5工程结构静载试验.

第四章工程结构静载试验土木工程与建筑学院工程结构静载试验概述进行结构静载试验首先是因为在结构所受到的直接作用中，静荷载起主导作用，其次是因为相对于动载试验而言，结构静载试验所需的技术和设备比较简单。结构静载试验最常用的是单调加载静力试验。但是静载试验对精度的要求一般较高。试验前的准备调查研究、收集资料试验大纲的制定试件的准备材料物理力学性能的测定试验设备与试验场地的准备试件安装就位加载设备和量测仪表安装试验控制特征值的计算确定试验的性质、规模、试验的形式、数量和种类。对鉴定性试验：应收集设计图纸、计算书、设计依据、施工情况、材料性能、施工记录、使用过程、超载情况、事故经过等。对科研性试验：收集与本试验有关的历史、现状、发展、存在问题等。调查研究、收集资料1、概述：提出试验的依据、目的、意义、要求等2、试件的设计和制作要求：如设计依据、理论分析、试件规格、数量、施工图、原材料3、试件安装与就位方法：试件就位的形式、支承、边界条件、安全措施、安装方法4、加载方法与设备：加载设备、加载方式、加载能力5、量测方法与内容：观测项目、测点布置、量测仪表及标定、安装方法、编号6、辅助试验计划：例如混凝土强度、钢材强度等7、安全措施：包括人身和设备、仪表的安全8、试验进度计划9、试验组织管理：人员组织、分工、原始记录管理等10、列出所需器材、仪表、设备及经费预算试验大纲制定按试验大纲的要求制作试件，应考虑试验方便作构造处理、留有足够的材料性能试验的试件，试验前检查、测量各部分实际尺寸、构造情况、施工质量。试件准备与制作材料强度变形性能弹性模量泊松比应力~应变关系材料力学性能测定对试验的加载设备的检查；量测仪表的检查、修整和标定；试验场地的清理。试验设备与试验场地准备保证试件在试验全过程中都能按计划模拟条件工作，超静定结构，各支座应保持均匀接触，避免因安装错误而产生附加应力或出现安全事故。试件安装就位注意在安装时将仪表和设备编号、测点号和联接到测量仪器上的通道号一并记录在表格中。加载设备和量测仪表安装混凝土试件的开裂荷载、极限荷载计算值，用以指导试验工作的进行，保证试验的准确，避免盲目试验。试验控制特征值计算在我们进行的静态应变仪操作试验中，在全桥自补偿时，如果没有将D1、D2和D断开，那么测量值将是250微应变左右。加载与量测方案的设计荷载方案加载程序预载预载一般分为1~3级；每级荷载取标准荷载的20%；每加一级荷载稳定10分钟；对混凝土结构，预载值应小于开裂荷载。预载的目的:(1)使试件各部位接触良好，进行入工作状态，荷载-变形关系趋于稳定；(2)检验全部试验装置的可靠性；(3)检验全部观测仪表工作正常与否；(4)检查现场组织工作和人员的工作情况。标准荷载及破坏荷载试验标准荷载前每级荷载取标准荷载的20%；标准荷载后每级加载量不大于标准荷载的10%；加载至计算破坏荷载的90%后每级加载量不大于标准荷载的5%；对混凝土结构，加载至计算开裂荷载的90%后，每级加载值也应小于标准荷载的5%。每级荷载加完后的恒载时间：钢结构不少于10分钟；钢筋混凝土结构和木结构不少于15分钟；对使用阶段不允许出现裂缝的结构，在计算开裂荷载下应恒载30分钟，预应力混凝土结构应不小于12小时。结构在标准荷载作用下，恒载的时间还应满足下列要求：钢结构不小于30分钟；钢筋混凝土结构不小于12小时；木结构不小于12小时；拱式砖石或混凝土结构不小于72小时。恒载的时间要求卸载卸载一般可按加载级差，也可取两倍加载级差。如需量测结构残余变形，在全部卸载后应空载一定时间：钢筋混凝土结构应不少于1.5倍标准荷载的恒载时间，钢结构应不少于30分钟，木结构应不少于24小时。在即将进行的桁架静载试验中请大家注意卸载问题。测试方案通常包括有以下几个内容：1、按整个试验目的要求，确定试验测试的项目；2、按确定的量测项目要求，选择测点位置；3、选择测试仪器和测定方法。