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第三章结构静载试验35

发布时间:2019-07-12 23:31 来源:未知 编辑:admin

  第三章结构静载试验3.5_材料科学_工程科技_专业资料。第三章 结构静载试验 主要内容 3.1 静载试验加载设备 3.2 试验装置的支座设计 3.3 应变测试技术 3.4 静载试验用仪器仪表 3.5 试验准备与实施 3.6 结构静载试验示例 主要内容

  第三章 结构静载试验 主要内容 3.1 静载试验加载设备 3.2 试验装置的支座设计 3.3 应变测试技术 3.4 静载试验用仪器仪表 3.5 试验准备与实施 3.6 结构静载试验示例 主要内容 主要内容 一、概述 二、试验方案的确定 三、试件的就位 四、试验荷载的设计 五、测点的布置 六、试验的观测 七、静载试验的数据处理及分析 3.5 试验准备与实施 一、 概述 静载试验即是测量结构或构件在静力荷载作用下, 结构或构件的各种变形、内力变化及承载力。 试验大致可分为:试验方案的确定,试验的准备 工作,试验的加载及观测,试验的数据处理、分 析及试验评价这几个阶段。 3.5 试验准备与实施 二、试验方案的确定 1. 试验目的及技术依据 对于鉴定性试验应说明:试验对象的基本情况和 要求进行试验的原因;试验所要达到的目的;试 验的主要内容及有关试验测试的技术参数;注明 试验所遵循的技术标准、规范、规程。 对于研究性试验应说明:该课题的基本现状,研 究的必要性及现实意义;试验的主要内容和要求 及有关的测试技术参数;必要时应附上理论计算 和说明。 3.5 试验准备与实施 2. 试验场地的选定和测点布置; 3. 试件的安装就位及试件支座的装置形式; 4. 加载方法,包括加载设备及装置,加载图式, 加载程序等; 5. 试验的安全措施,包括人员、仪器、试件的安 全及试验时的防护措施等; 6. 测量方法,仪器型号,仪表的布置,编号等; 7. 试验进度; 8. 附录,包括经费、器材、工具等。 3.5 试验准备与实施 三、试件的就位 1. 正位试验:让试件处于实际受力状态。优先考 虑采用正位试验。 2. 卧位试验;对于自重较大的梁、柱,跨度大、 矢高的屋架及桁架等重型构件,当不便吊装运输 和进行检测时,可在现场就地采用卧式试验。 3.5 试验准备与实施 三、试件的就位 3. 反位试验:对于混凝土构件的抗裂试验,当裂 缝出现在构件的底部时,为了便于观测裂缝,可 将试件到过来安装,使受拉区在上。注意事项: 构件的自重。 4. 原位试验;针对已建建筑,在原结构现场,对 结构或构件进行试验。构件试验要注意与实验室 里进行的构件试验的区别。 3.5 试验准备与实施 四、试验荷载的设计 1. 荷载图式:试验荷载在试件上的布置形式 q qL 1/2qL 1/2qL L L/2 L/2 L/4 L/2 L/4 M 1/8qL2 V M V M 1/4qL2 V 1/8qL2 1/2qL 1/2qL 1/2qL 3.5 试验准备与实施 四、试验荷载的设计 1. 荷载图式:试验荷载在试件上的布置形式 q 3/8qL 3/8qL 1/4qL 1/4qL L L/3 L/3 L/3 L/8 L/4 L/8 L/4 M M L/4 1/8qL2 V V M 1/8qL2 V 1/8qL2 1/2qL 3/8qL 1/2qL 3.5 试验准备与实施 2. 试验荷载的几个概念 《建筑结构设计统一标准》规定:将结构功能的极限状态 分为两大类:承载力极限状态和正常使用极限状态;同时 也规定结构构件按不同荷载效应组合设计值进行承载力计 算以及稳定、变形、抗裂和裂缝宽度验算。因此,在试验 前应确定相应于各种受力状态的试验荷载。 