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第二章 试验荷载及其设备 §2.1 概述 一、 结构上作用的分类 二、 结构试验对仪器设备的要求 一、结构上作用的分类 结构上的作用分为直接作用和间接作用。 直接作用：主要是指荷载的作用，包括结构自重和作用在结构上的外力，分为静荷载作用和动荷载作用两类。 间接作用：引起结构附加变形和约束变形的原因。 二、结构试验对仪器设备的要求 1）选用的试验荷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，即使截面或部位产生的内力与设计计算等效。 2）荷载传递方式和作用点要明确，产生的荷载值要稳定，满足试验的准确度，特别是静力荷载应不随加载时间、外界环境和结构的变形而变化。 3）荷载分级的分度值要满足试验量测的精度要求。 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，即应满足刚度要求有足够的强度储备，防止对试件产生卸荷作用而减轻结构实际承担的荷载。 5）加载设备要操作方便，便于加载和卸载，并能控制加载速度，还能适应同步加载或先后加载的不同要求。 6）加载设备不应参与结构工作，导致改变结构的受力状态或使结构产生次应力。 7）尽量采用先进技术，减轻劳动强度，提高试验效率和质量。 §2-2　重力加载 重物加载是利用物体本身的重量施加在结构上作为荷载。 在实验室内可以采用的重物有专门制作的标准铸铁砝码，混凝土立方试块、水箱等；在现场试验可以就地取材如砖、砂、石、袋装水泥等建筑材料，或废构件、钢锭等。重物可以直接加在试验结构上，也可以通过杠杆系统间接加在试件上。 2-2-1　重力直接加载 1．重物加载的形式 重物荷载可直接堆放于结构表面（如板的试验）作为均布荷载（图2-1）或置于荷载盘上通过吊杆挂在结构上形成集中荷载（图2-2），此时吊杆与荷载盘的自重应计入第一级荷载。 2-2-1　重力直接加载 2．加载应注意的几个问题 （1）当使用砂石等松散颗粒材料加载时，如果将材料直接堆放于结构表面，将会造成荷载材料本身的起拱，而对结构产生卸荷作用，为此最好将颗粒材料置于一定容量的无底箱框之中，然后叠加于结构之上，在试验构件跨度方向施加的箱框数量不应少于两个。 （2）当采用型体较为规则的块状材料加载，如砖块、铸铁块、钢锭等，则要求叠放整齐，每堆重物的宽度≤L/6（L为试验结构的跨度），堆与堆之间应有一定间隔（约50～100mm）。 （3）如果利用钢锭作用载重，为了加载的方便与安全，要求每块质量不大于20kg。 （4）当利用吊杆荷载盘施加集中荷载时，每个荷载盘应分开或通过静定的分配梁体系作用于试验对象上，使结构所受的荷载明确。 2-2-1　重力直接加载 3.优、缺点 优点：试验用的重物容易取得，不影响结构的自由变形，特别适用于长期荷载和均布荷载试验。 缺点：加载过程中需要花费较大的劳动力，此外，利用砂石、砖块等材料作为荷载，它们的容重常随大气温度、湿度改变而发生变化即由于其含水率的变化，以致荷载不易恒定，使荷载值产生误差。 2-2-1　重力直接加载 利用水作均布荷载试验，如图2-3所示是一种简易方便而且又十分经济的加载方法。加载时可以直接用自来水管放水，水的比重为1，从标尺上的水深就可知道荷载值的大小，卸载也方便，可采用虹吸管原理放水卸载，特别适用于网架结构和平板结构加载试验。 缺点是全部承截面被水掩盖，不利于布置仪表和观测。当结构产生较大变形时，要注意水荷载的不均匀所产生的影响。 2-2-2　杠杆加载 1．加载形式 当利用重物作集中荷载时，经常会受到荷载量的限制，常采用杠杆原理将荷载值放大，将荷重放大作用于结构上。如图（2-4） 2-2-2　杠杆加载 2．特点 杠杆制作方便，荷载值稳定不变，当结构有变形时，荷载可以保持恒定，对于做持久荷载试验尤为适合。 杠杆加载的关键是要有牢固稳妥的支承反力装置。 3．加载应注意的问题 杠杆比例不宜过大。支点、力点和加载点位置必须明确，并应在同一直线上。 杠杆应有足够的强度、刚度，防止自身的总体失稳。 §2-3　液压加载法 液压加载是目前最常用的试验加载方法。 优点：利用油压使液压千斤顶产生较大的荷载，试验操作安全方便。 对于大型结构试验，当要求荷载点数多，采用多点同步加载更为合适。尤其是电液伺服技术在液压加载设备中得到广泛应用后，为结构模拟地震荷载试验创造了有利条件。 2-3-1　液压加载器 液压加载器俗称千斤顶，是液压加载设备中的一个主要部件。其主要工作原理是用高压油泵将具有一定威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。 2-3-2　液压加载系统 液压加载系统的组成 储油箱、高压油泵、测力装置和各类阀门组成的操纵台，通过高压油管同时并联连接若干个液压加载器组成。 必须配置各种支承系统，来承受液压器对结构加载时产生的