(结构试验)第三章结构试验加载方法与设备
砼结构试验标准(可编辑引用版))
结构设计—混凝土结构试验方法标准GB50152—92 第一章总则主编部门：中华人民共和国原城乡建设环境保护部批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：1992年7月1日关于发布国家标准《混凝土结构试验方法标准》的通知建标［1992］29号根据原国家计委计综［1986］2630号文的要求，由中国建筑科学研究院会同有关单位共同编制的《混凝土结构试验方法标准》，已经有关部门会审。
现批准《混凝土结构试验方法标准》GB50152—92为国家标准，自1992年7月1日起施行。
本标准由建设部负责管理，由中国建筑科学研究院负责解释。
出版发行由建设部标准定额研究所负责组织。
中华人民共和国建设部1992年1月7日编制说明本标准是根据原国家计委计综［1986］2630号文的要求，由中国建筑科学研究院会同有关单位共同编制而成。
在本标准的编制过程中，标准编制组进行了广泛的调查研究，认真总结我国建国以来的科研成果和试验工作的实践经验，参考了有关国际标准和国外先进标准，针对主要试验技术问题开展了科学研究与试验验证工作，并广泛征求了全国有关单位的意见，最后，由我部会同有关部门审查定稿。
鉴于本标准系初次编制，在执行过程中，希望各单位结合混凝土结构试验工作实践和科学研究，认真总结经验，注意积累资料，如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料寄交我部中国建筑科学研究院结构所（北京安外小黄庄），以供今后修订时参考。
中华人民共和国建设部1991年10月第一章总则第1.0.1条为确保混凝土结构试验的质量，正确评价混凝土结构的基本性能，统一混凝土结构的试验方法，特制定本标准。
第1.0.2条本标准适用于工业与民用建筑和一般构筑物的钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构的荷载试验。
不适用于有特殊要求的研究性试验，以及处于高温、负温、侵蚀性介质等环境条件下的结构试验。
第1.0.3条在执行本标准时,还应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GBJ10—89、《建筑结构荷载规范》GBJ9—87以及其它有关标准、规范的规定。
结构试验(加载方法及设备)
集中荷载： 置于荷载盘上挂于结构上
利用荷重盘进行集 中荷载的加载
建筑结构试验
利用杠杆，加大荷载值
注意： 杠杆臂之比在1：5之内，荷载比太大就难以保 证加载的准确性。
建筑结构试验
2.3 机械力加载法 利用简单的机械原理对结构试件加载，试验中采用 的有卷扬机加载法、倒链加载法、机械千斤顶加载 法及弹簧加载法等。
采用卷扬机等机械设备加载时，应保证钢丝绳和 滑轮组的质量，并具有足够的安全储备。 利用钢丝或绳索施加拉力时，可以和滑轮组联合 使用，通过滑轮组来改变力的大小和方向。
建筑结构试验
2. 4 气压加载法
2、加载值稳定，波动小。适用于长期性的结构试验，砼徐变 试验、耐久性试验，结构现场长期观测试验。
3、能较好的模拟均布线荷载或均布面荷载，使试件的受力更 接近于结构实际的受力状态。
4、当采用汽车载重加载时，可实现对结构的动力加载，如桥 梁结构的动力加载试验。
5、重力加载的工作量很大，加卸载速度缓慢，耗费时间长。
▪ 加载方式：重力直接加载法、间接加载法
建筑结构试验
▪ 一、重力加载的荷载作用方式
▪ 重力直接加载 将物体的重力直接作用于结构上的一种加载方法，即在结构 表面堆放重物模拟构件表面的均布荷载。 试验时可将重物按分级重量逐级施放；或在结构表面围设水 箱，利用防水膜止水，再向水箱内灌水。 水加载优点：水的重力作用最接近于结构的重力状态，易于 施加和排放，加卸载便捷，适用于大面积的平板试件，如楼 面、屋面、桥面。
学习重点：重力加载，液压加载，荷载支承装置和试 验台座。
建筑结构试验
2.1概述
结构试验
模拟结构在实际受力工作状态下的反应
对试验对象施加荷载 因此
结构静载试验-第3节应变测试技术汇总.
