土木工程测试课件-结构静载试验.ppt

1,GaoSuGongLu,第六章 结构静载试验,SACE,2,6-1 结构静载试验概述,概念：用物理力学的方法，测定研究结构在静载作用下的反应，分析结构的受力工作状态，评定结构的可靠程度。,（1）发展和验证结构理论的重要途径:路标试验（2）发现结构设计问题的主要手段（3）建筑结构质量鉴定的直接方式（4）制定各类技术规范和技术标准的基础,3,6-1 结构静载试验概述,分类：（1）实物试验和模型试验；（2）静力试验和动力试验；（3）短期荷载试验和长期荷载试验；（4）实验室试验和现场试验；（5）生产性试验和科研性试验；,岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥全桥静动力模型1：30,4,6-1 结构静载试验概述,结构试验的一般过程：（1）试验规划阶段：怎么做？试验大纲：试验目的、试件设计与制作要求、加载装置与加载方法、量测要求、试验进度、参加人员的组织分工、安全措施、经费预算、材料清单、辅助性试验。（2）试验准备阶段：准备试件的制作、试件的安装就位、加载系统的安装、加载设备和量测设备的率定、量测系统的安装、记录表格的设计、对重要数据表格进行估算。（3）加载试验阶段：实施（4）试验资料整理和总结阶段，怎么样？原始资料的整理和归档、试验数据处理和试验结论,5,6-2 结构静载试验的荷载系统,1 重力荷载系统：(1)加载值满足试验精度并且稳定，不受时间、环境或结构变形的影响；(2)加载能力有一定的储备；(3)能分级加载和卸载；(4)加载设备施加的荷载与实际一致，不应对结构有额外的约束。,6,6-2 结构静载试验的荷载系统,1 重力荷载系统：（1）重物直接加载,均布载荷,集中载荷,7,6-2 结构静载试验的荷载系统,1 重力荷载系统：（2）杠杆加载法 放大率通常为3-5倍,8,6-2 结构静载试验的荷载系统,2 液压荷载系统：,9,6-2 结构静载试验的荷载系统,2 液压荷载系统：（1）液压加载系统的支撑结构试验台支座支撑反力墙结构,10,6-2 结构静载试验的荷载系统,2 液压荷载系统：（1）液压加载系统的支撑结构非台座支撑,11,6-2 结构静载试验的荷载系统,2 液压荷载系统：（2）试验机加载系统刚性压力机,12,6-2 结构静载试验的荷载系统,3 电液伺服荷载系统：液压源、控制系统、执行系统 基本工作原理,13,6-2 结构静载试验的荷载系统,4 机械荷载系统：,14,6-2 结构静载试验的荷载系统,5 气压荷载系统：面积加载,正压加载,负压加载,气囊,15,6-4 一般结构的静载试验方法,1 试验加载方法（1）荷载图式在试验结构构件上的荷载布置形式(包括荷载类型和分布情况)称为荷载图式；原则:荷载图式应与计算简图相一致；如果无法或不便满足，应采用与计算简图等效的荷载图式。等效荷载：加在试件上、使试件产生的内力图形与计算简图相近、控制截面的内力值相等的荷载,16,6-4 一般结构的静载试验方法,1 试验加载方法等效荷载：,17,6-4 一般结构的静载试验方法,1 试验加载方法（2）加载程序：加载级距、加载卸载、循环次数、级间间歇时间等的有序安排。,18,6-4 一般结构的静载试验方法,2 试验观测方案（1）确定观测项目：说明外部作用荷载与结构变形的相互关系。变形：反映结构整体工作状况、局部的工作状况（2）测点的选择和布置；原则：测点宜少不宜多，突出重点；必须有代表性；布置一定数量校核点；便于安全测试。