1、 第三章第三章 建筑結構試驗荷載建筑結構試驗荷載 3.1 概述概述 合理地選擇加載設備，正確進行加載方案設計，合理地選擇加載設備，正確進行加載方案設計，可以保證結構試驗的順利完成，提高試驗精度，節可以保證結構試驗的順利完成，提高試驗精度，節約試驗經費。若加載方案設計不當，加載設備選擇約試驗經費。若加載方案設計不當，加載設備選擇不合理，往往會影響試驗工作順利進行，或者達不不合理，往往會影響試驗工作順利進行，或者達不到試驗的目的，甚至導致試驗失敗，嚴重時還會發到試驗的目的，甚至導致試驗失敗，嚴重時還會發生安全事故。生安全事故。 3.2.1 3.2.1 重力荷載重力荷載1 1 重力直接加載方法重力直

2、接加載方法 重物荷載可直接堆放在結構表面形成均布荷載或置于荷重物荷載可直接堆放在結構表面形成均布荷載或置于荷載盤上通過吊桿掛于結構上形成集中荷載，假如荷載再大，載盤上通過吊桿掛于結構上形成集中荷載，假如荷載再大，就可以通過杠桿來加載。就可以通過杠桿來加載。 優點：試驗荷載可就地取材，可重復使用，針對試驗結構或優點：試驗荷載可就地取材，可重復使用，針對試驗結構或 試件的變形，可保持恒載，可分級加載，容易控制。試件的變形，可保持恒載，可分級加載，容易控制。缺點：加載過程中需要花費較大的勞動力，占據較大的空間，缺點：加載過程中需要花費較大的勞動力，占據較大的空間， 安全性差，試驗組織難度大。安全性差

3、，試驗組織難度大。重物間隙要大于重物間隙要大于5cm5cm，保證重物間不搭接，以防止形成拱的作用。，保證重物間不搭接，以防止形成拱的作用。 杠桿加載也屬于重力加載的一種。杠桿加載也屬于重力加載的一種。 利用杠桿原理，將荷載放大作用于結構上。利用杠桿原理，將荷載放大作用于結構上。優點：優點： 杠桿制作方便，荷載值穩定不變，當結構有變形時，荷杠桿制作方便，荷載值穩定不變，當結構有變形時，荷載可以保持恒定，對于作持久荷載試驗尤為合適。載可以保持恒定，對于作持久荷載試驗尤為合適。 三、彈簧加載三、彈簧加載 常用構件的持久荷載試驗。當荷載值較小時，可直接常用構件的持久荷載試驗。當荷載值較小時，可直接擰緊

4、螺帽以壓縮彈簧；當荷載值很大時，需用千斤頂壓縮擰緊螺帽以壓縮彈簧；當荷載值很大時，需用千斤頂壓縮彈簧后再擰緊螺帽。彈簧后再擰緊螺帽。 彈簧加載用于長期荷載，比如說要做梁的長期剛度，彈簧加載用于長期荷載，比如說要做梁的長期剛度，或者是觀察它的裂縫的時候，那么就要加幾個月，甚至幾年或者是觀察它的裂縫的時候，那么就要加幾個月，甚至幾年的荷載。那么做長期荷載的時候可以通過彈簧來保持經常的的荷載。那么做長期荷載的時候可以通過彈簧來保持經常的荷載值。荷載值。 3.3.23.3.2機械力加載的特點和要求機械力加載的特點和要求 機械力加載設備簡單，實現加載容易，在采用鋼絲繩等機械力加載設備簡單，實現加載容易，

5、在采用鋼絲繩等索具時，便于改變荷載作用方向，適用于對結構施加水平集索具時，便于改變荷載作用方向，適用于對結構施加水平集中荷載。但機械加載能力有限，荷載值不宜太大。在采用卷中荷載。但機械加載能力有限，荷載值不宜太大。在采用卷揚機等機械設備加載時，應保證鋼絲繩和滑輪組的質量，并揚機等機械設備加載時，應保證鋼絲繩和滑輪組的質量，并具有足夠的安全儲備。采用卷揚機、倒鏈等機具加載時，力具有足夠的安全儲備。采用卷揚機、倒鏈等機具加載時，力值量測儀表應串聯在繩索中，直接測定加載值，當繩索通過值量測儀表應串聯在繩索中，直接測定加載值，當繩索通過導向輪或滑輪組對結構加載時，力值量測儀表宜串聯在靠近導向輪或滑輪組

