受荷载作用后的 反应及评估建筑结构产品质量的一门学科。
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（1）静力试验
*结构静力单调加载试验：试验加载过程是从零开始逐步递增 一直到结构破坏为止，也就是在一个不长的时间段内完成试 验加载的全过程。
*低周反复静力加载试验（伪静力试验）：为了探索结构抗震 性能，采用结构抗震静力试验的方式来模拟地震作用的动力试 验，它是一种控制荷载或控制变形的周期性的反复静力荷载。
如：混凝土的徐变、结构受温度变化的 影响、预应力结构中的钢筋的松弛等试验。
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4、按试验场所分类
（1）试验室试验 （2）现场试验 • 1、试验室试验
适宜于研究性试验。 • 2、现场试验
多用于解决生产性的问题。
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第四节 结构试验的发展
•
从无到有，从小到大。现在，全国各地进行的各种类型的结构试验日益
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所谓建筑结构试验，就是对建筑结构或者是它的 构件施加一定的荷载，这个荷载我们指的就是比较广 义的，包括力，也包括温度或者是变形，然后用现代 的测试手段对它引起来的各种反应，比如说：变形、 位移、应变等等进行测量，通过这些测量来观测结构 对荷载的反应能力，考查它是否符合使用和设计要求， 同时，也可以通过这种观测，来得到荷载与它产生的 变形之间的关系，为计算提供实践根据。
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（1）真型试验
• 试验对象：（1）实际结构 （2）实物结构足尺复制的结构或构件。
土木工程结构试验课件
检验性试验
相关实例
• 《京华时报》 京华时报》2005年 2005年12月 12月1日 报道， 报道，目前纪念碑的地下室存 在漏水问题， 在漏水问题，雨水会从底座的 缝隙渗入地下室， 缝隙渗入地下室，导致纪念碑 基座出现风化。 基座出现风化。同时纪念碑1 同时纪念碑1 层和2 层和2层基座的南北向均出现 一些裂缝。 一些裂缝。经过全面的结构检 测，确定这些裂缝对纪念碑安 全不会造成影响， 全不会造成影响，但为了使纪 念碑更加完善， 念碑更加完善，因此决定对其 进行修缮。 进行修缮。
概论
海南大学土木工程系
土木工程分类
土木工程 Civil Engineering 建筑工程类 道路、桥梁类 水利类 环境类
绪论
◇ 土木工程结构静力试验和动力试验的加载模拟 技术， 技术，结构变形的量测技术， 结构变形的量测技术，试验数据的处理 技术， 技术，信号分析技术， 信号分析技术，直至最后对试验对象作 出技术评价或理论分析。 出技术评价或理论分析。 • 根据结构试验的目的 根据结构试验的目的， ，结构承受的荷载性质， 结构承受的荷载性质， 荷载在结构上停留的时间， 荷载在结构上停留的时间，以及试验要求的的 最终结果等情况， 最终结果等情况，可将结构试验分为研究性试 验及检验性（ 验及检验性（鉴定性） 鉴定性）试验两类。 试验两类。
给 排 水 工
程
供 热 通 风 工 程
研究性试验
研究性试验具有研究、 研究性试验具有研究、探索和开发的性质。 探索和开发的性质。其目的在于验证结 构设计的某一理论， 构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、 或验证各种科学的判断、推理、 推理、假设及概 念的正确性， 念的正确性，或者是为了创造某种新型结构体系及其计算理论 ，而有系统地进行的试验研究。 而有系统地进行的试验研究。 研究性试验的试验对象是试件， 研究性试验的试验对象是试件，它不一定是研究任务中的具体 结构， 结构，更多的是经过力学分析后抽象出来的模型。 更多的是经过力学分析后抽象出来的模型。模型必须反 映研究任务中的主要参数。 映研究任务中的主要参数。因此， 因此，研究性试验的试件都是针对 某一研究目的而设计和制作。 某一研究目的而设计和制作。试件的外形应尽可能地考虑到简 化加载设备条件； 化加载设备条件；试件的尺寸取决于试验设备的容量、 试件的尺寸取决于试验设备的容量、场地及 环境条件； 环境条件；为了减小尺寸效应， 为了减小尺寸效应，试件尺寸应尽量和实际结构接 近；考虑到材料的变异性， 考虑到材料的变异性，同样的试件应制作两个以上。 同样的试件应制作两个以上。 研究性试验一般都在室内进行， 研究性试验一般都在室内进行，需要使用专门的加载设备和数 据测试系统， 据测试系统，以便对受载试件的变形性能作连续观察、 以便对受载试件的变形性能作连续观察、测量和 全面的分析研究， 全面的分析研究，从而找出其变化规律， 从而找出其变化规律，为验证设计理论和计 算方法提供依据。 算方法提供依据。
