结构试验加载设备及试验装置

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1、建筑结构试验 为了察看某事 的结果或某物 的性能而从事 某种活动。 第第2 2章章 结构试验的加载设备和试验装置结构试验的加载设备和试验装置 l学习目的和要求：P247 l 本章解决是如何把荷载加到试验对象上，即介绍结 构试验的加载设备和试验装置。 l 课程内容分9节来讲，即：概述、重力加载法、液 压加载法、机械力加载法、气压加载法、惯性力加 载法、电磁加载法、其它加载法及结构试验装置和 试验台座。 进行结构试验时，应在试验结构上再现要求的荷载，即试 验荷载。试验荷载绝大多数是模拟荷载，而产生这些模拟荷 载的方法很多，一般都通过加载设备和试验装置产生，可用 于结构试验的加载设备有重物、气压、机

2、械机具、液压、动 力激振以及与它们相匹配的各种试验装置等。 合理地选择加载设备，正确进行加载方案设计，可以保 证结构试验的顺利完成，提高试验精度，节约试验经费。若 加载方案设计不当，加载设备选择不合理，往往会影响试验 工作顺利进行，或者达不到试验的目的，甚至导致试验失败 ，严重时还会发生安全事故。 第第2 2章章 结构试验的加载设备和试验装置结构试验的加载设备和试验装置 ? 一、荷载选用原则 二、荷载的分类 三、产生荷载的方法与加载设备种类 四、结构试验对加载设备的要求 五、荷载图式与试验荷载制度 六、荷载系统 第第2 2章章 结构试验的加载设备和试验装置结构试验的加载设备和试验装置 第一节

3、概述 一、荷载选用原则 1.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。 2.在决定试验荷载时，还应该根据试验室的设 备条件和现场所具备的试验条件的具体情况 进行。 第第2 2章章 结构试验的加载设备和试验装置结构试验的加载设备和试验装置 第一节 概述 二、荷载的分类： 直接作用：自重、活荷、雪、灰、施工、风等； 间接作用：温度、收缩、偏差、沉降、地震等； 分布； 集中； 短期； 长期； 静； 动； 由模拟荷载实现 第一节 概述 动力试验荷载 1. 惯性力或电磁系统激振; 第一节 概述 三、产生荷载的方法与加载设备种类 2. 比较先进的

4、设备是由自动控制、液压装置与计算机 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设备等施加的荷载； 3. 人工爆炸和利用环境随机激振（脉动法）的方法。 车辆以较高速度行驶过桥梁时，由于桥面或轨面的不平整 、车轮不圆，以及发动机的抖动或机车的偏心作用等原因，会 引起桥梁结构的振动，这种动力效应通常称为冲击作用。 4.4.车辆动态荷载车辆动态荷载 （1）跳车荷载； （2）刹车荷载； （3）跑车荷载。 第一节 概述 三、结构试验荷载的类别 动力试验 四、结构试验对加载设备的要求 试验荷载的图式所产生的内力值完全一致或极为接近； 荷载值准确；荷载传力方式和作用点明确，产生的荷载数

5、值 要稳定； 荷载分级符合要求，同时必须满足试验量测的精度要求； 加载装置要有足够的安全性和可靠性，强度、刚度满足要求 ； 加载设备的操作要方便，便于加载和卸载，能控制加载速度 ； 采用现代化先进技术。 第一节 概述 五、荷载图载图 式与试验与试验 荷载载制度 1荷载图载图 式 荷载载在试验结构构试验结构构 件上的布置形式（荷载载的类类型、分布 方式等）称为称为 荷载图载图 式。 2试验试验 荷载载制度 试验试验 荷载载制度指的是试验进试验进 行期间间荷载与时间载与时间 的关关系。 荷载载程序。一般结构静结构静 力试验试验 的加载载分为预载为预载 、标标 准荷载载（正常使用荷载载）、破坏荷载载