6、對結構加載時，力值量測儀表宜串聯在靠近試驗結構端的繩索中。試驗結構端的繩索中。3.43.4氣壓加載法氣壓加載法 氣壓加載是利用壓縮氣體或真空負壓對結構施加荷載，氣壓加載是利用壓縮氣體或真空負壓對結構施加荷載，這種加載方式對試驗對象施加的是均布荷載。這種加載方式對試驗對象施加的是均布荷載。3.4.13.4.1氣壓加載的作用方式氣壓加載的作用方式1.1.氣壓正壓加載氣壓正壓加載2.2.真空負壓加載真空負壓加載3.4.23.4.2氣壓加載的特點和要求氣壓加載的特點和要求1.1.氣壓加載的特點氣壓加載的特點 能真實地模擬面積大、外形復雜結構的均布受力能真實地模擬面積大、外形復雜結構的均布受力狀態；狀態

7、； 加卸載方便可靠；加卸載方便可靠； 荷載值穩定易控；荷載值穩定易控； 需要采用氣囊或將試件制作成密封結構，試件制需要采用氣囊或將試件制作成密封結構，試件制作工作量大；作工作量大； 施加荷載值不能太大；施加荷載值不能太大； 構件內表面無法直接觀測；構件內表面無法直接觀測； 氣溫變化易引起荷載波動。氣溫變化易引起荷載波動。2.2.氣壓加載的要求氣壓加載的要求 氣囊或真空內腔需采用適當方法進行密封處理，氣囊或真空內腔需采用適當方法進行密封處理，接縫以及構件與基礎之間須采用聚乙烯薄膜、凡土接縫以及構件與基礎之間須采用聚乙烯薄膜、凡土林、黃油等密封；林、黃油等密封； 有時需在真空室或氣囊壁上開設調節孔

8、，以便控有時需在真空室或氣囊壁上開設調節孔，以便控制荷載大小；制荷載大小； 基礎、反力架等要有足夠的強度；基礎、反力架等要有足夠的強度； 為防氣溫變化引起荷載波動，應增加恒壓控制裝為防氣溫變化引起荷載波動，應增加恒壓控制裝置，使氣體壓力保持在允許的控制范圍內；置，使氣體壓力保持在允許的控制范圍內； 充氣囊不宜伸出試驗結構構件的外邊緣，確定加充氣囊不宜伸出試驗結構構件的外邊緣，確定加載量時，應考慮充氣囊與結構表面接觸的實際作用載量時，應考慮充氣囊與結構表面接觸的實際作用面積，按氣囊中的氣壓值計算確定。面積，按氣囊中的氣壓值計算確定。3.5 3.5 液壓加載法液壓加載法3.5.13.5.1液壓加載

9、器的工作原理液壓加載器的工作原理液壓加載器液壓加載器( (俗稱俗稱“千斤頂千斤頂”) )是液壓加載系統中的是液壓加載系統中的主要部件，主要由活塞、油缸和密封裝置等構成，如主要部件，主要由活塞、油缸和密封裝置等構成，如圖圖3.83.8所示。所示。FpA式中式中 F F荷載值；荷載值； pp液壓油壓強；液壓油壓強； AA活塞工作面積活塞工作面積 液壓千斤頂分為單作用式、雙作用式、電液伺服式及張拉液壓千斤頂分為單作用式、雙作用式、電液伺服式及張拉千斤頂等。千斤頂等。1.1.單作用式千斤頂油缸只有一個供油口，如圖單作用式千斤頂油缸只有一個供油口，如圖3.9(a)3.9(a)所示。所示。2.2.雙作用式

