1、 第三章第三章 建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載 3.1 概述概述 合理地選擇加載設(shè)備，正確進(jìn)行加載方案設(shè)計(jì)，合理地選擇加載設(shè)備，正確進(jìn)行加載方案設(shè)計(jì)，可以保證結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的順利完成，提高試驗(yàn)精度，節(jié)可以保證結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的順利完成，提高試驗(yàn)精度，節(jié)約試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。若加載方案設(shè)計(jì)不當(dāng)，加載設(shè)備選擇約試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。若加載方案設(shè)計(jì)不當(dāng)，加載設(shè)備選擇不合理，往往會(huì)影響試驗(yàn)工作順利進(jìn)行，或者達(dá)不不合理，往往會(huì)影響試驗(yàn)工作順利進(jìn)行，或者達(dá)不到試驗(yàn)的目的，甚至導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)到試驗(yàn)的目的，甚至導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生安全事故。生安全事故。 3.2.1 3.2.1 重力荷載重力荷載1 1 重力直接加載方法重力直

2、接加載方法 重物荷載可直接堆放在結(jié)構(gòu)表面形成均布荷載或置于荷重物荷載可直接堆放在結(jié)構(gòu)表面形成均布荷載或置于荷載盤上通過吊桿掛于結(jié)構(gòu)上形成集中荷載，假如荷載再大，載盤上通過吊桿掛于結(jié)構(gòu)上形成集中荷載，假如荷載再大，就可以通過杠桿來加載。就可以通過杠桿來加載。 優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)荷載可就地取材，可重復(fù)使用，針對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)荷載可就地取材，可重復(fù)使用，針對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或 試件的變形，可保持恒載，可分級(jí)加載，容易控制。試件的變形，可保持恒載，可分級(jí)加載，容易控制。缺點(diǎn)：加載過程中需要花費(fèi)較大的勞動(dòng)力，占據(jù)較大的空間，缺點(diǎn)：加載過程中需要花費(fèi)較大的勞動(dòng)力，占據(jù)較大的空間， 安全性差，試驗(yàn)組織難度大。安全性差

3、，試驗(yàn)組織難度大。重物間隙要大于重物間隙要大于5cm5cm，保證重物間不搭接，以防止形成拱的作用。，保證重物間不搭接，以防止形成拱的作用。 杠桿加載也屬于重力加載的一種。杠桿加載也屬于重力加載的一種。 利用杠桿原理，將荷載放大作用于結(jié)構(gòu)上。利用杠桿原理，將荷載放大作用于結(jié)構(gòu)上。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 杠桿制作方便，荷載值穩(wěn)定不變，當(dāng)結(jié)構(gòu)有變形時(shí)，荷杠桿制作方便，荷載值穩(wěn)定不變，當(dāng)結(jié)構(gòu)有變形時(shí)，荷載可以保持恒定，對(duì)于作持久荷載試驗(yàn)尤為合適。載可以保持恒定，對(duì)于作持久荷載試驗(yàn)尤為合適。 三、彈簧加載三、彈簧加載 常用構(gòu)件的持久荷載試驗(yàn)。當(dāng)荷載值較小時(shí)，可直接常用構(gòu)件的持久荷載試驗(yàn)。當(dāng)荷載值較小時(shí)，可直接擰緊

4、螺帽以壓縮彈簧；當(dāng)荷載值很大時(shí)，需用千斤頂壓縮擰緊螺帽以壓縮彈簧；當(dāng)荷載值很大時(shí)，需用千斤頂壓縮彈簧后再擰緊螺帽。彈簧后再擰緊螺帽。 彈簧加載用于長(zhǎng)期荷載，比如說要做梁的長(zhǎng)期剛度，彈簧加載用于長(zhǎng)期荷載，比如說要做梁的長(zhǎng)期剛度，或者是觀察它的裂縫的時(shí)候，那么就要加幾個(gè)月，甚至幾年或者是觀察它的裂縫的時(shí)候，那么就要加幾個(gè)月，甚至幾年的荷載。那么做長(zhǎng)期荷載的時(shí)候可以通過彈簧來保持經(jīng)常的的荷載。那么做長(zhǎng)期荷載的時(shí)候可以通過彈簧來保持經(jīng)常的荷載值。荷載值。 3.3.23.3.2機(jī)械力加載的特點(diǎn)和要求機(jī)械力加載的特點(diǎn)和要求 機(jī)械力加載設(shè)備簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)加載容易，在采用鋼絲繩等機(jī)械力加載設(shè)備簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)加載容易，

