第三章结构试验的荷载设备.doc

第三章 结构试验的荷载设备 3．1概述 结构试验为模拟结构在实际受力工作状态下的结构反应，必须对试验对象施加荷载，所以结构的荷载试验是结构试验的基本方法。试验用的荷载形式、大小、加载方式等都是根据试验的目的要求，以如何能更好地模拟原有荷载等因素来选择。 结构的动力性能，很大程度上决定于所承受的动力荷载，而动力荷载的规律与所用的设备都比较复杂，所以在进行结构的动力试验时，对于荷载激振设备或加荷方法的选择主要决定于试验的任务与试验对象的性质。 在决定试验荷载时，还取失于试验室的设备和现场所具备的条件。正确和合理的荷载设计对整个试验工作将会有很大的好处，反之如果设计不妥，不仅影响试验工作的顺利进行，甚至会导致整个试验的失败，严重的还会发生安全事故。因此，正确的荷载设计和选择适合于试验目的需要的加载设备是保证整个工作顺利进行的关键之一。 产生荷载的方法与加载设备有很多种类： 在静力试验中有利用重物直接加载或通过杠杆作用的间接加载的重力加载方法；有利用液压加载器（千斤顶）和液压试验机等的液压加载方法；有利用铰车、差动滑轮组、弹簧和螺旋千斤顶等机械设备的机械加载法；以及利用压缩空气或真空作用的特殊加载方法等。 在动力试验中可以利用惯性力或电磁系统激振；比较先进的设备是由自动控制、液压和计算机系统相结合而组成的电液伺服加载系统和由此作为振源的地震模拟振动台加载等设备；此外人工爆炸和利用环境随机激振（脉动法）的方法也开始广泛应用。 正确地选择试验所用的荷载设备和加载方法，对顺利地完成试验工作和保证试验的质量，有着很大的影响。为此，在选择试验荷载和加载方法时，应满足下列几点要求： 1．选用的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极为接近； 2．荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数值要稳定，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； 3．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； 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； 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，又能适应同步加载或先后加载的不同要求； 6．试验加载方法要力求采用现代化先进技术，减轻体力劳动，提高试验质量。 3．2重力加载法 重力加载就是利用物体本身的重量加于结构上作为荷载。在试验室内可以利用的重物有专门浇铸的标准铸铁砝码，混凝土立方试块，水箱等；在现场则可就地取材，经常是采用普通的砂、石、砖块等建筑材料，或是钢锭、铸铁、废构件等。重物可以直接加于试验结构或构件上，或者通过杠杆间接加在构件上。 3．2．1重力直接加载方法 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（图3-1）或置于荷载盘上通过吊杆挂于结构上形成集中荷载。后者多用于现场做屋架试验（图3－2），此时吊杆与荷载盘的自重应计入第一级荷载。 图3－2用重物作集中加载试验 这类加载方法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。对于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，最好将颗粒状材料置于一定容量的容器之中，然后叠加于结构之上。如果是采用形体较为规则的块状材料加载，如砖石、铸铁块、钢锭等，则要求叠放整齐，每堆重物的宽度≤l／5L（L为试验结构的跨度），堆与堆之间应有一定间隔（约3～5cm）。如果利用铁块钢锭作为载重时，为了加载的方便与操作安全要求每块重量不大于20kg。对于利用吊杆荷载盘作为集中荷载时，每个荷载盘必须分开或通过静定的分配梁体系作用于试验的对象上，使结构所受荷载明确。利用砂粒、砖石等材料作为荷载，它们的容重常随大气湿度而发生变化，故荷载值不易恒定，容易使试验的荷载值产生误差。 利用水作为重力加载用的荷载，是一个简易方便而且甚为经济的方案。水可以盛在水桶内用吊杆作用于结构上，作为集中荷载。也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（图3－3）。后者对于大面积的平板试验，例如楼面、平屋面等钢筋混凝土结构是甚为合适的，每施加 1000N／m2的荷载只需要 10cm高的水。在加载时可以利用进水管，卸载时则利用虹吸管原