结构试验-第四章-土木工程结构静载试验

四、结构静载试验4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价四、结构静载试验结构静载试验是土木工程结构试验中最基本最常见的试验。主要用于模型或实际结构承受静载作用下的工作情况试验时，可以观测和研究结构或构件的承载力、刚度、抗裂性等基本性能和破坏机理。4.1试验准备（1）调查研究、收集资料充分了解试验的任务和要求，明确试验目的：研究性试验：搜集相关文献检验性试验：收集有关设计、施工资料4.1试验准备（2）编写试验大纲在调研的基础上，为使试验有条不紊进行而制定的纲领性文件：P85－86（3）试件的准备；（4）辅助性试验；（5）设备与场地准备；（6）试件安装（7）加载设备、测量仪表安装（8）试验控制特征指的计算4.1试验准备依据辅助性试验和设计图纸，计算出各个荷载阶段的荷载值和特征部位的对应的内力、变形值，做为试验时控制与比较。避免试验盲目性结构试验目的结构试验设计试件设计加载设计观测设计误差控制措施安全控制措施结构试验准备试件制作与安装人员组织分工仪器检查与标定辅助性试验结构试验实施加载、观测数据采集结果分析数据的处理结构性能与承载力分析破坏机理的分析结论试件形状、尺寸试件数量设计构造措施确定实验荷载图式确定加载装置确定加载制度确定观测项目确定测点数目和位置选择测试仪器四、结构静载试验4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价主要介绍以下几个方面的内容：（1）结构类型与搁置位置（2）加载图式（3）试验荷载计算（4）加载程序4.2加载方案的设计4.2加载方案的设计（1）结构类型与搁置位置梁、板、柱（墙）梁：次梁-均布荷载；主梁-集中荷载板：分布荷载柱（墙）：集中荷载，水平＋竖直见P（89）4.2加载方案的设计（1）结构类型与搁置位置试验时构件空间位置：I、正位试验II、异位试验：反位、卧位、对卧位P90-914.2加载方案的设计（2）试验加荷（加载）图式试验荷载在试件上的布置形式称为“加载图式”。如条件限制无法实现时，可采用“等效加载图式”P91等效加载图式注意事项：1)控制截面上主要内力与计算内力相等；2)主要内力图形与计算内力图形相似；3)等效加载图式所引起的变形应加以适当修正；4)控制截面上的内力等效，次要截面上的内力应接近P894.2加载方案的设计（2）试验加荷（加载）图式等效荷载图式的注意事项：1)当一种加载图式不能反映试验所要求的几种极限状态时，应采用不同的加载图式分别进行试验2)一般，一个试件只允许用一种加载图式进行试验4.2加载方案的设计（3）试验荷载的计算结构应按不同荷载效应“组合设计值”进行承载力计算及稳定、变形、抗裂和裂缝宽度等的验算。承载能力极限状态正常使用极限状态承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载能力，或达到不适于继续承载的变形的极限状态。正常使用极限状态：结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态4.2加载方案的设计（3）试验荷载的计算确定相应于各种受力状态的试验荷载例如：承载力极限状态试验承载力试验荷载刚度、裂缝宽度试验正常使用极限状态试验荷载抗裂性能开裂荷载4.2加载方案的设计（3）试验荷载的计算检验性试验根据结构功能的两种极限状态，试验荷载计算的基准有两个：[承载力极限状态][正常使用极限状态]dGKQKQGQsKKQGQ1.2G1.4QGK---永久荷载标准值QK---可变荷载标准值4.2加载方案的设计（3）试验荷载的计算检验性试验若采用集中荷载，依据上述公式计算的Qd或QS，应进一步转化为集中力见P94.4.2加载方案的设计（3）试验荷载的计算研究性试验不针对具体工程，无规范给定荷载值根据材料实测强度和几何参数，计算出构件承载力极限时的内力：000(,,,......)CucSSRffa混凝土抗压强度钢筋抗拉强度几何尺寸参数4.2加载方案的设计（3）试验荷载的计算研究性试验控制截面上的正常使用极限状态短期效应计算值：00000(,,,......)