课件-第2章-试验荷载与加载方法

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电液伺服液 压系统工作 原理
传感器检测出的加载试件的某一力学参量经传感器变换后 以电参量的方式作为反馈信号在比较器中随时与设定的电 参量比较,得出差值信号调整放大后,控制伺服阀在推动 千斤顶,向消除差值的方向动作。
电液伺服液压系统 工作原理
第2章 试验荷载与加载方法
第2章 试验荷载与加载方法
(2)电液伺服阀的工作原理
上节内容回顾:
试验的一般过程: 策划、准备、加载、数据处理。 支座:钢结构,支墩—混凝土结构 等效荷载:内力相近。
根据试验目的确定的施加在 (3)安装加载设备及其要求 试验结构上的荷载布置形式。 1)安装加载设备应与试验加载方案中的荷载图式和 计算简图一致。
①因此所安谓装等加效载荷设载备时原的则荷是载改形变式后应的与加试载验图结式构设计
液压加载装置
♦ 液压加载器; ♦ 液压加载系统; ♦ 结构试验机; ♦ 电液伺服液压系统; ♦ 地震模拟振动台。
液压加载器:
液压千斤顶
电动泵
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第2章 试验荷载与加载方法
2.5.1 液压加载系统
液压加载系统组成: 油泵 油管系统 千斤顶加载控制台 加载架 试验台
液压系统加载装置
1-油泵;2-油管;3-横梁;4-立柱;5-台座; 6-千斤顶;7-试件;8-支墩;9-测力计
1
3
2
4重
5
物 堆
1-试 件
放 2-重
1
集物
杠杆加载法
6 中 3-支 1-试件;2-重物;3-支座;
荷座
2 5
载 4-支 试墩

4-支墩;5-荷载盘;6-分 配梁支座;
7-分配梁;8-加载支点;
2.5 液压加载法
目前结构试验中最常用的加载方法; 可适用于静、动载试验,吨位可大、可小; 优点:利用油压使液压千斤顶产生较大的荷载,试验 操作安全方便。
试验荷载的加载方法有很多,一般都通过加载设备产生,加 载设备有许多种类,有重物、液压、气压、机械和电液伺服 加载系统以及与它们相匹配的各种试验装置等。
思考:我们实验室有哪些加载设备?它们属于什么加载系统
第2章 试验荷载与加载方法
2.2 重物加载法
重物加载是利用物体本身的重量施加在结构上作为荷载。 试验室内可采用的重物有专门制作的标准铸铁砝码、混凝 土立方试块、水箱等; 现场试验可以就地取材如砖、砂、石、袋装水泥等建筑材 料,或废构件、钢锭等。
时的计算简图和荷载图式相一致。
所产生的最大内力值和整体变形应与原 加载图式相同或相近。
②由于试验条件限制,原先确定的荷载图式实施 有困难时,或者为了加载方便,可采用等效荷载 的原则改变加载图式。
第2章 试验荷载与加载方法
第2章 试验荷载与加载方法
主要内容
2.1 试验荷载概论 2.2 重物加载法 2.3 气压加载法 2.4 机械机具加载法 2.5 液压加载法 2.6 动力激振加载法
集中荷载
1
3
2
4重
物 1-试件
5 堆 2-重物
放 集
3-支座
1
中 4-支墩
6 荷 5-吊篮
载 6-滑轮 2试 5验
对与结构的强度、刚度、稳定等问题的研究性试验及鉴 定性试验通常只加短期作用的静荷载;
实验前需要确定荷载类型、荷载性质、加载位置、使用 荷载值与破坏荷载值以及是否加至破坏荷载等问题外,还 需要确定加载方式和加载方法。
温度变形、地基不均匀沉降和结构内部的物理、化 学作用产生的变形等
温度变形等属于间接作用在建筑物上,属于间接作 用。
第2章 试验荷载与加载方法
2.1 试验荷载概论
对结构不产生加速度的 直接作用。
静荷载作用
动荷载作用
工 直接作用

使结构产生加速度反应的直
结 构 上
接作用。如地震、台风、爆 炸等。
主要是荷载作用,包括结构自重和
重物作集中荷载试验时,常采用杠杆原理将荷载值放大,如 下图所示。
杠杆加载法
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
第2章 试验荷载与加载方法
2.2.2 杠杆加载方法
现场试验,杠杆反力支点可用重物、桩基础、墙洞或反弯梁 等支承。
重物加载优点: 荷载值稳定,不会因为结构的变形而减少, 而且不影响结构的变形。特别适用于长期荷 载和均布荷载试验。