（3）仪器选择与测读原则；仪器选择：精度和量程要求、机械和电测仪器的比较、测读时间测读原则：按一定的时间间隔、恒载、记录环境情况、及时整理数据强调：全部测点读数时间基本一致。,19,6-5 结构抗震性能的静载试验,1 拟静力试验用低周往复循环加载的方法对结构构件进行静载试验，试验中控制结构的变形值或荷载量，使结构构件正反两个方向反复加载和卸载，模拟地震荷载对结构的受力过程。,加载装置与加载方法变位移变力变力变位移试验观测项目与量测要求力、位移、应变弯矩和曲率剪力和剪切应变扭矩和扭转角,Q,低周反复荷载试验每级控制荷载或控制变形的条件下，一般重复三次。,T,20,6-5 结构抗震性能的静载试验,1 拟静力试验以弯剪变形为主的构件低周反复试验装置,千斤顶反力架铰荷重传感器位移传感器,21,6-5 结构抗震性能的静载试验,1 拟静力试验试验数据的确定原则和方法开裂荷载屈服荷载和屈服变形极限荷载破损荷载和极限变形：0.85极限荷载装置简单，试验加载速度慢，一次加载最长不宜超过30分钟，缺点是不能与地震记录挂钩，加载程序由研究者根据经验和理论分析主观确定。,22,6-5 结构抗震性能的静载试验,2 拟动力试验：联机试验计算机模拟实际地震位移时程曲线电液伺服加载，量测结构反应，计算出加载后结构的变形将结构变形转化为控制信号，驱动加载器强迫结构按实际地震反应，实现结构的变形和受力。,结构荷载和变形与地震作用下所经历的真实过程完全一致。,23,6-6 静载试验的数据处理,1 试验数据的处理：自学借助材料力学、结构力学、弹性力学的知识（1）挠度计算；简支梁板：支座沉降、自重、设备重力、加载图式悬臂构件：支座转角、支座沉降支座测点偏移、结构徐变影响（2）应力计算；应力值、主应力的方向（3）内力计算；（P161）根据实测的应变值计算截面内力拉压构件：轴向力拉弯构件：轴向力和弯距双向弯曲：,24,6-6 静载试验的数据处理,2 各种曲线图绘制：选择合适的坐标系，使曲线在45附近荷载变形曲线反映结构工作的全过程及基本性质,直线1表示结构在弹性范围内工作曲线2表示结构的弹塑性工作状态曲线3一般属于异常现象，源自仪器错误或临近构件参与工作,25,6-6 静载试验的数据处理,2 各种曲线图绘制：荷载应变曲线反映荷载与应变的关系及应变与荷载增长规律,测点1：受压区测点2：受拉区测点3、4：主筋处测点5：靠近截面中部，先受压后受拉,26,6-6 静载试验的数据处理,2 各种曲线图绘制：截面应变图,一般选取内力最大的控制截面绘制了解应变沿截面高度方向的分布规律及变化过程，以及中和轴移动情况等可用于推算受压区和受拉区的合力值及作用位置，算出截面弯矩或轴力,27,6-6 静载试验的数据处理,2 各种曲线图绘制：构件裂缝及破坏图,绘制时，用坐标纸或方格纸按比例先作一个裂缝开展面的展开图。然后，在展开图上描出裂缝的长短、间距，注明“分级荷载/裂缝宽度”，试件方位、编号等。,28,6-6 静载试验的数据处理,3 结构的性能评价承载力评定：vu0 0 vu挠度评定：Us U抗裂评定：cr0 cr裂缝宽度评定：Ws.max Wmax,29,GaoSuGongLu,第七章 结构动载试验,SACE,30,7-1 概述,结构动载试验通过试验的方法对结构振动进行分析研究动荷载随时间发生变化结构反应与本身动力特性相关动载检测的应用：（1）结构抗震性能评价（2）工业厂房机械设备振动对结构、构件或精密仪表和机床的影响（3）高层结构、高耸构筑物、道路桥梁、堤坝的风水荷载或移动荷载（4）建筑物抗爆,31,惯性力加载冲击力：重物、钢丝、弹簧离心力：偏心质量起振直线位移惯性力电磁加载：电磁试验台疲劳试验机：多次反复加载液压振动台：地震力运动荷载：汽车、拖拉机、吊车,7-2 动载试验的加载方法与设备,32,7-3 动载试验的加载方法与设备,1 惯性力加载（1）冲击力加载,突然加载法：适用于刚度较大的结构，较小的荷载产生较大的振幅；对结构有影响。