[][]CCuCSSuuSRffaS各系数涵义见P954.2加载方案的设计（3）试验荷载的计算P96例题4-14.2加载方案的设计（4）加载程序设计结构的承载能力及其变形性能，不仅与荷载值，荷载图式有关，还与荷载在构件上的持续时间有关。试验中，应给予足够的时间，使结构变形得到充分发展。钢筋混凝土结构构件的一种典型的静载试验加载程序载荷不超过标准载荷40%，并且要小于计算开裂值。目的：使支撑和加载部位接触良好检测全部装置的可靠性检查全部观测仪表工作是否正常4.2加载方案设计预加载：发现问题、解决问题、是正式试验的一次预演目的：控制加载速度，观察结构变形，提供读数时间试验荷载一般按20%为一级，按5级进行加载为得到准确的（1）承载力试验荷载；（2）开裂荷载；（3）正常使用状态荷载，及其相应变形。因此荷载分级应分别在这些荷载值的上下，将原荷载等级减小1/2或更小。P974.2加载方案设计荷载分级：级间间歇时间：开始加载至加载完毕的时间t0和荷载停留时间t1的总和满载时间：变形或裂缝宽度试验中，正常使用极限状态短期荷载作用下的持续时间空载时间：卸载后到下一次加载之间的间歇4.2加载方案设计荷载分级：P97图4-13四、结构静载试验4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价4.3观测方案设计观测方案内容包括：观测项目、观测区域、布置测点、选择仪表测量什么测什么位置？用什么测4.3观测方案设计观测项目：（１）结构整体工作状况，最大挠度、整体变形等（２）结构局部工作状况，应变、裂缝等钢筋混凝土梁跨中弯矩-挠度曲线低碳钢应力-应变曲线结构的任何部位的异常变形或局部破坏都会在整体变形中得到反映。4.3观测方案设计测点的布置：[整体变形测量的测点布置]一般是指“最大挠度”、“挠度变形曲线”基本原则最大挠度：中轴线或中轴线两侧对称位置上布置测点挠度曲线：至少沿轴向方向布置５个测点挠度的修正：要扣除支座沉降的影响常见挠度测点布置，如P101，图4-19所示支座沉降的修正2qmabaaP1004.3观测方案设计测点的布置：[局部应变测量点的布置]（1）各种受力截面上的测点布置－－－P102图4-20（2）截面受压区高度测定（3）混凝土开裂应变的测定对于翼缘较宽较薄的T型梁，其翼缘部分受力不一定均匀，应沿翼缘宽度布置测点，测定翼缘上应力分布的情况。梁腹板圆孔周边的应变测点布置破坏荷载：力传感器挠度：百分表或位移传感器砼应变：应变片+应变仪，应变片后贴钢筋应变：应变片+应变仪，应变片预埋偏压柱体试验测点布置双肢柱试验试件的侧向位移是由布置在受拉区边缘的百分表或挠度计进行量测，除了量测中点最大的侧移值外，可用侧向五点布置法量测侧移曲线。对于正位试验的长柱它的侧向位移可用经纬仪观测。受压区边缘布置应变测点，可以单排布点于试件侧面的对称轴线上或在受压区截面的边缘两排对称布点。压杆中部沿压杆截面高度布置5～7个应变测点，以确定中和层位置。对于双肢柱试验，除了测量肢体各截面的应变外，尚需测量腹杆的应变，以确定各杆件的受力情况。其中应变测点在各截面上下成对布置，以便分析各截面上可能产生的弯矩。受压区高度的测定[裂缝的测量]一般垂直的裂缝产生在弯矩最大的受拉区，在这一区域内连续布置测点。对于使用手持式应变测量仪最为方便：q4.3观测方案设计一般垂直的裂缝产生在弯矩最大的受拉区，在这一区域内连续布置测点。若采用应变片测量，则宜交错布置4.3观测方案设计[裂缝的测量]123453#应变片P2#应变片P[裂缝的测量]4.3观测方案设计未出现裂缝时，仪器读数逐渐变化。