第二章 试验荷的模拟

1、 第一节第一节: :荷载的要求荷载的要求： 1.试验荷载作用应使结构处于某一种实际可能的最不利工试验荷载作用应使结构处于某一种实际可能的最不利工 作状态。作状态。 2.试验荷载的图式要与结构设计计算的荷载图式一样，结构 的工作和其实际情况才最为接近。 第一节第一节: :荷载的要求荷载的要求： 3. 采用等效荷载试验时(可用几个集中荷载来代替均布 荷载，但是集中荷载的数量与位置应尽可能的符合均布荷 载所产生的内力值 ，必须全面验算由于荷载图式改变对 结构产生的各种影响。必要时，应对结构构件作局部加强， 或对某些参数进行修正。 4. 当构件满足强度等效而整体变形(如挠度)条件不等效 时，则需对所测

2、变形进行修正。 5.当取弯矩等效时，尚需验算剪力对构件的影响。同时 要求采用等效荷载的试验结果所产生的误差控制在试验允 许的范围以内。 第一节第一节: :荷载的要求荷载的要求： 6.6.加载设备必须满足的基本要求加载设备必须满足的基本要求 1)应符合实际荷载的传递作用 2)满足试验的准确性，荷载量的相对误差不超过5 3)应有足够的承载力与刚度 4)不参与结构工作 5)易于控制，分级值应满足精度要求 第二节 模拟荷载 一、重力加载法一、重力加载法 利用重物直接加载或通过杠杆作用间接加载。 1.重力直接加载方法 重物荷载可直接堆放在结构表面形成均布荷载或置于荷载盘 上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载

3、。 第二节 模拟荷载 优点： 试验荷载可就地取材，可重复使用，针对试验结构或试 件的变形，可保持恒载，可分级加载，容易控制。 缺点： 加载过程中需要花费较大的劳动力，占据较大的空间， 安全性差，试验组织难度大。 第二节 模拟荷载 比萨斜塔从地基到塔顶高58.36米， 从地面到塔顶高55米。 钟楼墙体在地面上的宽度是4.09米， 在塔顶宽2.48米， 总重约14453吨，重心在地基上方22.6 米处。 目前的倾斜约10%，即5.5度，偏离地 基外沿2.3米，顶层突出4.5米。 地基应力解除法 第二节 模拟荷载 2、利用杠杆原理 将荷载放大作用于结构上。 优点： 杠杆制作方便，荷载值稳定不变，当结

4、构有变形 时，荷载可以保持恒定，对于作持久荷载试验尤为 合适。 第二节 模拟荷载 二、机械力荷载二、机械力荷载 1、卷扬机、绞车加载 卷扬机、绞车主要配合钢丝或绳索对结构施加 拉力，拉力的大小通常用拉力测力计测定。 第二节 模拟荷载 2、螺旋千斤顶加载 螺旋千斤顶是利用齿轮及螺杆式蜗杆机构传 动原理，摇动千斤顶手柄时，蜗杆就带动螺旋杆 顶升，对结构施加顶推压力，加载值当的大小可 用测力计测定。 3、螺旋、弹簧加载 常用构件的持久荷载试验。当荷载值较小时， 可直接拧紧螺帽以压缩弹簧；当荷载值很大时， 需用千斤顶压缩弹簧后再拧紧螺帽。 第二节 模拟荷载 第二节 模拟荷载 第二节 模拟荷载 三、气压

5、加载：三、气压加载： 气压加载有二种 1、一种是用空气压缩机对气包充气，给试件施加均 匀荷载，压力可达180kg/m2. 2、另一种加载方法是用真空泵抽出试件与台座围成 的封闭空间.形成大气压差对试件施加均匀荷载.最 大压力可达80-100kN/m2(F1/F2=S1/S2) 第二节 模拟荷载 第二节 模拟荷载 四、液压荷载四、液压荷载 第二节 模拟荷载 1、液压加载器 液压加载器主要工作原理是用高压油泵将具有 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。 荷载值可以用液压加载器与荷载承力架之间所 置的测力计直接测读，或用传感器将信号输给应变 仪显示。 液压加载器

6、有普通工业用的手动液压加载器有 专门为结构试验设计的单向作用和双向作用的液压 加载器。 第二节 模拟荷载 2、液压加载系统 第二节 模拟荷载 第二节 模拟荷载 1. 组成：脉动发生系统，控制系统，千斤顶； 2 . 方 法 ： 要 求 对 试 件 按 一 定 荷 载 幅 值 （应力幅值）和一定频率的重复荷载来研究结构的 疲劳性能； 结构疲劳试验机结构疲劳试验机 l一控制系统；一控制系统；2一校准管；一校准管；3一脉动千斤一脉动千斤N；4一回油管；一回油管；5一喷油管；一喷油管；6一输油一输油 管；管；7一分油头；一分油头；8一脉动发生系统；一脉动发生系统；9一卸油泵；一卸油泵；10一吊车梁；一吊

7、车梁；11一脉动器；一脉动器； 12一顶秆；一顶秆；13一曲柄；一曲柄；14飞轮；飞轮；15一脉动调节器一脉动调节器 第二节 模拟荷载 3具体内容： （1）测定结构构件的开裂荷载； （2）量测裂缝宽度、间距、分布形态及随荷载重复 次数的变化情况； （3）测量结构构件的变化规律； 第二节 模拟荷载 4试验对象：梁、板和屋架为主。其中试验最多是 吊车梁和预应力砼结构中的锚具。 5注意事项：由于千斤顶的惯性力和试件影响，会 产生一个附加力作用在构件上该值在测力仪表中 未测出,应予以在试验中扣除。 第二节 模拟荷载 液压激振器构造示意图液压激振器构造示意图 1荷载传感器；荷载传感器；2一缸体；一缸体；