测什么，在哪里测，用什么测，怎么测？量测方案拟定的测试方案要与加载程序密切配合。在拟定测试方案时应该把结构在加载过程中可能出现的变形等数据计算出来，以便在试验时能随时与实际观测读数比较，及时发现问题。同时，这些计算的数据对确定仪器的型号，选择仪器的量程和精度等也是完全必要的。例如：结构的开裂荷载、极限荷载、最大位移等测试方案观测项目在确定试验的观测项目时，首先应该考虑反映结构整体工作和全貌的整体变形，如结构挠度、转角和支座偏移等。其次考虑反应结构局部工作状况的局部变形，如应变、裂缝和钢筋滑移等。测点选择和布置(1)在满足试验目的前提下，测点宜少不宜多，这样不仅可以节省仪器设备，避免人力浪费，而且使试验工作重点突出，精力集中，提高效率和保证质量。测点的布置都应该是有目的的，服从于结构分析的需要，不应错误地为了追求数量而不切实际地盲目设置测点。对于一个新型结构或科研的新课题，由于对它缺乏认识，可以采用逐步逼近由粗到细的办法，先测定较少点位的力学数据，经过初步分析后再补充适量的测点，直到能足够了解结构物的性能为止。测点的位置必须要有代表性，以便于分析和计算。结构物的最大挠度和最大应力的数据，通常是设计和试验工作者最感兴趣的数据，因为利用它可以比较直接地了解结构的工作性能和强度储备。因此在这些最大值出现的部位上必须布置测点测点选择和布置(2)在测量工作中，为了保证测量数据的可靠性；还应该布置一定数量的校核性测点。这是由于在试验量测过程中部分测量仪器会发生故障，会有很多偶然因素影响量测数据的可靠性，因此不仅在需要知道应力和变形的位置上布置测点，也应在已知应力和变形的位置上布置校核测点。测点选择和布置(3)测点的布置应有利于试验时操作和测读，不便于观测读数的测点，往往不能提供可靠的结果。测点选择和布置(4)观测仪器选择(1)在选择仪器时，要防止盲目选用高准确度和高灵敏度的精密仪器。这是因为仪器的量程和灵敏度是矛盾的两个方面。一般的试验，要求测定结果的相对误差不超过5%，量程为最大被测值的1.25至2倍。选择仪表时必须考虑测读方便省时，优先采用自动量测记录装置。对于附着于结构上的仪器，要求其自重轻、体积小，不影响结构的工作。量测仪器的型号规格应尽可能一致，种类愈少愈好。观测仪器选择(2)观测误差控制试件制作误差材料性能误差试件安装误差荷载和量测设备误差结构试验方法非标准误差试件制作误差为减少试件制作误差产生的影响，试验前，必须量测试件的一些参数。主要有：(1)受力区的实际外形尺寸；(2)试验后，测量混凝土实测主筋位置；实测保护层厚度。(3)采用试件的实测尺寸进行理论计算，可以大大减小误差。材料性能误差要求确定材料强度的试块和结构试件具有同一性(如相同强度等级的混凝土、相同的模板成型、相同的振捣和养护条件、相同时间拆模和同时进行试验）。材料试验必须按标准方法进行，注意试块尺寸效应和试验加载速率对材料强度的影响和可能产生的误差。试件安装误差试件安装就位前，要正确仔细地定出支座位置、荷载作用点位置和方向，注意试件安装就位的正确性，防止构件的计算跨度、柱或压杆的计算长度等与计算简图不一致。支座约束条件要严格与计算假定一致，防止因支座变形而增大摩擦力、产生次弯矩或局部应力集中，防止因支承面不平整而引起试件扭转。荷载和量测设备误差按规定要求的精度等级和误差范围选用加载设备和量测仪表进行试验。为控制试验的误差，应对量测仪器进行系统的计量标定。结构试验方法非标准误差在有试验方法标准的情况下。结构试验应严格按“标准”的规定进行试验。有些试验没有试验标准或规程，应在充分论证的基础上选择合适的试验方法应注意尺寸效应对试件强度产生的影响。构件在临近破坏时，强度随时间变化的非线性关系非常突出，加载时间愈长，强度愈低，为此，对同批、同类试件的试验方法、加载时间历程应加以统一，防止产生差异，以致无法对比。