结构静载试验

绞车或卷扬机加载
2 弹簧加载：常用于长期荷载试验，荷载值从几KN到 几千KN。用千分表量测弹簧长度的改变来算出所 加荷载值。
3 螺旋千斤顶：使用时需用测力计测定其加载值。它 适于对结构施加等变形荷载，设备简单，使用方便。
以上各类加载设备都只能产生静载。
另一类机械式加载设备是机械式激振器，可产生正弦 波动荷载，用于测定结构动力特性的动力试验。
结构抗震静力试验是以静力的方式模拟地震作 用的试验。它是用周期性的反复的静力荷载施加 于结构上，研究结构抗震强度的一种静力试验， 称为低周期反复加载试验，也称为伪静力试验。 (还有拟动力试验)
• 静力试验的最大优点是所有加载设备相对简单， 荷载逐级施加，可以停下来仔细观测结构变形， 给人一明晰的破坏概念。
例1：图示受拉构件， 欲测其拉伸应变。
a专设温度补偿
试件的方案
r＝
b补偿片R2也参
与工作
r＝1＋
例2：欲测图示构件 表面由弯矩造成 的应变，也有两 种方案。
a 专设温度补偿试件 的方案
r＝
b 补偿片R2也参与工 作，它贴在构件的 下表面且轴线与工 作片平行。
r 2
例3：构件受弯矩作用，但伴有拉伸，欲测弯矩造成 的应变而排除拉力造成的应变。
一、 应变测量仪表－ 电阻应变仪
应力量测是结构试验中很主要的量测内容，目 前还没有较好的方法直接测定应力，常常借助于
测定应变后通过材料的应力－应变曲线换算为应
力值。
1）电阻应变计 通过粘贴在试件测点的感受元件电阻应变计与试 件同步变形，输出电信号进行量测。
R L
A
dR K 0
R
电阻应变计的选用：
M4
UBD

