结构单调加载静力试验
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第五章-结构静力试验剖析PPT课件
在端节点砼表面沿自锚头长度方向布置若干 应变测点：横向测点和纵向测点
5）预应力钢筋张拉应力的测量
直接在预应力钢筋上布置应变测点测量，通 常布置屋架跨中和两端头。注意应变计的防 护处理。
6）裂缝测量
杆件开裂荷载和裂缝宽度。（端节点、腹杆 与下弦杆及节点交汇处较早开裂的位置）
2.4.4 薄壳和网架结构的试验
重 物 加载
液压加载
屋 架 成 对试验
屋架试验支撑设置
二、观测项目和测点布置 观测项目 1）桁架挠度及挠曲线。 2）开裂荷载及破坏荷载。 3）主要杆件的应变。 4）节点的变形及节点刚度对杆件的次应力影响 5）屋架端节点的应力分布 6）预应力钢筋张拉应力和对有关部位混凝土的预压 应力。 7）屋架下弦预应力钢筋对屋架的反拱作用。 8）预应力锚头工作性能。
离支座x处的挠 度和转角为：
悬臂梁的挠度和转角
自重和设备重作用下，梁的挠度为：
荷载等效的修正系数ψ：
采用等效荷载图式加载试验时，由于等 效时仅考虑了控制内力相等的原则等效，故 应对测量的挠度进行修正。
均布荷载1.0，四分点等效乘0.91, 三 分点等效乘0.98，四集中力五分点等效乘 0.99，八集中力十六分点1.00。
正位试验 卧位试验 对中： 先进行几何对中， 再进行物理对中。
5.3.2 压杆和柱的试 验
二、试验项目和测点 布置
1. 试验项目 2.测点布置 3.测力板
二、试验项目和测点布置
破坏荷载：力传感器 挠度：百分表或位移传
感器 曲率：曲率计 砼应变：应变片+应变
仪，应变片后贴。 钢筋应变：应变片+应
筋 拉
钢绞 断
线
1.4 0
1.50
B4
5）预应力钢筋张拉应力的测量
直接在预应力钢筋上布置应变测点测量，通 常布置屋架跨中和两端头。注意应变计的防 护处理。
6）裂缝测量
杆件开裂荷载和裂缝宽度。（端节点、腹杆 与下弦杆及节点交汇处较早开裂的位置）
2.4.4 薄壳和网架结构的试验
重 物 加载
液压加载
屋 架 成 对试验
屋架试验支撑设置
二、观测项目和测点布置 观测项目 1）桁架挠度及挠曲线。 2）开裂荷载及破坏荷载。 3）主要杆件的应变。 4）节点的变形及节点刚度对杆件的次应力影响 5）屋架端节点的应力分布 6）预应力钢筋张拉应力和对有关部位混凝土的预压 应力。 7）屋架下弦预应力钢筋对屋架的反拱作用。 8）预应力锚头工作性能。
离支座x处的挠 度和转角为：
悬臂梁的挠度和转角
自重和设备重作用下，梁的挠度为：
荷载等效的修正系数ψ：
采用等效荷载图式加载试验时，由于等 效时仅考虑了控制内力相等的原则等效，故 应对测量的挠度进行修正。
均布荷载1.0，四分点等效乘0.91, 三 分点等效乘0.98，四集中力五分点等效乘 0.99，八集中力十六分点1.00。
正位试验 卧位试验 对中： 先进行几何对中， 再进行物理对中。
5.3.2 压杆和柱的试 验
二、试验项目和测点 布置
1. 试验项目 2.测点布置 3.测力板
二、试验项目和测点布置
破坏荷载：力传感器 挠度：百分表或位移传
感器 曲率：曲率计 砼应变：应变片+应变
仪，应变片后贴。 钢筋应变：应变片+应
筋 拉
钢绞 断
线
1.4 0
1.50
B4
第五章 结构单调加载静力试验
第五章结构单调加载静力试验5．1概述建筑结构单调加载静力试验是结构试验中最基本最大量的一种试验。
单调加载静力试验是指在短时期内对试验对象进行平稳地一次连续施加荷载，荷载从“零”开始一直加到结构构件破坏，或是在短时期内平稳地施加若干次预定的重复荷载后，再连续增加荷载直到结构构件破坏。
单调加载静力试验主要用于模拟结构承受静荷载作用下观测和研究结构构件的强度、刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制。
建筑结构中大量的基本构件试验主要是承受拉、压、弯、剪、扭等最基本作用力的梁、板、柱和砌体等一系列构件，通过单调加载静力试验研究在各种力的要素的单独或组合作用下构件的荷载和变形的关系。
对于混凝土构件还有荷载与开裂的相关关系和反映结构构件变形与时间关系的徐变问题。
对于钢结构构件则有比之其他构件更为突出的局部或整体失稳问题。
对于框架、连续梁、单层厂房排架、屋架、壳体、折板和网架等由若干基本构件组成的扩大构件，在实际工程中除了有需要研究与基本构件相类似的问题外，尚有构件间相互作用的次应力、内力重分布等问题。