⑵ε:σ=Eε=Mh/2I f=ML2/3EI ε=3hf/2L2 =0.0005 ⑶K: K=△R/R/ε=2.0
① ②
2、电阻应变片的构造
敏感栅：用金属材料或半导体材料制成的单丝或栅状丝。 基底:纸基和胶基 覆盖层 引出线
电阻应变片构造示意图 1.引出线 2.敏感栅 3.覆盖层 4.基底层
3、电阻应变片的种类及分类
按敏感栅所用材料分类：金属电阻应变片（金属 丝式应变片、箔式应变片、薄膜应变片）和半导 体应变片； 按敏感栅结构的形状分类： 单轴和多轴（应变花） 按应变片的工作温度： 低温片（低于-30℃）、常温片（-30～60℃） 中温片（60～350℃）、高温片（350℃以上） 按基底材料：胶基和纸基
三、应变测试技术
为什么要进行结构应变测试
在外力作用下，工程结构内部产生应力，不同部 位的应力值是评定结构工作状态的重要指标，也 是建立结构理论的重要依据。 但是，目前直接测定构件截面的应力值还没有较 好的方法，一般方法是先测定应变，而后通过 σ=Eε的关系间接测定应力，或由已知的σ-ε 关系曲线查得应力。 应变量测在工程结构试验量测中有极其重要的地 位。应变量测往往还是其他物理量量测的基础。
第三章 结构静载试验
结构静载试验是最常规的试验之一。静载试验 中使用的仪器、仪表和设备可分为加载设备、测试 元件和仪表、放大仪和记录仪等仪器设备。试验中 观测的物理量为力、位移、应变、温度、裂缝宽度 与分布、破坏或失稳形态等。 一、静载试验加载设备 二、试验装置的支座设计 三、应变测试技术 四、静载试验用仪器仪表 五、静载试验准备与实施 六、结构静载试验示例
（二）电测法
电测法（非电量的电测技术） 在测量过程中，常将某些物理量（如长度）发生 的变化，先变换为电参量的变化，然后用量电器 进行量测，这种方法称为电测法。 在结构试验中，因结构受外荷载或受温度及约束 等原因而产生应变，应变为机械量（即非电量） ，用量电器量测非电量，首先必须把非电量（应 变）转换成电量的变化，然后才能用量电器量测 。量测由应变引起的电量变化称为应变电测法。
建筑结构试验复习资料
建筑结构试验第一章绪论1，建筑结构试验的任务：就是在结构物或试验对象上，以仪器设备为工具，利用各种试验技术为手段，在荷载或其他因素作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数，从强度、刚度、抗裂性以及结构的破坏形态等各个方面来判断结构的实际工作性能，估计结构的承载能力，确定结构对使用要求的符合程度，并用以检验和发展结构的计算理论。
2，生产性试验：（具有直接的生产目的，以实际建筑物或结构构件为试验鉴定对象，经过试验对具体结构构件作出正确的技术结论）常用以解决以下问题：①综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量②鉴定预制构件的产品质量③已建结构可靠性检验，推断和估计结构的剩余寿命④工程改建或加固，通过试验判断具体结构的实际承载能力⑤处理受灾结构和工程质量事故，通过试验鉴定提供技术依据3，科研性试验：（目的是验证结构设计计算的各种假定，通过制定各种设计规范，发展新的设计理论，改进设计计算方法，为发展和推广新结构、新材料及新工艺提供理论依据与实践经验）①验证结构计算理论的假定②为制定设计规范提供依据③为发展和推广新结构、新材料及新工艺提供理论依据与实践经验4，结构试验分类：按试验对象分：①原型试验②模型试验。
按试验荷载性质分：①结构静力试验②结构动力试验③结构抗震试验。
按试验时间长短分：短期荷载试验和长期荷载试验按试验所在场地分：实验室结构试验和现场结构试验。
按试验是否破坏分结构破坏试验和结构非破坏试验。
模型试验分：⑴相似模型试验：几何相似、力学相似、材料相似⑵缩尺模型试验：原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物⑶足尺模型试验：结构静力试验：加载过程实质和再从零开始逐步递增一直加到试验某乙预定目标或结构破坏为止。
结构动力试验: 研究结构在不同性质动力作用下结构动力特性和动力反应的试验。
分：⑴结构动力特性试验：指结构受动力荷载激励时，在结构自由振动或强迫振动情况下量测结构自身所固有的动力性能试验。
用人工激振或环境随机激振，量测自振频率、阻尼系数和结构振型。
结构荷载
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建筑结构试验
人激振动加载法：
人身体有规律的运动，在共振情况下可产生较大 的激振力（有阻尼自由振动）。
环境随机振动激振法：
又称脉动法； 由地面脉动产生建筑物脉动，再对其进行模态参 数识别。
