1、第 1 章 静载加载及设备,概述,重力加载,液压加载,气压加载,支墩、支座、分配梁,1 静载的概念,指使被作用对象不引起加速度或加速度可以忽略不计的作用，静载作用属于直接作用。,间接作用指引起结构附加变形和约束变形的作用，如温度变形、地基不均匀沉降和结构内部物理或化学作用所产生的变形等。,1.1 概述,指结构或构件在静力荷载作用下，通过专用仪器设备测得结构或构件的各种变形、内力变化及承载能力。,3 加载方法,（1）重力加载利用重物直接加载或通过杠杆作用间接加载,（2）液压加载利用千斤顶和液压试验机等加载,（3）机械加载利用铰车、差动滑轮组、弹簧和螺旋千斤顶等机械设备的机械加载,（4）气压加载利
2、用压缩空气或真空作用加载,4 加载方法和设备应满足的条件,（1）选用的加载图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力值相一致或极为接近。, 荷载能够达到最大设计值,（2）荷载作用点与传递方式明确，产生的荷载数值要不随加载时间、外界环境和结构的变形而改变(保证荷载值的相对误差不超过5%)。, 荷载要稳定,（3）荷载分级的分度值要满足检测量测的精度要求，加载设备要有足够的强度储备。, 加载设备要有足够的强度,（4）加载装置本身要安全可靠，不仅要满足强度要求，还必须按变形条件来控制加载装置的设计，即还要满足刚度要求。, 加载设备要有足够的刚度,（5）加载设备要操作方便，便于加载和卸载，既能控制加载速
3、度，又能适应同步加载或先后加载的不同要求。, 加载设备要轻巧,（6）加载方法要力求采用现代化先进技术，减轻劳动强度，提高检测质量。, 加载设备要现代化,（7）此外，必须考虑场地情况。,1 重力加载的概念,它是利用物体的重力，以静态的方式施加于结构或构件上的加载方法。 它可分为：直接加载法杠杆加载法。,1.2 重力加载,2 直接加载法,将荷重直接堆放在被测结构或构件上（或将荷重堆放在专用的吊篮里，再将吊篮悬挂在被测结构或构件上）。,用重物做均布荷载,用重物做集中荷载,荷重的要求：形状规整，重量相同（每件荷重误差不超过5%）。实验室内采用标准重量的铸铁块（通常分为：20kg、10 kg 、5kg
4、）。现场可采用砖、砂（石）袋。规整是为了容易堆放，不造成过大的体积；重量限制，是为加载时不造成过大的冲击荷载。,（1）须在施加荷载的板壳面上画出堆放荷载的区格。这是为了避免几级荷载堆放后，板壳结构发生弯曲，由于荷载密集堆放，造成中间部位堆放的荷载不随板壳弯曲“起拱”而形成“局部卸载”现象。画区格后，按垛堆放荷载，这样每垛荷载就会随板壳弯曲而下沉，就避免了“起拱”而“局部卸载”。 （2）垛与垛之间应留有5间隙，每垛边长（a）跨度大于4m时，不应大于计算跨度的1/6；（b）跨度小于4m时，不应大于计算跨度的1/4。,板壳结构施加重力荷载须注意如下几点：,3 杠杆加载法,利用杠杆放大原理，将一端所加
5、施的荷载放大施加到被测结构或构件上的方法。,杠杆加载装置,注意：,（1） 杠杆的臂不宜过长，过长会分解成一水平推力，而不是完全的垂直向下的压力。故杠杆的放大率一般控制在35为宜。,（2）加载时三个支点(杠杆的反力支点A、作用在结构上的着力点B、重物的加载点 C)应在同一直线上。,杠杆放大率：,4重力加载的优缺点：,（1）优点：设备简单，取材方便，荷载稳定。 （2）缺点：加载只能是施加竖向荷载。加荷重量不能过大，以免造成堆码体积过大。操作笨重，达到极限荷载时不能随结构或构件变形失去抗力而自动卸载。因而应在被测构件下方安放护墩，以防被测构件突然坍塌。,1.3 液压加载,它是利用油泵将液压升高，通过
6、液压加载器（活塞）对结构施加其作用力的一种方法。由于它具有加载能力大，操作安全方便，且能与计算机联机实现自动控制。故它是目前使用最为广泛的一种加载方法。,1 液压加载的概念,2 手动液压千斤顶,首先关闭卸油阀，抬起手柄，将储油箱中的油通过单向阀输入到工作油缸中，再将手柄压下，工作油缸中的活塞伸出，当活塞触及到被测结构或构件时，其运动受阻，使加载油缸内的压力升高，结构或构件就会受到荷载的作用。卸载时，打开卸油阀，使工作油缸回到储油箱中，完成其工作的全过程。 手动液压千斤顶活塞的行程可达30，工作压力可达5000KN。缺点是不能倒置安装，每台必须由专人操作，不能实现多台（多点）同步加载。,3 电动