1 4
UK

MT1
P1
M1
MT3
P3
M3

MT 2
P2
M2
MT 4
P4
M4

4 1 UKMT1
4

小结
1.结构试验的主要任务及研究内容是什么？ 2.根据结构试验的目的，可将结构试验分为哪两类？ 3.根据结构试验荷载性质不同，可分为哪几类？ 4.试验荷载产生的主要方法有哪几种？各自的优缺
• 精确可靠数据的取得依赖于量测。 • 量测技术的状态反映了一个国家经济发展和科学
技术的水平，已发展成一个学科，对各个领域的 科学研究都有重要的意义。
• 量测技术包括：量测方法、量测工具、量 测误差分析三部分。
• 量测仪表系统组成：
感受部分
放大部分 显示记录部分
➢量测仪表的主要性能指标
1 量程：最大输入量与最小输入量之间的范围。
• 真型试验的特点：通过试验可以对结构构造、 各构件的相互作用、结构的整体刚度以及结构破 坏阶段的实际工作进行全面观测了解；
•但是，真型结构试验的投资大、周期长、测量 精度受环境影响较大。
• 模型试验的试验对象是仿照真实结构
并按一定比例复制而成的试验代表物，它 具有真实结构的全部或部分特征，是比真 型结构尺寸小得多的缩尺结构。
4 破坏试验时，应加可调节的托架或垫块.
• 优点：1 重物荷载数值稳定，不因试验过程中结 构的变形或徐变而减小。 2 重物荷载不影响结构的自由变形，适于做 长期荷载及均布静载试验。 缺点：1 能产生的荷载值较小，即使用了杠杆放 大，最大荷载值也在200KN以下。 2 其整套设备占用的面积也较大，有时会影 响对试件的观测。
水。 4 滚压：将应变片放在构件上，用大拇指均匀滚压，
挤出多余的胶水。 5 固化、烘干 6 用万用表检查断线和短路，兆欧表检查绝缘电阻。 7 接线：固线片 8 防潮处理：把接头全封住。
二、温度补偿技术
• 温度效应： 贴有应变片的构件总是放在某一温度 场中。当温度有变化时，会造成应变片敏感栅电 阻的变化；另外，当阻丝材料的线胀系数与构件 材料的不同时，阻丝受到附加的拉伸（压缩）， 从而造成电阻的变化。
• 动力试验包括振动试验和疲劳试验。对于承 受动力作用的结构或构件，为了了解结构的动力 特性及在动力荷载作用下的响应，一般要进行结 构动力试验。
三、短期荷载试验和长期荷载试验
•
短期试验只能反映出结构的短期性能。绝大
多数试验都是短期荷完全相同，存在着荷载作用与变形
二、液压加载
• 优点：加卸载方便， 产生的荷载值大， 便于往复循环加载， 带有脉动油泵的脉 动千斤顶还可以对 试件进行疲劳试验。
• 缺点：当结构产生较 大的变形时，很难维 持要求的荷载值，千 斤顶往往还会限制结 构朝向千斤顶方向的 变形，在某些情况下 会影响试验结果。
加载辅助设备：
无专用台座时， 可以采用图a 重物平衡支承。
图b可以采用反弯梁支承
图c 无专用台座时，可以采用构件成对自平衡 卧位。
对隧道模型
等，可以采 用加载框支 承。
• 当用一个加载器施加两点或两点以上荷载 时，常常通过分配梁实现。
三 电液伺服加载
• 目前最先进的加载设备 • 主要采用了电液伺服阀进行闭环控制，因而可获
得高精度的加载控制，且易于对试验实行不同力 学参数（如位移、荷载、应变）的控制和在试验 过程中进行控制参量的转换。
2 最小分度值：仪表能显示的最小测量值。
3 精度：一台精度为0.2级的仪表，意思是测定值的 误差不超过最大量程的±0.2％。
4 灵敏度：单位输入量所引起的仪表输出值的变化。
5 滞后：仪表的输入量从起始量程增至最大量程的 测量过程称为正行程，反之为反行程；同一输入 量正反两个行程输出值间的偏差称为滞后。
MT
m a x Wr
1 E 1 1
MT Wr • 1
• 例四：图示为一段园轴，除承受扭矩外，尚有轴向力P和 弯矩M的作用。如欲测扭矩而排除后两者的影响，可按图a 方法贴片，并取b图的全桥接法。
P1
P2
P3
P4
MT 1
• 对模型试验的要求是：模型试验必须保证 模型与真实结构几何相似、材料相似和力 学相似，完全满足相似理论。试验力学常 常用这种模型，在水利工程中也用此类模 型。
• 在“钢筋混凝土结构”及“砖石结构” 课程中讲到的试验研究绝大多数是用这种 模型做出来的。
第二节 静载试验的加载设备
一、重物荷载及设备
1 设置温补块法
UBD 1 UK1 2
4
2 工作应变计温度互为补偿法
UBD 1 UK1 2
4
三、桥路连接技术
一、应变片在构件中的布置和在电桥中的接法 ➢ 应变片感受的是构件表面某点的拉应变或压应变。 ➢ 全桥：四个桥臂均外接应变计。 ➢ 半桥：只有R1和R2为外接，R3、R4为无感电阻。
1 . 当使用砂、石等松散颗粒材料作为均布荷载时应 注意勿将荷载材料连续堆放，以免荷载材料本身 的起拱作用造成结构的卸载，应分成小堆堆放。
2 . 加集中荷载时，常用杠杆将荷载值放大。但杠杆
比一般不宜大于5。
3 . 水做均布荷载较为简易、经济，卸载可用虹吸管； 水深10cm即相当于980N/M2，但不利于布置仪表， 不利于观测。
电液伺服加载闭环控制原理
指令设定
比较 器
调整放大
油 执行元件
伺服阀 （加载器）
反馈
传感器
优点：响应快、灵敏度高、出力大，只有采用电液 伺服加载系统，才有可能对结构进行拟动力试验。
四 机械机具加载
1、 绞车
一般用于变
位大的结构、 远距离或高 耸结构施加 拉力，在拉 索中接入测 力计量测加 载值。
«土木工程结构试验» 之«静载试验»
2015年 2 月
第一章 结构静载试验
第一节 概述
一、建筑结构上的作用分为直接作用与间接作用。 建筑结构主要是承受直接作用的。
直接作用分为：静荷载作用和动荷载作用。
二、静力试验与动力试验的比较：
静力试验也称为结构静力单调加载试验。 由于大部分建筑结构在工作中承受的是静力荷 载，所以静力试验是结构试验中数量最大、最 常见的基本试验。
1.标距：根据应变场大小和被测材料的匀质性考虑。
结构的应力梯度较大时，L应尽可能小；但对于 混凝土结构，要求L大于2～3倍最大骨料粒径;砖 石结构要求L大于6皮砖;木结构要求L不小于20cm； 对于钢材等匀质材料，L可取得小一些。
2.宽度：是敏感删的宽度
3.电阻值：一般120欧 4.灵敏系数 K：一般为2.0
点？ 5.量测仪器主要由哪几部分组成？框图？ 6.量测仪器的性能指标主要有那几项？每项的含义？ 7.结构静载试验对量测仪器的基本要求是什么？ 8.应变量测的基本原理是什么？
2）电阻应变仪
测量电路一般均采用惠斯登电桥，把电阻变化转 换为电压或电流输出，并解决温度补偿等问题。
全桥
UBD 1UK1 2 3 4
4
半桥
UBD 1 UK1 2
4
3）电阻应变量测技术
一、 应变片的粘贴技术 1 选片：同一组片的阻值相差不要超过±0.2欧。 2 打磨：交叉打磨 3 涂胶：在测点处及应变片底面均匀涂上薄薄的胶
发展的时间效应问题。
•
长期荷载试验是研究结构的长期性能，如徐
变、结构的长期刚度和抗裂性能、混凝土的耐久
性等。
四、真型试验与模型试验
• 真型试验的试验对象是实际结构（或构件）
或者按实际结构（或构件）足尺寸复制的结构 （或构件）。真型试验适用于生产检验性试验； 有些研究结构整体性能的试验，如工业厂房结构 的刚度试验、高层结构风振测试及采用脉动法测 量结构的动力特性等试验；实际构件试验；足尺 寸复制结构的试验等。
MT 2
MT 3
MT 4
M1