重物加载方式: (1)重物直接加在试验结构上; (2)重物通过杠杆系统间接加在试件上。
1
3
2
4重
5
物 堆
1-试 件
放 2-重
1
6
集物 中 3-支
杠杆加载法
1-试件;2-重物;3-支座;4-支 墩;5-荷载盘;6-分配梁支座;

作用在结构上的外力
作 间接作用
用 温度变形、地基不均匀沉降和结构内部的物
理、化学作用产生的变形等
试验荷载除了少数采用实际荷载作用外,绝大 多数模拟原有荷载作用和作用传递方式,使截 面或部位产生的内力与设计计算等效或相近。
均布荷载
5~15cm
l0 / 6
l0
重物堆放作均布荷载试验 1-重物 ;2-试验板;3-支座;4-支墩
第2章 试验荷载与加载方法
2.1 试验荷载概论
对与结构动力性能研究试验,需施加动荷载,由于试验目的 和试验对象不同,试验荷载有很大差别(如下图所示)。
作用在结构物上的几种动荷载
对于研究结构疲劳性能而进行的疲劳试验,一般采用脉 动荷载。
对于研究结构的动力特性,常使结构作自由振动或强迫 振动,也常利用风和周围环境的微小振动引起的结构脉动, 测定结构的动力特性。2-1a 结构的动力特性,主要指结构的自振频率、阻尼系数、 振型等。
当试验规模小,可用一个刚度很大的钢梁代替试验台座, 在工地现场试验时,通常采用重物来平衡千斤顶的反力。 有的试件也可以采用卧位试验专门设计钢结构反力架。
液压加载系统:
液压千斤顶 竖向反力架
支墩
手动油泵 5M钢桁架结构 静力分析试验
第2章 试验荷载与加载方法
2.5.2 大型结构试验机
大型结构试验机本身就是一种 比较完善的液压加载系统。它是 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,如图所示。
重力加载法:
预应力钢-混凝土组合梁长期荷载试验
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第2章 试验荷载与加载方法
2.3 气压加载法
正压加载
气压加载示意图
负压加载
第2章 试验荷载与加载方法
2.4 机械机具加载法
机械机具加载示意图 1-绞车或卷扬机;2-测力计;3-滑轮;4-弹簧;
5-螺杆;6-试件;7-台座或反弯梁
思考:重物加载的不足 荷载大小受限制,试验受限制,加载不方便
作用在结构物上的几种动荷载
对于研究结构在各种荷载下的动力反应,需通过专门的 激振设备再现各种实际动荷载。2-1b—2-1d。
作用在结构物上的几种动荷载
动力反应主要指振幅、频率、加速度、动应力。
ห้องสมุดไป่ตู้
第2章 试验荷载与加载方法
2.1 试验荷载概论
伪静力试验 对结构施加反复循环荷载的方法,近似模拟地震作用,获 得结构的非弹性荷载-变形特性。。
3000kN水 平加载装置 1500kN水 平加载装置
垂向伺服跟 动装置 横梁升降 机构
10000kN大型多功能试验机系统(同济大学建筑结构试验室)
第2章 试验荷载与加载方法
思考:液压加载系统的不足 荷载不能循环,不可动
第2章 试验荷载与加载方法
2.5.3 电液伺服液压系统
电液伺服加载设备是目前最先进的加载设备。
电液伺服技术可较为精确控制试件变形和作用外力,产 生真实的试验状态。可用以模拟各种振动荷载,特别是地 震、海浪等荷载对结构物的影响。
适用于进行结构抗震研究的伪静力试验、拟动力试验和 地震模拟振动台试验。
第2章 试验荷载与加载方法
2.5.3 电液伺服液压系统
(1)电液伺服加载系统的工作原理
电液伺服加载系 统主要由电液伺 服加载器(或称 伺服千斤顶)、 控制系统和液压 源等三大部分组 成。
拟动力力试验 即计算机联机试验,通过计算机和电液伺服加载系统联机 对足尺或大比例的结构模型按实际的反应位移进行加载, 使试验更接近于实际结构动力反应的真实情况,是在伪静 力试验基础上发展起来的一种加载方法。
第2章 试验荷载与加载方法
2.1 试验荷载概论
不论是静载试验、伪静力试验和拟动力试验,国家近几年已 相继颁发了《混凝土结构试验方法标准》和《建筑抗震试验 方法标准》,按统一的加载方式、加载顺序进行。
第2章 试验荷载与加载方法
电液伺服液压系统工作原理 该系统可将荷载、应变、位移等不同力学参量直接作为 控制参数,实行自动控制,并在试验过程中进行控制参 量的转换。
电压信号、(其波形、频率设定 值有要求的荷载和位移确定)
