第3章建筑结构试验荷载

1、 第三章第三章 建筑结构试验荷载建筑结构试验荷载 3.1 概述概述 合理地选择加载设备，正确进行加载方案设计，合理地选择加载设备，正确进行加载方案设计，可以保证结构试验的顺利完成，提高试验精度，节可以保证结构试验的顺利完成，提高试验精度，节约试验经费。若加载方案设计不当，加载设备选择约试验经费。若加载方案设计不当，加载设备选择不合理，往往会影响试验工作顺利进行，或者达不不合理，往往会影响试验工作顺利进行，或者达不到试验的目的，甚至导致试验失败，严重时还会发到试验的目的，甚至导致试验失败，严重时还会发生安全事故。生安全事故。 3.2.1 3.2.1 重力荷载重力荷载1 1 重力直接加载方法重力直

2、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，假如荷载再大，载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载，假如荷载再大，就可以通过杠杆来加载。就可以通过杠杆来加载。 优点：试验荷载可就地取材，可重复使用，针对试验结构或优点：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。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，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。安全性差

3、，试验组织难度大。重物间隙要大于重物间隙要大于5cm5cm，保证重物间不搭接，以防止形成拱的作用。，保证重物间不搭接，以防止形成拱的作用。 杠杆加载也属于重力加载的一种。杠杆加载也属于重力加载的一种。 利用杠杆原理，将荷载放大作用于结构上。利用杠杆原理，将荷载放大作用于结构上。优点：优点： 杠杆制作方便，荷载值稳定不变，当结构有变形时，荷杠杆制作方便，荷载值稳定不变，当结构有变形时，荷载可以保持恒定，对于作持久荷载试验尤为合适。载可以保持恒定，对于作持久荷载试验尤为合适。 三、弹簧加载三、弹簧加载 常用构件的持久荷载试验。当荷载值较小时，可直接常用构件的持久荷载试验。当荷载值较小时，可直接拧紧

4、螺帽以压缩弹簧；当荷载值很大时，需用千斤顶压缩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。弹簧后再拧紧螺帽。 弹簧加载用于长期荷载，比如说要做梁的长期刚度，弹簧加载用于长期荷载，比如说要做梁的长期刚度，或者是观察它的裂缝的时候，那么就要加几个月，甚至几年或者是观察它的裂缝的时候，那么就要加几个月，甚至几年的荷载。那么做长期荷载的时候可以通过弹簧来保持经常的的荷载。那么做长期荷载的时候可以通过弹簧来保持经常的荷载值。荷载值。 3.3.23.3.2机械力加载的特点和要求机械力加载的特点和要求 机械力加载设备简单，实现加载容易，在采用钢丝绳等机械力加载设备简单，实现加载容易，

5、在采用钢丝绳等索具时，便于改变荷载作用方向，适用于对结构施加水平集索具时，便于改变荷载作用方向，适用于对结构施加水平集中荷载。但机械加载能力有限，荷载值不宜太大。在采用卷中荷载。但机械加载能力有限，荷载值不宜太大。在采用卷扬机等机械设备加载时，应保证钢丝绳和滑轮组的质量，并扬机等机械设备加载时，应保证钢丝绳和滑轮组的质量，并具有足够的安全储备。采用卷扬机、倒链等机具加载时，力具有足够的安全储备。采用卷扬机、倒链等机具加载时，力值量测仪表应串联在绳索中，直接测定加载值，当绳索通过值量测仪表应串联在绳索中，直接测定加载值，当绳索通过导向轮或滑轮组对结构加载时，力值量测仪表宜串联在靠近导向轮或滑轮组

6、对结构加载时，力值量测仪表宜串联在靠近试验结构端的绳索中。试验结构端的绳索中。3.43.4气压加载法气压加载法 气压加载是利用压缩气体或真空负压对结构施加荷载，气压加载是利用压缩气体或真空负压对结构施加荷载，这种加载方式对试验对象施加的是均布荷载。这种加载方式对试验对象施加的是均布荷载。3.4.13.4.1气压加载的作用方式气压加载的作用方式1.1.气压正压加载气压正压加载2.2.真空负压加载真空负压加载3.4.23.4.2气压加载的特点和要求气压加载的特点和要求1.1.气压加载的特点气压加载的特点 能真实地模拟面积大、外形复杂结构的均布受力能真实地模拟面积大、外形复杂结构的均布受力状态；状态

7、； 加卸载方便可靠；加卸载方便可靠； 荷载值稳定易控；荷载值稳定易控； 需要采用气囊或将试件制作成密封结构，试件制需要采用气囊或将试件制作成密封结构，试件制作工作量大；作工作量大； 施加荷载值不能太大；施加荷载值不能太大； 构件内表面无法直接观测；构件内表面无法直接观测； 气温变化易引起荷载波动。气温变化易引起荷载波动。2.2.气压加载的要求气压加载的要求 气囊或真空内腔需采用适当方法进行密封处理，气囊或真空内腔需采用适当方法进行密封处理，接缝以及构件与基础之间须采用聚乙烯薄膜、凡土接缝以及构件与基础之间须采用聚乙烯薄膜、凡土林、黄油等密封；林、黄油等密封； 有时需在真空室或气囊壁上开设调节孔