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动力荷载
建筑结构试验
1） 随机荷载
建筑结构由于受外界的干扰而经常处于不规则的振动 中，其振幅在10μm以下，称之为脉动。
、试验台座。
现场试验
♦ 反力支架（包括平衡重、锚固桩头、现浇地梁和箍 架等）。
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荷载支承机构：
建筑结构试验
试验台座（槽式）
横梁
建筑结构试验
立柱
竖向反力架
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荷载支承机构：
建筑结构试验
水平反力架
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建筑结构试验
结构试验台座：
抗弯大梁式台座和空间桁架式台座
♦ 适用于中小型构件试验，跨度短、荷载小； ♦ 特点：自平衡式，对支座和支承条件无要求。
♦ 地震模拟振动台。
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液压加载器：
建筑结构试验
液压千斤顶
电动泵
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液压加载系统：
建筑结构试验
组成部分
♦ 液压加载器 ♦ 液压控制台 ♦ 反力架 ♦ 台座
适用于各类结构的静载试验（包括拟静力试验）
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液压加载系统：
液压千斤顶 竖向反力架
支墩
手动油泵 5M钢桁架结构 静力分析试验
建筑结构试验
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3
3
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建筑结构试验
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1－试验结构模型；2－控制室；3－振动台台面；4－电液伺服助动器； 5－振动台基础；6－液压动力系统
(结构试验)第三章结构试验加载方法与设备
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3.2 静力加载方法
大型结构试验机
大型结构试验机是结构 试验室内进行大型结构 试验的专门设备，比较 典型的是结构长柱试验 机，用以进行柱、墙板 、砌体、节点与梁的受 压与受弯试验。试验机 由液压操纵台、大吨位 的液压加载器和机架三 部分组成。
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3.2 静力加载方法
这类加载装置的优点是试验用的重物容易取得，并可重复使 用，但加载过程中需要花费较大的劳动力。
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利用水作为重力加载用的荷载装置，是一个简易方便而且甚 为经济的方案。对于大面积的平板试验，如楼面、平屋面等 钢筋混凝土结构可以采用特殊的盛水装置作为均布荷载直接 加于结构表面。
在现场试验水塔、水池、油库等特种结构时，水是最为理想 的试验荷载，它不仅附合结构物的实际使用条件，而且还能 检验结构的抗裂抗渗情况。
➢电液伺服系统在试验加载设备中得到广泛应用后，为结构 动力试验模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载创 造了有利条件，使动力加载技术发展到了一个新的高度。
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3.2 静力加载方法
大型结构试验机
大型结构试验机是结构 试验室内进行大型结构 试验的专门设备，比较 典型的是结构长柱试验 机，用以进行柱、墙板 、砌体、节点与梁的受 压与受弯试验。试验机 由液压操纵台、大吨位 的液压加载器和机架三 部分组成。
第三章 结构试验加载方法与 设备
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3.2 静力加载方法 重力直接加载法
重物荷载可直接堆放于结构表面（如板的试验）形成均布荷 载，或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载。
第三章 加载设备与试验装置
土木工程结构试验与检验—加载设备与试验装置 3.4.3 电液伺服加载系统
