建筑结构试验(加载方法与设备)

1、建筑结构试验(加载方法与设备)结构试验结构试验模拟结构在实际受力工作状态下的反应模拟结构在实际受力工作状态下的反应对试验对象施加荷载对试验对象施加荷载 荷载的选择是否正确合理，影响到试验工作的荷载的选择是否正确合理，影响到试验工作的顺利进行。顺利进行。因此因此建筑结构试验 如何选择如何选择正确、合理的荷载？正确、合理的荷载？必须对常用的加载方法和设备必须对常用的加载方法和设备有充分的认识和了解有充分的认识和了解建筑结构试验2.1静载加载装置静载加载装置2.2动载加载装置动载加载装置2.3试验设备试验设备主要包括：主要包括：重物加载、机械式加载、气压重物加载、机械式加载、气压加载、液压加载等加载

2、、液压加载等主要包括：主要包括：惯性力加载、激振器加载等惯性力加载、激振器加载等主要包括：主要包括：荷载支承装置、荷载传递装置、试件荷载支承装置、荷载传递装置、试件支承装置等支承装置等建筑结构试验选择荷载和加载方式的几点要求：选择荷载和加载方式的几点要求：1、试验荷载的图式、试验荷载的图式2、试验荷载的传力方式、试验荷载的传力方式3、精度和强度、精度和强度4、加载装置安全可靠、加载装置安全可靠5、加载设备操作方便、加载设备操作方便6、加载方法力求采用现代化先进技术、加载方法力求采用现代化先进技术建筑结构试验2.1静载加载装置2.1.1 重力加载重力加载 利用物体的重量作为静荷载加于结构上的加利

3、用物体的重量作为静荷载加于结构上的加载方法，是最古老的一种加载方式之一。载方法，是最古老的一种加载方式之一。eg：天平：天平缺点：劳动强度大缺点：劳动强度大优点：可以很精确，容易实现，可重复使用优点：可以很精确，容易实现，可重复使用 可以实现均布荷载的加载，也可以实现集中可以实现均布荷载的加载，也可以实现集中荷载的加载。荷载的加载。建筑结构试验重力加载注意事项：重力加载注意事项：1、轻拿轻放，减少对结构物的冲击、轻拿轻放，减少对结构物的冲击2、重物的体积不宜过大，要便于分级加载，质量一、重物的体积不宜过大，要便于分级加载，质量一 般般25kg，（人工搬运方便），（人工搬运方便）3、荷载的作用点

4、要明确、荷载的作用点要明确4、荷载的堆放要留有间隙、荷载的堆放要留有间隙5、要有可靠的安全防护措施、要有可靠的安全防护措施建筑结构试验均布荷载：均布荷载：用加载块作为用加载块作为重物重物均匀堆放重物均匀堆放重物注意：注意：1、分区域加载、分区域加载2、区域间留间隙、区域间留间隙建筑结构试验用水作为用水作为重物重物优点：优点：1、加载卸载方便、加载卸载方便2、符合实际使用条件，还能检验抗裂抗渗性能、符合实际使用条件，还能检验抗裂抗渗性能建筑结构试验重物均匀加载重物均匀加载建筑结构试验桩基、地基堆载试验桩基、地基堆载试验建筑结构试验桥梁荷载试验桥梁荷载试验建筑结构试验綦江新虹桥荷载试验綦江新虹桥荷

5、载试验建筑结构试验桥的试验：最好选择晚上。晚上温差小，白天温桥的试验：最好选择晚上。晚上温差小，白天温差大，温度影响较大。车流量小，周围的振动干差大，温度影响较大。车流量小，周围的振动干挠影响小挠影响小建筑结构试验集中荷载：集中荷载：利用荷重盘进行集利用荷重盘进行集中荷载的加载中荷载的加载置于荷载盘上挂于结构上置于荷载盘上挂于结构上建筑结构试验利用杠杆，加大荷载值利用杠杆，加大荷载值注意：注意：杠杆臂之比在杠杆臂之比在1：5之内，荷载比太大就难以保之内，荷载比太大就难以保证加载的准确性。证加载的准确性。建筑结构试验 利用杠杆加载，根据试验室和现场条件的不利用杠杆加载，根据试验室和现场条件的不同

