结构试验课件1(教案)

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1、第三章第三章加载设备与试验装置加载设备与试验装置土木工程结构试验与检测土木工程结构试验与检测 重物、气压、机械机具、液压、动力激振重物、气压、机械机具、液压、动力激振及与它们相匹配的各种试验装置等及与它们相匹配的各种试验装置等 。产生模拟荷载的方法产生模拟荷载的方法 3.1 重物加载及实现方式重物加载及实现方式p实验室：专门制作的标准铸铁砖码、混凝土试块和水箱等。p现场试验：砖、砂、石和袋装水泥等建筑材料。p加载方式:直接加在试验对象上、通过杠杆系统间接加在试验对象上。3.1.1重物直接加载重物直接加载 作均布荷载作均布荷载 重物荷载可直接堆放于结构表面作重物荷载可直接堆放于结构表面作为均布荷

2、载如下图所示为均布荷载如下图所示3.1.1重物直接加载重物直接加载 作集中荷载作集中荷载 置于荷载盘上通过吊杆挂在结构上形成集置于荷载盘上通过吊杆挂在结构上形成集中荷载如下图所示。此时应计入吊杆与中荷载如下图所示。此时应计入吊杆与荷载盘的自重荷载盘的自重用水作均布荷载用水作均布荷载 水的相对密度为1,从标尺上的水深就可知道荷载值的大小。采用虹吸管原理放水卸载。特别适用于网架结构和平板结构加载试验。其缺点是全部承载面被水掩盖,不利于布置仪表和观测。当结构产生较大变形时,要注意水荷载的不均匀性所产生的影响。如图所示重物直接加载应注意的问题重物直接加载应注意的问题l采用铸铁硅码、砖块、袋装水泥等作为

3、均布荷载采用铸铁硅码、砖块、袋装水泥等作为均布荷载时时,应注意重物尺寸和堆放距离应注意重物尺寸和堆放距离(图图3.1.1);l采用砂、石等松散颗粒材料作为均布荷载时采用砂、石等松散颗粒材料作为均布荷载时,切勿切勿连续松散堆放连续松散堆放,宜采用袋装堆放宜采用袋装堆放,以防止砂石材料摩以防止砂石材料摩擦角引起的拱作用擦角引起的拱作用;l当环境湿度不同时当环境湿度不同时,可能引起砂石重量随含水率而可能引起砂石重量随含水率而变化变化,造成荷载值的不稳定。造成荷载值的不稳定。3.1.2杠杆加载方法杠杆加载方法 重物作集中荷载试验时重物作集中荷载试验时,常采用杠杆原理将荷载值放大常采用杠杆原理将荷载值放

4、大,如图所示。如图所示。o 杠杆有足够的刚度杠杆有足够的刚度,o 杠杆比一般不宜大于杠杆比一般不宜大于5。o 三个支点应在同一直线上三个支点应在同一直线上3.1.2杠杆加载方法杠杆加载方法 现场试验时现场试验时,杠杆反力支点可用重物、桩、墙洞或反弯梁等作支承杠杆反力支点可用重物、桩、墙洞或反弯梁等作支承杠杆加载注意事项杠杆加载注意事项 用重物加载进行破坏试验时,应特别注意安全。在加载试验结构的底部均应有保护措施,防止倒塌造成事故 3.2气压加载：正压加载气压加载：正压加载 气压加载分为正压加载和负压加载两种。图气压加载分为正压加载和负压加载两种。图3.2.1a为正压加为正压加载示意图载示意图,

5、正压加载是利用压缩空气的压力对结构施加荷载。尤其正压加载是利用压缩空气的压力对结构施加荷载。尤其是对加均布荷载特别有利是对加均布荷载特别有利,直接通过压力表就可反映加载值直接通过压力表就可反映加载值,加卸加卸载方便载方便,并可产生较大的荷载并可产生较大的荷载,可达到可达到50100KN/m2,一般应用一般应用于模型结构试验较多。于模型结构试验较多。3.2气压加载：负压加载气压加载：负压加载 图图3.2.1b为负压加载示意图为负压加载示意图,负压加载是利用真空泵将试验结负压加载是利用真空泵将试验结构物下面密封室内的空气抽出构物下面密封室内的空气抽出,使之形成真空使之形成真空,结构的外表面受到结构