电液伺服闭环控制,主要指实验时,以电参量通过伺服 阀去控制高压流量,推动(千斤顶活塞)液压作动器执 行元件对试件加荷载。
2.2.1 重物直接加载
利用水作均布荷载试验,是一种简易方便而且又十分经济的
加载方法。
水管
标尺 防水胶布
侧向挡板
优点
试件
用水作均布荷载的试验
从标尺的水深就可知道荷载值的大小,卸载也方便
缺点 全部承载面被水掩盖,不利于布置仪表和观测。结构较大变
形时,水存在不均匀性。
第2章 试验荷载与加载方法
2.2.2 杠杆加载方法
第2章 试验荷载与加载方法
液压千斤顶通常为 加载而专门设计制 造,分手动和电动 油泵供油两种。工 作压力一般在 40~100MPa不等 的范围内。
液压加载千斤顶
1-回程油管接头;2-活塞;3-油缸; 4-高压油管接头;5-丝杆;
为了保持荷载稳定,最好配置油路稳压器,当结构产 生较大变形时,可以保持需要的荷载值。
2 荷座 5 载 4-支
试墩
7-分配梁;8-加载支点;9-杠杆; 10-荷载支架;11-杠杆平衡重
第2章 试验荷载与加载方法
2.2.1 重物直接加载
重物荷载可直接堆放于结构表面(如板的试验)作为均布荷
载或置于荷载盘上通过吊杆挂在结构上形成集中荷载,此时
吊杆与荷载盘的自重应计入第一级荷载。
5~15cm
试验台座在液压加载系统中通过加载架承受千斤顶的 竖向反力,是每个实验室基本设施,是整个加载系统 中的重要组成部分。当对试验结构施加水平荷载时, 还须有与试验台座连成为整体的反力墙承受加载系统 的水平反力。
液压系统加载装置
泵;2-油管;3-横梁;4-立柱;5-
试验台座和反力墙作为加载设备使用,必须专门设计, 保证有足够的承载力,还须有足够大的刚度,而且方 便使用。
电液伺服阀是电液伺服加载 系统中的核心元件,它直接 安装于液压作动器上。
电信号指令
液压油输出量
第2章 试验荷载与加载方法
(3)控制系统
液压控制器 控制液压源的启动和关闭
电参量控制器
控制荷载、位移、应变等参量的转换; 极限保护,以免开关失控。
l0 / 6
3
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1
重物堆放作均布荷载试验 1-重物 ;2-试验板;3-支座;4-支墩
1
2
4重
物 1-试件
5 堆 2-重物
放 集
3-支座
中 4-支墩
6 荷 5-吊篮
载 6-滑轮 2试 5验
重物加载应注意的问题:采用铸铁砝码时、砖块、袋装水泥 作均布荷载时,应注意重物尺寸和堆放距离。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。
2.7 荷载试验支座及加载辅助设备
此建筑物有哪些荷载
材料自重---------恒载 人、家具等自重---------活载
这些荷载为静荷载,也直接作用在结构 风荷载、地震作用----动荷载作用
思考:除了以上荷载,建筑物还有没有其他作用 影响?
伸缩缝-----防止温度变形过大。 沉降缝-----防止地基不均匀沉降
用以进行梁、柱、墙板、砌体 结构等的受压和受弯试验。
试验机可以与计算机连接,实 施程序控制操作和数据采集,试 验机操作和数据处理能同时进行。
结构长柱试验机 1-油泵;2-油管;3-横梁;
2.5.2 大型结构试验机
水平伺服 跟动装置 球铰及微动 探测装置
10000kN垂 向加载油缸
横梁缩紧 机构
墙洞支承
重物支承
反弯梁支承
桩支承
注意:杠杆保证有足够的刚度,杠杆比不宜大于5,三 个作用点应在同一直线上,避免因结构变形杠杆倾斜而 导致杠杆放大的比例失真,保持荷载稳定、准确。
杠杆加载法
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
5~15cm
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重物堆放作均布荷载试验 1-重物 ;2-试验板;3-支座;4-支墩
思考:沙石等材料会有哪些问题?
随含水率变化,荷载值不稳定。内摩擦角变化产生卸载影 响
宜采用袋装堆放,防止砂石材料摩擦角引起拱作用而产生
卸载影响以及沙石重量随环境湿度不同而引起的含水率变化, 造成荷载不稳定
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