6、，有以下几种方案：同，有以下几种方案： 杠杆加载时，需要注意的问题：杠杆加载时，需要注意的问题： 1、保证杠杆水平、保证杠杆水平 2、杠杆调平、杠杆调平建筑结构试验2.1静载加载装置2.1.2 机械式加载机械式加载 可以通过绞车、卷扬机、螺旋千斤顶、弹簧等可以通过绞车、卷扬机、螺旋千斤顶、弹簧等实现加载。实现加载。缺点：荷载较小，加卸载速度慢，荷载作用点的缺点：荷载较小，加卸载速度慢，荷载作用点的 变形会引起荷载值的较大改变变形会引起荷载值的较大改变优点：设备简单，集中力的方向便于控制优点：设备简单，集中力的方向便于控制 适用于施加水平荷载适用于施加水平荷载建筑结构试验 利用钢丝或绳索施加拉力

7、时，可以和滑轮组联合利用钢丝或绳索施加拉力时，可以和滑轮组联合使用，通过滑轮组来改变力的大小和方向。使用，通过滑轮组来改变力的大小和方向。n 测力计的两种装置方式测力计的两种装置方式n 拉力的计算方式：拉力的计算方式：建筑结构试验弹簧加载：弹簧加载：主要用于长期加载：主要用于长期加载：测定长期刚度、观察裂缝测定长期刚度、观察裂缝注意：注意：随时调整弹簧来保证荷载值随时调整弹簧来保证荷载值建筑结构试验问题：问题：1、如何进行初始的加载呢？、如何进行初始的加载呢？2、如何在试验中补加荷载呢？、如何在试验中补加荷载呢？建筑结构试验2.1 静载加载装置 1、利用压缩空气、利用压缩空气 2、利用抽真空产

8、生负压、利用抽真空产生负压优点：加载、卸载方便，压力稳定优点：加载、卸载方便，压力稳定缺点：无法观测加载面缺点：无法观测加载面适合平板、壳体等平面结构施加均布荷载。适合平板、壳体等平面结构施加均布荷载。2.1.3 气压加载气压加载建筑结构试验建筑结构试验2.1静载加载装置2.1.4 液压加载液压加载 利用油泵将液体压力升高，并将此压力施加利用油泵将液体压力升高，并将此压力施加于结构的加载方法，是目前结构试验中最常用的于结构的加载方法，是目前结构试验中最常用的加载方法。加载方法。优点：利用油压能产生较大的荷载，试验操作安优点：利用油压能产生较大的荷载，试验操作安 全方便全方便 建筑结构试验单向作

9、用加载器：单向作用加载器：液压加载器的四种主要方式：液压加载器的四种主要方式：1、液压千斤顶、液压千斤顶2、单向作用加载器、单向作用加载器3、双向作用加载器、双向作用加载器4、电液伺服作动器、电液伺服作动器建筑结构试验单向作用加载器的结构以及作用过程：单向作用加载器的结构以及作用过程：建筑结构试验双向作用加载器：双向作用加载器：建筑结构试验电液伺服加载器：电液伺服加载器：建筑结构试验液压加载系统：液压加载系统：液压试验机液压试验机普通液压加载系统普通液压加载系统电液伺服加载系统电液伺服加载系统建筑结构试验建筑结构试验液压加载部分液压加载部分油泵部分油泵部分建筑结构试验压弯试验机：压弯试验机：建

10、筑结构试验建筑结构试验电液伺服加载系统：电液伺服加载系统：建筑结构试验2.2动载加载装置2.2.1 惯性力加载惯性力加载 利用运动物体质量的惯性施加动力荷载。利用运动物体质量的惯性施加动力荷载。 初始位移加载法初始位移加载法 初始速度加载法初始速度加载法建筑结构试验初始位移加载：初始位移加载：优点：结构产生振动时，重物质量不会对结构产生附优点：结构产生振动时，重物质量不会对结构产生附加质量。加质量。建筑结构试验初始速度加载：初始速度加载：两种形式：两种形式：1、用摆锤施加冲击力荷载、用摆锤施加冲击力荷载2、落重法施加冲击力荷载、落重法施加冲击力荷载建筑结构试验2.2动载加载装置2.2.2 激振

11、器加载激振器加载 使结构或者构件产生持续振动的方法。使结构或者构件产生持续振动的方法。 机械式激振器机械式激振器 电磁式激振器电磁式激振器 电液伺服激振器电液伺服激振器建筑结构试验机械式激振器：机械式激振器： 由一对转速相等、转向相反、偏心质量相同由一对转速相等、转向相反、偏心质量相同的旋转轮组成。的旋转轮组成。 垂直分力：垂直分力：水平分力：水平分力： 缺点：工作频率较小，加载设备体积较大，缺点：工作频率较小，加载设备体积较大， 使用时产生较大噪音使用时产生较大噪音 离心力的大小：离心力的大小：建筑结构试验电磁式激振器：电磁式激振器：优点：频率范围宽，重量轻，控制方便，可按优点：频率范围宽，