√ 组成之三：液压源
液压源为整个实验系统提供液压动力。对于电液
伺服作动器这种高精度加载设备，相应的液压源也有
很高的技术要求，例如要保持液压油的压力和流量工
作稳定，同时对供电也有一定的要求，还要有安全保
护环节及其监测仪表，以保证液压源的安全运行。另 外，电液伺服加载系统所用液压油的洁净程度比一般
从而由作动器推动台面能在垂直轴或水平轴方向上产
生相位受控的正弦运动或随机运动。
土木工程结构试验与检验—加载设备与试验装置 3.4.4 模拟地震振动台
√ 组成之三：控制系统
地震模拟振动台的控制系统主要由模拟控制和数 字控制两部分组成。 模拟控制方法又分为两种。一种是采用位移反馈 控制的PID控制方法，同时利用压差反馈作为提高系
√ 现场激振法：人体激振、人工爆炸激振、环境
随机振动
土木工程结构试验与检验—加载设备与试验装置 3.5.1 惯性力加载法
√ 利用运动物体质量的惯性施加动力荷载 √ 一、冲击力加载法：
特点：荷载作用试件极为短促，在它的作用下被加载结构产生 自由振动，适用于结构动力特性的试验。
（a） （ b）小模型 图3.5.1 用张拉突卸法（初位移加载法）对结构施加冲击力荷载 1-结构物；2-钢丝绳；3-铰车；4-钢拉杆；5-保护索；6-模型；7-钢丝； 8-滑轮；9-支架；10-重物；11-减振垫层
液压设备的高许多，在供油管路和回油管路都装有过
滤器，这主要是为了保证作动器上的电液伺服阀能够
安全可靠地工作。
土木工程结构试验与检验—加载设备与试验装置 3.4.4 模拟地震振动台
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结构试验加载方法与设备
结构试验加载方法与设备结构试验是一种对构件、结构体系、材料等进行力学性能和安全评估的方法，常用于工程实践中。
为了进行结构试验，需要合适的加载方法和设备来提供所需的力和位移。
本文将介绍一些常见的结构试验加载方法和设备。
一、加载方法：1.静载荷法：静载荷法是最简单和常用的加载方法之一、它是通过在构件上施加恒定的静力来加载构件，如通过重力、螺栓预应力等来提供静力。
此方法适用于强度和刚度的评估。
2.动转法：动转法是利用电机或气动液压系统产生旋转力矩或摩擦力矩来加载构件。
常见的动转法有摩擦力矩法、转轴法和测力矩法。
该方法可用于评估构件的强度、疲劳寿命和动态响应特性。
3.预制压力法：预制压力法是通过预先给定的压力来加载构件，如压力容器试验中的液体或气体压力。
该方法主要用于评估构件的稳定性和密封性能。
4.动力加载法：动力加载法是利用冲击、振动或爆炸等方式对构件进行瞬时或周期性的力加载。
该方法主要用于评估构件的动态响应特性和疲劳寿命。
二、加载设备：1.压力加载设备：压力加载设备用于施加压力加载的试验。
例如，液压机可提供大范围的静态和动态油压加载。
气动系统也可用于提供气体压力加载。
2.弯曲加载设备：弯曲加载设备用于施加弯矩加载的试验。
例如，弯矩加载台可通过应变臂和负荷辊来产生弯矩。
电机驱动的矩形弯矩台可提供多种不同弯矩荷载。
3.拉伸加载设备：拉伸加载设备用于施加拉伸荷载的试验。
例如，拉伸试验机可通过伸缩夹具和负荷传感器来产生拉伸荷载，并测量样品的应变和负荷。
4.冲击加载设备：冲击加载设备用于施加冲击加载的试验。
例如，冲击试验机可通过释放重锤或弹簧装置来产生冲击荷载，以模拟构件在意外冲击或爆炸中的响应。
5.振动加载设备：振动加载设备用于施加振动加载的试验。
例如，振动台可通过振动台面和激振器来产生各种频率和振幅的振动，以模拟构件在地震或机械振动中的响应。
总之，结构试验加载方法和设备的选择取决于试验的目的、要求和试验对象的性质。
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3.2 静力加载方法
杠杆加载法 利用重物作集中荷载，会受到荷载量的限制，这时可以利用 杠杆将荷重放大后作用在结构上，不仅能扩大重力荷载的使 用范围，而且还可减轻加载的劳动强度。
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3.2 静力加载方法
杠杆加载法特点
➢优点：设备简单，取材方便，荷载恒定，加载形式灵活。 ，对持久荷载试验及进行刚度与裂缝的研究尤为合适。
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3.4 载荷支承装置和试验台座
现场试验荷载的装置
➢由于受到施工运输条件的限制，对于一些跨度较大的屋架， 吨位较重的吊车梁等构件，经常要求在施工现场解决试验问题 ，为此试验工作人员就必须要考虑适于现场试验的加载装置。 从实践证明，现场试验装置的主要矛盾是液压加载器加载所产 生的反力如何平衡的问题，也就是要设计一个能够代替静力试 验台座的荷载平衡装置。