建筑结构试验-03静载①
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）
静载试验的加载设备
——电液伺服加载系统 ——电液伺服加载系统
是一种采用闭环控制的先进的液压加载设备，可以按 输入讯号通过计算机或模拟控制正确模拟结构所受的真实 荷载，广泛应用于结构的伪静力、拟动力和结构动力加载 试验。 系 系系系
电 电 电电电电电
控 控系系
电 液液
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
静载试验的加载设备
——试验台座： ——试验台座： 是试验室内永久性的固定设备，用以平衡施加在试验 结构物上的荷载所产生的反作用力。 结构形式——厚度1 结构形式——厚度1米以上的劲性钢筋混凝土结构； 台面形式——槽道式、地锚式、穿孔式、组合式。 台面形式——槽道式、地锚式、穿孔式、组合式。
动电结结
静载试验——静力荷载试验 ——静力荷载试验
研究和评价结构在静力荷载作用下的力学性能，也是研究 结构抗震性能的重要试验手段之一。 结构抗震性能的重要试验手段之一 静力单调加载试验——一般结构静载试验。在不太长的时 静力单调加载试验——一般结构静载试验。在不太长的时 间内，完成试验荷载从零开始一直加至结构破坏的全过程。 间内，完成试验荷载从零开始一直加至结构破坏的全过程。 常用于研究在模拟静荷载作用下结构或构件的强度(稳定) 常用于研究在模拟静荷载作用下结构或构件的强度(稳定)、 刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制。 刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制。 伪静力加载试验——低周反复加载试验。是以控制荷载或 伪静力加载试验——低周反复加载试验。是以控制荷载或 控制变形由小到大，周期反复作用于结构的静力荷载试验。 控制变形由小到大，周期反复作用于结构的静力荷载试验。 以此模拟地震对结构的作用，由荷载变形关系获得结构的恢 以此模拟地震对结构的作用，由荷载变形关系获得结构的恢 复力特性。 复力特性。 拟动力加载试验——计算机— 拟动力加载试验——计算机—加载器联机试验。由计算机 按输入的地震记录和结构反应，闭环控制加载器完成模拟结构 按输入的地震记录和结构反应，闭环控制加载器完成模拟结构 在地震作用下的动力反应的一种静力试验方法。 在地震作用下的动力反应的一种静力试验方法。
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）
静载试验的加载设备
——电液伺服加载系统 ——电液伺服加载系统
是一种采用闭环控制的先进的液压加载设备，可以按 输入讯号通过计算机或模拟控制正确模拟结构所受的真实 荷载，广泛应用于结构的伪静力、拟动力和结构动力加载 试验。 系 系系系
电 电 电电电电电
控 控系系
电 液液
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
静载试验的加载设备
——试验台座： ——试验台座： 是试验室内永久性的固定设备，用以平衡施加在试验 结构物上的荷载所产生的反作用力。 结构形式——厚度1 结构形式——厚度1米以上的劲性钢筋混凝土结构； 台面形式——槽道式、地锚式、穿孔式、组合式。 台面形式——槽道式、地锚式、穿孔式、组合式。
动电结结
静载试验——静力荷载试验 ——静力荷载试验
研究和评价结构在静力荷载作用下的力学性能，也是研究 结构抗震性能的重要试验手段之一。 结构抗震性能的重要试验手段之一 静力单调加载试验——一般结构静载试验。在不太长的时 静力单调加载试验——一般结构静载试验。在不太长的时 间内，完成试验荷载从零开始一直加至结构破坏的全过程。 间内，完成试验荷载从零开始一直加至结构破坏的全过程。 常用于研究在模拟静荷载作用下结构或构件的强度(稳定) 常用于研究在模拟静荷载作用下结构或构件的强度(稳定)、 刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制。 刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制。 伪静力加载试验——低周反复加载试验。是以控制荷载或 伪静力加载试验——低周反复加载试验。是以控制荷载或 控制变形由小到大，周期反复作用于结构的静力荷载试验。 控制变形由小到大，周期反复作用于结构的静力荷载试验。 以此模拟地震对结构的作用，由荷载变形关系获得结构的恢 以此模拟地震对结构的作用，由荷载变形关系获得结构的恢 复力特性。 复力特性。 拟动力加载试验——计算机— 拟动力加载试验——计算机—加载器联机试验。由计算机 按输入的地震记录和结构反应，闭环控制加载器完成模拟结构 按输入的地震记录和结构反应，闭环控制加载器完成模拟结构 在地震作用下的动力反应的一种静力试验方法。 在地震作用下的动力反应的一种静力试验方法。
