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1、教学分析第4章 建筑结构静力试验教学分析4.1 概述概述4.1.1 结构静载试验的任务与目的静载试验主要是通过在建筑结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的外载，采用分级加载的方法，利用检测仪器测试建筑结构的控制部位与控制截面在各级试验荷载作用下的挠度、应力、裂缝、横向分布系数等特性的变化，将测试结果与结构按相应荷载作用下的计算值与有关规范规定值作比较，从而评定建筑结构的承载能力。考虑安全考虑安全通过对结构病害进行定量分析，分析结构承载能力的降低情况，判断结构能否满足设计荷载或现有荷载安全通行的要求。探测结构潜在承载力探测结构潜在承载力通过静载试验校验系数来说明结构潜在的承载力，相对残余变形反
2、映了结构的工作状态。结构加固结构加固通过静载试验对一些承载能力不能满足的结构，能指导加固设计需补强结构承载能力的量值（缺多少、补多少）。通过静载试验对一些承载力能满足的结构，可进行日常维修养护（无需加固），从而节省了资金。结构静载试验目的教学分析4.1 概述概述4.1.2 结构静载试验的主要内容结构静载试验的主要工作内容有：（1）试验的准备工作；（2）加载方案设计；（3）测点设置与测试；（4）加载控制与安全措施；（5）试验结果分析与承载力评定；（6）试验报告编写。教学分析4.2 受弯构件的试验受弯构件的试验4.2.1 试件的安装与加载方法预制板和梁等受弯构件一般都是简支的，在试验安装时多采用正
3、位试验，其一端采用铰支承，另一端采用滚动支承。板一般承受均布荷载，试验加载时应将荷载施加均匀。梁所受的荷载较大，当施加集中荷载时，可以用杠杆重力加载，更多的则采用液压加载器通过分配梁加载，或用液压加载系统控制多台加载器直接加载。对于吊车梁的试验，由于主要荷载是吊车轮压所产生的集中荷载，试验加载图式要按抗弯抗剪最不利的组合来决定集中荷载作用位置分别进行试验。教学分析4.2 受弯构件的试验受弯构件的试验4.2.2 试验项目和测点布置1挠度和应变的测量 梁的挠度值是测量数据中最能反映其综合性能的一项指标，其中最主要的是测定梁跨度中最大挠度值及弹性挠度曲线。为了求得梁的真正挠度，必须注意支座沉降的影响
4、。如右图所示的梁，试验是由于荷载的作用，其两个端点处的制作常常会有沉降，以至使梁产生刚性位移。因此，如果跨中的挠度是相对地面进行测定的话，同时还必须测定梁两端支撑面相对同一地面的沉陷值，所以最少要布置三个测点。值得注意的是，支座下的巨大作用力可能或多或少地引起周围地基的局部沉降。因此，安装一起的表架必须离支座墩子有一定距离。只有在永久性的钢筋混凝土台座上进行试验时，上述地基沉陷才可以不予考虑。但此时两端部的测点可以测量梁端相对于支座的压缩变形，从而可以比较正确的测得跨中的最大挠度。简支梁的挠度测点布置示意图教学分析4.2 受弯构件的试验受弯构件的试验4.2.2 试验项目和测点布置1挠度和应变的
5、测量 对于跨度大于6m的梁，为了保证测量结构的可靠性，并求得梁在变形后的弹性挠曲线，测点应增加57个测点，并沿梁的胯间对称分布，如右图所示。对于宽度较大的（大于600mm）梁，必要时应考虑在截面的两侧布置测点，所需仪器的数量也就需要增加一倍，此时各截面的挠度取两侧仪器读数之平均值。如欲测定梁平面外的水平挠度曲线，可按上述同样的原则进行布点。对于宽度较大的单向板，一般均需在板宽的两侧布点，当有纵肋的情况下，挠度测点可按测量梁的挠度原则布置于肋下。对于肋性板的局部挠度，则可相对于板肋进行测定。对于预应力混凝土受弯构件，测量结构整体变形时，尚需考虑构件在预应力作用下的反拱值。梁是受弯构件，试验时要测