,突然卸载法：适用于刚度较小的结构，特别是柔性较小的构件。,33,7-3 动载试验的加载方法与设备,1 惯性力加载（2）离心力加载,34,7-3 动载试验的加载方法与设备,1 惯性力加载（3）其它加载,特点：低频条件下可产生较大激振力，按要求控制位移和速度；只适用于低频激振（1Hz以下的激振），设备较笨重。,35,7-3 动载试验的加载方法与设备,2 电磁加载,特点：频率范围较宽，重量轻，控制方便，可产生各种激振力；激振力不大，仅适用于小型结构。,36,7-3 动载试验的加载方法与设备,3 液压加载,37,一、自由振动法：瞬态激振后的阻尼振荡垂直突加、减荷载水平突加荷载二、共振法：起振机变频激振三、脉动法：环境随机脉动,7-5 结构动力特性的试验测定,38,7-5 结构动力特性的试验测定,1 自由振动法瞬态激振后的阻尼振荡垂直突加、减荷载水平突加荷载反冲激振器桥梁加载周期和阻尼比,39,7-5 结构动力特性的试验测定,2 共振法共振产生条件：干扰频率与结构固有频率相同使用起振机变频激振,40,7-5 结构动力特性的试验测定,2 共振法阻尼系数,临界阻尼比,41,7-5 结构动力特性的试验测定,2 共振法建筑物的振形图对应于某一频率（共振时）,42,7-5 结构动力特性的试验测定,2 共振法建筑物的振形图对应于某一频率,43,7-5 结构动力特性的试验测定,3 脉动法环境脉动：环境随机激振而引起的结构物微小振动地面脉动气流脉动基本原理固有频率的谐量是脉动图中最主要的成分振幅大、波形光滑处的频率总是多次重复出现主谐量法：频谱分析法：谐量分析法、相关或功率谱分析法特点不需要激振设备，不受结构形式和大小的限制信号弱，有好的记录设备,44,7-5 结构动力特性的试验测定,3 脉动法（1）主谐量法如果建筑物各部位在同一频率处的相位和振幅符合振型规律，此频率就可确定为建筑物的固有频率，通常基频出现的机会最多。,45,7-5 结构动力特性的试验测定,3 脉动法（1）主谐量法,46,7-5 结构动力特性的试验测定,3 脉动法（2）谐量分析法,47,7-5 结构动力特性的试验测定,3 脉动法（3）功率谱分析法脉动的振幅谱的幅值确定建筑物的固有频率和振形。记录信号傅立叶分析,48,7-6 结构动力反应的试验测定,1 结构特定部位动参数的测定测点布置根据结构情况和试验目的布置。分布系数特定结构、特定振源情况下的振动分布情况,49,7-6 结构动力反应的试验测定,2 结构的振动变位图测定振型：结构本身的动力特性，与外荷载无关。变位图：结构在特定荷载作用下的变形曲线。,50,7-6 结构动力反应的试验测定,3 结构动力系数的试验测定动力系数：动挠度与静挠度的比值,51,7-6 结构动力反应的试验测定,4 强震观测地震发生时，用仪器观测地面运动的过程和建筑物的动力反应。结构物在强震过程中的振动记录自动触发启动，蓄电池供电美国洛衫矶：凡新建六层以上、面积超过6000平方英尺的建筑物必须设置强震仪3台。杨浦大桥和金茂大厦等十几个重要建筑物上都已安装了强震记录网络，仅金茂就安装了6台。上海计划在十五期间普及更多，通过立法，达到10层以上的建筑都安装。