承载力极限状态试验 刚度和裂缝宽度 承载力的检测值 正常使用荷载检测值 混凝土构件抗裂性 抗裂荷载检测值 3.5 试验准备与实施 (1) 正常使用短期荷载检测值; Qs ? Gk ? Qk Gk—— 结构永久荷载标准值,包括Gk1和Gk2; Qk —— 可变荷载(活载、使用荷载) (2) 长期荷载(频遇)组合值; Ql ? Gk ? ?qQk ?q —— 可变荷载的频遇系数,通常取 0.4 3.5 试验准备与实施 (3) 短期承载力检测值; Qd ? ? GGk ? ? QQk γG——永久荷载的分项系数,一般取1.2 γQ——可变荷载的分项系数,一般取1.4 (4) 抗裂荷载检测值; Qcr ? ?? cr ? ?Gk ? Qk ? γcr——抗裂检验系数 3.5 试验准备与实施 当采用均布荷载加载时 检验构件的挠度和裂缝宽度时 进行抗裂检验时 承载力检验 Qs ? Gk ? Qk Qcr ? ?? cr ? ?Gk ? Qk ? Qd ? ? GGk ? ? QQk 3.5 试验准备与实施 当集中荷载加载时 若采用三分点加载: 3 正常使用短期荷载检测值 Fs ? ? Gk ? Qk ? bL0 8 3 承载力检验荷载值 Fd ? ?? GGk ? ? QQk ? bL0 8 3.5 试验准备与实施 不同检验标志相应的荷载值 ?? u ? Qd ? ?? u ? ?? GGk ? ? QQk ? 3.5 试验准备与实施 3.5 试验准备与实施 3. 试验加载程序 结构承载力及变形性能均与结构受荷载大小、加载 速度及荷载在构件上的持续时间等因素有关。进行 结构试验式必须给予足够时间,使结构变形得到充 分发展。因此,要对试验的加载程序进行设计,即 对试验进行的加载级距,加载、卸载的循环次数, 级间时间间隔等进行有序的安排。 预加载;正常使用短期荷载;承载力极限荷载三个 阶段。 3.5 试验准备与实施 (1). 预加载 目的: ? 使各部位良好接触,进入正常工作状态,荷载 位移曲线稳定; ? 加荷设备工作是否正常工作,加荷装置是否安 全可靠; ? 检测测试仪表是否进入正常工作状态; ? 使试验人员熟悉业务,调表,读数等操作,以 保证数据采集正确无误。 3.5 试验准备与实施 (1). 预加载 方法: ? 预加载可分为2~3级,每级不超过40%Qs,并分 级卸载至零。对于混凝土结构或构件,预载值不 应超过开裂荷载的70%。 3.5 试验准备与实施 (2). 正常使用短期荷载Qs检测阶段 加载至少分为5级,每级为20%Qs,加至Qs 加至Qs时,应恒载持时30分钟,以使其变形充分, 以获得其挠度; 分两次卸载至零; 空载45分钟,观察残余变形情况; 3.5 试验准备与实施 (3). 承载力荷载Qd检测阶段 先按20%Qs,加至Qs,然后以10% Qs加至90% Qd 再按5% Qd加至载力极限状态的出现,以确定其承 载力的实测值。 3.5 试验准备与实施 荷载分级 满载时间 级间间歇 30分钟 10~15分钟 空载时间 正常使用 预载 极限状态检测 45分钟 承载力 结构自重 极限状态检测 3.5 试验准备与实施 五、 测点的布置 试验测点布置应遵循如下原则 在满足试验目的的情况下,测点不宜过多,使试验 工作重点突出; 测点要具有代表性,便于分析计算; 为了确保测量数据的可靠,应布置一定数量的校核 点,测点的布置要尽量使测量时安全、方便及满足 仪器的一些特殊要求。 3.5 试验准备与实施 五、测点的布置 1. 位移测点布置 (1) 对于梁、单向板、桁架等受弯构件 a. 若宽度不超过 0.6m,挠度表应沿跨度方向单排布 置; b. 若宽度超过 0.6m,挠度表沿跨度方向双排布置, 以两边仪表的平均值为位移观测值; c. 具有边肋的单向板,沿跨度方向布置三排挠度表, 观测边肋和板宽中心线 试验准备与实施 d. 跨度不超过 6m 的构件,沿跨度方向布置 3 个挠度 表,跨度大于6m的构件沿跨度方向相应增加挠度 表; e. 屋架、桁架的上下弦受力状态不同,应分别布置 挠度表; f. 高跨比较大的桁架或其它构件,还要布置观测水 平位移和出平面的侧向位移的仪表。 3.5 试验准备与实施 (2). 双向板 空间薄壳结构等双向受力结构,挠度测点应沿两个 跨度方向,或沿主轴曲率方向的跨度或挠度最大的 部位布置。 (3). 对于柱、框架、杆、塔或 足尺房屋结构等,为 了测得其整体位移及变形曲线,一般沿主轴方向的 跨中或挠度最大的部位布置位移计。 (4). 对于高层楼房或其它高耸结构,为了测定在风 荷载下的顶部位移,可使用经纬仪。 3.5 试验准备与实施 2. 应变测点布置 (1) 主应力方向已知 a. 轴向受力构件 b. 受弯构件 c. 弯矩和轴力共同作用的构件 d. 梁的剪压破坏的斜裂缝开裂应变的测定 3.5 试验准备与实施 (2) 主应力方向未知 在结构的平面应力状态,的某些部位,主应力和剪 应力方向未知。此时,可在同一个点,沿着三个不 同方向(45度直角或 60度等腰三角)布置应变花测 点,由相应的计算式得出主应力。 3.5 试验准备与实施 3. 转角测点布置 (1)对于高跨比较大的桁架或其它构件,应在支座处 布置倾角仪,测定倾斜度; (2) 对于柱、杆、塔等结构,应在结构支座处布置倾 角仪,测定基础转角。 3.5 试验准备与实施 六、试验观测 1. 应变观测 a. 通过观测应变,可以判断受力状况是否正确; b. 通过观测应变,可以判断结构所处的工作状态; c. 通过观测应变,可以判断裂缝的出现。 2. 位移观测 a. 通过位移可以观测结构或构件的变形情况; b. 对于关键位移观测测点要每一级荷载都进行位移 计算以得知结构或构件的变形情况; c. 试验末期,位移计位移值出现连续加快变化时, 要及时拆卸位移计,以免损坏。 3.5 试验准备与实施 3. 裂缝观测 通常把最大拉应力处出现第一条(批)裂缝时的荷 载称之为开裂荷载,并以大于0.05mm称之为开裂, 开裂荷载的具体确定: a. 在加载过程中出现裂缝,取前一级荷载为开裂荷 载; b. 如果在规定的持荷时间内出现裂缝,取本级与前 一级的平均值为开裂荷载; c. 如果在规定的持荷时间结束后出现裂缝,取本级 荷载为开裂荷载。 3.5 试验准备与实施 4. 破坏特征 (1)钢筋混凝土构件的破坏特征 a. 在荷载不增加的情况下,设置在构件受拉主筋处 的应变测点出现连续变化或受拉主筋处的拉应变 达到104με; b. 梁的跨中挠度达到跨度的 1/50 ,悬臂结构的挠度 达到悬臂长的1/25; c. 受拉主筋处的垂直裂缝宽度达到15mm; d. 受拉斜裂缝宽度达到 15mm ,或斜裂缝末端受压 区混凝土剪压破坏,或沿斜截面混凝土斜压破坏; 3.5 试验准备与实施 e. 受拉主筋在端部滑脱达到0.2mm; f. 受拉主筋被拉断; g. 受压区混凝土被压坏。 3.5 试验准备与实施 (2)钢结构构件的破坏特征 a. 螺栓或铆钉剪断或脱落; b. 主要螺栓或铆钉松动,节点板变形; c. 在荷载不变的情况下,设置在构件最大拉应力测 点或最大压应力测点出现应变读数值连续变化; d. 节点焊缝开裂; e. 受压或受弯部分屈曲或者整体失稳。 试验结束后,要及时描出裂缝图、拍照。记录下其 破坏特征及其描述。 3.5 试验准备与实施 七、 静载试验数据处理及分析 ? 绘制各种测试曲线; ? 将原始数据进行处理、计算、分析并与理论值进 行对比,分析差异的原因; ? 对实测处的有规律的重要现象给出合理的解释; ? 评定结构或构件的工作性能; ? 验证设计计算理论或者导出新的结论。 3.5 试验准备与实施 ? 试验曲线. 荷载-变形曲线 意义:由荷载-变形曲线,可以判断结构或构件在荷 载作用下的工作状态。 3.5 试验准备与实施 2. 荷载-应变曲线 意义:荷载-应变曲线可以显示荷载与应变的内在关 系及应变随荷载增长的规律。 3.5 试验准备与实施 3. 截面应变图 是沿试件截面(一般选择控制截面)高度方向布置 应变测点,将某一级荷载下的测点的应变值连接起 来的图形。 意义:截面应变图可以用来了解试件应变沿截面高 度分布的规律,观察截面变化过程,观察截面中和 轴的移动情况。 3.5 试验准备与实施 4. 裂缝开展分布图 在试验过程中始终跟踪描绘裂缝开展的轨迹与此级 荷载大小及裂缝宽度的大小,其目的是为了了解结 构在荷载作用下的工作状态。试验结束后,应立即 拍照,并在坐标纸上按比例作裂缝开展图。按实测 实际裂缝绘出开展的部位,方向,长度以及每级荷 载下的裂缝宽度等。 3.5 试验准备与实施 ? 试验挠度计算 1. 