6、量由于弯曲产生的应变，一般在梁承受正负弯矩最大的截面或弯矩有突变的界面上布置测点。对于变截面梁，有时也需在截面突变处布置测点。简支梁的挠度测点布置示意图教学分析4.2 受弯构件的试验受弯构件的试验4.2.2 试验项目和测点布置1挠度和应变的测量 如果只要求测量弯矩引起的最大应力，则只需在截面上、下边缘纤维处安装应变计即可。为了减少误差，在上下纤维上的仪表应设在梁截面的对称轴上，或是在对称轴的两侧各设一个仪表，取其平均应变量。对于钢筋混凝土梁，需要增加一定数量的应变测点，一般情况下沿截面高度至少需要布置五个测点。测点越多，则中和轴位置确定越准确，截面上应力分布的规律也越清楚。测量截面最大纤维应变
7、测量中和轴的位置与应变分布规律 电动砂带机与研磨砂带。与使用的砂轮机比起来，砂带机的研磨区域易于控制，更适合于小范围研磨；此外，砂带的成本比砂轮小多了。打磨时别忘了带防尘口罩。贴钢筋应变片贴钢筋应变片 打磨后的钢筋。 速干胶似乎就是平时常用的502胶，可能有些不同，但应属同类产品。粘贴前先用酒精清洁钢筋表面。因为是速干胶，按压5秒钟左右其实已经可以把片子粘在钢筋表面上的了。但建议还是多按压一会儿，一分钟有点儿长，30秒左右大概还是需要的。这是因为在试验中应变片下的钢筋母材不但会有较大的变形，这一变形往往还是拉压交替往复的。更长时间的按压可以使粘贴更加牢固，防止应变片过早剥离。 为防止在后续操作
8、中因意外拉扯造成应变损坏，第3步需要把导线的端头（黑色部分）也粘在钢筋上。这只是临时固定，粘上不掉就可以了。 接下来要对应变片做严密的保护。首先是应变片专用覆层材料，其实就是石腊（paraffin）。用便携式燃气灶将石腊加热融化，用小毛刷涂于应变片上，覆盖整个应变片。石腊在室温下会迅速凝固。 接下来贴3M牌的聚氯乙烯胶带（Scotch VM Tape）。把它剪成2cm左右见方的小块儿，拉扯着贴覆在腊封的应变片表面。这种胶带有防水防潮的作用。因为钢筋随后要浇筑到混凝土中，钢筋表面的应变片难免要泡在水泥砂浆中，所以种种的保护不但要防止碰撞对应变片的损坏，还要防水防潮。 接下来再用3M牌的绝缘胶带把
9、应变片以及导线端头全部紧紧缠绕包裹起来。以上做实验各种保护全都由环氧树脂代劳。教学分析4.2 受弯构件的试验受弯构件的试验4.2.2 试验项目和测点布置2应力的测量钢筋混凝土测量应变的测点布置图钢筋混凝土梁的弯起钢筋单向应力测量单向应力测量在梁的纯弯曲区域内，梁截面上仅有正应力，在该处截面上可仅布置单向的应变测点，如右图上截面1-1所示。为了进一步探求截面的受拉性能，常常在受拉区的钢筋上也布置测点以便测量钢筋的应变。由此可获得梁截面上内力重分布的规律。平面应力测量平面应力测量在荷载作用下的梁截面2-2上（右图上）既有弯矩作用，又有剪力作用，为平面应力状态。可通过布置直角应变网络，测定三个方向上
10、的应变，求得该截面上的最大主应力及剪应力的分布规律。钢筋应力测量钢筋应力测量为研究钢筋混凝土梁斜截面的抗剪机理，除了在混凝土表面布置测点，通常在梁的弯起钢筋或箍筋上布置应变测点（右图中）。翼缘应力测量翼缘应力测量对于翼缘较宽较薄的T 型梁，其翼缘部分受力不一定均匀，以致不能全部参加工作，这时应该沿翼缘宽度布置测点，测定翼缘上应力分布情况（右图下）。孔边应力测量孔边应力测量孔边应力集中现象比较严重，而且往往应力梯度较大。以空腹梁为例，可以利用应变计沿圆孔周边连续测量几个相邻点的应变，通过各点应变迹线求得孔边应力分布情况。校核测点校核测点为了校核试验的正确性及便于整理试验结果时进行误差修正，经常在
11、梁的端部凸角上的零应力处设置少测量点（见右图上截面3-3 ），以检验整个测量过程是否正常。T型梁翼缘的应变测点与钢箍上的应变测点布置图教学分析4.2 受弯构件的试验受弯构件的试验4.2.2 试验项目和测点布置3裂缝测量在钢筋混凝土梁试验时，经常需要测定其抗裂性能。一般垂直裂缝产生在弯矩最大的受拉区段，因此在这一区段连续布置测点，如图右图a所示。裂缝未出现前，仪器的读数是逐渐变化的；如果构件在某级荷载作用下开始开裂时，则跨越裂缝测点的仪器读数将会有较大的跃变，此时相邻测点仪器读数可能变小，有时甚至会出现负值，而荷载应变曲线会产生突然转折的现象。至于混凝土裂缝的宽度，可根据裂缝出现前后两级荷载所产
