第3章_工程结构静载检测-1

第3章工程结构静载检测3.1概述3.2荷载设计与观测设计（重点）3.3变形、开裂和破坏特征观测3.4检测数据的处理（重点）3.5工程结构或构件的性能评定内容1、检测方案的确定2、构件的安装就位3、荷载设计4.测点布置1、检测曲线的绘制2、检测挠度的计算第3章工程结构静载检测3.1概述静载检测：考虑结构或构件在静力荷载作用下，测得结构或构件的各种变形、内力变化及承载能力。在大量的结构检测中，大多为静载检测。例如：除了科研性质的试验外，建筑工程的质量验收，旧有结构的实际承载能力，改建、扩建、加固、补强处理等等。另外，对批量生产的预制构件进行质量鉴定，抽样检测及对新型结构或工艺提供试验佐证等。为此，静载检测部分作为结构检测工作中一项最常见也是最基本，最重要的测试工作。结构检测检测方案的确定检测工作的准备检测的加载及观测检测的数据处理、分析及评价3.2荷载设计和观测设计3.2.1检测方案的确定检测方案时进行试验的纲领性文件。它是检测的成败的前提。在制定方案前必须：（1）了解试验目的；（2）实地考察试验对象；（3）熟悉并研究有关背景材料；（4）必要时先做有关的材性试验。检测方案的具体内容包括：1.检测目的及技术依据鉴定性检测:（1）检测对象的基本情况和要求进行检测的原因；（2）检测所要达到的目的；（3）检测的主要内容及有关测试的技术参数；（4）注明试验所遵循的技术标准、规范、规程。研究性检测:（1）该课题的基本现状，研究的必要性及现实意义；（2）检测的主要内容和要求及有关的测试技术参数。（3）必要时应附上理论计算和说明。2.试验场地的选定和测点布置；3.试件的安装就位以及试件支座的装置形式；4.加载方法，包括加载设备及装置，加载图式，加载程序等5.试验的安全措施。包括人员、仪器、试件的安全及试验时的防护措施等；6.测量方法，仪器的型号，仪表的布置，编号等；7.试验进度；8.附录，包括经费，器材、工具等。3.2.2被测件的安装就位1．正位检测所谓正位检测即是将试件处于实际受力状态。对于梁、板和屋架等简支的静定构件，正位检测时，结构构件的受压区在上，受拉区在下，结构自重和它所承受的外荷作用在同一垂直平面内，符合实际受力状态。因此，在结构检测中应优先采用正位检测。对于有长柱试验机的柱子检测可采用正位检测。2.卧位检测对于自重较大的梁、柱，跨度大、矢高的屋架及桁架等重型构件，当不便吊装运输和进行检测时，可在现场就地采用卧式检测。这样就大幅度降低试验装置的高度。便于布置检测仪表和数据的测量。现场卧式检测多采用如图（吊车梁成对卧式试验）的成对构件检测的方式，形成两两构件互为平衡机构。并在平卧下方放置滚轴或平板车，以减少构件变形及支承面的摩擦阻力和自重弯矩，使其保持水平状态。卧式检测3.反位检测对于混凝土构件进行抗裂或裂缝宽度检测时，为了便于观测裂缝和读取裂缝宽度（例如裂缝出现在受拉区梁的底部），可将试件倒过来安装，使受拉区在上，这样还可以减少加载装置如反力架。当施加由下往上的荷载时，首先要抵消构件的自重（即需要施加的荷载要加上构件的自重）。当构件的自重较大时，要防止由于构件的自重时受压区，即反位后，梁的下缘开裂。故对于自重较大的构件不易采用反位检测。4.原位检测原位检测是针对已建结构而言的。即在原结构现场，对原型结构或构件进行检测。这时，由于是处于实际工作状态，它与在实验室里做单个结构或构件是不同的。要注意支座不是理想的支座，邻近的构件对试件会产生部分卸载作用等。在检测方案的制定时应考虑这些问题。3.2.3检测荷载的设计1.加载图式它是检测荷载在试件上的布置形式。它包括荷载的类型（如：重力加载或液压加载等）和荷载分布情况（如：均布加载或集中加载等）。加载图式要尽量与结构设计计算的荷载图式一致。使检测时荷载下结构工作情况与实际情况最为接近。有时也采用不同的设计计算所规定的荷载图式进行检测。比如，在不影响结构或构件工作或检测分析的前提下，由于受检测条件的限制和为了加载方便而改变加载图式。