《土木工程试验原理》第三章--结构静载试验

第三章结构静载试验3.1概述静载试验即是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、内力变化从而评定其工作性能及承载能力。1.科研性试验（新型结构或新工艺）；2.建筑工程的质量验收；3.旧有结构实际承载能力，改、扩建，加固，补强处理；4.批量生产的预制构件进行质量鉴定；第三章结构静载试验3.2试验方案的确定制定方案前：123方案技术预备：鉴定性试验：123研究性试验：123了解试验目的实地考察对象熟悉背景文献试验的缘由需获得的参数标准，规范，规程课题现状，意义需获得的参数预期达到的层面第三章结构静载试验试验方案具体内容包括：1.试验目的及技术依据2.试验场地的选定和测点布置；3.试件安装就位及试件支座形式；4.加载设备及装置，加载图式，加载程序；5.人员、仪器、试件的安全及防护措施；6.测量方法，仪器型号，仪表布置图；7.试验进度表；8.附录：经费，器材、工具等。第三章结构静载试验3.3试验荷载的设计1.加载图式它是试验荷载在试件上的布置形式。它包括荷载的类（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）。要求：加载图式要尽量与结构设计计算的荷载图式一致。使试验时荷载下结构工作情况与实际情况为接近。第三章结构静载试验2.试验荷载的几个概念（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正常使用短期荷载检测值永久性荷载使用荷载结构构件自重结构构件装饰重SKKQGQSQKGKQ1KG2KG第三章结构静载试验（2）荷载长期效应组合值它是考虑了可变荷载对结构作用的长期性。可变荷载的准永久值系数，通常取0.4。注：依照《建筑结构荷载规范2006》LKqKQGQq第三章结构静载试验（3）短期承载力检测值它是结构最大应能承受的短期荷载检测值。永久荷载的分项系数取1.2；可变荷载的分项系数取1.4.注：依照《建筑结构荷载规范2006》dGKQKQGQGQ第三章结构静载试验3.试验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）预载目的：1）密实节点或接合部位，使结构处于工作状态；2）检查试验装置及试验仪器仪表是否正常工作；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，每级不超过的20％，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％。SQ第三章结构静载试验4.结构静载试验通用加载程序第三章结构静载试验5.试验测点布置试验测点布置基本原则：（1）在满足试验目的的前提下，测点不宜过多，使试验工作重点突出。（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。第三章结构静载试验几个典型测点布置第三章结构静载试验3.4试验观测试验人员要对试验对象不断地观察和分析，对重要的数据应在试验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。必要时可能要依实际情况及时调整试验方案。要统观全局，时刻注意人员、仪器设备的安全。第三章结构静载试验1.应变观测由应变仪观测各测点应变变化1）观察应变受力状况是否正确；2）观察应变是否出现突变的现象；3）观察结构此时所处的工作状态；4）观察当荷载并不增加，钢筋应变是否仍不断增大，以判定钢筋是否屈服。第三章结构静载试验2.位移观测由位移计观测结构或构件的变形情况1）观察变形得知结构或构件的工作状态；2）观察位移计是否超出量程，及时调表；3）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。第三章结构静载试验3．裂缝观测观测裂缝的展开，由读数显微镜观测裂缝宽度。1）找出（最大拉应力处）第一条（批）开裂裂缝（裂宽大于0.05㎜称之为开裂）；2）试验的同时，跟踪描绘裂缝展开轨迹；3）表明每级荷载下的裂缝宽度。第三章结构静载试验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。第三章结构静载试验4.钢筋混凝土破坏特征(a)荷载不增加而构件受拉主筋处的应变测点出现应变数连续变化或应变数达1万微应变。(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㎜，或受拉斜裂缝宽度达到1.5㎜，(d)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。第三章结构静载试验3.5静载试验数据处理及分析1试验曲线的绘制常见的测试曲线有（1）荷载－变形曲线；（2）荷载－应变曲线；（3）截面应变图；（4）裂缝开展分布图。第三章结构静载试验1）．荷载－变形曲意义：由结构－变形关系曲线，可判断结构或构件在荷载作用下的工作状态。1结构处于弹性阶段；2结构处于弹塑性阶段（当混凝土开裂时，会出现A、B转折点）；3(1)是在加载过程中仪器出现故障；(2)是邻近构件、支架参与工作分担了荷载；(3)是整体钢筋混凝土结构经多次加载后，也会出现此钟情况；(4)是钢筋混凝土结构在卸载过程中也会出现此种情况。第三章结构静载试验荷载-变形曲线的实现过程荷载传感器机电百分表动态应变仪X-Y记录仪数据采集仪电脑及显示端第三章结构静载试验2）.荷载－应变图意义：由荷载－应变图显示荷载与应变的内在关系以及应变随荷载增长的规律。以梁为例:第三章结构静载试验3）．截面应变图意义：由截面应变图来了解试件沿截面高度分布的规律及其变化过程以及观察其中中和轴的移动情况。