1、第四章 结构静载试验,试验准备 加荷方案设计 观测方案设计 量测数据整理 结构性能的评定,4-1 试验准备,1.调查研究、收集资料 2.编写试验大纲 3.试件准备 4.材料物理力学性能测定 5.试验设备与试验场地的准备 6.试件安装就位 7.加载设备和量测仪表安装 8.试验控制特征值的计算,4-1 试验准备,1.调查研究、收集资料 检验性试验（1）设计资料：设计图纸、计算书、设计所依据的原始资料。（2）施工资料：施工日志、材料性能试验报告、施工记录和隐蔽工程验收记录。（3）使用资料：使用过程、环境、超载情况或事故过程等。 科研性试验收集与本试验有关的历史、现状和将来发展的要求。,4-1 试验准
2、备,2.编写试验大纲 （1）概述 （2）试件设计及制作要求 （3）试件安装与就位 （4）加载方法与设备 （5）量测方法和内容 （6）辅助试验 （7）安全措施 （8）试验进度计划 （9）试验组织管理 （10）附录,4-1 试验准备,3.试件准备 设计制作时应考虑试件安装和加载量测的需要，对试件作必要的构造处理；试验前应检查各部分实际尺寸、构造情况、施工质量、存在的缺陷、结构变形和安装质量，钢筋位置、保护层厚度和钢筋锈蚀等；试件表面处理，如修补缺陷、表面刷白、分区划格。 4.材料物理力学性能测定 测定项目通常有强度、变形、弹性模量、泊松比、应力应变关系等，测定的方法有直接测定和间接测定。 5.试验
3、设备与试验场地的准备 加载设备、量测仪表进行检查、修整和必要的率定。试验场地清理、支承点地基应验算和处理。 6.试件安装就位 7.加载设备和量测仪表安装 加载设备安装牢靠，量测仪表要有保护措施、编号并作好记录。 8.试验控制特征值的计算 各阶段的荷载值和各特征部位的内力、变形值等。,4-2 加荷方案设计,试验加荷方案的决定因素 研究目的和要求 试验对象的结构形式 结构构件在试验空间位置 加荷图式 加荷程序,4-2 加荷方案设计,4-2-1 结构类型与搁置位置 1.结构类型 框架结构大梁：集中荷载 板和壳体结构：均布荷载 墙和柱：竖向和水平向的集中荷载 2.构件在试验空间位置 （1）正位试验 （
4、2）异位试验（反位、卧位试验）,4-2 加荷方案设计,4-2-2 试验加荷图式 一、加荷图式试验荷载在试件上的布置形式。一般要求加荷图式与理论计算简图相一致，如受条件限制无法实现时可采用等效加荷图式。 二、等效加荷图式应满足的条件1.等效荷载产生的控制截面上的主要内力应与计算内力值相等。2.等效荷载产生主要内力图形与计算内力图形相似。3.由于等效荷载引起的变形差别，应给于适当修正。4.控制截面上的内力等效时，其次要截面上的内力应与设计值接近。等效荷载示意图见图4-1,4-2 加荷方案设计,图4-1 等效荷载示意图,三、计算等效荷载 例：如图简支梁承受均布荷载q kN/m的作用，梁计算跨度为L米
5、，不计梁自重，求四分点二集中力等效荷载的大小。,解:跨中截面为控制截面 在均布荷载作用下跨中截面弯矩： 在等效荷载作用下跨中截面弯矩：,4-2 加荷方案设计,令即若采用三分点二集中力加载注：若计梁的自重，则需扣除自重的影响。,4-2 加荷方案设计,4-2-3 试验荷载计算 确定试验荷载 进行结构试验前应确定试验荷载。进行承载力状态试验时应确定承载力的试验荷载。对结构构件的刚度、裂缝宽度进行试验时应确定正常使用极限状态的试验荷载。当试验混凝土构件的抗裂性时，应确定构件的开裂试验荷载。 正常使用极限状态的试验荷载又可分为短期荷载和长期荷载。当进行短期荷载试验时，在长期荷载下的变形应换算为短期荷载下