例如：当承受均布荷载的梁，由于检测条件的限制，无法实施均布荷载，就可采用多点集中荷载来代替均布荷载（如采用分配梁技术）。检测后再对检测数据进行还原修正。这样既减少了实施难度，又简化了检测装置。另外，当一种加载方式不能反映检测所要求的几种极限状态时，可采用不同的加载图式分别在几个被测件上进行检测。2．检测荷载的几个概念(1)正常使用短期荷载检测值它是结构在正常工作状态下应能承受的荷载的检测值。它由结构永久荷载标准值和可变荷载（使用荷载）所组成。其中：－正常使用短期荷载检测值；－结构永久荷载标准值，它包括：结构的自重和结构的装饰重（如嵌缝重、粉层重等）构成。－可变荷载（或称使用荷载）如：人、桌椅、雪载等。KKSQGQSQKG1KG2KGKQ(2)长期荷载(频遇)组合值它是结构在长期使用期内（设计基准期内）针对可变荷载考虑偶然遇到的其能量较大而持续时间较短的荷载（如冲击荷载、爆炸、地震荷载等）时，结构应能承受的荷载频遇组合值。其中：－荷载长期频遇组合值；－可变荷载的频遇系数，通常取0.4。KqKLQGQLQq(3)短期承载力检测值它是结构最大能承受的短期荷载检测值。其中：－短期承载力检测值；、－分别为永久荷载的分项系数和可变荷载的分项系数。其数值分别取为：1.2和1.4。KQKGdQGQdQGQ3.检测加载程序加载程序是指对试验所进行的加载级距，加、卸载的循环次数，级间间隙时间等有序的安排。（1）预载其目的是：1）密实节点或接合部位，使结构或构件处于正常的工作状态；2）检查试验装置是否可靠，试验仪器仪表是否正常；3)人员是否各就各位，已做好准备工作。预载可分两级或三级，每级不超过20％，且预载不超过40％，并卸载至零。对于混凝土结构或构件，预载不应超过所计算的开裂荷载值的70％。SQSQ（2）检测加载至少分为5级，每级为20％，加至。但对于混凝土构件或结构，先每级为20％，当荷载达到计算开裂荷载值的90％时，应不大于5％计算开裂荷载值的级距加载至结构或构件开裂，以便确定实测开裂荷载值，加载至。（3）检测先取20％至，然后，以10％加至90％，再以5％直至出现承载力极限状态的标志，以确定其承载力的实测值。SQSQSQSQSQdQSQSQSQdQdQ3.2.4检测测点布置检测测点布置有如下原则：（1）在满足检测目的的前提下，测点不宜过多，使检测工作重点突出。（2）测点要具有代表性，便于分析计算。（3）为了确保测量数据的可靠，应布置一定数量的校核点。测点的布置要尽量使测量时安全、方便及满足仪器的一些特殊要求。1．位移测点布置(1)对于梁、单向板、桁架等受弯构件（a）若宽度不超过0.6m，挠度表沿跨度方向单排布置；（b）若宽度超过0.6m，挠度表沿跨度方向双排布置，以两边仪表的平均值为位移观测值；（c）具有边肋的单向板，沿跨度方向布置三排挠度表，测量边肋和板宽中心线的最大挠度；（d）跨度不超过6m的构件，沿跨度方向布置三个挠度表，跨度大于6m的构件沿跨度方向相应增加挠度表；（e）屋架、桁架的上下弦受力状态不同，应分别布置挠度表；（f）高跨比较大的桁架或其它构件，还要布置观测水平位移和出平面的侧向位移的仪表。(2)对于双向板，空间薄壳结构等双向受力结构，挠度测点应沿两个跨度方向或沿主曲率方向的跨度或挠度最大的部位布置挠度表。(3)对于柱、框架、杆、塔或足尺房屋结构等，为了测定整体位移及变形曲线，一般沿主轴方向的跨中或挠度最大的部位布置位移计。(4)对于高层楼房或其它高耸结构，为了测定在风荷载下的顶部位移，可使用经纬仪。2．应变测点布置（1）主应力方向已知（a）对于轴向受力构件，为了消除荷载偏心影响，可在试件两相对侧面沿平行于杆轴方向布置两个应变片。取两片的平均值作为实测应变。（b）对于受弯构件，若测定最大应力，可在最大弯矩作用的截面的上、下缘布置应变测点；若测定中和轴位置或验证平截面假定，应沿侧面高度方向布置一定数量的应变测点，测点数不应少于5个。