结构试验-第四章 土木工程结构静载试验

.,四、结构静载试验,4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价,.,四、结构静载试验,结构静载试验是土木工程结构试验中最基本最常见的试验。主要用于模型或实际结构承受静载作用下的工作情况试验时，可以观测和研究结构或构件的承载力、刚度、抗裂性等基本性能和破坏机理。,.,4.1试验准备,（1）调查研究、收集资料充分了解试验的任务和要求，明确试验目的：研究性试验：搜集相关文献检验性试验：收集有关设计、施工资料,.,4.1试验准备,（2）编写试验大纲在调研的基础上，为使试验有条不紊进行而制定的纲领性文件：P8586,.,（3）试件的准备；（4）辅助性试验；（5）设备与场地准备；（6）试件安装（7）加载设备、测量仪表安装（8）试验控制特征指的计算,4.1试验准备,依据辅助性试验和设计图纸，计算出各个荷载阶段的荷载值和特征部位的对应的内力、变形值，做为试验时控制与比较。避免试验盲目性,.,.,四、结构静载试验,4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价,.,主要介绍以下几个方面的内容：（1）结构类型与搁置位置（2）加载图式（3）试验荷载计算（4）加载程序,4.2加载方案的设计,.,4.2加载方案的设计,（1）结构类型与搁置位置梁、板、柱（墙）梁：次梁-均布荷载；主梁-集中荷载板：分布荷载柱（墙）：集中荷载，水平竖直见P（89）,.,4.2加载方案的设计,（1）结构类型与搁置位置试验时构件空间位置：I、正位试验II、异位试验：反位、卧位、对卧位P90-91,.,.,4.2加载方案的设计,（2）试验加荷（加载）图式,试验荷载在试件上的布置形式称为“加载图式”。如条件限制无法实现时，可采用“等效加载图式”P91,等效加载图式注意事项：1)控制截面上主要内力与计算内力相等；2)主要内力图形与计算内力图形相似；3)等效加载图式所引起的变形应加以适当修正；4)控制截面上的内力等效，次要截面上的内力应接近,.,P89,.,4.2加载方案的设计,（2）试验加荷（加载）图式等效荷载图式的注意事项：1)当一种加载图式不能反映试验所要求的几种极限状态时，应采用不同的加载图式分别进行试验2)一般，一个试件只允许用一种加载图式进行试验,.,4.2加载方案的设计,（3）试验荷载的计算结构应按不同荷载效应“组合设计值”进行承载力计算及稳定、变形、抗裂和裂缝宽度等的验算。,承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态,.,4.2加载方案的设计,（3）试验荷载的计算确定相应于各种受力状态的试验荷载例如：承载力极限状态试验承载力试验荷载刚度、裂缝宽度试验正常使用极限状态试验荷载抗裂性能开裂荷载,.,4.2加载方案的设计,（3）试验荷载的计算检验性试验根据结构功能的两种极限状态，试验荷载计算的基准有两个：承载力极限状态正常使用极限状态,GK-永久荷载标准值QK-可变荷载标准值,.,4.2加载方案的设计,（3）试验荷载的计算检验性试验若采用集中荷载，依据上述公式计算的Qd或QS，应进一步转化为集中力见P94.,.,4.2加载方案的设计,（3）试验荷载的计算研究性试验不针对具体工程，无规范给定荷载值根据材料实测强度和几何参数，计算出构件承载力极限时的内力：,.,4.2加载方案的设计,（3）试验荷载的计算研究性试验控制截面上的正常使用极限状态短期效应计算值：,.,4.2加载方案的设计,（3）试验荷载的计算P96例题4-1,.,4.2加载方案的设计,（4）加载程序设计结构的承载能力及其变形性能，不仅与荷载值，荷载图式有关，还与荷载在构件上的持续时间有关。试验中，应给予足够的时间，使结构变形得到充分发展。,钢筋混凝土结构构件的一种典型的静载试验加载程序,.,载荷不超过标准载荷40%，并且要小于计算开裂值。目的：使支撑和加载部位接触良好检测全部装置的可靠性检查全部观测仪表工作是否正常,4.2加载方案设计,预加载：,发现问题、解决问题、是正式试验的一次预演,.,目的：控制加载速度，观察结构变形，提供读数时间试验荷载一般按20%为一级，按5级进行加载为得到准确的（1）承载力试验荷载；（2）开裂荷载；（3）正常使用状态荷载，及其相应变形。