31-2结构静载试验(加载)

➢ 箱式试验台：在箱形结构的顶板上沿纵横两个方向 按一定间距留有竖向贯穿的孔洞，便于沿孔洞连线 的任意位置加载。实验测量与加载工作可在台座上 面，也可在箱内进行。
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➢ 对于承受集中荷载作用的试件表面应辅设钢垫板， 防止局部受压破坏。对于柱与压杆试验，可在试 件受压端增设钢柱帽，防止局部承压破坏。
墙 体 轴 向 加 载 试 验 装 置
三、 荷载支承装置（反力架、台座）
1．反力架
➢ 竖向反力架：装配式门型钢结构支架，立柱为H 型或圆柱型，横梁一般为箱型。
2．反力装置
➢1．杠杆
利用放大原理，将施加的较小荷载，经过杠杆 的传递而获得放大几倍的作用力，杠杆比例不宜大 于1：6。当采用型钢单梁式杠杆时，其支点、力 点和重点必须明确，并设有加肋，防止杠杆本身翘 屈和失稳。
2．配梁
➢ 将单一杠杆或液压加载器产生的荷载分配成两个 或两个以上的多点集中荷载。分配梁一般均为单 跨简支梁形式，不能用多跨连续梁的形式。
3.2.3 机械力加载
➢ 机械力加载常用的机具有倒链葫芦、卷扬机、绞 车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等。优点是设 备简单，容易实现 。缺点是荷载值不大 。
➢ 葫芦、卷扬机、绞车和花篮螺丝等主要用于远距 离或高耸结构加载。联结滑轮组可以改变作用力 的方向和拉力大小。拉力大小通常用拉力测力计 测定 。
四、试验台座
1．抗弯大梁式台座和空间桁架式台座
➢ 抗弯大梁式台座：中小型构件试验或混凝土制品 检验的要求。
➢ 一般用于试验中等跨度的构架及屋面大梁。
空间行架台座
2. 试验台座
➢ 试验台座是建于试验室内的板式或箱式钢筋混凝 土结构，用以平衡施加在试验结构物上的荷载所 产生的反力和固定横向支架。台座的刚度极大， 承载能力一般为2OO～1000kPa。
受压构件刀铰支座
2．支墩
➢ 现场试验的支墩：多用砖块砌筑或用混凝土浇注而 成，支墩上部应有足够平整并应垫钢板。支墩本身 应有足够的强度和刚度，支承底面积要按地耐力进 行复核验算，保证试验时各支墩不发生过度的变形 或不均匀沉降。在试验荷载作用下，支墩和地基的 总压缩变形不直超过试件挠度的1／10。若试验需 要两个以上支墩时，各支墩的刚度均应相同。
➢ 气压加载的优点是加载、卸载方便，荷载稳定； 缺点是试件受力载面无法观测，利用真空加载时 试件周边密封要求较高。
正压加载：
➢ 用空气压缩机对气囊充气，给试件施加荷载，压 力可到180KPa。在试件上特制一个对试件无约束 的密封容器（图2－21a），或在加载装置和试件 之间设置一可充气的气囊（图2－21b），经充气 后藉助容器或气囊将均布压力施加于试件表面。
3 结构静载试验
3.1 概 述
结构静载试验是应用最广的试验方法。它相对动载试验 而言，技术与设备较简单，经济性好，实现容易。主要应用 于：研究结构构件的的承载力、刚度、抗裂性、稳定等基本 性能和破坏机制。
结构静载试验方法包含一次单调加载试验、低周反复试 验和拟动力试验。本章主要讲述内容为： （1）静载加载系统：加载设备、装置及加载方法 （2）静载量测系统：量测仪器和量测方法 （3）常见结构静载试验方法：梁板、柱、桁架、墙体和网 架 （4）静载试验数据修正与处理方法
➢ 电液伺服液压系统是一种比较理想的试验设备，它 可以较为精确地模拟所受的实际荷载（静力荷载与 动力荷载），如模拟地震、海浪等复杂荷载。
➢ 特点：响应快，灵敏度高、量测和控制精度好、出 力大、波形多、频带宽、可与计算机联机。投资大、 维护费用高。
➢ 系统主要由液压源、控制系统和电液伺服液压加载 器等三大部分组成。
➢ 1）板式试验台座 指台座为整体的钢筋混凝土或预应力钢筋混凝
土的厚板。由台座的自重和刚度来平衡结构试验 时施加的荷载。
➢ 槽式试验台座：目前国内用得较多的静力试验台座， 试件安装就位的位置灵活。仅用于静力试验。