5、在采用鋼絲繩等索具時(shí)，便于改變荷載作用方向，適用于對(duì)結(jié)構(gòu)施加水平集索具時(shí)，便于改變荷載作用方向，適用于對(duì)結(jié)構(gòu)施加水平集中荷載。但機(jī)械加載能力有限，荷載值不宜太大。在采用卷中荷載。但機(jī)械加載能力有限，荷載值不宜太大。在采用卷?yè)P(yáng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備加載時(shí)，應(yīng)保證鋼絲繩和滑輪組的質(zhì)量，并揚(yáng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備加載時(shí)，應(yīng)保證鋼絲繩和滑輪組的質(zhì)量，并具有足夠的安全儲(chǔ)備。采用卷?yè)P(yáng)機(jī)、倒鏈等機(jī)具加載時(shí)，力具有足夠的安全儲(chǔ)備。采用卷?yè)P(yáng)機(jī)、倒鏈等機(jī)具加載時(shí)，力值量測(cè)儀表應(yīng)串聯(lián)在繩索中，直接測(cè)定加載值，當(dāng)繩索通過值量測(cè)儀表應(yīng)串聯(lián)在繩索中，直接測(cè)定加載值，當(dāng)繩索通過導(dǎo)向輪或滑輪組對(duì)結(jié)構(gòu)加載時(shí)，力值量測(cè)儀表宜串聯(lián)在靠近導(dǎo)向輪或滑輪組

6、對(duì)結(jié)構(gòu)加載時(shí)，力值量測(cè)儀表宜串聯(lián)在靠近試驗(yàn)結(jié)構(gòu)端的繩索中。試驗(yàn)結(jié)構(gòu)端的繩索中。3.43.4氣壓加載法氣壓加載法 氣壓加載是利用壓縮氣體或真空負(fù)壓對(duì)結(jié)構(gòu)施加荷載，氣壓加載是利用壓縮氣體或真空負(fù)壓對(duì)結(jié)構(gòu)施加荷載，這種加載方式對(duì)試驗(yàn)對(duì)象施加的是均布荷載。這種加載方式對(duì)試驗(yàn)對(duì)象施加的是均布荷載。3.4.13.4.1氣壓加載的作用方式氣壓加載的作用方式1.1.氣壓正壓加載氣壓正壓加載2.2.真空負(fù)壓加載真空負(fù)壓加載3.4.23.4.2氣壓加載的特點(diǎn)和要求氣壓加載的特點(diǎn)和要求1.1.氣壓加載的特點(diǎn)氣壓加載的特點(diǎn) 能真實(shí)地模擬面積大、外形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的均布受力能真實(shí)地模擬面積大、外形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的均布受力狀態(tài)；狀態(tài)

7、； 加卸載方便可靠；加卸載方便可靠； 荷載值穩(wěn)定易控；荷載值穩(wěn)定易控； 需要采用氣囊或?qū)⒃嚰谱鞒擅芊饨Y(jié)構(gòu)，試件制需要采用氣囊或?qū)⒃嚰谱鞒擅芊饨Y(jié)構(gòu)，試件制作工作量大；作工作量大； 施加荷載值不能太大；施加荷載值不能太大； 構(gòu)件內(nèi)表面無法直接觀測(cè)；構(gòu)件內(nèi)表面無法直接觀測(cè)； 氣溫變化易引起荷載波動(dòng)。氣溫變化易引起荷載波動(dòng)。2.2.氣壓加載的要求氣壓加載的要求 氣囊或真空內(nèi)腔需采用適當(dāng)方法進(jìn)行密封處理，氣囊或真空內(nèi)腔需采用適當(dāng)方法進(jìn)行密封處理，接縫以及構(gòu)件與基礎(chǔ)之間須采用聚乙烯薄膜、凡土接縫以及構(gòu)件與基礎(chǔ)之間須采用聚乙烯薄膜、凡土林、黃油等密封；林、黃油等密封； 有時(shí)需在真空室或氣囊壁上開設(shè)調(diào)節(jié)孔