7、液压千斤顶,单向作用液压加载器,双向作用液压加载器,电动液压千斤顶是用电动代替手动，由电动油泵提供油压，分为单向作用与双向作用两种。,液压加载多点同步原理图,4 电液伺服加载系统,电液伺服加载系统用以模拟各种载荷，产生诸如伪静力荷载、拟动力荷载等进行抗震性能试验等。主要有电液伺服加载器、控制系统和液压源等三大部分组成。它是目前工程结构检测及研究中一种比较理想的检测设备。,5 大型结构试验机,它是一种比较完善的液压加载系统。其原理与构造与普通材料试验机相同。它由液压操纵台、液压加载器和试验机架三部分组成。由于进行大型结构的试验，故通常液压加载器的吨位比较大，通常至少在2000KN以上。如结构长柱
8、试验机，它可以测长柱，机架高度最大可大10m以上，其吨位通常为5000KN，除了可做长柱试验外，也可做梁、墙板、砌体、节点的受压受弯试验。,6 液压加载的优缺点,（1）优点：可以施加向上、水平、向下的荷载，施加荷载可以很大，易于控制，易于与现代化的仪器、设备联机，从而实现作用力大小的数据传输和采集，并能实现多点同步加载，还能随被测结构或构件的变形而抗力减弱而自动随之卸载。 （2）缺点：对油路、油管、控制系统要求严格，要严格杜绝油路漏油现象，因为油路漏油则可造成加载加不上去，恒载不稳定。控制系统要有良好的控制精度。另外，要注意油路油管的老化以确保人员及设备的安全。,1 支墩,1.4 支墩、支座、
9、分配梁,支墩、支座、分配梁是结构检测装置中模拟结构受力和边界条件的重要部分。它是检测中正确传力的保证。,它是支撑被测件的砌筑体。通常用钢筋混凝土现浇构成。在现场没有此条件也可由砖砌成。要求其有一定的强度、刚度及稳定性。,它是用来模拟实际结构构件与基础的连接。大体分为滚动（活动）铰支座和定铰支座。通常在实验室的滚动（活动）铰支座和定铰支座如下图制作（使用钢材制作）。,2 支座,3 分配梁,它是将集中荷载转化为多点分布荷载的装置（设备）。例如，受加载设备的限制，本应采用均布加载而无法实施，只能采用多点集中荷载来代替均布加载，即可在多点集中荷载下使用分配梁。多采用钢材制作，要有足够的刚度。同时为确保
10、分配梁的稳定性，分配梁的配置不得超过两级，每个加载点所控制的面积不能大于1。,分配梁示意图： 其等效加载按下式计算: 其中， 集中荷载（KN） 区格的长和宽（m）。,1.5 反力架、反力墙各种加载千斤顶或加载系统都要通过反力设施来对结构或构件施加荷载。1反力架：通常有两种，一种是施加竖向荷载的如“门式”反力架；另一种则是施加水平方向荷载的如：“三角”反力架。它们都是用钢材制成的，有足够的刚度与强度及稳定性。它们采用地脚螺栓锚固在试验台座上 。,(a)门式反力架；(b)三角反力架1-横梁；2-立柱；3-地脚螺栓；4-加载器,门式反力架,三角反力架,2反力墙：是与试验台座连成一体的钢筋混凝土墙体，
11、用于对被测结构施加水平力，其强度与刚度都非常大，尤其适合于对试验结构施加大荷载，但不能像三角形反力架一样可以移动。在混凝土反力墙上，按一定距离设有孔洞，以便用螺栓锚住加载器的底板。墙的表面有规则的安排这些孔洞以便可以使加载器（加载油缸）在墙体任何部位连接。反力墙与三角反力架都是用来施加水平荷载的，但反力墙的优点是它不会像三角反力架那样，在有过大的水平推力或拉力时造成反力设施的滑移。,6 试验台座试验台座是试验室基本设施之一。用于固定被测结构或构件、加载设备、反力设施，并承受检测荷载。试验台座的台面形式有槽式、地脚螺丝式、箱式或以上形式的组合。槽式台座：是目前国内用得较多的比较典型的静力试验台座，其构造特点是沿台座纵向全长布置几条用型钢制成的槽轨，该槽轨是纵向框架式结构,埋置在台座的混凝土内，如图所示。槽轨的作用在于锚固加载支架，用以平衡结构物上的荷载产生的反力。在检测加载时，立柱受向上拉力，故要求槽轨的构造应该和台座的混凝土部分有较好的联系，不致拔出。如果荷载架立柱为圆钢制成，直接可用两个螺帽固定于槽内；如果荷载架立柱为型钢制成，则在其底部设计成钢结构柱脚的构造，用地脚螺丝固定于槽内。,槽式台座示意图,