6、的外表面受到的大气压的大气压,就成为施加在结构上的均布荷载就成为施加在结构上的均布荷载,由真空度可得出加载由真空度可得出加载值。负压加载适用于壳体结构试验值。负压加载适用于壳体结构试验,缺点是安装量测仪表受到限制缺点是安装量测仪表受到限制,观测裂缝不方便等观测裂缝不方便等 3.3机械机具加载机械机具加载 机械机具加载一般由绞车、卷扬机、机械机具加载一般由绞车、卷扬机、倒链葫芦、螺旋千斤顶和弹簧等组成。倒链葫芦、螺旋千斤顶和弹簧等组成。 机械机具加载示意图机械机具加载示意图机具加载的适用情况机具加载的适用情况 绞车、卷扬机、倒链葫芦等主要用于绞车、卷扬机、倒链葫芦等主要用于对远距离或高耸结构物施

7、加拉力。连接定滑对远距离或高耸结构物施加拉力。连接定滑轮可以改变力的方向轮可以改变力的方向,连接滑轮组可以提高连接滑轮组可以提高加载能力加载能力,连接测力计或拉力传感器可以测连接测力计或拉力传感器可以测量其加载值。量其加载值。 机具加载的适用情况机具加载的适用情况 螺旋千斤顶和弹簧均适用于长期荷载螺旋千斤顶和弹簧均适用于长期荷载试验试验,产生的荷载相对比较稳定。螺旋千斤产生的荷载相对比较稳定。螺旋千斤顶是利用涡轮涡杆机构传动的原理加力顶是利用涡轮涡杆机构传动的原理加力,使使用时需要用力传感器测定其加载值用时需要用力传感器测定其加载值,设备简设备简单单,使用方便。使用方便。 机具加载的适用情况机

8、具加载的适用情况 弹簧加载采用千分表量测弹簧的压缩长度弹簧加载采用千分表量测弹簧的压缩长度的变化量确定弹簧的加载值的变化量确定弹簧的加载值,弹簧变形与力值的弹簧变形与力值的关系一般通过压力试验机标定来确定。加载时关系一般通过压力试验机标定来确定。加载时,承载力较小的弹簧可直接拧紧螺帽施加压力承载力较小的弹簧可直接拧紧螺帽施加压力,承承载力很大的弹簧则需借助于液压加载设备加压载力很大的弹簧则需借助于液压加载设备加压后再拧紧螺帽。当结构产生变形时会自动卸载后再拧紧螺帽。当结构产生变形时会自动卸载,应及时拧紧螺帽调整压力应及时拧紧螺帽调整压力,保持荷载不变保持荷载不变 。3.4液压加载液压加载o 目

9、前最常用的试验加载方法。目前最常用的试验加载方法。o 利用油压使液压千斤顶产生较大荷载。利用油压使液压千斤顶产生较大荷载。o 通常由油泵、油管系统、千斤顶、加载控制台、加载架和试验台通常由油泵、油管系统、千斤顶、加载控制台、加载架和试验台座等组成座等组成,如图如图3.4.1所示。所示。3.4.1液压加载千斤顶液压加载千斤顶o液压千斤顶通常为加载而专门设计制造液压千斤顶通常为加载而专门设计制造,具有较高的精度具有较高的精度,分为手动分为手动油泵供油和电动油泵供油两种油泵供油和电动油泵供油两种,如图如图3.4.2所示所示3.4.2结构试验机结构试验机 大型结构试验机本身就是一种比较完善的液压加载系

10、统。是在实验室内大型结构试验机本身就是一种比较完善的液压加载系统。是在实验室内进行大型结构试验的一种专门设备进行大型结构试验的一种专门设备,比较典型的是结构长柱试验机比较典型的是结构长柱试验机,如图如图3.4.3所示。所示。用于混凝土梁、板、柱和砌用于混凝土梁、板、柱和砌体结构构件的受压和受弯试体结构构件的受压和受弯试验。其构造和加载原理与一验。其构造和加载原理与一般的村料试验机相同。由于般的村料试验机相同。由于大型结构试验的需要大型结构试验的需要,机架高机架高度最大可达度最大可达10m以上以上;最大最大加载值可达加载值可达1000OKN以以上。试验机也可以与计算机上。试验机也可以与计算机连接

11、，实施程序控制操作和连接，实施程序控制操作和数据采集，试验机操作和数数据采集，试验机操作和数据处理能同时进行。据处理能同时进行。3.4.3电液伺服加载系统电液伺服加载系统 电液伺服加载系统主要是由电液伺服作动器电液伺服加载系统主要是由电液伺服作动器(伺服千斤顶伺服千斤顶)、控制系统和液压源、三大部分组成控制系统和液压源、三大部分组成,如图如图3.4.4所示。所示。电电液伺服加载系统工作原理液伺服加载系统工作原理l 可以将荷载、应变和位移等不同力学参量直接作为控制参量可以将荷载、应变和位移等不同力学参量直接作为控制参量,实行自动控制实行自动控制,并在试验过程中进行控制参量的转换并在试验过程中进行