结构实验技术讲稿静力部分3.ppt

1 结构试验技术StructuralTestingTechnology陈再现副教授 博士 上课了 2 3 4工程结构试验方法 1 3试验荷载设计1 4结构试验观测设计实验前的准备典型构件试验方法 3 1 3荷载设计 试件就位形式 荷载图式及加载制度的设计等 一 试件就位形式正位试验 试验时 结构构件安装位置与实际工作状态相一致 4 异位试验 试验时 结构构件安装位置与实际工作状态不相一致 便于加载和观测 卧位试验 与正位试验在空间位置上相差90度 1 试件2 加固后作荷载平衡用的屋架3 支承反力架4 液压加载器5 荷载传感器屋架成对卧位试验 1 3荷载设计 5 反位试验 与正位试验在空间位置上相差180度 1 3荷载设计 6 结构静载试验的荷载 按作用的形式有集中荷载和均布荷载 按作用的方向分有垂直荷载 水平荷载和任意方向荷载 有单向作用和双向反复作用荷载等 根据试验目的的不同 要求试验时能正确地在试件上呈现上述荷载 二 荷载图式试验荷载在试验结构构件上的布置形式 包括荷载类型和分布情况 称为荷载图式 1 3荷载设计 7 结构荷载图式应与理论计算简图相一致 如果条件限制而无法实现 为方便加载 也应根据试验的目的要求 采用与计算简图等效的荷载图式 等效荷载 是指在试件上 使试件产生的内力图形与计算简图相近 控制截面的内力值相等的荷载 1 3荷载设计 8 例 当梁承受均布荷载 用集中荷载代替均布荷载的等效荷载 1 3荷载设计 9 采用等效荷载时必须注意 除控制截面的某个效应与理论计算荷载相同外 该截面的其它效应和非控制截面的效应 则可能有差别 所以必须全面验算因荷载图式改变对试验结构构件的各种影响 1 3荷载设计 10 加载图式修正系数的取值 若等效集中荷载的加荷图式不符合此表所列图式时 应根据内力图形用图乘法或积分法求出挠度 并与均布荷载下的挠度比较 从而求出加荷图式的修正系数 11 三 加载程序荷载种类和荷载图式确定后 还应按一定程序加载 1 3荷载设计 结构承载力及变形性能均与结构受荷载大小 加载速度及荷载在构件上的持续时间等因素有关 确定加载时间与加荷量的过程称为加荷程序设计 预加载 正常使用极限状态荷载 标准荷载 承载力极限状态荷载 破坏荷载 三个阶段 12 三 加载程序 预载预载的目的在于 1 使试件各部接触良好 进入正常工作状态 荷载与变形关系趋于稳定 2 检验全部试验加载装置的可靠性 3 检验全部观测仪表工作正常与否 4 检查现场组织工作和人员的工作情况 起演习作用预载一般分三级进行 每级取屈服 或开裂 荷载的20 停歇10分钟 1 3荷载设计 13 屈服 或开裂 荷载屈服荷载之前 每级加载值不应大于屈服荷载的20 一般分五级加至标准荷载 破坏荷载屈服荷载之后 每级不宜大于屈服荷载的10 当载荷加至破坏荷载的90 后 为了求得精确的破坏荷载值 每级应取不大于屈服荷载的5 需要做抗裂检测的结构 加载到计算开裂荷载的90 后 也应改为不大于标准荷载的5 施加 直至第一条裂缝出现 1 3荷载设计 14 为了使结构在荷载作用下的变形得到充分发挥和达到基本稳定 每级荷载加完后应有一定的恒载时间 钢结构一般不少于10min钢筋混凝土结构应不少于15min标准荷载时不应少于30min对检验性试验 在抗裂检验荷载下持续10 15min 对使用阶段不允许出现裂缝的结构构件的抗裂研究性试验 在开裂荷载计算值作用下的持续时间应为30min对新混凝土构件 跨度较大的屋架 桁架及薄腹梁等试验 在使用状态短期荷载作用下的持续时间不宜少于12h 1 3荷载设计 15 试验观测方案要考虑解决下列问题 确定观测项目布置测点位置选择合适的仪表 1 4结构试验观测设计 16 一 确定观测项目结构在外荷载作用下的变形可以分两大类 一类反映的是结构整体工作状况 如梁的最大挠度及其整体挠曲曲线 拱式结构和框架结构的最大水平位移 竖向位移 杆 塔结构的整体水平位移及基础转动等 另一类的是反映结构的局部工作状况 如局部纤维应变 