《建筑结构试验》课件
试验； 9 1977年，“建筑结构测试技术的研究”八年规划； 9 上世纪80年代以来，随着大型高精度试验装置和数采
系统的应用，标志着我国结构试验达到一个新水平。
9
建筑结构试验
结构试验的发展趋势：
9 大型化、体系化； 9 精密性，包括试件设计、加载、测试； 9 计算机联机试验。
我校的结构试验建设情况：
16
建筑结构试验
静力试验与动力试验：
9 静力试验
♦ 单调静力试验、低周反复静力试验等 ♦ 优点：加载设备简单，试验观测方便 ♦ 缺点：不能反映结构动力性能
9 动力试验
♦ 振动台试验、疲劳试验、风载试验等 ♦ 优点：能真实反映结构的动力特性和动力响应 ♦ 缺点：加载设备和测试手段复杂
17
建筑结构试验
9 共有六个试验室； 9 静力、拟动力、振动台、抗火、风洞、耐久性。
10
结构试验的任务：
9 定义：课本P1－2
P
P
Δ
应变片
建筑结构试验
P－Δ曲线（构件） M－φ关系（截面） 承载力、挠度、裂缝 平截面假定验证
11
建筑结构试验
结构试验的目的：
9 生产性试验（又称鉴定性试验或检验性试验） 9 科研性试验
2
结构试验设计
建筑结构试验
试件设计
加载方案
荷载设备
测试方案
数据采集和测 量仪器
3
建筑结构试验
课时安排
第一章 结构试验概论
（2课时）
第三章 结构试验的荷载设备
（2课时）
第四章 结构试验的数据采集和测量仪器 （2课时）
第二章 结构试验设计
（4课时）
第五章 结构单调加载静力试验
（2课时）
系统的应用，标志着我国结构试验达到一个新水平。
9
建筑结构试验
结构试验的发展趋势：
9 大型化、体系化； 9 精密性，包括试件设计、加载、测试； 9 计算机联机试验。
我校的结构试验建设情况：
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建筑结构试验
静力试验与动力试验：
9 静力试验
♦ 单调静力试验、低周反复静力试验等 ♦ 优点：加载设备简单，试验观测方便 ♦ 缺点：不能反映结构动力性能
9 动力试验
♦ 振动台试验、疲劳试验、风载试验等 ♦ 优点：能真实反映结构的动力特性和动力响应 ♦ 缺点：加载设备和测试手段复杂
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建筑结构试验
9 共有六个试验室； 9 静力、拟动力、振动台、抗火、风洞、耐久性。
10
结构试验的任务：
9 定义：课本P1－2
P
P
Δ
应变片
建筑结构试验
P－Δ曲线（构件） M－φ关系（截面） 承载力、挠度、裂缝 平截面假定验证
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建筑结构试验
结构试验的目的：
9 生产性试验（又称鉴定性试验或检验性试验） 9 科研性试验
2
结构试验设计
建筑结构试验
试件设计
加载方案
荷载设备
测试方案
数据采集和测 量仪器
3
建筑结构试验
课时安排
第一章 结构试验概论
（2课时）
第三章 结构试验的荷载设备
（2课时）
第四章 结构试验的数据采集和测量仪器 （2课时）
第二章 结构试验设计
（4课时）
第五章 结构单调加载静力试验
（2课时）
第三章 工程结构试验
正压：用空压机充气加载，用大于1.5级的压力表计量 负压：用抽真空加载，用真空度计量。采用铁皮、塑料薄膜涂黄油或 热刷石腊密封。 荷载可达50-100KN/㎡，适用对板壳施加均布荷载。 对脆断的试件要防气包爆裂。
(a)正压加载
（b）负压加载
图3-7 气压加载示意图
1－板试件；2－气囊；3－压力表（或用U形管量测）；4－管道；5－泄气
加荷注意事项：
a、单体重物不得太重，以免加载时引起冲击。 b、散料包在跨度方向的尺寸不大于1/6L，且每垛之间要空515㎝，目的是防荷载起拱，影响荷载效应。若以荷载传感器计量， 则不受起拱影响。 c、杠杆要有足够的刚度，且杠杆支点、施荷点、节点须在一线， 以防荷载失真。
2、气压加载（见图3.2.1 ）
地震模拟振动台（shaking table）见图3.3.6
2
1
6
3
3
5
图 3.3.6 地震模拟振动台 1－试验结构模型；2－控制室；3－振动台台面；4 －电液伺服助动器；5－振动台基础；6－液压动力 系统
地震振动台： 试件 测振传感器
振动平台 水平 振动器 基础
垂直振动器
液压源 冷却系统
储能器 储能器 储能器 储能器 分油器
A、初位移加载法（用于小试件）：
B、初速度加载法 ：
