结构静载试验B

(ArchitecturalStructureExperiment)湖南大学土木工程学院建筑结构试验建筑结构试验建筑结构试验第三章第三章结构静载试验（二）建筑结构试验第三章3.4静载试验用仪器仪表结构静载试验的目的是通过试验了解结构的静力性能。静力性能主要是指结构在静力荷载作用下形态的变化，而反映结构性能变化的是定量的数据。只有取得可靠的数据，才能准确的掌握结构的性能。静载试验中需要测量的数据包括：施加在结构上的作用和结构在荷载作用下的反应。测量技术一般包括：（1）测量方法（2）测量仪器仪表（3）测量误差分析三部分。建筑结构试验第三章（1）测量仪表的基本概念测试系统的组成传感器测量电路被测非电量电量指示仪器电量记录仪器数据处理仪器打印机测量系统基本组成：传感部分→放大部分→显示部分。建筑结构试验第三章仪器仪表的主要性能指标：（a）量程：仪器仪表所能测量的物理量的范围。（b）灵敏度：仪器仪表的输出量的变化Δy与相应输入量的变化Δx的比值。（c）分辨率：仪器仪表的显示装置所显示的最小变化量的测量值。（d）准确度：仪器仪表的显示值或记录值与被测物理量真实值的符合程度，用满量程相对误差表示。（e）线性度：测量系统的实际输入输出特性曲线相对于理想线性输入输出特性的接近程度。（f）漂移量：测量系统的输入不变时，系统的输出量随时间变化的最大值。建筑结构试验第三章（2）结构试验中仪器仪表的选用原则根据被测量的物理性质选择仪器仪表的基本功能。首先要能够满足基本要求；便于安装；不影响结构工作；较好的温度稳定性。预估被测物理量的变化范围选择仪器仪表的量程和精度。选用可靠性程度较高的仪器仪表。可靠性往往又与精度之间存在矛盾，综合考虑。一般而言，测量数据的可靠性在很大程度上取决于仪器仪表的使用，精度越高、反应越灵敏的仪器仪表，在操作使用上越复杂，对使用环境也越敏感。建筑结构试验第三章（3）位移测量的仪器仪表位移包括：线位移；角位移和相对位移。机械式百分表或千分表建筑结构试验第三章张线式位移传感器建筑结构试验第三章百分表测量重锤的位移屋架重锤百分表建筑结构试验第三章电阻应变式位移传感器BDACR1R2R4R3R1R3()R2R4()423156滑动电阻式位移传感器BDACR1R2R1R223154建筑结构试验第三章弓形应变式位移传感器引线建筑结构试验第三章电子百分表建筑结构试验第三章差动变压式位移传感器建筑结构试验第三章磁致伸缩式位移传感器建筑结构试验第三章（4）转角测量仪器长水准管电阻应变式倾角传感器建筑结构试验第三章角位移间接测量建筑结构试验第三章（5）力的测量仪器三种机械式测力计力传感器可分为机械式、电阻应变式、振动弦式等。建筑结构试验第三章电阻应变式压力传感器建筑结构试验第三章（6）裂缝测量仪器在结构试验中，要进行裂缝宽度测量的主要是钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。可采用以下方法：（1）常用方法是借助放大镜用肉眼观察裂缝出现；（2）利用粘贴在混凝土受拉区的电阻应变片，当混凝土开裂时，如果裂缝贯穿电阻应变片，该应变片的读数突变，从而可以判断开裂部位；（3）基于声发射原理，采用声传感器捕捉材料开裂时发射声能所形成的声波，经信号转换后，识别裂缝出现的部位；（4）在试件表面涂刷脆性涂料或脆性油漆，当混凝土开裂时，裂缝处脆性涂层断裂，指示出开裂部位。建筑结构试验第三章读数(刻度)放大镜建筑结构试验第三章测量裂缝宽度卡片建筑结构试验第三章弓形应变计测量裂缝宽度弓形应变式位移计裂缝构件专用应变片建筑结构试验第三章（7）温度测量仪器从测试元件与被测材料是否接触来分，测温方法可分为接触式测温和非接触式测温两大类。接触式测温是基于热平衡原理，测温元件与被测材料接触，两者处在同一热平衡状态，具有相同的温度。如水银温度计、热电偶温度计。非接触式测温是利用热辐射原理，测温元件不与被测材料接触，如红外温度计。