➢ 地锚式试验台座：在台面上每隔一定间距设置一个 地脚螺丝。可用于静力试验和动力试验。但螺丝受 损后修理困难，试件安装就位的位置就受到限制。
滚轴受力 kN/mm
直径D(mm)
<2 40 ～ 60
2～4
4 ～6
60 ～ 80 80 ～ 100
2）固定支座
➢ 对于柱或框架等构件，可用螺栓直接固定于试验 台座。对于梁式构件，在实验室内可利用试验台 座和拉杆锚定装置模拟固定端支座。
柱端固定支座构造
梁式构件固定端支座构造
3）受压构件刀式铰支座
二、 液压加载系统
➢ 液压加载系统主要由储油箱、高压油泵、测力装置 和操纵台，通过高压油管同时并联连接若干个液压 加载器组成，由操纵台控制，满足多点同步加载的 要求。当使用液压加载系统加载试验时，还必须配 置各种反力支承系统（如承力架、试验台座、分配 梁等）。
液压加载系统
三、 结构试验机加载
1、 重力直接加载 （1）用块状材料做均布加载装置
≤ l/6
50-100
1.重物 2.试件 3. 支座
块状材料直接分垛堆放，垛宽度≤l/6,垛间距 50—100mm；颗粒材料装袋或装无底箱。
（2）用水做均布加载的试验装置
特点：简易方便，经济适用
（3）用吊篮施加集中荷载的加载装置
➢ 特别适合于现场做屋架试验
因素有关， 有铰支座和固定支座两种。 1）铰支座：铰支座一般用钢材制作，其型式有 滚轴式和刀铰式两种。
板梁铰支座
板壳结构铰支座
➢铰支座的基本要求
①保证结构在支座处自由水平移动和自由转动。 ②保证结构在支座处力的传递。 ③保证结构在支承处局部受压强度。 ④滚轴长度：一般取等于试件支承处截面宽度； ⑤滚轴直径：参照下表选用，并进行强度验算。 ⑥垫 板：上垫板宽度b与试件支撑宽度一致，长度L不小于 R/bfc,厚度δ不小于0.7b√fcu/fy，并不小于宽度的1/6。
原理：用高压油泵将具有一定压力的液压油压入 液压加载器的工作油缸，使之推动活塞，对结构施加 荷载。常用的液压加载设备有：手动液压加载器（千 斤顶）、电动液压加载器、结构试验机和电液伺服加 载器。
一、液压加载器
1）手动液压加载器 手动液压加载器的
构造原理见图。使用时 先拧紧放油阀，掀动手 动油泵的手柄，使储油 缸中的油通过单向阀压 入工作油缸，推动活塞 上升。最大出力可到 5000kN，行程200mm.
➢ 卧梁的作用：是将若干个加载点的集中荷载转换 成均布荷载施加于试件的端面，保证试件的受载 截面获得均匀分布的应力状态。为了保证荷载的 正确传递，卧梁必须有足够的强度和刚度。如需 降低卧梁的刚度，应适当增加集中荷载的个数。 卧梁安装时与试件端面之间应平整辅设砂浆垫层， 砂浆强度不应低于试件混凝土强度等级的50%。
液压源
加载器
➢ 2、工作原理:
控制系统
指计 算 机 令控制系统
适调器
伺服 放大器
电液 伺服阀
传感器
液压 加载器
试验 对象
➢ 加载时，通过传感器（如荷载、位移、应变、加速度等传 感器）量测某一物理量作为反馈信号，以电参量的方式实 时与指令信号（试验要求控制达到的设定量）进行比较， 从而自动修正电液伺服阀的工作状态，使液压加载器活塞 的动作趋向于传感器量测的物理量并与指令信号相一致。 因此，它可以精确模拟结构构件所承受的实际荷载。在结 构抗震试验中的地震模拟振动台试验、结构拟动力试验和 结构伪静力试验得到应用。
2）电动液压加载器
a）单作用加载器 ➢ 构造比较简单：由活塞和工
作油缸两部分组成。而储油 缸、油泵、阀门等另外单独 配置。 ➢ 活塞行程较大，可倒置安装。 ➢ 可做多点加载：可用多个加 载器组成同步加载系统，适 应多点加载。
b）双作用加载器
➢ 为适应结构抗震试验施加低周反复荷载的需要， 采用双向作用的液压加载器，它的特点是在油缸 的两端各有一个送油孔，设置油管接头，可通过 油泵与换向阀交替进行供油，由活塞对结构产生 拉压双向作用施加反复荷载。
比较典型的大型结构 试验机是结构长柱试验机， 由液压操纵台、大吨位的液 压加载器（≥2000kN）和试 验机架三部分组成。国内普 遍使用的长柱试验机的是 5000kN，试件最大高度可 达6m，用以进行柱、墙板、 砌体、节点和梁的受压与受 弯试验。试验机应满足2级 精度要求。