12、生的仪器读数差值来表示。钢筋混凝土受拉区抗裂测点布置图教学分析4.2 受弯构件的试验受弯构件的试验4.2.2 试验项目和测点布置3裂缝测量当裂缝肉眼可见时，其宽度可用最小刻度为0. 01 mm 及0. 05 mm 的读数放大镜测量。斜截面上的主拉应力裂缝，经常出现在剪力较大的区段内；对于箱形截面或工字形截面的梁，由于腹板很薄，则在腹板的中和轴或腹板与翼缘相交接的腹板上常是主拉应力较大的部位，因此，在这些部位可以设置观察裂缝的测点，如下图所示。由于混凝土梁的斜裂缝约与水平轴成45左右的角度，则仪器标距方向应与裂缝方向垂直。有时为了进行分析，在测定斜裂缝的同时，也可同时设置测量主应力或剪应力的应变
13、网络。在裂缝长度上的宽度是很不规则的，通常应测定构件受拉面的最大裂缝宽度、在钢筋水平位置上的侧面裂缝宽以及斜截面上由主拉力作用产生的斜裂缝宽度。每一构件中测定裂缝宽度的裂缝数目一般不少于3 条，包括第一条出现的裂缝以及开裂最宽的裂缝。凡选用测量裂缝宽度的部位应在试件上标明并编号，在各级荷载下的裂缝宽度数据应记在相应的记录表格上。钢筋混凝土斜截面裂缝测点布置图对每级荷载下出现的裂缝均须在试件上标明，即在裂缝的尾端注出荷载级别或荷载数量。以后每加一级荷载后裂缝长度扩展，需在裂缝新的尾端注明相应的荷载。由于卸载后裂缝可能闭合，所以应紧靠裂缝的边缘l 3 mm 处平行画出裂缝的位置走向。试验完毕后，根
14、据上述标注在试件上的裂缝绘出裂缝开展图。教学分析4.3 压杆和柱的试验压杆和柱的试验4.3.1 试件安装和加载方法对于柱和压杆试验可以采用正位或卧位试验的安装加载方案。在进行柱与压杆纵向弯曲系数的试验时，构件两端均应采用比较灵活的可动铰支座形式。一般采用构造简单效果较好的刀口支座。如果构件在两个方向有可能产生屈曲时，应采用双刀口铰支座。也可采用圆球形铰支座，但制作比较困难。中心受压柱安装时一般先对构件进行几何对中，将构件轴线对准作用力的中心线。几何对中后再进行物理对中，即加载达20%40%的试验荷载时，测量构件中央截面两侧或四个面的应变，并调整作用力的轴线，以达到各点应变均匀为止。对于偏压试件
15、，也应在物理对中后，沿加力中线量出偏心距离，再把加载点移至偏心距的位置上进行试验。对钢筋混凝土结构，由于材质的不均匀性，物理对中一般比较难于满足，因此实际试验中仅需保证几何对中即可。教学分析4.3 压杆和柱的试验压杆和柱的试验4.3.1 试件安装和加载方法要求模拟实际工程中柱子的计算图式及受载情况时，试件安装和试验加载的装置将更为复杂，下图所示为跨度36 m、柱距12 m 、柱顶标高27 m 具有双层桥式吊车重型厂房斜腹杆双肢柱的1 /3 模型试验柱的卧位试验装置。柱的顶端为自由端，柱底端用两垂直螺杆与静力试验台座固定，以模拟实际柱底固接的边界条件。上下层吊车轮产生的作用P1 、P2作用于牛腿
16、，通过大型液压加载器(l000 2000 kN的油压千斤顶)和水平荷载支承架进行加载。在柱端用液压加载器及竖向荷载支承架对柱子施加侧向力。在正式试验前先施加一定大小的侧向力，用以平衡和抵消试件卧位后的自重和加载设备重量产生的影响。双肢柱卧位试验示意图1-试件；2-水平荷载支承架；3-竖向支承架；4-水平加载器；5-垂直加载器；6-试验台座；7-垫块；8-倾角仪；9-电阻应变计；10-挠度计教学分析4.3 压杆和柱的试验压杆和柱的试验4.3.2 试验项目和测点设置压杆与柱的试验一般要观测其破坏荷载、各级荷载下的侧向挠度值及变形曲线；控制截面或区域的应力变化规律及裂缝开展情况。右图所示为偏心受压短柱试验时的测点布置。试件的挠度由布置在受拉边的百分表或挠度计进行测量，与受弯构件相似，除了测量中点最大挠度值外，可用侧向五点布置法测量挠度曲线。对于正位试验的长柱其侧向变位可用经纬仪观测。受压区边缘布置应变测点，可以单排布点于试件侧面的对称轴线上或在受压区截面的边缘两排对称布点。为验证构件平截面变形的性质，沿压杆截面高度布置57 个应变测点。受拉区钢筋应变同样可以用内部电测方法进行。偏压短柱试验测