6、的变形值。 1.检验性试验的试验荷载 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:承载力检验荷载设计值 和正常使用短期荷载检验值 。 2.研究性试验的试验荷载 根据构件实际承载力计算值反求短期效应计算值和使用状态的试验荷载值。,4-2 加荷方案设计,4-2-4 加载程序设计 确定加荷时间与加荷量的过程称为加载程序设计 图4-2是一个典型的静力试验加载制度。,图4-2 静荷载加载程序,4-2 加荷方案设计,一、预加载 1.预载的目的（1）使结构进入正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定。（2）检查加荷设备工作是否正常，加荷装置是否安全可靠。（3）检查测试仪表是否进入正常工作状态（4）使试
7、验工作人员熟悉自己担任的任务，掌握调表、读数等操作技术，保证采集的数据正确无误。 2.预载荷载值的要求 预载试验所用的荷载一般是分级荷载的12级，预载时的加载值不宜超过该试件开裂荷载值计算的70% 。 应注意考虑结构自重的影响，应将其作为试验荷载的一部分。此外，作用在结构上的加载设备的重力，应在施加的荷载中扣除，且不宜大于使用状态短期试验荷载的20%。,4-2 加荷方案设计,二、荷载分级 1.分级的目的（1）控制加载速度；（2）便于观察结构变形随荷载变化的规律，了解结构在各个阶段的工作性能。（3）为读取各种数据提供所必需的时间。分级方法应考虑能得到比较准确的承载力试验荷载、开裂荷载值和正常使用
8、状态的试验荷载值及其相应的变形。 2.确定分级加载值的大小 （1）依据 混凝土结构试验方法标准（GB50152-2012）。,4-2 加荷方案设计,（2）分级加载值的大小 在达到使用状态短期试验荷载值Qs(Fs)以前，每级加载不宜大于0.20 Qs(0.20Fs),超过Qs(Fs)以后，每级加载不宜大于0.10 Qs(0.10Fs) ； 加载接近开裂荷载计算值 时，每级加载不宜大于0.05 Qs(0.05Fs) ；试件开裂后每级加载可取0.10 Qs(0.10Fs) ； 对于验证性试验，加载到承载力极限状态的试验阶段时，每级加载不应大于承载力状态荷载设计值Qd(Fd)的0.05倍。 卸载时可取
9、承载力试验荷载值的20%，也可按各级临界试验荷载逐级卸载。,4-2 加荷方案设计,3.荷载作用及空载时间 （1）荷载作用时间 一般荷载级作用下持荷时间：t510min。 在使用状态试验荷载值Qs(Fs)作用下持荷时间:不应少于15min、在开裂荷载计算值 作用下持荷时间:不应少于15min；如荷载达到开裂荷载计算值前已经开裂则在开裂荷载计算值下持荷时间不应少于510min。 跨度较大的屋架、桁架及薄腹梁等试件，当不进行承载力试验时，在使用状态试验荷载值Qs(Fs)作用下的持荷时间不宜少于12h。 （2）空载时间 结构受荷载作用后的残余变形是说明结构工作性能的重要指标。卸载后宜经过一定的时间后重
10、新量测残余变形、残余裂缝形态和最大裂缝宽度，以检验试件的恢复性能。 恢复性能的量测时间： 一般结构取1h，对于新型结构和跨度较大的试件取为12h，也可根据需要确定时间。,4-3 观测方案设计,制定观测方案的决定依据：结构的变形特征；控制截面上的变形参数。 测试方案通常包括以下几个内容：确定观察和测量的项目。选定观测区域、布置测点。按量测精度要求选择仪器和设备。,4-3 观测方案设计,4-3-1 观测项目 结构在静力荷载作用下的变形分成两类：整体变形和局部变形。 确定观测项目时首先应该考虑整体变形 因为结构任何部位的异常变形或局部破坏都能在整体变形中得到反映，不仅能反映结构的刚度变化，而且还可以
