结构静载试验A

(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（一）主要内容静载试验加载设备试验装置的支座设计应变测试技术静载试验用仪器仪表试验准备与实施结构静载试验示例建筑结构试验第三章3.0概述静载试验又称为静力荷载试验，是指对结构施加静力荷载并考察结构在静力荷载下的力学性能的试验。一般而言，所谓“静力”是指试验过程中试验结构的反应不包含任何惯性作用和加速度的影响。结构静载试验是最常规的试验之一。静载试验中使用的仪器、仪表和设备可分为加载设备、测试元件和仪表、放大仪和记录仪等仪器设备。试验中观测的物理量有力、位移、应变、温度、裂缝宽度与分布、破坏或失稳形态等。建筑结构试验第三章（0）加载设备和试验荷载基本要求试验荷载的作用方式必须使被试验结构或构件产生预期的内力和变形方式；加载设备产生的荷载应能够以足够的精度进行控制和测量；加载设备或装置不应参与结构工作，不改变结构或构件的受力状态；加载设备本身应有足够的强度和刚度。3.1静载试验加载设备建筑结构试验第三章（1）重力加载直接重物加载空载满载长沙横店潇湘王府井影城楼盖荷载试验建筑结构试验第三章空载满载湖南·保靖·略水河·略水大桥成桥荷载试验建筑结构试验第三章空载满载桥梁成桥状态下荷载试验建筑结构试验第三章预应力混凝土空心板的检验试验l0l0/65~15cm建筑结构试验第三章杠杆重力加载钢丝网砂浆加固钢筋混凝土梁试验建筑结构试验第三章（2）液压加载同步式液压加载装置控制台液压加载器建筑结构试验第三章线张式挠度计倾角仪支座百分表加载拉力杆实验框架分配梁大量程百分表倾角仪地脚螺栓反力墙线张式挠度计水平加载器反力梁千斤顶底座带滚轴框架结构试验装置建筑结构试验第三章液压千斤顶普通液压千斤顶扁式液压千斤顶(扁顶)建筑结构试验第三章钢管桁架节点试验建筑结构试验第三章电动油泵液压千斤顶建筑结构试验第三章液压试验机长柱试验机万能试验机建筑结构试验第三章电液伺服液压试验系统钢管柱滞回性能试验机建筑结构试验第三章（3）机械加载螺旋千斤顶螺旋千斤顶；弹簧；手动葫芦；绞盘；卷扬机等。建筑结构试验第三章（4）气压加载正压加载；负压加载。特点：适于非常外形结构的加载。建筑结构试验第三章（0）两种不同的设计思路一种思路是被试结构或构件的支座和边界条件尽可能与实际结构一致，以使结构性能得到真实的模拟。另一种思路则是被试结构或构件的边界条件尽可能理想化，受力条件明确并与结构设计所采用的计算简图一致，以便对被试验结构的力学性能进行正确的分析。在研究性试验中，支座一般按后一思路设计。3.2试验装置的支座设计建筑结构试验第三章（1）结构试验的铰支座铰支座的形式与构造铰支座（活动铰支座、固定铰支座）柱式试件的铰支座。柱式试件的铰支座建筑结构试验第三章（2）边界条件的实现试件竖向加载器水平加载器四杆联动机构地脚螺栓反力架反力架反力架四连杆机构控制上横梁不发生转动建筑结构试验第三章试件竖向加载器水平加载器地脚螺栓反力架液压加载控制台反力架反力架输油管伺服加载油缸控制上横梁不发生转动建筑结构试验第三章反力架反力架反力架加载油缸加载油缸钢梁试件地脚螺栓扁担梁钢滚轴墙体试验建筑结构试验第三章（3）试验台座和反力刚架梁受弯试验——非台座支承方式建筑结构试验第三章钢框架加载器试件弯矩图柱弯剪试验装置建筑结构试验第三章地槽与固定在地槽上的反力刚架立柱横梁定位块螺栓地脚螺栓建筑结构试验第三章（0）概述应力应变关系应变（可测）——————→应力（不可测）。应变测试方法：机测和电测。机测方法的原理是利用机械式仪表，测量试验结构上两点之间的相对线位移，然后再转换为应变值。实际上，利用位移传感器测量两点之间的位移，均可将其转换为应变。3.3应变测试技术建筑结构试验第三章双杠杆应变仪手持式应变仪建筑结构试验第三章机测方法的优点：操作简单，数据可靠，不受电磁等因素干扰。机测方法的局限：（1）机测方法要求测点之间有一定的距离，不适合应变变化较大区域内的应变测量。（2）机测方法不能自动记录数据，数据测读的时间较长，应变测试部位较多时，测点布置常发生困难。（3）在受到温度影响时，机测方法的温度补偿方案不太容易实现。建筑结构试验第三章电测方法种类：利用振动弦测量原理的振动弦式应变传感器。利用光干涉现象的光纤式应变传感器。利用预应力碳纤维导电率的变化测量应变变化。电阻应变片方法（最常用）。振弦式应变传感器预应力碳纤维建筑结构试验第三章光纤光栅应变解调仪光纤光栅应变传感器建筑结构试验第三章（1）电阻应变片的工作原理电阻应变片又称为电阻应变计，简称为应变片。基底la覆盖层引出线电阻丝丝栅电阻应变计（片）构造示意图建筑结构试验第三章ρ为金属材料的电阻率（Ω·m2/m）。根据金属材料的物理性质，金属丝的电阻R(Ω)与其长度l(m)和截面面积A(m2)的关系为：AlR电阻值的变化可通过全微分(先取对数)表示为：dAdAldlRdRldl/2/AdA假设金属丝截面形状为圆形，为金属丝的泊松比建筑结构试验第三章上式整理为：(12)dRdKR一般而言，K值越大，表示单位应变变化引起的电阻变化越大，也就是金属丝对其长度的变化越灵敏。