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✓加载反力装置本身应当具有足够的刚度、承载力和整体稳定性 ，应当能够满足试件的受力状态和睦拟试件的实际边界条件。
✓加载反力装置应当尽可能地作到结构简单、安装方便，以便缩 短整个实验过程的周期。
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3.4 载荷支承装置和试验台座
抗弯大梁式台座和空间桁架式台座 在预制品构件厂和小型的结构试验室中，由于缺少大型的试验台 座，可以采用抗弯大梁式或空间桁架式台座来满足中小型构件试 验或混凝土制品检验的要求。
初速度加载法 也称突加荷载法。如利用摆锤或落重的方法使结构在瞬时内 受到水平或垂直的冲击，产生一个初速度，同时使结构获得 所需的冲击荷载。
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3.3 动力加载方法
初速度加载法 冲击试验
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3.4 载荷支承装置和试验台座
试验荷载支承装置是满足试验荷载设计、实现荷载图式、结构 受力和边界条件要求以及保证试验加载正常进行的关键之一。
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3.1 概述
加载要求
在选择试验荷载和加载方法时，应满足下列几点要求： ➢选用试验荷载的图式应与结构设计计算的荷载图式所产生的内力值相一 致或基本接近； ➢荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值稳定，特别是静力荷载要 不随加载时间、外界环境和结构的变形而变化； ➢荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求，加载设备要有足够的强 度储备； ➢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，即尚必须满足刚度要求。防止对试件产生卸荷作用 而减轻了结构实际承担的荷载； ➢加载设备必须操作方便，便于加载和卸载，并能控制加载速度，又能适 应同步加载或先后加载的不同要求。 ➢加载设备要力求采用现代化先进技术，减轻劳动强度，提高检测质量。
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3.2 静力加载方法
液压加载系统 液压加载系统主要是由储油箱、高压油泵、液压加载器、测 力装置和各类阀门组成的操纵台通过高压油管连接组成。当 使用液压加载系统在试验台座上或现场进行试验时尚必须配 置各种支承系统，来承受液压加载器对结构加载时产生的平 衡力。
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➢在工地现场广泛采用的是平衡重式的加载装置，其工作原理 与前述固定试验设备中利用抗弯大梁或试验台座一样，即利用 平衡重来承受与平衡由液压加载器加载所产生的反力。
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机械力与气压加载设备
吊链、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等是机 械力加载常用机具。
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利用气体压力对结构加载有两种方式：一种是利用压缩空气 加载；另一种是利用抽真空产生负压对结构构件施加荷载。 由于气压加载所产生的为均布荷载，所以，对于平板或壳体 试验尤为适合。 对于某些封闭结构，可以利用真空泵抽真空的方法，造成内 外压力差，即利用负压作用使结构受力。
➢电液伺服系统在试验加载设备中得到广泛应用后，为结构 动力试验模拟地震荷载、海浪波动等不同特性的动力荷载创 造了有利条件，使动力加载技术发展到了一个新的高度。
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3.2 静力加载方法
大型结构试验机
大型结构试验机是结构 试验室内进行大型结构 试验的专门设备，比较 典型的是结构长柱试验 机，用以进行柱、墙板 、砌体、节点与梁的受 压与受弯试验。试验机 由液压操纵台、大吨位 的液压加载器和机架三 部分组成。
，尤其当需要恒载时更难以保