（c）对于弯矩和轴力共同作用的构件，应在最大弯矩作用的截面处沿平行于杆轴方向的两个侧面布置两个或四个应变测点。（d）对于有开孔薄腹梁或薄壁容器，可沿孔边切线方向布置应变测点。（e）对于梁的剪压破坏的斜裂缝开裂应变的测定，可在构件内力最大的受拉区沿受力主筋方向连续布置应变测点。轴向受力构件受弯构件：测定中和轴位置压弯构件剪切破坏的梁(f)对于超静定梁或框架，可在估计的反弯点位置两旁布置两个应变测点。测出应变后，按比例得出应变为零的反弯点的位置。受弯构件:最大应力（2）主应力方向未知在结构的平面应力状态的某些部位，主应力和剪应力的是方向未知的。此时，可在同一个点，沿三个不同方向（如45度、直角或60度等腰三角）布置应变花测点。由相应的计算式得出主应力。3．转角测点布置（1）对于高跨比较大的桁架（或其它构件），应在支座处布置倾角仪，测定倾斜度。（2）对于柱、杆、塔等结构，应在支座处布置倾角仪，测定基础转角。3.3变形、开裂和破坏特征观测检测观测是试验中的重要环节，应预先制定方案有序进行。检测人员要对检测对象不断地观察和分析，对重要的数据应在检测过程中随时整理分析，并与理论预算值进行比较。对于异常情况要及时查清原因，排除故障或事故隐患。待弄清原因并排除异常后，再继续加载观测。必要时可能要以实际情况作及时调整试验方案。此外，还要统观全局，时刻注意人员、仪器设备的安全。3.3变形、开裂和破坏特征观测1、应变观测加载后读数时要先定性观察应变受力状况是否正确。1)、当荷载加载加至接近开裂荷载时要密切注意容易开裂处的应变的变化。观察应变是否出现突变的现象。发现突变即说明此处出现裂缝或有新的裂缝开展。2)、通过应变的变化可以观察结构此时所处的工作状态（是弹性阶段，还是塑性阶段或屈服阶段等）当钢筋混凝土试件在加载末期，荷载并不增加，而钢筋应力仍不断增加放大时，可判定钢筋已经屈服。2、位移观测由位移计观测结构或构件的变形情况，由结构或构件的变形得知结构或构件在此荷载下的工作状态。为此对于关键位移观测点要每一级荷载都进行位移计算，以得知结构或构件的变形情况。到试验末期，位移计位移值出现连续加快变化时，要及时拆卸位移计，以免损坏。3、裂缝观测裂缝观测对于钢筋混凝土构件来说是十分重要的检测内容。通常把在最大拉应力处出现第一条（批）裂缝时的荷载称之为开裂荷载，并以裂宽大于0.05㎜称之为开裂。开裂荷载的具体确定：（1）如果在加载过程中出现裂缝，取前一级荷载为开裂荷载；（2）如果在规定的持荷时间内出现裂缝，取本级与前一级荷载的平均值为开裂荷载；（3）如果在规定的持荷时间结束后出现裂缝，取本级荷载为开裂荷载。对于允许有裂缝，但对裂宽有要求的结构或构件，测量其开裂的裂宽时，对于受弯构件的正截面裂缝，应在构件的侧面受拉主筋处测量最大裂宽；对于斜截面裂缝应在斜裂缝与箍筋交汇处或斜裂缝与弯起钢筋交汇量取斜裂缝宽度。每一测区或每一构件测定裂缝宽度的裂缝数目，一般取目估的最大三大条裂缝来量取。量取时用毛笔在裂缝旁沿裂缝轨迹描下裂缝行迹。要表明在各级荷载下的裂宽。4．破坏特征（1）钢筋混凝土构件的破坏特征：（a）在荷载不增加的情况下，由设置在构件受拉主筋处的应变测点出现连续变化或受拉主筋处拉应变达到。(b)梁的跨中挠度达到跨度的1/50，悬臂结构的挠度达到悬臂长的1/25。(c)受拉主筋处的垂直裂缝宽度达到1.5㎜。(d)受拉斜裂缝宽度达到1.5㎜，或斜裂缝末端受压区混凝土剪压破坏，或沿斜截面混凝土斜压破坏。(e)受拉主筋在端部滑脱达到0.2㎜，或其它锚固破坏。（f）受拉主筋被拉断。（g）受压混凝土构件混凝土被压坏。（2）钢结构构件的破坏特征：(a)螺栓或铆钉剪断或脱落。(b)主要螺栓或铆钉松动，节点板变形。(c)在荷载不再增加的情况下，由设置在构件最大拉应力测点或最大压应力的测点出现应变读数值连续变化。(d)节点焊缝开裂。(e)受压或受弯部分屈曲或整体失稳。当出现以上任何一种破坏特征都可判定结构或构件破坏。即定为该荷载为极限破坏荷载的实测值。同样具