K称为金属丝的灵敏系数，表示单位应变引起的相对电阻变化。由上式可知，金属丝的灵敏系数K应与其电阻率的变化和应变大小有关，但实验测定表明,在弹性范围内，电阻应变片的灵敏系数为一常数。/(12)dK建筑结构试验第三章（2）电阻应变的测量原理电阻应变仪的测量原理是通过惠斯登电桥，将微小电阻变化转换为电压或电流的变化。惠斯登电桥示意图UinUoutACDBR1R4R2R3建筑结构试验第三章根据分压原理，输出电压：outBCDC32inin34121324in1234UUURRUURRRRRRRRURRRR13240RRRR当输出电压Uout=0时，称为桥路平衡，此时1423RRRR建筑结构试验第三章桥路输出电压的变化与电阻阻值变化之间的关系：outoutoutoutout123412341212212123434in23434UUUUdUdRdRdRdRRRRRRRdRdRRRRRRRdRdRURRRR输出电压变化与应变变化成线性关系；相邻桥臂的电阻变化对输出电压变化影响的符号相反，相对桥臂的则相同。建筑结构试验第三章桥路接法之一——全桥接法（四个应变计）当进行全桥测量时，一般情况下四个应变计阻值相同，即R1=R2=R3=R4=R，则有3124outin1234in12341414dRdRdRdRdUURRRRKU输出电压与应变成线性关系，与四个桥臂应变的代数和成线性关系；相邻桥臂的应变符号相反；相对桥臂的应变符号相同。建筑结构试验第三章桥路接法之二——半桥接法（2个应变计R1、R2）用电阻应变仪中的二个内置电阻和电阻应变计共同组成惠斯顿电桥。一般情况下，R1=R2=R，则有3124outin1234in121414dRdRdRdRdUURRRRKU桥路接法之三——1/4桥接法（1个应变计R1）由电阻应变仪提供三个内置电阻，则有outin114dUKU建筑结构试验第三章桥路样例一——1/4电桥（单拉）测1实R1——电阻应变仪测得的应变；测实——应变片对应点处试件的实际应变。桥路样例二——半桥桥路（弯曲桥路）2测1实R1R1R2R2()建筑结构试验第三章桥路样例四——全桥电路（弯曲桥路）4测1实桥路样例三——对半桥电路（泊松比桥路）1测1实R1R2R1R2()R1R3()R2R4()R3R4()建筑结构试验第三章桥路样例六——全桥电路（泊松比桥路）21测1实桥路样例五——对全桥电路（弯曲泊松比桥路）21测1实R1R4R2R3R1R4R2()R3()R1R2R3R4R1R2R3()R4()建筑结构试验第三章（3）电阻应变测试中的温度补偿温度导致的附加应变一般可分为两类，一类是温度变化引起电阻应变片敏感栅电阻变化，因而产生附加应变；另一类是试件材料和应变片敏感栅材料的线膨胀系数不同，使应变片产生附加应变。从理论上分析温度附加应变的大小是很困难的，必须在应变测试过程中予以消除。消除温度影响的方法称为温度补偿方法，有桥路补偿和应变片自补偿两种方法。桥路补偿法的优点是简单方便，在常温下补偿效果好。缺点是环境温度变化较大时，不易做到使工作片和补偿片处在完全一致的温度条件，影响补偿效果。建筑结构试验第三章温度作用导致的应变和应力建筑结构试验第三章桥路补偿法——也称补偿片法，单点补偿(共补偿)和多点补偿温度补偿应变计法桥路连接示意图建筑结构试验第三章应变片自补偿法——特殊应变片双金属丝栅应变片——其总电阻不随温度变化。双金属丝栅应变片建筑结构试验第三章（4）电阻应变片和应变仪构造和种类敏感栅方向450(扭转)扭转传感器专用应变花(平面应变)压力传感器专用建筑结构试验第三章(普通)静态电阻应变仪无线静态电阻应变仪建筑结构试验第三章应变片指标：（a）敏感栅长度、基底尺寸、使用温度；（b）应变片阻值，最常见的电阻值为120Ω，对敏感栅较长的应变片，电阻值常用350Ω；（c）应变极限，即电阻应变片的最大工作量程；（d）灵敏系数K，一般K＝2.0，也可以不等于2.0，通过调节电阻应变仪的灵敏系数与电阻应变片的灵敏系数相匹配；KK示测仪片（e）机械滞后、蠕变、疲劳寿命、零点漂移、横向灵敏系数、绝缘电阻。应变片等级：A（最高、传感器）、B、C、D。建筑结构试验第三章应变仪读数方式：零位读数法：当应变计发生应变，其电阻值发生变化，使电桥失去平衡；如果在电桥中接入一个可变电阻，调节可变电阻，使电桥恢复平衡，这个可变电阻调节值与应变计的电阻变化有对应关系，通过测量这个可变电阻调节值来测量应变的方法称为零位读数法。直读法：如果不用可变电阻，直接测量电路失去平衡后的输出电压，再换算成应变值，这种方法称为直读法（或偏位法）。建筑结构试验第三章（5）电阻应变片的安装及测试技术要点（a）根据结构试验的要求正确地选用电阻应变片的类型和规格尺寸。（b）正确地选用粘贴电阻应变片的粘结剂。（c）粘贴应变片的工艺步骤：打磨→干燥→定位→涂抹底胶→粘贴应变片及接线端子→焊接引出线→应变片表面的防潮及防护处理。（d）用导线连接电阻应变片和电阻应变仪。（e）设计应变计温度补偿方案。建筑结构试验第三章力传感器应变片布置与桥路