持稳压状态。所以，比较理想
的加载方法是采用能够变荷的
同步液压加载设备来进行试验
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3.2 静力加载方法
液压加载特点 ➢液压加载是目前结构试验中应用比较普遍和理想的一种加 载方法。
➢最大优点是利用油压使液压加载器（千斤顶）产生较大的 荷载，试验操作安全方便，特别是对于大型结构构件试验要 求荷载点数多，吨位大时更为合适。
第三章 结构试验加载方法与 设备
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3.1 概述
工程结构的作用
直接作用：荷载作用，包括结构自重与施加在结构上的荷载 间接作用：主要有温度变化、地基不均匀沉降和结构内部物理或化学作用
直接作用分类
结构试验除极少数是在实际荷载下实测外，绝大多数是在模拟 荷载条件下进行的。
支座
铰支座要求： 1、保证试件在支座处能自由 转动。 2、保证试件在支座处可将力 良好传递。 3、试件支座处铰的上线垫板 要有一定得刚度。
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3.4 载荷支承装置和试验台座
反力加载装置 目前常用的反力装置主要有反力墙、反力台座、门式刚架、反 力架和相应的各种组合类型，图为《建筑抗震试验方法规程》 中建议的几种实验加载装置。
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3.3 动力加载方法
初位移加载法
也称为张拉突卸法。在结构上拉一钢丝缆绳，使结构变形而 产生一个人为的初始强迫位移，然后突然释放，使结构在静 力平衡位置附近作自由振动。对于小模型则可采用悬挂的重 物通过钢丝对模型施加水平拉力，剪断钢丝造成突然卸荷。
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3.3 动力加载方法
➢缺点：荷载量不能很大，操作笨重而费工。此外，当采用 重力加载方式试验时，一旦结构达到极限承载能力，因荷重 不能随结构变形而自动卸载，容易使结构产生过大变形而倒 塌。因此，安全保护措施应当足够重视。
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3.2 静力加载方法
液压加载器
➢液压加载器又称千斤顶，是液压加载设备中的一个主要部 件。 ➢主要工作原理是用高压油泵将具有一定压力的液压油压入 液压加载器的工作油缸，使之推动活塞，对结构施加荷载。
支座
结构试验中的支座是支承结 构、正确传递作用力和模拟 实际荷载图式的设备，通常 由支座和支墩组成。 支座按作用方式不同有滚动 铰支座、固定铰支座、球铰 支座和刀口支座（固定铰支 座的一种特定形式）几种。
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3.4 载荷支承装置和试验台座
试验荷载支承装置是满足试验荷载设计、实现荷载图式、结构 受力和边界条件要求以及保证试验加载正常进行的关键之一。
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3.2 静力加载方法
大型结构试验机
大型结构试验机是结构 试验室内进行大型结构 试验的专门设备，比较 典型的是结构长柱试验 机，用以进行柱、墙板 、砌体、节点与梁的受 压与受弯试验。试验机 由液压操纵台、大吨位 的液压加载器和机架三 部分组成。
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3.2 静力加载方法
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3.2 静力加载方法
液压加载系统 ➢液压加载法中利用普通手动液压加载器配合加荷承力架和 静力试验台座使用，是最简单的一种加载方法。
➢设备简单，作用力大，加载 卸载安全可靠，与重力加载法 相比，可大大减轻笨重的体力 劳动。
➢但如要求多点加载时则需要
多人同时操纵多台液压加载器
，这时难以做到同步加载卸载
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利用水作为重力加载用的荷载装置，是一个简易方便而且甚 为经济的方案。对于大面积的平板试验，如楼面、平屋面等 钢筋混凝土结构可以采用特殊的盛水装置作为均布荷载直接 加于结构表面。
在现场试验水塔、水池、油库等特种结构时，水是最为理想 的试验荷载，它不仅附合结构物的实际使用条件，而且还能 检验结构的抗裂抗渗情况。