对于整体结构通过单调加载静力试验能揭示结构空间工作，整体刚度，非承重构件和某些薄弱环节对结构整体工作的影响。
随着大量工程实践和为编制各类结构设计规范而进行的试验研究，为结构单调加载静力试验积累了许多经验，试验技术与试验方法已趋成熟。
我国建国以来第一本完整反映钢筋混凝土和预应力混凝土结构试验方法的国家标准<<混凝土结构试验方法标准》已经编制完成并颁布施行。
它既统一了量大面广的生产检验性试验方法，又对一般性科研试验方法提出了基本要求，对生产和科研有广泛的实用性，是一本具有中国特色的混凝土结构试验方法标准，它将有利于促进结构工程质量的提高和建筑结构学科的发展。
5．2结构单调加载静力试验的加载制度试验加载制度指的是试验进行期间荷载与时间的关系。
正确制订试验的加载制度和加载程序，才能够正确了解结构的承载能力和变形性质，才能够将试验的结果相互进行比较。
【工程结构试验】第5章-结构单调加载静力试验(2课时)
裂缝测量
Suzhou University of Science and Technology 苏州科技学院
裂缝包括：弯曲裂缝、剪切裂缝、弯剪裂缝 基于力学分析在裂缝位置垂直方向布置测点 裂缝永远与σl垂直（事故处理常用原则） 裂缝出现的判别方法：
①目测②P－Δ曲线③应变值
最大裂缝宽度的测量方法：等弯矩段选取3 条，在纵筋水平位置处采用读数放大镜或裂 缝标尺 裂缝标注方法：试验完毕后绘制裂缝开展图
（二）试验观测
Suzhou University of Science and Technology 苏州科技学院
平面楼盖试验一般为非破坏性（T形梁强度 大），多梁式经常为现场试验 板、梁挠度的观测
工程中：精密水准仪、引出法 消除支座的影响
梁、板中混凝土及钢筋的原始应力测定
卸载法
荷载的施加一般采用成袋砂、石、水泥
二、单层工业厂房整体结构空间工作试验
Suzhou University of Science and Technology 苏州科技学院
单层工业厂房由排架、屋盖系统、山墙等 组成，由于屋盖系统和山墙对各榀平面排 架的约束作用，从而形成空间结构 试验目的：确定厂房整体空间作用性质及 具体分配系数
Suzhou University of Science and Technology 苏州科技学院
1、结构组成（屋盖/梁柱/基础/支撑/围护）
1. 屋面板 2. 天沟板 3. 天窗架 4. 屋架 5. 托架 6. 吊车梁 7.排架柱 8. 抗风柱 9. 基 础 10. 连系梁 11. 基础梁 12. 天窗架垂 直支撑 13. 屋架下弦 横向水平支撑 14.屋架端部 垂直支撑 15. 柱间支撑
裂缝的标注方法
第五章 结构单调加载静力试验分解
三、基本构件的单调静力试验
2. 受压构件的试验
加载方案
♦ 受压试验可以采用正位或卧位试验加载方案；
安装、观 测费力
♦ 正位试验（试验机上或大型荷载架上进行）、卧 安装就位复 位试验（大型试件）两端采用可动铰支座；
杂、自重
♦ 对受压构件的安装就位，关键在于对中：首先进 行几何对中，再进行物理对中（通过应变测量， 施加20-40％试验荷载）。
①正负弯矩最大的截面
②弯矩有突变的截面 ③抗弯控制截面（截面较弱而弯矩值较大的截面） ④截面突然变化
变截面梁
三、基本构件的单调静力试验
1. 受弯构件的试验
只要求σ max，梁上下 边缘布置即可，应变 测点布置在对称轴上
应变测点沿截面高度的布置可以是等距离的， 也可以是不等距而外密里疏；对于布置在靠 近中和轴位置处的仪表，由于应变读数值较 小，因此相对误差可能很大，以致不起任何 效用。但是，在受拉区混凝土开裂以后，可 以通过该测点读数值的变化来工业大学建工学院
一、概述
1. 定义
单调加载静力试验是指在短时期内对试验对 象进行平稳的一次连续施加荷载，荷载从“零” 开始一直加到结构构件破坏，或是在短时期内平 稳地施加若干次预定的重复荷载后，再连续增加 荷载直到结构构件破坏； 单调加载静力试验是最普遍的试验类型； 单调加载静力试验主要用于观测和研究承受 静荷载作用下, 结构构件的强度、刚度、抗裂性 等基本性能和破坏机制。
二、单调静力试验的加载制度
2. 正式加载 空载持续时间
♦ 空载时间：受载结构卸载后到下一次重新开始受 载之间的间歇时间；
♦ 目的：量测结构的残余变形和变形的恢复情况； ♦ 相关规定：对于一般的混凝土结构空载时间取 45min；对于较重要的结构构件和跨度大于12m 的结构取18h；对于钢结构不应少于30min。
单调加载静力试验课件
的设定和控制。