热电偶原理建筑结构试验第三章3.5试验准备与实施（1）结构静载试验大纲内容概述调查研究、文献综述、目的、意义、标准等。试件设计及制作工艺参数、试件规格和数量、施工图、预埋件、材性指标、关键制作及安装工艺。加载方案与设备加载装置、图式及加载制度等。测试方案和内容观测项目、测点、仪器仪表、数据采集、传感器标定、补偿措施等。安全技术措施人身和设备、仪器仪表等安全措施。试验组织管理进度、分工、调度、资料管理等。附录器材、仪表及原材清单，记录表格，说明等。建筑结构试验第三章（2）试件设计试件形状设计的基本要求是在规定荷载条件下，试件受力特征反映实际结构受力特征，实现试验目的。无梁楼盖板柱节点试件建筑结构试验第三章框架结构中的梁柱和节点试件DDCCBBAAEEEE(a)(b)NNAA(c)NNBBEEEE(f)NNEEEE(g)(d)CC(e)DD(h)NN建筑结构试验第三章试件尺寸的选取主要考虑试验成本、试验设备能力、试件尺寸对试件性能的影响等因素。试件尺寸与实际结构尺寸相同时，称为真型试件或足尺试件，试件尺寸明显小于实际结构尺寸时，称为模型试件。以研究构件或截面力学性能为主要目的时，预应力混凝土和钢筋混凝土试件的尺寸由材料特性所要求的最小尺寸控制。钢结构节点的构造和连接有其自身的特点，一般选用与实际结构相同或相近的尺寸。砌体结构块体和灰缝的尺寸都是相对固定不变的，砌体结构试件的尺寸必须满足块体和灰缝尺寸的基本要求。建筑结构试验第三章结构试验目的及试验参数决定了试件数量。在生产鉴定性试验中，试验目的是检验试验对象的力学性能是否满足规范要求和设计要求，试件的数量可以按照相关的规范和技术标准的规定选取。在科学研究型试验中，试件的数量由试验目的所规定的试验参数决定。最简单的方法是所谓全组合方法。将试验参数的数目称为因子数，每个因子可能取值的数目称为水平数。但在制订试验大纲时，根据调查研究和理论分析，可以对有些影响因子做出相互独立的假定，采用正交试验法进行结构试验。正交试验法采用正交表设计试件数量。正交表是根据组合理论，按照一定的规律构造的表格。适用于多因素、多指标的试验研究项目。建筑结构试验第三章试件构造设计为满足加载及测量要求，应注意以下构造措施：（a）对于钢筋混凝土和预应力混凝土试件，在集中荷载作用点和支座部位预埋钢板，防止局部破坏。梁、柱、框架和桁架试件局部加强示例PP分配梁地脚螺栓反力梁建筑结构试验第三章（b）对于砌体受压试件，上下表面的平整度都不能满足直接承压的要求，一般将砌体砌筑在预制的钢筋混凝土垫块上，上表面采用坐浆的方法安装承受荷载作用的垫块，使作用力均匀的传到砌体上。预制钢筋混凝土垫块上的砌体混凝土垫块砌体试件建筑结构试验第三章（c）钢结构试件由热轧型钢、焊接型钢或其他薄壁杆件组成。一般在杆件的端部应焊接钢板以便传力，在钢结构节点试验中，还应在杆件端部焊接铰链。钢结构节点试验建筑结构试验第三章（d）为测量混凝土内部应变、钢筋应变或温度，需要在浇灌混凝土之前预埋应变传感器或温度传感器，这些传感器应有可靠的防护措施，避免浇灌混凝土时被损坏。由于结构试验的目的不同，试件的构造要求和技术措施可能各不相同。应结合试验加载方案和观测方案。仔细考虑试件的细部构造，确保试验顺利进行。建筑结构试验第三章tPt2t112t1t310%20%100%试验荷载50%至结构破坏t2t1∑t3∑t4预载阶段加载时间恒载时间卸载时间破坏试验阶段空载时间（3）加载与观测方案单调静载试验的加载制度单调静载试验的加载程序建筑结构试验第三章混凝土结构分级加载和卸载制度：（a）在达到短期荷载值Ps以前，每级加载值不宜大于20％Ps，超过Ps后，每级荷载值不宜大于10％Ps。（b）为准确捕捉开裂荷载Pcr，研究性试验到达计算Pcr的90％后，每级加载值不宜大于5％Ps；检验性试验荷载每级不宜大于该检验开裂荷载的5％；裂缝出现后，仍按第（a）条的要求加载。（c）研究性试验加载到达承载力试验荷载Pu计算值的90％以后，每级不宜大于5％Ps；检验性试验接近承载力检验荷载时，每级不宜大于该荷载设计值的5％。