垂重取结构自重的0.1％， 落距≤2.5m，为防止重物 回弹再次撞击和局部受 损，拟在落点处铺设 15～20cm的砂垫层。
（2）离心力加载（centrifugal force loading） • 离心力加载是由旋转质量产生的离心力对结构施加简谐
液压加载器 试件
承力架 管路系统 控制台
试验台座
长轴液压拉伸、压力机：
(a)正压加载
（b）负压加载
图3-7 气压加载示意图
1－板试件；2－气囊；3－压力表（或用U形管量测）；4－管道；5－泄气
加荷注意事项：
a、单体重物不得太重，以免加载时引起冲击。 b、散料包在跨度方向的尺寸不大于1/6L，且每垛之间要空515㎝，目的是防荷载起拱，影响荷载效应。若以荷载传感器计量， 则不受起拱影响。 c、杠杆要有足够的刚度，且杠杆支点、施荷点、节点须在一线， 以防荷载失真。
2、气压加载（见图3.2.1 ）
地震模拟振动台（shaking table）见图3.3.6
2
1
6
3
3
5
图 3.3.6 地震模拟振动台 1－试验结构模型；2－控制室；3－振动台台面；4 －电液伺服助动器；5－振动台基础；6－液压动力 系统
地震振动台： 试件 测振传感器
振动平台 水平 振动器 基础
垂直振动器
液压源 冷却系统
储能器 储能器 储能器 储能器 分油器
A、初位移加载法（用于小试件）：
B、初速度加载法 ：
垂重取结构自重的0.1％， 落距≤2.5m，为防止重物 回弹再次撞击和局部受 损，拟在落点处铺设 15～20cm的砂垫层。
（2）离心力加载（centrifugal force loading） • 离心力加载是由旋转质量产生的离心力对结构施加简谐
液压加载器 试件
承力架 管路系统 控制台
试验台座
长轴液压拉伸、压力机：
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
§3.3 液压加载法
液压加载是结构试验中应用比较普遍和理想的一种加载 方法。它最大优点是利用油压使液压加载器产生较大的荷 载，试验操作安全方便，特别是对于大型结构构件试验当 要求荷载点数多、吨位大时更为合适。尤其是电液伺服系 统在试验加载设备中得到广泛应用后，为结构动力试验模 拟地震荷载等不同特性的动力荷载创造了有力条件,使动力 加载技术发展到了一个新水平。 在用液压加载的装置当中，必须要有一个承力的装置 ，叫做承载架，或者叫做加荷架。它要承受加载器的反力 ，这个加载器一方面给试件加力，同时承受反力，最后传 递到试验台上去。 液压加载法主要包括液压千斤顶，液压加载系统，大型 结构实验机，电液伺服液压加载系统。
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。
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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.
初速度加载法
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。
3.5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：
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 .
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。
现场：砖、砂、石和袋装水泥等建筑材料。
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。
3.1.2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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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）初位移加载法
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。
3.1.1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
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 。
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 .
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 。
3.3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。