12、重量轻，控制方便，可按 给定信号产生多种波形的激振力给定信号产生多种波形的激振力缺点：激振力不大，适用于小型结构试验缺点：激振力不大，适用于小型结构试验建筑结构试验由电磁式激振器构成的加载系统由电磁式激振器构成的加载系统建筑结构试验电液伺服振动台：电液伺服振动台：大型振动台试验大型振动台试验建筑结构试验2.2动载加载装置2.2.3 其他其他人激振动加载法：人激振动加载法： 人身体有规律的运动，在共振情况下，可产人身体有规律的运动，在共振情况下，可产生较大的激振力（有阻尼自由振动）。生较大的激振力（有阻尼自由振动）。环境随机振动激振法：环境随机振动激振法： 又称脉动法；由地面脉动产生结构脉动，再

13、又称脉动法；由地面脉动产生结构脉动，再对其进行模态参数识别。对其进行模态参数识别。建筑结构试验2.3 试验设备试验设备2.3.1 荷载支承装置荷载支承装置前提条件：具有足够的强度和刚度前提条件：具有足够的强度和刚度1、竖向荷载支承装置、竖向荷载支承装置 试验室中使用的竖向荷载支承装置是积木式的龙门架，试验室中使用的竖向荷载支承装置是积木式的龙门架，称为加载架（反力架）称为加载架（反力架）门式加载架门式加载架 反力梁反力梁 立立 柱柱 建筑结构试验建筑结构试验2、水平荷载支承装置、水平荷载支承装置反力墙：是与试验台座连成一体的强度和刚度都很大的反力墙：是与试验台座连成一体的强度和刚度都很大的钢筋

14、砼墙体。其上设置多个固定液压加载器的钢筋砼墙体。其上设置多个固定液压加载器的T形槽，形槽，T形槽从墙根部到墙顶端的通槽。允许荷载：顶端最小，形槽从墙根部到墙顶端的通槽。允许荷载：顶端最小，根部最大。能承受较荷载根部最大。能承受较荷载 三角反力架：只能承受不太大的水平荷载作用，通三角反力架：只能承受不太大的水平荷载作用，通常用于中小型结构试件试验。装置可根据需要移动。常用于中小型结构试件试验。装置可根据需要移动。建筑结构试验反力墙水平加载反力墙水平加载建筑结构试验大型反力墙及反力架大型反力墙及反力架建筑结构试验建筑结构试验2.3.2 荷载传递装置荷载传递装置 功能功能 正确传递作用力正确传递作用

15、力荷载放大荷载放大荷载分配荷载分配荷载作用形式转换荷载作用形式转换1、卧梁：、卧梁：n 功能：做墙体试验时，将集中荷载转变为均布荷载功能：做墙体试验时，将集中荷载转变为均布荷载n 注意：注意： 应满足足够强度，刚度和一定的高度。应满足足够强度，刚度和一定的高度。 安装时，卧梁与结构之间应铺设水泥砂浆找平层安装时，卧梁与结构之间应铺设水泥砂浆找平层2.3 试验设备试验设备建筑结构试验建筑结构试验2、分配梁：、分配梁： 功能：将加载装置施加的集中荷载按一定比例分配成两个集功能：将加载装置施加的集中荷载按一定比例分配成两个集中荷载，或更多。中荷载，或更多。 使用要求：使用要求： 足够的强度和一定刚度

16、足够的强度和一定刚度 禁止使用多跨连续梁作分配梁禁止使用多跨连续梁作分配梁 放置层数不宜大于放置层数不宜大于3层。层。 荷载分配比例一般不大于荷载分配比例一般不大于1：4 固支应在分配梁荷载大的一端，滚支放小的端。固支应在分配梁荷载大的一端，滚支放小的端。 每个加载点所控制面积不宜大于每个加载点所控制面积不宜大于1m2建筑结构试验建筑结构试验2.3.3 试件支承装置试件支承装置 实现试验结构力边界条件及位移边界条件关实现试验结构力边界条件及位移边界条件关键的试验装置。键的试验装置。支座：上部与结构表面接触，下部由支支座：上部与结构表面接触，下部由支 墩支承墩支承支墩：支座的支承装置，钢制或钢砼制，支墩：支座的支承装置，钢制或钢砼制， 可自由移动。可自由移动。支承装置支承装置经常使用的支座：经常使用的支座： 滚动铰支座、固定铰支座、固定球铰支座、活动滚动铰支