11、反映结构弹性或非弹性工作性质。 观测项目和测点数量必须满足结构分析和推断结构工作状态的需要。,4-3 观测方案设计,4-3-2 测点布置 1.挠度测点 （1）最大挠度在最大挠度处及支座处布置测点。 （2）整体挠度曲线沿结构跨度方向及支座处布置测点，通常跨度不大于6m时，跨度内不少于3个测点，跨度大于6m时适当增加测点，见图4-3。,4-3 观测方案设计,2.应变测量 （1）弯曲应力的测量如果只要测量弯矩引起的最大应力。一般在截面上下边缘纤维处安装应变计(对称)，见图4-4。,图4-4 应变测点布置示意图,GB50152-2012 混凝土结构试验方法标准,4-3 观测方案设计,（2）截面应变分布
12、规律 为求得梁截面上应力分布的规律和确定中和轴的位置，一般沿截面高度布置测点（至少需5个），如图4-4、图4-5。,图4-5 钢筋混凝土梁应变测点布置图,4-3 观测方案设计,（3）剪切应力的测量 在荷载作用下的梁截面2-2上既有弯矩作用，又有剪力作用，为平面应力状态。为求得梁截面上的最大主应力及剪应力的分布规律，需要布置应变花，求得最大主应力的大小及方向。 （4）钢箍和弯筋应力的测量 为研究梁的抗剪承载力，通常在钢箍和弯筋上布置应变测点。如图4-6。,图4-6 钢筋混凝土梁弯起钢筋和箍筋上应变测点,4-3 观测方案设计,（5）翼缘与孔边应力的测量 对于翼缘较宽较薄的T型梁，其翼缘部分受力不一
13、定均匀，以致不能全部参加工作，这时应该沿翼缘宽度布置测点，测定翼缘上应力分布的情况，见图4-7。梁腹板上开孔，孔边应力集中，应力梯度较大，应沿孔边布置测点。见图4-8。,图4-7 T型梁翼缘的应变测点,图4-8 梁腹板圆孔周边的应变测点布置,4-3 观测方案设计,3.混凝土开裂应变的测定 通常应测定受拉面的最大裂缝宽度、在钢筋水平位置上的侧面裂缝宽度以及斜截面上由主拉应力作用产生的斜裂缝宽度。 每一构件中测量裂缝宽度的裂缝数目一般不应少于3条，取其最大值为最大裂缝宽度值。 （1）正截面开裂 正截面开裂采用连续搭接布置应变计法。 在截面受拉区最外层表面沿受力主筋方向拉应力最大区段内连续搭接（标距
14、与标距互相衔接）布置应变计法，总长不小于30倍最大主筋直径或23倍计算裂缝间距，见图4-9。当应变片的应变增量有突变时的荷载值为开裂荷载。（某应变片读数突增，则裂缝出现在该应变片标距内，而相邻应变片读数会因应力放松而突减）。,4-3 观测方案设计,图4-9 由荷载-应变曲线观测混凝土的开裂,4-3 观测方案设计,（2）斜截面开裂 斜截面上的主拉应力裂缝，经常出现在剪力较大的区段内对于箱形截面或工字形截面，则腹板与翼缘相交处常是主拉应力较大的部位，故在这些部位布置开裂测点，如图4-10。,图4-10 钢筋混凝土梁斜截面开裂测点布置,4-3 观测方案设计,4-3-3 量测仪表的选择量测仪表的选择应根据被测参数的属性、量值和试验的精度要求进行。 选用原则：1）要求仪表的最小刻度值应满足精度的要求（不大于5%的最大被测值）。2）最大被测值宜在仪器满量程的80%附近。3）附于结构上的仪表要求自重轻、体积小，不影响结构的正常变形。4）仪器适应性强、工作稳定性好。,