一般结构的静载试验受弯构件的试验压杆和柱的试验屋架试验薄壳和网架结构试验受弯构件的试验－整体变形的量测除应在跨中或挠度最大的部位量测位移外，还应同时量测支座的沉降或压缩变形，以及悬臂式结构构件固端由于试验装置、支墩变形等因素引起的刚体转动，在分析实测数据时，消除由此产生的误差和影响。对于受弯构件，应在跨中或挠度最大部位截面处的中轴线上量测结构最大挠度。对于宽度大于600mm的受弯构件，挠度测点应沿构件中轴线两侧对称布置。B600mm宽度较大试件的变形的量测对具有边肋的单向板，除应量测构件边肋挠度外，还应量测板宽度中央的最大挠度。B具有边肋的单向板的变形量测应量测自由端的位移和支座沉降及支座截面处转动所产生的角位移，量测支座沉降及转动的测点应布置在支座截面的位置。对于有固端联结的悬臂式结构试验梁的变形量测应首先在弯矩最大的截面沿截面高度布置测点，当只要求量测弯矩产生的最大应力时，应在截面的最大纤维的边缘布点，由最大拉压应变确定最简单的应力分布规律。对于钢筋混凝土，由于不同的工作条件与受力状态，截面上应力变化较大，当要量测沿截面高度应力应变分布规律和截面上中和轴位置时，因截面应力不是按直线规律分布，测点沿截面高度不宜少于五点。由于受弯构件正截面承载力计算不考虑混凝土的抗拉强度，为探求混凝土开裂后受拉区的受力性能，应同时量测截面受拉区主筋的应变。受弯构件的试验－局部变形的量测对于受弯构件中同时受弯矩和剪力作用的截面需要量测主应力大小和方向及剪应力分布时，应在该截面布置三向应变测点组成的450或600的应变测点，由三个方向的应变值经应变分析或应变圆图解法求得主应力大小和方向及剪应力的分布。主应力和剪应力的测量梁的三分点加载试验为研究受弯构件弯剪区的抗剪强度，宜在构件的钢箍和弯起钢筋上布置测点。箍筋强度的试验量测锈蚀梁试验锈蚀梁试验碳纤维加固梁试验板的受弯性能试验荷载的传递荷载传感器及千斤顶应变片位移计千分表柱和压杆试验－试件安装和加载方法对于柱和压杆试验可以采用正位或卧位试验的安装和加载方案。卧位试验方案比较安全，但安装就位和加载装置往往又比较复杂，同时在试验中要考虑卧位时结构自重所产生的影响构件两端均应采用比较灵活的可动铰支座形式。压杆与柱的试验一般观测其破坏荷载；各级荷载下的侧向挠度值及变形曲线；控制截面或区域的应力变化规律以及裂缝开展情况。试件的挠度是由布置在受拉边的百分表或挠度计进行量测，与受弯构件相似，除了量测中点最大的挠度值外，可用侧向五点布置法量测挠度曲线。对于双肢柱试验，除了测量肢体各截面的应变外，尚须测量腹杆的应变，以确定各杆件的受力情况。柱和压杆试验－试验项目和测点布置屋架静载试验（1）当单榀屋架正位试验时，为保证它在平面外的侧向稳定，必须设置侧向支撑。目前主要采用同步液压加载系统，由高压油泵同时控制多台液压加载器按荷载作用点在屋架上弦或上、下弦节点同时加载。屋架静载试验（2）薄壳结构静载试验（一）试件安装和加载方法支承方式可类似双向板一样，有四角支承或四边支承。壳体结构由于具有较大的平面尺寸，所以单位面积上荷载量不会太大，一般情况下可以用重力直接加载，将荷载分垛铺设于壳体表面；也可以通过壳面预留的洞孔直接悬吊荷载，并可在壳面上用分配梁系统施加多点集中荷载。试验项目和测点布置壳体结构要观测的内容也主要是位移和应变两大类。可利用结构对称和荷载对称的特点，在结构的1/2、1/4、1/8的区域内布置主要测点作为分析结构受力特点的依据，而在其他对称的区域内布置适量的测点，进行校核。为了测量壳面主应力的大小和方向，一般均需布置三向应变网络测点。双曲扁壳的测点布置工程结构静载试验总结1、静载试验的特点2、静载试验主要量测的内容3、静载试验前的准备工作4、预载的意义及原则5、测点布置的原则6、仪器选择的原则7、掌握受弯构件的试验方法