裂纹以及局部挤压变形等 在确定试验观测项目时 首先应该考虑整体变形 因为结构的整体变形最能概括其工作的全貌 结构任何部位的异常变形或局部破坏都能在结构整体变形中得到不同程度的反映 其次是局部变形量测 钢筋砼结构的裂缝 控制截面的应变 1 4结构试验观测设计 17 二 测点的选择和布置用仪器对结构或构件进行内力和变形等各种参数的量测时 测点选择与布置存在以下几条原则 在满足试验目的的前提下 测点宜少不宜多 以便使试验工作重点突出 测点的位置必须有代表性 便于分析和计算 为了保证量测数据的可靠性 应该布置一定数量的校核性测点 测点的布置对试验工作的进行应该是方便的 安全的 1 4结构试验观测设计 18 三 仪器选择与测读选用的仪器仪表 必须能满足量测所需的精度与量程要求 现场试验由环境复杂 影响因素较多 电测仪器的适应性就不如机械式 但测点较多时 机械式仪表却不如电测仪器灵活 方便 选用时应作具体分析和技术比较 试验结构的变形与时间因素有关 测读时间应有一定限制 必须遵守有关试验方法标准的规定 当试验结构进入弹塑性阶段时 变形增加较快 应尽可能使用自动记录装置 为了避免差误和方便工作 量测仪器的型号 规格应尽可能一致 1 4结构试验观测设计 19 测量仪器选择仪器精度 仪表的最小刻度不大于5 的最大被测值 仪器量程 被测最大值在1 2 2 3量程内 型号规格 尽可能一致 种类愈少愈好 测点数量很多且测点又位于很高很远的部位 则采用电测仪表和自动记录仪器 1 4结构试验观测设计 20 数据测度试验前 进行初始读数 试验时 在每级加载 卸载间歇时间内 同时读取数据 当荷载维持较长时间不变时 如12h 应该按规定时间 如加载后的5分钟 10分钟 30分钟 1小时 以后每隔3 6小时读数一次 同样 当结构卸载完毕 空载 时 也应按规定时间记录变形的恢复情况 长时间试验 每次读数的同时记录周围环境的温度 动载试验和抗震试验 加载与观测同步进行 1 4结构试验观测设计 21 试验前准备是指正式试验之前的所有工作 包括试验规划和准备两个方面 具体内容包括以下几项 调查研究 收集资料试验大纲制定试件准备材料力学性能测定试验控制特征值的计算试验设备与试验场地的准备试件安装就位加载设备和量测仪表安装 试验前的准备 22 试验大纲 包含试验设计的全部内容 1 试验目的 2 试件设计及制作要求 试件设计的依据及理论分析 试件数量及施工图 对试件原材料 制作工艺 制作精度等的要求 3 辅助试验内容 辅助试验的目的 试件的种类 数量及尺寸 试件的制作要求 试验方法等 4 试件的安装与就位 试件的支座装置 保证侧向稳定装置等 5 加载方法 荷载数量及种类 加载设备 加载装置 加载图式 加载程序 试验前的准备 23 6 量测方法 测点布置 仪表型号选择 仪表标定方法 仪表的布置与编号 仪表安装方法 量测程序 7 试验过程的观察 试验过程中除仪表读数外在其他方面应做的记录 8 安全措施 安全装置 脚手架 技术安全规定等 9 试验进度计划 10 附件 经费 器材及仪表设备清单等 试验前的准备 24 典型构件试验方法 一 受弯构件试验1 试验目的鉴定性试验 承载力 抗裂度和各级荷载作用下的挠度及裂缝开展情况 研究性试验 除了承载力 抗裂度 挠度和裂缝观测外 还测量截面应变大小和分布规律 有时还需测量截面曲率 25 2 试件安装和加载方法正位试验 一端采用固定铰支座 另一端采用滚动支座 支座下面用支墩安置在地面上 要求牢固和稳定 加载方法 梁 常用液压加载器和分配梁 或用液压同步加载加载器直接加载 板 一般重物加载 也可用集中荷载等效 采用梁加载方式加载 吊车梁 采用液压 试验时的加载图式要按最不利荷载布置决定集中荷载的作用位置 典型构件试验方法 26 3 测点布置挠度观测 最大挠度值和挠度曲线 典型构件试验方法 27 挠度曲线 测点5 7个 对称分布 宽度大于600mm的梁需在两侧布置对称测点 取平均值 典型构件试验方法 28 应变测量对板 梁构件的弯曲应变量测是主要内容之一 