8、，以便控有时需在真空室或气囊壁上开设调节孔，以便控制荷载大小；制荷载大小； 基础、反力架等要有足够的强度；基础、反力架等要有足够的强度； 为防气温变化引起荷载波动，应增加恒压控制装为防气温变化引起荷载波动，应增加恒压控制装置，使气体压力保持在允许的控制范围内；置，使气体压力保持在允许的控制范围内； 充气囊不宜伸出试验结构构件的外边缘，确定加充气囊不宜伸出试验结构构件的外边缘，确定加载量时，应考虑充气囊与结构表面接触的实际作用载量时，应考虑充气囊与结构表面接触的实际作用面积，按气囊中的气压值计算确定。面积，按气囊中的气压值计算确定。3.5 3.5 液压加载法液压加载法3.5.13.5.1液压加载

9、器的工作原理液压加载器的工作原理液压加载器液压加载器( (俗称俗称“千斤顶千斤顶”) )是液压加载系统中的是液压加载系统中的主要部件，主要由活塞、油缸和密封装置等构成，如主要部件，主要由活塞、油缸和密封装置等构成，如图图3.83.8所示。所示。FpA式中式中 F F荷载值；荷载值； pp液压油压强；液压油压强； AA活塞工作面积活塞工作面积 液压千斤顶分为单作用式、双作用式、电液伺服式及张拉液压千斤顶分为单作用式、双作用式、电液伺服式及张拉千斤顶等。千斤顶等。1.1.单作用式千斤顶油缸只有一个供油口，如图单作用式千斤顶油缸只有一个供油口，如图3.9(a)3.9(a)所示。所示。2.2.双作用式

10、千斤顶有前后两个工作油腔及两个供油口，如图双作用式千斤顶有前后两个工作油腔及两个供油口，如图3.9(b)3.9(b)所示。所示。 3. 3. 电液伺服液压系统大多采用闭环控制，主要组成是电液伺电液伺服液压系统大多采用闭环控制，主要组成是电液伺服液压加载器、控制系统和液压源等三大部分服液压加载器、控制系统和液压源等三大部分( (图图3.10)3.10)。图图 310液压千斤顶液压千斤顶电动泵电动泵如果气流每秒喷出的质量为如果气流每秒喷出的质量为Ws，根据动量守恒定律可知反冲力根据动量守恒定律可知反冲力p(作用在结构上的脉冲力作用在结构上的脉冲力)为：为：/spW vg式中式中 v气流从喷口喷出的

11、速度；气流从喷口喷出的速度； G重力加速度。重力加速度。靠离心力加载的机械式激振器工作原理如图靠离心力加载的机械式激振器工作原理如图3.173.17所示，当一所示，当一对偏心质量控相反方向运转时，离心力将产生一定方向的激对偏心质量控相反方向运转时，离心力将产生一定方向的激振力。振力。2Pmr2sinsinvPPmrt2coscosHPPmrt 惯性力激振振动加载试验时，应正确选择激振惯性力激振振动加载试验时，应正确选择激振器的安装位置；合理选择激振力，防止引起测试结器的安装位置；合理选择激振力，防止引起测试结构的振型畸变；当激振器安装在楼板上时，应避免构的振型畸变；当激振器安装在楼板上时，应避

12、免受楼板竖向自振频率和刚度的影响；激振力应具有受楼板竖向自振频率和刚度的影响；激振力应具有传递途径；激振测试中宜采用扫频方式寻找共振频传递途径；激振测试中宜采用扫频方式寻找共振频率，在共振频率附近测试时，应保证半功率带宽内率，在共振频率附近测试时，应保证半功率带宽内有不少于有不少于5 5个频率的测点。个频率的测点。40.10210FBIl根据电磁感应原理，根据电磁感应原理，产生的力：产生的力：式中式中: B磁场强度磁场强度 l工作线圈导线的有效长度工作线圈导线的有效长度 I通过工作线圈的交变电流强度通过工作线圈的交变电流强度 (mm)cRlbf式中式中 RR支座反力（支座反力（N N） b b

13、构件支座宽度（构件支座宽度（mmmm） f fc c试件材料的抗压强度设计值试件材料的抗压强度设计值（N/mmN/mm2 2） 在构件支座处铰支座的上下垫板应有足够的刚度，其厚度在构件支座处铰支座的上下垫板应有足够的刚度，其厚度d d可按下式计算：可按下式计算：22(mm)cf adf式中式中 f fc c试件抗压强度设计值（试件抗压强度设计值（N/mmN/mm2 2） ff垫板钢材的强度设计值（垫板钢材的强度设计值（N/mmN/mm2 2） aa滚轴中心至垫板边缘的距离（滚轴中心至垫板边缘的距离（mmmm）0.418RErb滚轴受力滚轴受力（kN/mmkN/mm）2.02.02.02.04.

14、04.04.04.06.06.0滚轴直径滚轴直径(mm)(mm)404060606060808080801001001.1.竖向支承设备竖向支承设备2.2.水平方向支承设备水平方向支承设备 竖向荷载架竖向荷载架 水平荷载架水平荷载架 混凝土反力墙混凝土反力墙1.1.试验台座试验台座目前国内外常见的试验台座，按结构构造的不同可以分为目前国内外常见的试验台座，按结构构造的不同可以分为板式板式试验台座试验台座和和箱式试验台座箱式试验台座。(1)(1)板式试验台座板式试验台座板式试验台座的结构为整体的钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土板式试验台座的结构为整体的钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土的厚板。利用结构的自重和刚度平衡结构试验时施加的荷载。的厚板。利用结构的自重和刚度平衡结构试验时施