数据采集与处理
数据采集系统搭建
搭建稳定、可靠的数据采集系统，包 括传感器、放大器、数据采集卡等， 确保能够实时、准确地采集试验数据 。
数据处理与分析
对采集到的试验数据进行处理和分析 ，包括数据整理、统计、绘制图表等 ，以得出试样的力学性能指标和相关 结论。
04 试验结果分析
应力-应变曲线
加载装置与控制
加载装置选择
根据试验要求选择合适的加载装 置，如砝码、液压缸、气压缸等 ，确保加载稳定、准确、安全。
加载方式设计
根据试样的特性和试验目的，设 计合适的加载方式，如恒速加载
、恒力加载、循环加载等。
控制系统构建
建立完善的控制系统，实现对加 载装置的精确控制，包括加载速 度、加载力值、循环次数等参数
应力-应变曲线是单调加载静力试验中最重要的结果之一，它描述了材料在受到外力 作用时，应力与应变之间的关系。
曲线通常包括弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段，这些阶段的特征对于评 估材料的力学性能至关重要。
通过应力-应变曲线可以确定材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等关键参数。
弹性模量与泊松比
弹性模量是描述材料抵抗弹性变 形能力的参数，通常用E表示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ04
准备好记录试验数据的 表格和工具，以便在试 验过程中记录数据。
操作注意事项
在操作过程中应保持专注，避免分散 注意力，以免发生意外。
在试验过程中应注意观察设备的运行 状态和试样的变化情况，如有异常应 及时停止试验并采取相应的措施。
严格按照操作规程进行试验，不得擅 自更改操作步骤或省略操作。
在操作过程中应注意保护个人安全， 避免发生意外伤害。
泊松比是描述材料横向变形与纵 向变形之间关系的参数，通常用
数据采集与处理
数据采集系统搭建
搭建稳定、可靠的数据采集系统，包 括传感器、放大器、数据采集卡等， 确保能够实时、准确地采集试验数据 。
数据处理与分析
对采集到的试验数据进行处理和分析 ，包括数据整理、统计、绘制图表等 ，以得出试样的力学性能指标和相关 结论。
04 试验结果分析
应力-应变曲线
加载装置与控制
加载装置选择
根据试验要求选择合适的加载装 置，如砝码、液压缸、气压缸等 ，确保加载稳定、准确、安全。
加载方式设计
根据试样的特性和试验目的，设 计合适的加载方式，如恒速加载
、恒力加载、循环加载等。
控制系统构建
建立完善的控制系统，实现对加 载装置的精确控制，包括加载速 度、加载力值、循环次数等参数
应力-应变曲线是单调加载静力试验中最重要的结果之一，它描述了材料在受到外力 作用时，应力与应变之间的关系。
曲线通常包括弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段，这些阶段的特征对于评 估材料的力学性能至关重要。
通过应力-应变曲线可以确定材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等关键参数。
弹性模量与泊松比
弹性模量是描述材料抵抗弹性变 形能力的参数，通常用E表示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ04
准备好记录试验数据的 表格和工具，以便在试 验过程中记录数据。
操作注意事项
在操作过程中应保持专注，避免分散 注意力，以免发生意外。
在试验过程中应注意观察设备的运行 状态和试样的变化情况，如有异常应 及时停止试验并采取相应的措施。
严格按照操作规程进行试验，不得擅 自更改操作步骤或省略操作。
在操作过程中应注意保护个人安全， 避免发生意外伤害。
泊松比是描述材料横向变形与纵 向变形之间关系的参数，通常用
结构静载试验
0结构重要性系数，根据安全等级有1.1,1.0,0.9。
u 为构件承载力检验系数允许值，见表5.6
38
承载力检验标志及检验系数
受力 情况 标志 编号
承 载 力 检 验 标 志
检验 系数
受拉（轴拉、偏拉、受弯、大偏压）
B1
B2
B3
裂缝>1.5mm, 受压砼压坏
挠度 >1/50
1-3
热处 1-3
ag0--试件自重和加载设备重引起的挠度； ag0=(Mg/Mb)*ab0