因此荷载分级应分别在这些荷载值的上下，将原荷载等级减小1/2或更小。P97,4.2加载方案设计,荷载分级：,.,级间间歇时间：开始加载至加载完毕的时间t0和荷载停留时间t1的总和满载时间：变形或裂缝宽度试验中，正常使用极限状态短期荷载作用下的持续时间空载时间：卸载后到下一次加载之间的间歇,4.2加载方案设计,荷载分级：,P97图4-13,.,四、结构静载试验,4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价,.,4.3观测方案设计,观测方案内容包括：观测项目、观测区域、布置测点、选择仪表,.,4.3观测方案设计,观测项目：（）结构整体工作状况，最大挠度、整体变形等（）结构局部工作状况，应变、裂缝等,结构的任何部位的异常变形或局部破坏都会在整体变形中得到反映。,.,4.3观测方案设计,测点的布置：整体变形测量的测点布置一般是指“最大挠度”、“挠度变形曲线”,基本原则最大挠度：中轴线或中轴线两侧对称位置上布置测点挠度曲线：至少沿轴向方向布置个测点挠度的修正：要扣除支座沉降的影响,常见挠度测点布置，如P101，图4-19所示,.,支座沉降的修正,P100,.,4.3观测方案设计,测点的布置：局部应变测量点的布置,（1）各种受力截面上的测点布置P102图4-20（2）截面受压区高度测定（3）混凝土开裂应变的测定,.,.,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,.,.,破坏荷载：力传感器挠度：百分表或位移传感器砼应变：应变片+应变仪，应变片后贴钢筋应变：应变片+应变仪，应变片预埋,.,双肢柱试验,.,试件的侧向位移是由布置在受拉区边缘的百分表或挠度计进行量测，除了量测中点最大的侧移值外，可用侧向五点布置法量测侧移曲线。对于正位试验的长柱它的侧向位移可用经纬仪观测。受压区边缘布置应变测点，可以单排布点于试件侧面的对称轴线上或在受压区截面的边缘两排对称布点。压杆中部沿压杆截面高度布置57个应变测点，以确定中和层位置。对于双肢柱试验，除了测量肢体各截面的应变外，尚需测量腹杆的应变，以确定各杆件的受力情况。其中应变测点在各截面上下成对布置，以便分析各截面上可能产生的弯矩。,.,受压区高度的测定,.,裂缝的测量,一般垂直的裂缝产生在弯矩最大的受拉区，在这一区域内连续布置测点。对于使用手持式应变测量仪最为方便：,4.3观测方案设计,.,一般垂直的裂缝产生在弯矩最大的受拉区，在这一区域内连续布置测点。若采用应变片测量，则宜交错布置,4.3观测方案设计,裂缝的测量,.,裂缝的测量,4.3观测方案设计,未出现裂缝时，仪器读数逐渐变化。某载荷下出现裂缝时，跨越裂缝的测点仪器读数突然变大；相邻的读数突然变小,.,四、结构静载试验,4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价,.,4.4测量数据的整理,挠度的修正（1）支座沉降的修正（2）结构自重和加载设备影响的修正（3）加载图式、预应力的影响,.,4.4测量数据的整理,（1）支座沉降的修正,.,4.4测量数据的整理,（2）结构自重和加载设备影响的修正,.,结构自重和加载设备影响的修正,开裂,.,4.4测量数据的整理,截面内力（1）轴向受力构件（拉、压）,见课本P102，图4-20,.,4.4测量数据的整理,截面内力（2）压弯或拉弯构件,图解法,.,.,4.4测量数据的整理,试验图线、表格绘制,“Apictureisworthathousandwords”-FredR.Barnard,.,4.4测量数据的整理,试验图线、表格绘制：线图（Profile）、等值线图（Contour）、形态图,选择适当的坐标系、坐标参数和坐标比例，有时对于反映数据规律是相当重要的,直角坐标系只能反映两个变量间的关系。