8、3一活塞；一活塞；4一油腔；一油腔；5一位移传感器一位移传感器 第二节 模拟荷载 六、电液伺服液压系统六、电液伺服液压系统 1、电液伺服液压系统是目前结构试验研究中一 种比较理想的试验设备，特别是用来进行抗震结构 的静力或动力试验尤为合适。 2、电液伺服液压系统采用闭环控制，其主要组成 有：电液伺服加载器、控制系统和液压源等三大部 分，它能将荷载、应变、位移等物理量直接作为控 制参数，实行自动控制。目前，电液伺服液压系统 大多数与电子计算机配合使用，从而使整个系统由 程序控制。 实现电、液信号的转换和放大并对液压执行机构进行控制的装置。 第二节 模拟荷载 3 3、注意事项：、注意事项： 正确选

9、择反馈信号，和闭合回路时间，即发 现误差和校正之间所经历的时间。如果这个时间 是大的，在峰值压力减少之前裂隙到处都已开始 发生，那么对测定试件，应力、应变、全过程曲 线是不利的。伺服控制机的感应时间为5ms，如果 采用了适当的反馈过程信号，那么在这样短的时 间内开始出现裂隙不会多大距离扩散，也就控制 了裂隙的不稳定传播，使得试件平稳的破坏。 第二节 模拟荷载 七、地震模拟振动台七、地震模拟振动台 地震模拟振动台是再现各种地震波对结构进 行动力试验的一种先进试验设备，其特点是具有 自动控制和数据采集及处理系统，采用了电子计 算机和闭环伺服液压控制技术，并配合先进的振 动测量仪器，使结构动力试验水

10、平提高到了一个 新的高度。 第二节 模拟荷载 第三节 结构试验荷载支承装置 1支座与支墩 2反力装置: 3其他支承装置 第三节 结构试验荷载支承装置 1支座与支墩 常见铰支座的形式常见铰支座的形式 (a)活动铰支座；活动铰支座；(b)固定铰支座；固定铰支座；(c)球铰支座球铰支座 嵌固端支座构造嵌固端支座构造 1一试件；一试件；2一上支座刀口；一上支座刀口；3下支座刀口；下支座刀口；4一支墩；一支墩；5一拉杆一拉杆 1 1支座与支墩支座与支墩 板壳结构的支座布置方式板壳结构的支座布置方式 1一滚轴；一滚轴；2一钢球；一钢球；3一试件；一试件；4一固定球铰一固定球铰 1 1支座与支墩支座与支墩

11、受扭试验转动支座构造受扭试验转动支座构造 1一受扭试验构件；一受扭试验构件；2一垫板；一垫板；3转动支座盖板；转动支座盖板；4一滚轴；一滚轴；5一转动支座一转动支座 柱和压杆试验的铰支座柱和压杆试验的铰支座 (a)单向铰支座；单向铰支座；(b)双向铰支座双向铰支座 1试件；试件；2一铰支座；一铰支座；3一调整螺丝；一调整螺丝；4刀口刀口 刀口支座刀口支座 l一刀口；一刀口；2一刀口座一刀口座 1 1支座与支墩支座与支墩 1 1支座与支墩支座与支墩 2 2反力装置反力装置 2 2反力装置反力装置 组合式载荷架示意组合式载荷架示意 1一大粱；一大粱；2一横梁；一横梁；3一立柱；一立柱；4-地脚锚栓

12、地脚锚栓 2 2反力装置反力装置 槽式试验台座槽式试验台座 1一槽轨；一槽轨；2一型钢骨架；一型钢骨架；3一高强度等级混凝土；一高强度等级混凝土；4一混凝土一混凝土 纵向有槽轨，可锚固加载支架，可平衡反力。但由于地脚螺栓较松，不纵向有槽轨，可锚固加载支架，可平衡反力。但由于地脚螺栓较松，不 适合做动力试验。在试验室试验台座每隔适合做动力试验。在试验室试验台座每隔1m有一条槽路有一条槽路 地锚式试验台座地锚式试验台座 1一地脚螺丝；一地脚螺丝；2一台座地一台座地 特点是在台面上每隔一定间隔设置一个地脚螺丝，螺丝下端锚固在台座特点是在台面上每隔一定间隔设置一个地脚螺丝，螺丝下端锚固在台座 内，其顶

13、端伸出于台座表面特制的圆形孔穴内，使用时通过用套筒螺母内，其顶端伸出于台座表面特制的圆形孔穴内，使用时通过用套筒螺母 与加载架的立柱连接。与加载架的立柱连接。 适用于静力和动力试验。缺点是位置受限制，螺适用于静力和动力试验。缺点是位置受限制，螺 栓受损后修复困难。栓受损后修复困难。 箱式结构试验台座箱式结构试验台座 1一箱形台座一箱形台座2一顶板上的孔洞一顶板上的孔洞3一试件一试件4一加荷架一加荷架5一液压加载器一液压加载器6一液压操纵台一液压操纵台 特点是刚度较大，试验灵活，但振动大不适合进行动力试验。特点是刚度较大，试验灵活，但振动大不适合进行动力试验。 钢筋混凝土固定式反力墙钢筋混凝土固定式反力墙 (单位：单位：mm) 移动式反力墙移动式反力墙 ( a)装配使用示意图；装配使用示意图；(b)单片使用示意图单片使用示意图 3 3其他支承装置其他支承装置 屋架试验的侧向支撑屋架试验的侧向支撑 1-试件；试件；2-荷载支撑架；荷