支座沉降影响的修正 (1). 简支静定结构构件 0 1 fl、 fr 分别为左、右两边支座沉降测量值 f l ? fr f ? fm ? 2 fm 为跨中挠度测量值 (2). 悬臂结构构件 f ? f 2 ? f1 ? l tan a 0 1 f1、 f2 分别固定端沉降和自由端挠度测量值 l 为悬臂长度 a 为扣除固定端沉降后悬臂下倾的角度 3.5 试验准备与实施 2. 结构构件自重影响的修正 (1). 对于梁、板等构件 fg f i0 ? Mg M i0 fg ? Mg M i0 f i0 fg 为结构构件自重产生的挠度 Mg 为结构构件自重产生的弯矩 Mi0 为结构构件在第i 级荷载作用下的弯矩 Mi0 为结构构件在第 i 级荷载作用下扣除了支座沉降后的 挠度测量值 3.5 试验准备与实施 (2). 对于桁架、屋架等构件 fg ? Gg 为结构构件自重 Gg Gi fi0 Gi 为结构构件在弹性范围内第i 级荷载下的荷载值 考虑支座沉降和自重影响修正后的挠度值为 f 20 ? f10 ? f g 3.5 试验准备与实施 3. 等效荷载图式影响修正 1/2qL 1/2qL Ck=0.91 L/4 L/2 L/4 3/8qL 3/8qL f ? Ck f 0 3 0 2 Ck=0.98 L/3 L/3 L/3 1/4qL 1/4qL Ck=0.99 L/8 L/4 L/4 L/8 L/4 3.5 试验准备与实施 4. 徐变影响的修正 M L ?? ? 1? ? M S 0 f ? f3 MS 0 4 或者 QL ?? ? 1? ? QS 0 f ? f3 QS 0 4 3.5 试验准备与实施 ? 结构构件的性能评定 ? 承载力评定 ? 挠度评定 ? 抗裂性能评定 3.5 试验准备与实施 ? 结构构件的性能评定 1. 评定指标 (1). 承载力评定 0 ?u ? ? 0 ?? u ? γu0 为结构构件承载力检验系数实测值,γu0 = Qu0 / Qd Qu0 为初次观测到承载力检验标志之一时的荷载实测值 γ0 为结构构件的安全等级和重要系数 [γu]为结构构件承载力检验系数允许值 3.5 试验准备与实施 (2). 挠度评定 f S0 ? ? f S ? 或者 f 0 ?? f ? fs0 为在QS下,结构构件短期挠度实测值 [fs] 为结构构件短期允许挠度值 注意:规范上所给出的挠度允许值 [f]指的是长期挠 度允许值。在此挠度评定中应同是短期或同是长期 才可比较。故可将规范的长期挠度允许值 [f]转换为 短期的挠度允许值与短期的挠度实测值进行比较。 QS ? fS ? ? ?f? QL ?? ? 1? ? QS 3.5 试验准备与实施 (3). 抗裂性能评定 ? 一级构件:严格要求不出现裂缝 ? 二级构件:一般性要求不出现裂缝 ? 三级构件:允许出现裂缝但对裂宽有限制 一级构件 抗裂评定 二级构件 三级构件 裂宽评定 3.5 试验准备与实施 a 抗裂评定 r ? ? rcr ? 0 cr rcr0 为抗裂检验系数实测值, rcr0 =Qcr0/QS Qcr0 为结构构件开裂时荷载实测值 [rcr] 为结构构件抗裂检验系数允许值,[rcr] =[Qcr]/QS [Qcr] 为允许开裂荷载值 [rcr]或[Qcr]由设计标准图集给出 3.5 试验准备与实施 b 裂宽评定 W WSmax0 [Wmax] 0 S max ? ?Wmax ? 为QS下,受拉主筋处最大裂缝宽度实测值 为QS下,受拉主筋处最大裂缝宽度允许值 最大裂缝宽度允许值(mm) 0.15 0.20 设计要求值(mm) 0.2 0.3 0.4 0.25 3.5 试验准备与实施 2. 荷载设计 (1). 在挠度评定和抗裂性能评定时,加载值: Q ? KQS ? GK 1 K 为加载系数,取0.4, 0.6, 0.8, 1.0, [rcr]… (2). 在承载力评定时,加载值: Q ? K ?Qd ? GK 1 K’ 为加载系数,取γ0 [γu](1), γ0 [γu](2) , …, γ0 [γu](6),其中 (1), … ,(6)为破坏标志序号 3.5 试验准备与实施 3. 