某载荷下出现裂缝时，跨越裂缝的测点仪器读数突然变大；相邻的读数突然变小四、结构静载试验4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价4.4测量数据的整理挠度的修正（1）支座沉降的修正（2）结构自重和加载设备影响的修正（3）加载图式、预应力的影响4.4测量数据的整理（1）支座沉降的修正4.4测量数据的整理cgqsaaa00（2）结构自重和加载设备影响的修正消除支座沉降后的跨中挠度实测值00,bbGcgbbgcgaFFaaMMa或修正系数结构自重和加载设备影响的修正0ga0gagMbM开裂4.4测量数据的整理截面内力（1）轴向受力构件（拉、压）AEN截面内的平均应变见课本P102，图4-204.4测量数据的整理截面内力（2）压弯或拉弯构件图解法xxIyMAN1P114，例4-44.4测量数据的整理试验图线、表格绘制“Apictureisworthathousandwords”----FredR.Barnard4.4测量数据的整理试验图线、表格绘制：线图（Profile）、等值线图（Contour）、形态图选择适当的坐标系、坐标参数和坐标比例，有时对于反映数据规律是相当重要的直角坐标系只能反映两个变量间的关系。有时会遇到变量不止两个的情况，这时可采用“无量纲变量”作为坐标来表达为了验证钢筋混凝土矩形单筋梁的截面承载力公式,需要进行大量的试验研究无量纲变化（Normalization）P117Averagedragcoefficientforcross-flowoverasmoothcircularcylinderandasphere.Theeffectofsurfaceroughnessonthedragcoefficientofasphere.钢筋混凝土梁跨中弯矩-挠度曲线4.4测量数据的整理试验图线、表格绘制：(1)荷载-变形、荷载-应变、荷载-应力曲线等荷载—变形曲线特征4.4测量数据的整理试验图线、表格绘制：裂缝及其破坏特征图(a)适筋梁；(b)超筋梁；(c)少筋梁4.4测量数据的整理试验图线、表格绘制：碳纤维布对裂缝形态的影响四、结构静载试验4.1试验准备4.2加载方案设计4.3观测方案设计4.4测量数据的整理4.5结构性能评价4.5结构性能的评定鉴定性试验：应按相关设计规范的要求对结构进行评定，看其是否满足规范的要求科研性试验：应对理论分析结果进行评定，看其与试验结果的符合程度通过结构试验，对结构的承载能力、变形、抗裂性能、裂缝宽度等进行评定，给出评定结论为检验构件的某项性能，应依据试验结果，依照规范的要求，对其进行性能评定4.5结构性能的评定结构性能检验与评定的对象多数为预制构件，多数为专门工厂生产，也有部分是现场制作。我国产品质量法规定，必须产品抽样检验，合格方可出厂。检验的依据：《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002《预制混凝土构件质量检验评定标准》GBJ321-904.5结构性能的评定国标规定，对成批生产的构件，每一批抽取不少于1个进行检验。同一工艺正常生产不超过1000件，或试件生产时间不超过三个月的可视为一批当连续10批合格，抽样率可改为1/2000.注意：对现场生产的预制件，要加大抽样率4.5结构性能的评定结构性能检验的方法：（1）以结构设计规范规定的允许值作检验依据（2）以结构实际的设计值为依据进行检验结构性能检验要求构件类型及要求项目承载力挠度抗裂裂缝宽度要求不出现裂缝的预应力构件检检检不检允许出现裂缝的构件检检不检检设计成熟、数量较少的大型构件可不检检检检同上，并有可靠实践经验的现场大型异型构件可免检检验的内容：4.5结构性能的评定承载力检验：检验结构是否满足承载力极限状态，应进行破坏性试验，以判定极限状态标志时的承载力试验荷载值（1）按混凝土设计规范的允许值进行检验：0000uuuuSS或0000uuuuSS或构件承载力检验系数试测值，即承载力荷载实测值与设计值之比构件重要性系数构件的承载力检验系数的允许值，与构件受力状态有关，P120