6、三个阶个阶 段。加载载分 级级；卸荷分级级和一次性卸荷两种两种 。 荷载载大小。在试验试验 的不同阶阶段有不同的试验试验 荷载值载值 。 第一节 概述 第二节 重力加载法 重力加载：就是利用物体本身的重量将物体施加于试验结构 上作为荷载的加载方式。重物可以直接加在试验结构或构件上， 也可以通过杠杆间接加在结构或构件上。 二、重力直接加载 图 重物堆放作均布荷载试验图 l重物；2试验板；3支座；4支墩 一、重力加载的概念 第二节 重力加载法 二、重力直接加载 注：当利用吊盘施加集中荷载时，每个荷载盘要分开，使结构所受荷载明确 第二节 重力加载法 二、重力直接加载 适用大面平板结构试验，对于水池、

7、油库等结构水是理想的试验荷载， 既符合结构的实际使用条件。还可检验其抗裂抗渗性。 优点：杠杆原理，将荷载放大作用于结构上。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， 对于作持久荷载试验尤为合适，尤其是集中力。 第二节 重力加载法 三、杠杆加载 优缺点及注意事项： （1）试验荷载可就地取材，可重复使用，针对试验结 构或试件的变形而言，可保持恒载，可分级加载，容 易控制； （2）但加载过程中需要花费较大的劳动力，占据较大 的空间，安全性差，试验组织难度大； （3）散装或块体材料要注意起拱； （4）注意材料的吸湿性。 第二节 重力加载法 第三节 液压加载法 一、液压加载器（俗

8、称千斤顶）加载 u原理：液压加载的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。 式中 F荷载值； p液压油压强； A活塞工作面积 u静力试验液压加载用千斤顶可分为手动液压千斤顶和电动 液压千斤顶。 u电动液压加载装置的构成与手动分体式加载装置类似，用 电动油泵取代手动油泵，由电动机提供能源，组成电动液 压加载装置。 液压千斤顶电动泵 第三节 液压加载法 一、液压加载器（俗称千斤顶）加载 第三节 液压加载法 一、液压加载器（俗称千斤顶）加载 u类型：液压加载器是液压加载系统中的主要部件，由活塞 、油缸和密封装置等构成。分单向作用和双向作

9、用千斤顶。 单作用式千斤 顶油缸只有一 个供油口，如 图 (a)所示。 双作用式千斤 顶有前后两个 工作油腔及两 个供油口，如 图 (b)所示。 特点：荷 载大，操 作简单， 可实现低 周反复荷 载。需反 力设备， 多点同步 加载卸载 比较困难 。 第三节 液压加载法 一、液压加载器加载 u 液压加载试验装置 液 压 加 载 器 标 定 第三节 液压加载法 一、液压加载器加载 第三节 液压加载法 二、液压加载系统加载 液压压加载载系统统主要是由储储油箱、高压压油泵泵、液压压加载载 器、测测力装置和各类阀门类阀门 通过过高压压油管连连接组组成的操纵纵台 。 图 液压加载系统图示 特点：对大吨位、

10、 大挠度、大跨度的 结构更为适用，它 不受加荷点数的多 少、加荷点的距离 和高度的限制，并 能适应均布和非均 布、对称和非对称 加荷的需要。 为在试验 室里进行大型结构构 件的试验 ，可 以将大吨位的液压千斤顶制作成专门 的液压 加载系统。该系统由液压操作台、液压千斤 项、试验 机架和管路系统组 成，是集液压加 载、反力机构、控制与测 量于一体的比较完 善的专用加载系统，如图所示的长柱结构试 验机就是最典型的实例。 三、大型结构试验机 大吨位、高行程 第三节 液压加载法 主要用于对结构构 件进 行单向负荷的压力及弯曲 疲劳试验 。 在一定范围内 产生周期性的单向脉冲动 荷载，实现正弦波的动态