有时会遇到变量不止两个的情况，这时可采用“无量纲变量”作为坐标来表达,.,为了验证钢筋混凝土矩形单筋梁的截面承载力公式,需要进行大量的试验研究,无量纲变化（Normalization）,.,P117,.,Averagedragcoefficientforcross-flowoverasmoothcircularcylinderandasphere.,.,Theeffectofsurfaceroughnessonthedragcoefficientofasphere.,.,4.4测量数据的整理,试验图线、表格绘制：(1)荷载-变形、荷载-应变、荷载-应力曲线等,荷载变形曲线特征,.,4.4测量数据的整理,试验图线、表格绘制：裂缝及其破坏特征图,(a)适筋梁；(b)超筋梁；(c)少筋梁,.,4.4测量数据的整理,试验图线、表格绘制：碳纤维布对裂缝形态的影响,.,四、结构静载试验,4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价,.,4.5结构性能的评定,鉴定性试验：应按相关设计规范的要求对结构进行评定，看其是否满足规范的要求科研性试验：应对理论分析结果进行评定，看其与试验结果的符合程度,通过结构试验，对结构的承载能力、变形、抗裂性能、裂缝宽度等进行评定，给出评定结论,为检验构件的某项性能，应依据试验结果，依照规范的要求，对其进行性能评定,.,4.5结构性能的评定,结构性能检验与评定的对象多数为预制构件，多数为专门工厂生产，也有部分是现场制作。,.,我国产品质量法规定，必须产品抽样检验，合格方可出厂。检验的依据：混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002预制混凝土构件质量检验评定标准GBJ321-90,4.5结构性能的评定,.,国标规定，对成批生产的构件，每一批抽取不少于1个进行检验。同一工艺正常生产不超过1000件，或试件生产时间不超过三个月的可视为一批当连续10批合格，抽样率可改为1/2000.注意：对现场生产的预制件，要加大抽样率,4.5结构性能的评定,结构性能检验的方法：（1）以结构设计规范规定的允许值作检验依据（2）以结构实际的设计值为依据进行检验,.,结构性能检验要求,检验的内容：,.,4.5结构性能的评定,承载力检验：检验结构是否满足承载力极限状态，应进行破坏性试验，以判定极限状态标志时的承载力试验荷载值,（1）按混凝土设计规范的允许值进行检验：,.,4.5结构性能的评定,承载力检验：,（2）按构件实配钢筋的承载力进行检验,其中,.,4.5结构性能的评定,承载力检验：,（3）承载力极限标志,结构极限承载力的实测值是根据各类结构达到各自承载力检验标志时所对应的荷载而确定的。结构的承载力极限标志，主要取决于其受力状态和自身特性。,.,4.5结构性能的评定,承载力检验：,（3）承载力极限标志,混凝土构件达到下列破坏标志之一时，即认为达到承载力极限状态：,）轴心受拉、偏心受拉、受弯、大偏心受压构件受拉主筋应力达到屈服强度、受拉应变达到0.01受拉主筋拉断；受拉主筋处最大垂直裂缝宽度达到1.5mm；挠度达到跨度的1/50，悬臂构件挠度达到1/25;受压区混凝土压坏；锚固破坏或主筋端部混凝土滑移达0.2mm。,.,4.5结构性能的评定,承载力检验：,（3）承载力极限标志,2)轴心受压、小偏心受压构件，主要指柱类构件,混凝土受压破坏；（主要标志，P121）受压主筋应力达到屈服强度。（一般不会发生）,？,.,4.5结构性能的评定,承载力检验：,（3）承载力极限标志,3)受弯构件的剪切破坏,箍筋或斜截面内的纵向受拉主筋应力达到屈服强度；斜裂缝端部受压区混凝土剪压破坏；沿斜截面混凝土斜向受压破坏；沿斜截面撕裂形成斜拉破坏；箍筋或弯起钢筋与斜裂缝交汇处的斜裂缝宽度达1.5mm；锚固破坏或主筋端部混凝土滑移达0.2mm。,.,4.5结构性能的评定,承载力检验：,（3）承载力极限标志P120,.,注意事项：试验加载应保证有足够的持荷时间，因此，结构承载力应按下述规定取值：在加载过程中出现上述破坏标志之一时，取前一级荷载作为结构的实测承载力；在持荷结束后出现上述破坏标志之一时，以此时荷载作为结构的实测承载力；在持荷时间内