8、，以便控有時(shí)需在真空室或氣囊壁上開設(shè)調(diào)節(jié)孔，以便控制荷載大??；制荷載大??； 基礎(chǔ)、反力架等要有足夠的強(qiáng)度；基礎(chǔ)、反力架等要有足夠的強(qiáng)度； 為防氣溫變化引起荷載波動(dòng)，應(yīng)增加恒壓控制裝為防氣溫變化引起荷載波動(dòng)，應(yīng)增加恒壓控制裝置，使氣體壓力保持在允許的控制范圍內(nèi)；置，使氣體壓力保持在允許的控制范圍內(nèi)； 充氣囊不宜伸出試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外邊緣，確定加充氣囊不宜伸出試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外邊緣，確定加載量時(shí)，應(yīng)考慮充氣囊與結(jié)構(gòu)表面接觸的實(shí)際作用載量時(shí)，應(yīng)考慮充氣囊與結(jié)構(gòu)表面接觸的實(shí)際作用面積，按氣囊中的氣壓值計(jì)算確定。面積，按氣囊中的氣壓值計(jì)算確定。3.5 3.5 液壓加載法液壓加載法3.5.13.5.1液壓加載

9、器的工作原理液壓加載器的工作原理液壓加載器液壓加載器( (俗稱俗稱“千斤頂千斤頂”) )是液壓加載系統(tǒng)中的是液壓加載系統(tǒng)中的主要部件，主要由活塞、油缸和密封裝置等構(gòu)成，如主要部件，主要由活塞、油缸和密封裝置等構(gòu)成，如圖圖3.83.8所示。所示。FpA式中式中 F F荷載值；荷載值； pp液壓油壓強(qiáng)；液壓油壓強(qiáng)； AA活塞工作面積活塞工作面積 液壓千斤頂分為單作用式、雙作用式、電液伺服式及張拉液壓千斤頂分為單作用式、雙作用式、電液伺服式及張拉千斤頂?shù)取ＧЫ镯數(shù)取?.1.單作用式千斤頂油缸只有一個(gè)供油口，如圖單作用式千斤頂油缸只有一個(gè)供油口，如圖3.9(a)3.9(a)所示。所示。2.2.雙作用式

10、千斤頂有前后兩個(gè)工作油腔及兩個(gè)供油口，如圖雙作用式千斤頂有前后兩個(gè)工作油腔及兩個(gè)供油口，如圖3.9(b)3.9(b)所示。所示。 3. 3. 電液伺服液壓系統(tǒng)大多采用閉環(huán)控制，主要組成是電液伺電液伺服液壓系統(tǒng)大多采用閉環(huán)控制，主要組成是電液伺服液壓加載器、控制系統(tǒng)和液壓源等三大部分服液壓加載器、控制系統(tǒng)和液壓源等三大部分( (圖圖3.10)3.10)。圖圖 310液壓千斤頂液壓千斤頂電動(dòng)泵電動(dòng)泵如果氣流每秒噴出的質(zhì)量為如果氣流每秒噴出的質(zhì)量為Ws，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知反沖力根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知反沖力p(作用在結(jié)構(gòu)上的脈沖力作用在結(jié)構(gòu)上的脈沖力)為：為：/spW vg式中式中 v氣流從噴口噴出的