30Βιβλιοθήκη Mg---是试件自重和加载设备重产生的弯距。 Mb、ab0 ---分别是试件出现裂缝前一级荷载产生的弯距和挠 度实测值。 ap----预应力钢筋的预压作用使构件产生反拱；对研究性试验 取实测值，对鉴定性试验取计算值； φ ----因加载图式变化产生的修正系数。见表5.1
对于超筋构件，受压区砼一般先破坏（裂缝宽度和挠度没达到上 述值）。
对于少筋构件，裂缝一开裂，裂缝处钢筋即被拉断。
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承载力极限状态的标志
• 轴心受压或小偏心受压构件（柱）：混凝土被压坏或 被劈裂，即混凝土受压破坏。
• 受弯构件的受剪和偏心拉压构件的受剪：腹筋屈服， 或裂缝宽度达到1.5mm，或沿斜裂缝混凝土斜压破坏 或斜拉破坏。
• 解：（1）计算该设计梁的内力并绘制内力图形 Mmax=ql2/8=312.5KNm Qmax=ql/2=250KN 内力图形如图。
7
（2）设计加载图式 荷载总值=100*5=500KN 四个集中力大小=500/4=125KN 作用点的位置：第一个距支座L/8=625mm 其它荷载相距L/4=1250mm 分配梁：单跨，上下两层，上层支座在下层分配梁跨中。 （3）计算该实验梁的内力并绘制内力图形
单调加载静力试验
2、试验荷载制度 试验荷载制度是试验进行期间荷载与时间的关系。正确 制定试验的加载制度和加载程序，才能正确了解结构的承载 能力和变形性质，才能将试验结果相互进行比较。 荷载制度包括：加载卸载程序、加载卸载的大小。 静力试验的加载程序：预载、标准荷载（正常使用荷载）、 破坏荷载三阶段。 预载试验：分三级进行，每级不超过标准荷载值的20%，然 后再分级卸载，2~3级卸完。
2、人工激振法测量结构阻尼 （1）自由振动法确定阻尼 （2）按强迫振动的共振曲线确定结构的阻尼 （3）由动力系数求阻尼比 3、振型测量 测定结构振型时必须对结构施加一激振力，并使结构按某 一阶固有频率振动，当测得结构这时各点位移值并连成变形 曲线，即可得到对应于该频率下的结构振型。
五、结构抗震动力加载试验 （1）周期性的动力加载试验 试验方法有：偏心激振器、电液伺服加载器、单向周期振动 台等。 （2）非周期性动力加载试验 试验方法主要有：模拟地震振动台试验、人工地震（人工爆 破）试验、天然地震试验
六、试验加载装置设计 1、强度要求 2、刚度要求 3、真实要求 4、简便要求
七、试验设备准备计划 试验荷载方案完 Nhomakorabea后，需进行制定试验设备准备计划， 说明设备的型号、数量、来源以及准备方式。
第五节 试验观测方案设计
测试方案通常包括的内容有： （1）按整个试验目的要求，确定试验测试的项目； （2）按确定的量测项目要求，选择测点位置； （3）综合整体因素选择测试仪器和测定方法。 一、观测项目的确定 在确定试验的观测项目时，首先应该考虑反映结构工作 状况的整体变形，如梁的挠度。而在条件许可的情况下，根 据试验目的，也经常需要测定一些局部变形，如应变、裂缝 和钢筋滑移等。 总的来说，破坏性试验本身能够充分地说明问题，观测 项目和测点可以少些，而非破坏性试验的观测项目和测点布 置，则必须满足分析和推断结构工作状况的最低需要。
2、人工激振法测量结构阻尼 （1）自由振动法确定阻尼 （2）按强迫振动的共振曲线确定结构的阻尼 （3）由动力系数求阻尼比 3、振型测量 测定结构振型时必须对结构施加一激振力，并使结构按某 一阶固有频率振动，当测得结构这时各点位移值并连成变形 曲线，即可得到对应于该频率下的结构振型。
五、结构抗震动力加载试验 （1）周期性的动力加载试验 试验方法有：偏心激振器、电液伺服加载器、单向周期振动 台等。 （2）非周期性动力加载试验 试验方法主要有：模拟地震振动台试验、人工地震（人工爆 破）试验、天然地震试验
六、试验加载装置设计 1、强度要求 2、刚度要求 3、真实要求 4、简便要求
七、试验设备准备计划 试验荷载方案完 Nhomakorabea后，需进行制定试验设备准备计划， 说明设备的型号、数量、来源以及准备方式。
第五节 试验观测方案设计
测试方案通常包括的内容有： （1）按整个试验目的要求，确定试验测试的项目； （2）按确定的量测项目要求，选择测点位置； （3）综合整体因素选择测试仪器和测定方法。 一、观测项目的确定 在确定试验的观测项目时，首先应该考虑反映结构工作 状况的整体变形，如梁的挠度。而在条件许可的情况下，根 据试验目的，也经常需要测定一些局部变形，如应变、裂缝 和钢筋滑移等。 总的来说，破坏性试验本身能够充分地说明问题，观测 项目和测点可以少些，而非破坏性试验的观测项目和测点布 置，则必须满足分析和推断结构工作状况的最低需要。