11、疲劳试验 。 试验机由液压脉冲器、控 制系统和液压加载器组成 。 脉冲加载器有50、100、 250、500和1000kN等规 格。 三、大型结构试验机 结构疲劳试验机 第三节 液压加载法 脉冲频率：根据试验要求在100500次/分范围内任意选择。 四、电液伺服液压系统 第三节 液压加载法 电液伺服阀工作原理：指令发生器发出的信号经放大后输入伺服阀，转换成大功率的 液压信号，将来自液压源的液压油输入加载器，使加载器按输入信号的规律对结构施 加荷载。 电液伺服阀根据输入电流的极性控制液压油的流向，根据输入电流的大小 控制液压油的流量，且其流量与输入电流基本成比例变化。 四、电电液伺服液压压系统统

12、 液压源（油源） 控制系统 电液伺服作动器(加载器) 四、电液伺服液压系统 第三节 液压加载法 系统主要由电液伺服加载器、控制系 统、液压源等三大部分组成。 电液伺服系统的工作原理是利用自动 控制和液压技术相结合的电液伺服闭环 系统控制试验加载。 用于模拟地震、海浪等荷载对结构的 作用，进行抗震结构的静力或动力试验 。 。 控制系统及记录显示 电液伺服作动器(加载器) 液压源（油源） 试验结构 第三节 液压加载法 振动台台面与基础 运动参数： 位移、速度、加速度 及使用频率 最大日本: （15米 20米）三向六自由度 第三节 液压加载法 第四节 机械力加载法 （1 1）卷扬机、绞车加载）卷扬机

13、、绞车加载-可改变作用力的方向和拉力大小可改变作用力的方向和拉力大小 图 利用卷扬机加载图示 （2 2）螺旋千斤顶加载）螺旋千斤顶加载-加载值的大小可用测力计测定。加载值的大小可用测力计测定。 u 机械力加载是利用简单的机械原理对结构试件加载，结构 试验中采用的有卷扬机加载法、吊链加载法、绞车加载法 、花篮螺丝加载法、机械千斤顶加载法及弹簧加载法等。 （3 3）螺旋、弹簧加载）螺旋、弹簧加载 -弹簧加载法常用于构件的持久荷载试验。弹簧加载法常用于构件的持久荷载试验。 第四节 机械力加载法 u机械力加载法特点及注意事项： 1.设备简单，容易实现； 2.通过索具加载时，很容易改变荷载作用方向； 3

14、. 工作应在线弹性范围内； 4.缺点是荷载值不大，荷载作用点产生变形时， 会引起荷载值的改变。 第四节 机械力加载法 u 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 的是均 布荷载 ，对于 平板或 壳体试 验尤为 适合。 第五节 气压加载法 u气压气压 加载载的特点和要求 气压加载的特点：能真实地模拟面积大、外形复杂 结构的均布受力状态；加卸载方便可靠；荷载值 稳定易控；需要采用气囊或将试件制作成密封结构 ，试件制作工作量大；施加荷载值不能太大；构件 内表面无法直接观测；气温变化易引起荷载波动 。 气压加载

15、的要求：气囊或真空内腔需采用适当方法 进行密封处理，接缝以及构件与基础之间须密封 ；基础、反力架等要有足够的强度；为防气温变 化 引起荷载波动，应增加恒压控制装置，使气体压力 保持在允许的控制范围内。 第五节 气压加载法 第五节 惯性力加载法 1、冲击力加载 冲击力加载的特点：荷载作用的时间极为 短促，在它的作 用下被加载结构产 生自由振动，适用于进行动力特性的试验 。 u 初位移加载法（张拉突缷法）：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。 惯性力加载分为冲击力加载和离心力加载。 张拉突卸法特点： 结构自振时荷载已经不再依附在结构上，适用于刚度不大的结 构，用较小的力使结构产生振动。 注意：加载时在一个平面内，避免在另一个面内产生振动。 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。 u 初速度加载法（突加荷载法） 第五节 惯性力加载法 第五节 惯性力加载法 2、离心力加载 离心力加载是根据旋转质量产生的离心力对结构 施加简谐 振动荷载。其特点：运动具有周期性，作用力的大小和频率按 一定规律变化，使结构产 生强迫振动。 由偏心质量产生的离心力：P = m r 第七节 电磁加载法 在磁场中通电的导体要受到与磁场方向垂直的作用力，电 磁加载就是根据这个原理