10、千斤頂有前后兩個工作油腔及兩個供油口，如圖雙作用式千斤頂有前后兩個工作油腔及兩個供油口，如圖3.9(b)3.9(b)所示。所示。 3. 3. 電液伺服液壓系統大多采用閉環控制，主要組成是電液伺電液伺服液壓系統大多采用閉環控制，主要組成是電液伺服液壓加載器、控制系統和液壓源等三大部分服液壓加載器、控制系統和液壓源等三大部分( (圖圖3.10)3.10)。圖圖 310液壓千斤頂液壓千斤頂電動泵電動泵如果氣流每秒噴出的質量為如果氣流每秒噴出的質量為Ws，根據動量守恒定律可知反沖力根據動量守恒定律可知反沖力p(作用在結構上的脈沖力作用在結構上的脈沖力)為：為：/spW vg式中式中 v氣流從噴口噴出的

11、速度；氣流從噴口噴出的速度； G重力加速度。重力加速度。靠離心力加載的機械式激振器工作原理如圖靠離心力加載的機械式激振器工作原理如圖3.173.17所示，當一所示，當一對偏心質量控相反方向運轉時，離心力將產生一定方向的激對偏心質量控相反方向運轉時，離心力將產生一定方向的激振力。振力。2Pmr2sinsinvPPmrt2coscosHPPmrt 慣性力激振振動加載試驗時，應正確選擇激振慣性力激振振動加載試驗時，應正確選擇激振器的安裝位置；合理選擇激振力，防止引起測試結器的安裝位置；合理選擇激振力，防止引起測試結構的振型畸變；當激振器安裝在樓板上時，應避免構的振型畸變；當激振器安裝在樓板上時，應避

12、免受樓板豎向自振頻率和剛度的影響；激振力應具有受樓板豎向自振頻率和剛度的影響；激振力應具有傳遞途徑；激振測試中宜采用掃頻方式尋找共振頻傳遞途徑；激振測試中宜采用掃頻方式尋找共振頻率，在共振頻率附近測試時，應保證半功率帶寬內率，在共振頻率附近測試時，應保證半功率帶寬內有不少于有不少于5 5個頻率的測點。個頻率的測點。40.10210FBIl根據電磁感應原理，根據電磁感應原理，產生的力：產生的力：式中式中: B磁場強度磁場強度 l工作線圈導線的有效長度工作線圈導線的有效長度 I通過工作線圈的交變電流強度通過工作線圈的交變電流強度 (mm)cRlbf式中式中 RR支座反力（支座反力（N N） b b

13、構件支座寬度（構件支座寬度（mmmm） f fc c試件材料的抗壓強度設計值試件材料的抗壓強度設計值（N/mmN/mm2 2） 在構件支座處鉸支座的上下墊板應有足夠的剛度，其厚度在構件支座處鉸支座的上下墊板應有足夠的剛度，其厚度d d可按下式計算：可按下式計算：22(mm)cf adf式中式中 f fc c試件抗壓強度設計值（試件抗壓強度設計值（N/mmN/mm2 2） ff墊板鋼材的強度設計值（墊板鋼材的強度設計值（N/mmN/mm2 2） aa滾軸中心至墊板邊緣的距離（滾軸中心至墊板邊緣的距離（mmmm）0.418RErb滾軸受力滾軸受力（kN/mmkN/mm）2.02.02.02.04.

14、04.04.04.06.06.0滾軸直徑滾軸直徑(mm)(mm)404060606060808080801001001.1.豎向支承設備豎向支承設備2.2.水平方向支承設備水平方向支承設備 豎向荷載架豎向荷載架 水平荷載架水平荷載架 混凝土反力墻混凝土反力墻1.1.試驗臺座試驗臺座目前國內外常見的試驗臺座，按結構構造的不同可以分為目前國內外常見的試驗臺座，按結構構造的不同可以分為板式板式試驗臺座試驗臺座和和箱式試驗臺座箱式試驗臺座。(1)(1)板式試驗臺座板式試驗臺座板式試驗臺座的結構為整體的鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土板式試驗臺座的結構為整體的鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土的厚板。利用結構的自重和剛度平衡結構試驗時施加的荷載。的厚板。利用結構的自重和剛度平衡結構試驗時施