11、速度；氣流從噴口噴出的速度； G重力加速度。重力加速度?？侩x心力加載的機(jī)械式激振器工作原理如圖靠離心力加載的機(jī)械式激振器工作原理如圖3.173.17所示，當(dāng)一所示，當(dāng)一對(duì)偏心質(zhì)量控相反方向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，離心力將產(chǎn)生一定方向的激對(duì)偏心質(zhì)量控相反方向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，離心力將產(chǎn)生一定方向的激振力。振力。2Pmr2sinsinvPPmrt2coscosHPPmrt 慣性力激振振動(dòng)加載試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)正確選擇激振慣性力激振振動(dòng)加載試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)正確選擇激振器的安裝位置；合理選擇激振力，防止引起測(cè)試結(jié)器的安裝位置；合理選擇激振力，防止引起測(cè)試結(jié)構(gòu)的振型畸變；當(dāng)激振器安裝在樓板上時(shí)，應(yīng)避免構(gòu)的振型畸變；當(dāng)激振器安裝在樓板上時(shí)，應(yīng)避

12、免受樓板豎向自振頻率和剛度的影響；激振力應(yīng)具有受樓板豎向自振頻率和剛度的影響；激振力應(yīng)具有傳遞途徑；激振測(cè)試中宜采用掃頻方式尋找共振頻傳遞途徑；激振測(cè)試中宜采用掃頻方式尋找共振頻率，在共振頻率附近測(cè)試時(shí)，應(yīng)保證半功率帶寬內(nèi)率，在共振頻率附近測(cè)試時(shí)，應(yīng)保證半功率帶寬內(nèi)有不少于有不少于5 5個(gè)頻率的測(cè)點(diǎn)。個(gè)頻率的測(cè)點(diǎn)。40.10210FBIl根據(jù)電磁感應(yīng)原理，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，產(chǎn)生的力：產(chǎn)生的力：式中式中: B磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 l工作線圈導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度工作線圈導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度 I通過工作線圈的交變電流強(qiáng)度通過工作線圈的交變電流強(qiáng)度 (mm)cRlbf式中式中 RR支座反力（支座反力（N N） b b

13、構(gòu)件支座寬度（構(gòu)件支座寬度（mmmm） f fc c試件材料的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值試件材料的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mmN/mm2 2） 在構(gòu)件支座處鉸支座的上下墊板應(yīng)有足夠的剛度，其厚度在構(gòu)件支座處鉸支座的上下墊板應(yīng)有足夠的剛度，其厚度d d可按下式計(jì)算：可按下式計(jì)算：22(mm)cf adf式中式中 f fc c試件抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（試件抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mmN/mm2 2） ff墊板鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（墊板鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mmN/mm2 2） aa滾軸中心至墊板邊緣的距離（滾軸中心至墊板邊緣的距離（mmmm）0.418RErb滾軸受力滾軸受力（kN/mmkN/mm）2.02.02.02.04.

14、04.04.04.06.06.0滾軸直徑滾軸直徑(mm)(mm)404060606060808080801001001.1.豎向支承設(shè)備豎向支承設(shè)備2.2.水平方向支承設(shè)備水平方向支承設(shè)備 豎向荷載架豎向荷載架 水平荷載架水平荷載架 混凝土反力墻混凝土反力墻1.1.試驗(yàn)臺(tái)座試驗(yàn)臺(tái)座目前國(guó)內(nèi)外常見的試驗(yàn)臺(tái)座，按結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同可以分為目前國(guó)內(nèi)外常見的試驗(yàn)臺(tái)座，按結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同可以分為板式板式試驗(yàn)臺(tái)座試驗(yàn)臺(tái)座和和箱式試驗(yàn)臺(tái)座箱式試驗(yàn)臺(tái)座。(1)(1)板式試驗(yàn)臺(tái)座板式試驗(yàn)臺(tái)座板式試驗(yàn)臺(tái)座的結(jié)構(gòu)為整體的鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板式試驗(yàn)臺(tái)座的結(jié)構(gòu)為整體的鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的厚板。利用結(jié)構(gòu)的自重和剛度平衡結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)施加的荷載。的厚板。利用結(jié)構(gòu)的自重和剛度平衡結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)施