四、电液伺服加载
1. 系统特点与构成
➢ 弹簧与螺旋千斤顶均适用于施加长期荷载。螺旋 千斤顶由涡轮蜗杆等组成，手动顶升采用类似普 通手动液压千斤顶。通过旋动螺帽，靠弹簧的弹 力加压，用百分表测其压缩变形确定其荷载。
弹簧施加持久荷载
3.2.4 气压加载法
➢ 气压加载法主要是利用空气压力对试件施加垂直 于试件表面荷载，有正压加载（充气）和负压加 载（抽真空）两种。气压加载特别适合于曲面结 构加载。气压加载需要一个对试件无约束的密封 容器或气囊。
➢ 单跨简支分配梁：一个集中荷载分为两个集中力， 它们的数值即是分配梁的两个支座反力。
➢ 分配梁层数不宜大于三层。不等比例的比例不宜 大于1：4，且须将荷载分配比例大的一端设置在 靠近固定铰支座的一边，以保证荷载的正确分配、 传递和试验的安全。分配梁本身应有足够的强度 和刚度。
分配梁的设置
3. 卧梁
1.试件 2. 支座 3.重物 4.吊篮 5. 分配梁
2 、杠杆加载
➢ 利用杠杆原理，将重物荷重放大加于结构 上，减少重物数量，便于持久加载。
➢ 现场试验杠杆加载的支承方法
（a) 墙洞支承 (b) 重物支承 （b) 反弯梁支承 (c)桩支承
3.2.2 液压加载
特点：结构试验中普遍采用的一种加载方法。它 的最大优点是能产生较大的荷载，试验操作安全方便， 加载速度快。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。尤其是电液伺服加 载系统能模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力 荷载。
负压加载
➢ 利用真空泵抽出试件与台座形成的封闭空间的空 气，形成大气压力差对试件施加均布荷载（可到 100KPa)，压力值用真空表测量。
3.2.5 加载装置（支承、分力、反力） 一、支承装置
➢ 支承和传力、模拟实际荷载图式和边界条件，通 常由支座和支墩两部分组成。
1. 支座 支座的型式和构造与试件类型、边界条件等
加载速率。
3.2.1 重力加载
➢ 重力加载：将物体本身的重力施加于结构上作为 荷载。 实验室试验：常用标准铸铁砝码、混凝土块、 水箱 现场试验：就地取材，常用砂、石、砖块等建 筑材料，或是钢锭、铸铁、废构件等。
➢ 重物可以直接施加或者通过杠杆间接施加于试验 结构或构件上。
➢ 特点：荷载容易取得，但加载费工费时；利用砂 石、砖块加载时，荷载不易恒定。
3.2 静载试验荷载系统
➢ 结构静载试验的荷载绝大多数采用的是模拟荷载，产生模 拟荷载的荷载系统应满足以下基本条件：
1）满足结构荷载图式和边界条件要求。 2）加载值稳定，不受试验环境或结构变形的影响，相对误
差不超过±5％。 3）加载设备应有足够的强度和刚度，保证足够的安全储备。 4）加载设备要操作方便，便于分级加载和卸载，并能控制
➢ 实验室试验的支墩：用钢材或钢筋混凝土制成专 用支墩，支墩的高度一般在400～600mm，以满 足仪表安装、观测和加卸荷载的要求，实验室内如 有条件应采用支座高度可调支墩。
二、荷载传递装置
➢ 作用：将加载设备产生的荷载按试验荷载图式的要 求传递到试验的结构上，同时满足荷载放大、分配 和荷载作用形式转换的要求。有杠杆、分配梁和卧 梁。
➢ 对柱或墙板的试验时，构件两端均应采用刀铰支 座。刀铰支座有单向铰和双向铰两种。双向刀铰 支座适用于可能发生双向屈曲时使用。
➢ 柱或墙板偏心受压试验：可以通过调节螺丝来调 整刀口与试件几何中线的距离，满足不同偏心矩 的要求。
➢ 短柱轴压试验：如结构试验机上下压板之一已有 球铰，则短柱两端可不设刀铰支座。
➢ 水平反力
1）反力架：一般是 由钢结构制成的可 移动桁架式支架， 液压加载器固定于 反力架的立柱上。 由于受强度和刚度 控制，它能承受的 荷载不大，一般适 用于中小型试件试 验使用。
2）反力墙
➢ 钢筋混凝土结构或钢结构制成。反力墙与试验台座 连成整体，组成抗侧力试验台座。在反力墙纵横方 向按一定距离设有锚孔，以便安装液压加载器，满 足加载器在反力墙的任意位置对试件施加水平荷载 的要求。