以梁为例，A为第一级荷载，B为第二级荷载，C为第三级荷载。1、2、3、4、5分别为五个沿截面高度均匀分布的应变测点。第三章结构静载试验4）．裂缝开展分布图在试验过程中始终跟踪描下裂缝开展的轨迹与此级荷载大小及裂宽大小。其目的是为了了解结构在荷载作用下的工作状态。试验结束后，立即拍照，并在坐标纸上按比例作一裂缝展开图。按实测时实际裂缝绘出开展部位、方向、长度以及每级荷载下的裂宽等信息。第三章结构静载试验3.6.试验挠度计算在计算结构或构件时，需要对实测的挠度进行修正，以获得真实的挠度。1．支座沉降影响的修正（1）对于简支静定结构构件若左右两支座沉降测量值分别为和，跨中实测挠度值为，则扣除支座沉降后的试验挠度值为：lfrfmf201rlmffff第三章结构静载试验（2）对于悬臂结构构件若固定端的沉降和自由端的挠度实测值分别为：和，而悬臂长为，扣除固定端沉降后悬臂下倾的角度为，则扣除固定端沉降后的挠度值为：1fltan1201lfff2f第三章结构静载试验2．结构构件自重影响的修正结构构件自身重量产生的挠度，通常采用近似计算法得到。由结构构件在弹性范围内，依据“弯矩等效原则”有：其中：－结构构件自重产生的挠度；－结构构件自重产生的弯矩；－试验中结构构件在第级荷载下的弯矩；－试验中结构构件在第级荷载下且扣除了支座沉降的挠度实测值。00iiggfMMfgfgM0iM0if第三章结构静载试验此外，对于桁架、屋架自重所产生的挠度，可在其弹性阶段内，按荷载－挠度比例式求出自重所产生的挠度：其中：－结构构件自重；－结构构件在弹性范围内的第级荷载下的荷载值。则，考虑以上两种修正后的挠度值为：0iiggfGGfgGiGgfff0102第三章结构静载试验3．等效荷载图式影响修正由于某种原因，用等效集中荷载代替设计时的均布加载时，由于集中荷载与均布荷载两种加载方式它们的内力包络图不同，造成一定的挠度结果的差异。则按如图修正系数进行修正。注意：如果设计本来就是施加集中荷载就不必修正。0203fCfh第三章结构静载试验4．徐变影响的修正由于长期荷载作用下的挠度比短期荷载作用下的挠度要大。而试验测试是短期荷载下的挠度值，它们之间的换算式为：通常，，也可按规范有关条文取用。04f03f030304)1()1(fQQQfMMMfSSLSSL0.2第三章结构静载试验3.7结构（构件）的性能评定1.评定指标（1）承载力评定其中：－结构构件承载力检验系数实测值，，其中，－初次观测到承载力检验标志之一时的荷载实测值。－结构构件的安全等级和重要系数（见表3-2）；－结构构件承载力检验系数允许值（由设计标准图集或表3-1给出）。00[]uu0u0uQ0uduuQQ00第三章结构静载试验（2）挠度评定挠度指标是指结构构件在下的挠度。其中：－在下，结构构件短期挠度实测值；－结构构件短期允许挠度值。注意：规范给出的是长期挠度允许值，试验得到的是短期挠度值。故应将规范的长期挠度允许值转换为短期挠度值才可进行比较（转换式采用徐变的反算式）。SQ][0SSff0SfSQ][Sf第三章结构静载试验3）抗裂性能评定通常将构件做如下抗裂等级分类：对于严格要求不出现裂缝的构件称之为一级构件；对于一般性要求不出现裂缝的构件称之为二级构件；对于允许出现裂缝但对裂宽有限制的构件称之为三级构件。对于一、二级构件进行抗裂评定；对于三级构件进行裂宽评定。第三章结构静载试验（a）抗裂评定其中：－抗裂检验系数实测值；，其中，－构件开裂时的荷载实测值。－构件抗裂检验系数允许值；，其中，－允许开裂荷载值。或由设计标准图集给出。][0crcrrr0crrScrcrQQr000crQ][crrScrcrQQr][][][crQ][crr][crQ第三章结构静载试验（b）裂宽评定其中：－下，受拉主筋处最大裂缝宽度实测值；－下，受拉主筋处最大裂缝宽度允许值（见表3-3）。][max0maxWWS0maxSWSQ][maxWSQ第三章结构静载试验2.荷载设计（1）在挠度评定和抗裂性能评定时，加载值：－加载系数；。取0.4，0.6，0.8，1.0，……（2）在承载力评定时，加载值：，－加载系数；取……1KSGKQQK1()KSQGKQK1'KddGQKQ'K'KdKQGQ)(1'K)1(0][u)6(0][u第三章结构静载试验3.实例列举有一甲I组冷拔低碳钢丝（10I4）配筋的预应力圆孔板YKB3651，标准图集中：抗裂检验系数1.188，允许外荷重（活荷载，使用荷载）4.056KPa，板自重1.864KPa，嵌缝重0.131KPa，/250分四格加均布荷载，拟定加载方案，并依据实测结果给予评定。b][crrKQ2KG1KG][f0l第三章结构静载试验1）．参数计算b＝0.5（板宽的计算不以实测值计，而以设计值计。以标准模数来计。如0.5，0.6，0.9，1.2m。实测值为0.49m以0.5m计）。计算跨度0l)(5.31003600m221/995.1995.1131.0864.1mKNKPaGGGKKK2/051.6056.4995.1mKNQGQKKS2/0724.8056.44.1995.12.1mKNQGQKQKGd第三章结构静载试验2/617.3056.44.0995.1mKNQGQKqKL0.2][f0l250/mm14250/3500mmfQQQfSLSS76.814617.3051.6051.6][)1(][第三章结构静载试验2）．荷载设计加载方式为均布荷载，分为四区格，每格边长：每格加载值：)(875.04350040mllQQQlbP4375.0875.05.0第三章结构静载试验(1)正常使用短期荷载检测值下的挠度、抗裂检验荷载：挠度检验荷载：抗裂检验荷载：21/187.4864.1051.6mKNGQQKS21/32.5864.1051.6188.1][mKNQQrQ