结构单调加载静力试验
*
测点布置
可以利用结构和荷载的对称性，在屋架一半布置主要测点，而在另一半布置校核测点。 节点位移：大量程的挠度计或者用米厘纸制成标尺通过水准仪进行观测。
*
杆件的内力测量 通过测应变来测量杆件内力。
*
杆件的内力测量测点布置
*
3）节点应变测量测点布置：上弦节点
*
端部节点应变测量
*
4）锚具性能测量
1.30
钢丝、钢绞线、热处理钢筋
1.45
受拉主筋拉断
1.50
受弯构件的受剪
腹部斜裂缝达到1.5mm,或斜裂缝末端受城市混凝土 剪压破坏
1.40
沿斜截面混凝土斜压破坏,受拉主筋在端部滑脱或其 他锚固破坏
1.55
轴心受压、小偏心受压
混凝土受压破坏
1.50
注：热轧钢筋系指HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级钢筋。
*
由荷载一应变曲线观测混凝士的开裂
*
斜裂缝测点
*
转角和曲率的测量
转角：用角位移传感器进行测量。常用的角位移传感器和线位移传感器都是测量测点相对于地面的转角，测量结果处理时应该考虑支座沉陷引起的刚体转动。 曲率：用应变计或位移计进行测量，在该截面的上下边缘布置应变或位移测点，通过测量上下边缘的应变来计算曲率。
*
1、试件安装和加载方法 就位方式：一般采用正位试验。现场试验时还可以采用成对试件的卧位试验。安装时应设置侧向支撑，以保证屋架上弦的侧向稳定。 支承方式：与梁相同，支承垫板应留有充分余地。 加载方式：可以采用重力直接或杠杆加载。当施加多点集中荷载并且节点荷载较大时，采用同步液压加载。
重 物 加 载
空载持续时间t4：1.5t2
*
测点布置
可以利用结构和荷载的对称性，在屋架一半布置主要测点，而在另一半布置校核测点。 节点位移：大量程的挠度计或者用米厘纸制成标尺通过水准仪进行观测。
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杆件的内力测量 通过测应变来测量杆件内力。
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杆件的内力测量测点布置
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3）节点应变测量测点布置：上弦节点
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端部节点应变测量
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4）锚具性能测量
1.30
钢丝、钢绞线、热处理钢筋
1.45
受拉主筋拉断
1.50
受弯构件的受剪
腹部斜裂缝达到1.5mm,或斜裂缝末端受城市混凝土 剪压破坏
1.40
沿斜截面混凝土斜压破坏,受拉主筋在端部滑脱或其 他锚固破坏
1.55
轴心受压、小偏心受压
混凝土受压破坏
1.50
注：热轧钢筋系指HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级钢筋。
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由荷载一应变曲线观测混凝士的开裂
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斜裂缝测点
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转角和曲率的测量
转角：用角位移传感器进行测量。常用的角位移传感器和线位移传感器都是测量测点相对于地面的转角，测量结果处理时应该考虑支座沉陷引起的刚体转动。 曲率：用应变计或位移计进行测量，在该截面的上下边缘布置应变或位移测点，通过测量上下边缘的应变来计算曲率。
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1、试件安装和加载方法 就位方式：一般采用正位试验。现场试验时还可以采用成对试件的卧位试验。安装时应设置侧向支撑，以保证屋架上弦的侧向稳定。 支承方式：与梁相同，支承垫板应留有充分余地。 加载方式：可以采用重力直接或杠杆加载。当施加多点集中荷载并且节点荷载较大时，采用同步液压加载。
重 物 加 载
空载持续时间t4：1.5t2
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