浦东机场深井群安放了深度不同的地震记录仪，最浅30米，最深300多米，其他还有50米、100多米及200多米，这些井群可以测量到不同深度接收到的不同地震波的强度。,52,7-6 结构动力反应的试验测定,4 强震观测中华人民共和国防震减灾法要求在重大工程和生命线工程等建筑上安装强震动观测设备。一是可以检查建筑物的“健康状况”，根据震动记录数据，及时掌握地震或其他强震动发生时建筑物受损情况；二是从记录数据中总结经验，进而不断改进建筑物抗震设防设计；三是通过已形成的观测网络的强震动观测，可以快速掌握地震裂度分布情况，为地震预测与震后救灾提供可靠的信息。,53,7-6 结构动力反应的试验测定,4 强震观测地震安全性评价管理条例国务院令四大工程须进行地震安全性评价。国家重大建设工程受地震破坏后可能引发水灾、火灾、爆炸、剧毒或者强腐蚀性物质大量泄露或者其他严重次生灾害的建设工程，包括水库大坝、堤防和贮油、贮气、贮存易燃易爆、剧毒或者强腐蚀性物质的设施以及其他可能发生严重次生灾害的建设工程受地震破坏后可能引发放射性污染的核电站和核设施建设工程省、区、市认为对本区域有重大价值或者有重大影响,54,7-7 结构疲劳试验,概念结构物或构件在重复荷载作用下，达到破坏时的应力比其静力强度要低得多。这种现象称为疲劳试验目的了解重复荷载作用下，结构的性能及其变化规律,55,7-7 结构疲劳试验,1 疲劳试验项目（1）鉴定性试验抗裂性及开裂荷载裂缝宽度及发展最大挠度及其变化幅度疲劳强度（2）科研性疲劳试验各阶段截面应力分布状况，中和轴变化规律抗裂性及开裂荷载裂缝宽度、长度、间距及发展最大挠度及其变化规律疲劳强度的确定破坏特征分析,56,7-7 结构疲劳试验,2 疲劳试验荷载（1）疲劳试验荷载取值上限荷载：最大标准荷载最不利组合下产生的弯距计算下限荷载：根据疲劳试验设备的要求而定。国内多采用等幅匀速荷载：,57,7-7 结构疲劳试验,2 疲劳试验荷载（2）疲劳试验荷载速度荷载频率影响材料的塑性变形和徐变，频率过高对试验设施有影响使构件在试验时实际工作时受力状态一致，构件与荷载架不能发生共振荷载频率与结构固有频率之比应满足：,58,7-7 结构疲劳试验,2 疲劳试验荷载（3）疲劳试验的控制次数经受所确定控制次数的疲劳荷载作用后，其抗裂性、刚度、强度等必须满足规范中有关规定。中级工作制吊车梁：2106 次重级工作制吊车梁：4106 次,59,7-7 结构疲劳试验,3 疲劳试验步骤（1）预加静载消除松动及接触不良，压牢构件，使测试仪表工作正常（2）正式疲劳试验,60,7-7 结构疲劳试验,3 疲劳试验步骤（2）正式疲劳试验,61,7-7 结构疲劳试验,4 疲劳试件的安装（1）严格对中（2）保持平稳（3）安全防护现行的疲劳试验都是采取试验室常幅疲劳试验方法。即疲劳强度是以一定的最小值和最大位重复荷载试验结果而确定。实际上结构构件是任意变化的重复荷载作用，随着测试技术的不断进步，常幅疲劳试验将为符合实际情况的变幅疲劳试验所代替。,62,7-8 动力试验的数据处理,1 振动示波波图的分析（1）简单波形的分析,63,时间,幅值,频率,时域分析,频域分析,7-8 动力试验的数据处理,2 谐量分析：复杂周期振动的示波图分解成若干个单元频率正弦规律的简谐分量。,幅值,时间,频率,幅值,64,7-8 动力试验的数据处理,2 谐量分析对复杂的振动信号进行分析时，把他分解成若干个单一频率的正弦规律简谐分量的方法。傅立叶级数原理,65,7-8 动力试验的数据处理,2 谐量分析,