特别是正负弯矩控制截面或有突变的截面为测得截面上应力分布规律和确定中和轴位置 应沿截面高度连续布点 测点可等距布置 也可不等距 不等距采用外密里疏 以便测出较大应变值 获得较好的精度 典型构件试验方法 29 抗剪测点应设在剪应力较大部位或区段 对钢筋砼梁 为研究抗剪强度 通常还要在梁的弯起钢筋和箍筋上布置测点 典型构件试验方法 30 钢筋砼构件中钢筋应变的量测方法 可在混凝土浇注前事先在钢筋上贴电阻应变计 并做好绝缘和防护处理 也可在浇注混凝土时在测点处预留孔洞 使钢筋的量测区段外露 以便粘贴电阻应变计 测点处预留孔洞 典型构件试验方法 31 当选用千分表或手持式应变计时 由于标距较大 可用短钢筋点焊在被测钢筋上 短钢筋长度等混凝土保护层厚度 四周用软橡皮做成防护套 等砼硬化后 即可在短钢筋头上固定千分表或手持式应变计插足园孔 借助短钢筋量测受力钢筋的应变 手持式应变仪测钢筋应变 典型构件试验方法 32 翼缘与孔边应力的测量对于翼缘较宽较薄的T型梁 其翼缘部分受力不一定均匀 应沿翼缘宽度布置测点 测定翼缘上应力分布的情况 梁腹板圆孔周边的应变测点布置 典型构件试验方法 33 3 校核测点和裂缝观测为了校核试验的正确性 便于整理试验结果时进行误差修正 经常在梁的端部凸角上的零应力处设置少量测点 以检验整个测量过程是否正常 裂缝测量 开裂时间和位置 裂缝的发展方向和裂缝宽度 肉眼观察 连续地或交替地布置测点 读数显微镜 典型构件试验方法 34 荷载一应变曲线观测混凝士的开裂 典型构件试验方法 35 斜裂缝测点 典型构件试验方法 36 典型构件试验方法 二 受压构件试验 柱 剪力墙等1 试验目的柱 剪力墙等受压构件是建筑物中的基本承重构件 受压构件试验的主要目的在于研究轴力作用下柱子破坏的规律 从而找出不同长细比的柱子与极限荷载之间的关系 对于钢结构柱还有局部稳定问题 37 2 试件安装和加载方法柱子试验可采用正位或卧位方案 正位试验主要在长柱试验机或大型反力架配合液压千斤顶加载系统进行 卧位试验比较方便 安全 但自重影响难于有效消除 典型构件试验方法 38 试验前 应将柱轴线对准作用力的中心线 柱几何尺寸对中后 若有可能再进行力学对中 即加载约达到正常使用荷载的20 40 时 量测其中央截面的两侧应变或四角应变 并调整作用力的轴线 使各点的应变均匀 在柱构件力学对中后即可进行轴心受压构件试验 若需进行偏心受压构件试验 应在力学对中后 沿加力中心线量出偏心距离 再把加力点移至偏心距上 进行偏心受压构件试验 对砼和砌体结构柱子讲 由于材料离散性 力学对中一般难于做到 仅需保证几何对中即可 典型构件试验方法 39 加载 长柱试验机或液压加载系统 柱子试验加载一般按估算破坏荷载的1 10 1 15分级施加 接近开裂荷载及破坏荷载时 加载值应减为原分级值的1 2 1 3 典型构件试验方法 40 3 测点布置柱子试验的观测项目有各级试验荷载下的侧向挠度值或变形曲线 各级试验荷载下控制截面或区段的应力及变化规律 裂缝的发生与发展 破坏特征及破坏荷载值等 柱子的侧向位移一般用位移传感器 挠度计等观测 控制部位的变形量测最好用采集仪器绘制荷载 变形曲线 典型构件试验方法 41 三 桁架试验1 试验目的桁架 拱架 屋架等结构是常用的承重结构形式 主要承受节点荷载 桁架试验的主要目的在于研究竖向荷载作用下结构的承载能力 变形性能 节点的变形及节点刚度对杆件的次应力影响 以及屋架端节点的应力分布 典型构件试验方法 42 2 试件安装和加载方法就位方式 一般采用正位试验 现场试验时还可以采用成对试件的卧位试验 安装时应设置侧向支撑 以保证屋架上弦的侧向稳定 加载方式 可以采用重力直接或杠杆加载 当施加多点集中荷载并且节点荷载较大时 采用同步液压加载 典型构件试验方法 43 重物加载 典型构件试验方法 44 液压加载 典型构件试验方法 45 屋架成对试验 典型构件试验方法 46 3 测点布置桁架试验观测项目 桁架挠度及变形曲线 开裂荷载及破坏荷载 杆件截面应变 节点应变 应