（d）每级卸载值可取为20％～30％Ps；每级卸载宜与加载时的某一荷载值对应，以便进行测试数据比较。建筑结构试验第三章荷载持续时间具体操作可按下列规定执行：（a）每级荷载加载或卸载后的持续时间不少于10min，且宜相等；（b）如果试验要求得到结构或构件的正常使用极限状态的性能指标，如变形和裂缝宽度，在使用状态短期试验荷载作用下的持续时间不少于30min；（c）对于预应力混凝土结构或构件，在开裂试验荷载计算值作用下的持续时间宜适当延长。（d）在现场对混凝土结构进行试验时，对新型结构或构件、大跨结构或其他重要结构，在使用状态短期荷载作用下的持续时间不宜少于12小时。建筑结构试验第三章试验观测方案设计（a）确定观测项目荷载、位移、转角、应变、裂缝分布与裂缝宽度。考虑温度影响时，考虑温度测量。（b）选择测量范围，布置测点位置测点的选择必须具有代表性，所得数据能够说明结构的受力性能。为了保证测试数据的可靠性，应布置校核性测点。（c）选择测量仪器仪表仪器仪表必须能够满足观测所需的精度与量程要求。现场或室外试验时，由于仪器所处条件和环境复杂，影响因素较多，电测方法的适应性不如机测方法。在现场试验或实验室内进行结构试验时，可优先考虑采用先进的测试仪器，现代测试仪器具有自动采集、存贮测试数据的功能，可加快试验进程，减少测试过程中的人为错误。建筑结构试验第三章试验前技术准备工作（a）材料力学性能测定砼、钢筋屈服(抗拉)强度。（b）试件安装就位简支结构的两个支点应在同一水平面上，高差宜控制在不大于跨度1/50范围内。悬臂柱试件底梁应与地面紧密结合，并保证在两个方向均处于垂直状态，避免因初始缺陷产生附加弯矩。（c）安装加载设备和测试仪表施加垂直荷载的加载设备包括加载设备、测力传感器和荷载分配系统；而施加水平荷载时，还应考虑加载设备与试件之间的连接装置，加载设备及传感元件的支撑装置。大型结构试验时，应架设相互独立的仪表架和观测架。测量仪表安装在仪表架上，测量人员对仪表读数或对试件进行观察时使用观测架。建筑结构试验第三章悬臂柱试验柱试件水平加载器地脚螺栓反力架反力架反力架竖向加载器柱试件水平加载器地脚螺栓反力架反力架竖向加载器铅垂线铅垂线建筑结构试验第三章3.6结构静载试验示例（1）钢筋混凝土简支梁板静载试验简支梁的静载试验的加载方式P建筑结构试验第三章等效荷载示意图建筑结构试验第三章钢筋混凝土简支梁静载试验()a()bPPPf3f2f1fmax123PPP12345f1f2f3f4f5建筑结构试验第三章测量应变的仪表在混凝土梁上的布置PPhh1h2h3h4h5h0+-(a)(a)混凝土表面应变测点布置和量测建筑结构试验第三章测量应变的仪表在混凝土梁上的布置(b)弯起钢筋应变测点布置和量测PPh(b)P0123132建筑结构试验第三章测量应变的仪表在混凝土梁上的布置(c)箍筋应变测点布置和量测PPh(c)P012443213建筑结构试验第三章测量钢筋混凝土构件内钢筋应变的方法建筑结构试验第三章纵向钢筋加工后的截面形式建筑结构试验第三章（2）钢筋混凝土偏心受压柱静载试验钢筋混凝土柱的试验装置及仪表布置1—支承架；2—挠度计；3—电阻应变计；4—柱试件；5—测力计；6—加载油缸；7—曲率仪建筑结构试验第三章偏心受压柱的卧位试验建筑结构试验第三章（3）钢筋混凝土板壳结构静载试验简支方板加载装置图建筑结构试验第三章壳体结构的均布加载方法1—分配梁；2—试验扁壳；3—预留孔；4—荷载作用点；5—千斤顶加载点建筑结构试验第三章用液压加载器进行壳体结构加载试验1—试件；2—荷载支承架立柱；3—横梁；4—分配梁系统；5—液压加载器；6—支座；7—试验台座建筑结构试验第三章板角锚固镙栓建筑结构试验第三章测点布置图502502502505025025025050250250250502502502501234567(9)(8)(10)挠度计测点,括号表示板底测点混凝土应变片位置143259678水平位移测