实例 考虑一甲 I 级冷拔低碳钢丝( 10Iφb4 )配筋预应力圆 孔板 YKB3651,标准图集中抗裂检验系数 [rcr]=1.188, 允许可变荷重 4.056KPa ,嵌缝重 0.131KPa ,板自重 1.864KPa ,长期允许挠度值 [f]=l0/250 ,分四格加均 布荷载,拟定加载方案,并依据实测结果给予评定。 3.5 试验准备与实施 (1). 参数计算 板宽: 计算跨度: b ? 0.5m l0 ? 3.6 ? 0.1 ? 3.5(m) 荷载: GK ? GK 1 ? GK 2 ? 1.864 ? 0.131 ? 1.995(kN/m2 ) QS ? GK ? QK ? 1.995 ? 4.056 ? 6.051(kN/m2 ) Qd ? ? GGK ? ? Q QK ? 1.2 ? 1.995 ? 1.4 ? 4.056 ? 8.0724(kN/m ) 2 QL ? GK ? ?qQK ? 1.995 ? 0.4 ? 4.056 ? 3.617(kN/m2 ) 3.5 试验准备与实施 ? f ? ? l0 250 ? 3500 250 ? 14 ? mm ? QS ? fS ? ? ?f? QL ?? ? 1? ? QS 6.051 ? ? 14 ? 8.76(mm) 3.617(2.0 ? 1) ? 6.051 3.5 试验准备与实施 (2). 荷载设计 均布荷载,分四格,每格长度: l ? l0 4 ? 3500 4 ? 0.875 ? mm ? 每格加载的重量: P ? blQ ? 0.5 ? 0.875 ? Q ? 0.4375Q 3.5 试验准备与实施 a 正常使用短期荷载检测值QS下的挠度、抗裂检验 荷载: 挠度检验荷载: Q ? KQS ? GK 1 ? 1 ? QS ? GK 1 抗裂检验荷载: ? 6.051 ? 1.864 ? 4.187 ? kN/m 2 ? Q ? ? rcr ? QS ? GK 1 ? 1.188 ? 6.051 ? 1.864 ? 5.32 ? kN/m 2 ? 3.5 试验准备与实施 b 承载力Qd检验荷载 钢筋为 I级钢筋,且构件为受弯构件,因此构件承 载力检验系数允许值 [γu] 依次为 1.20, 1.25, 1.35, 1.50,相应的承载力检验荷载为: [ γu ] 1.20 Q= [γu] Qd-GK1 7.82 kN/m2 1.25 1.35 1.50 8.22 kN/m2 9.03 kN/m2 10.24 kN/m2 3.5 试验准备与实施 3.5 试验准备与实施 (3). 实测结果 弹性范围内第 i 级荷载(如K=0.4),测得各个 百分表上的值分别为: f1 ? 0.01mm f 2 ? 0.41mm f 3 ? ?0.01mm QS下(K=1)实测挠度值: f1 ? 0.14mm f 2 ? 3.72mm f 3 ? 0.16mm 当K=1.3时开裂,K’=1.6时出现锚固破坏 3.5 试验准备与实施 (4). 评定 a 挠度修正 在第 i 级荷载下(K=0.4)扣除支座沉降后的实 测挠度值: f1 ? f 3 fi ? f2 ? ? 0.41mm 2 0 1 在QS下(K=1)扣除支座沉降后的实测挠度值: f1 ? f 3 f ? f2 ? ? 3.57mm 2 自重挠度: GK 1 1.864 fg ? fi ? ? 0.41 ? 1.37mm Gi 0.556 3.5 试验准备与实施 在QS下(K=1)扣除支座沉降与自重挠度后的实 测挠度值: f S0 ? f10 ? f g ? 3.57 ? 1.37 ? 4.94mm b 抗裂 在 K=1.3 时开裂,因此构件的抗裂检验系数实测 值 0 rcr ? 1.3 3.5 试验准备与实施 c 承载力 在 K’=1.6时出现锚固脱落,因此构件的承载力检 验系数实测值 ru0 ? 1.6 整个试验完成 3.5 试验准备与实施 钢筋混凝土简支梁试验:

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