建筑结构试验基础教学课件6
38页1、教学分析第6章 建筑结构防灾试验教学分析6.1 工程结构疲劳试验工程结构疲劳试验工程结构中存在着许多疲劳现象。如挤梁、吊车梁、直接承受悬挂吊车作用的屋架和其他主要承受重复荷载作用的构件等,其特点都是受重复荷载作用。这些结构物或构件在重复荷载作用下达到破坏时的强度比其静力强度要低得多,这种现象称为“疲劳”。疲劳问题涉及的范围比较广,对某一种结构而言,它包含材料疲劳和结构构件的疲劳。如钢筋混凝土结构中有钢筋的疲劳、混凝土的疲劳和组成构件的疲劳等。近年来,国内外对结构构件,特别是钢筋混凝土构件疲劳性能的研究比较重视,其原因在于:(1)普遍采用极限强度进行设计,以至于结构构件处于高应力工作状态;(2)正在扩大钢筋混凝土构件在各动重复荷载作用下的应用范围,如吊车梁、桥梁、轨枕、海洋石油平台、压力机架、压力容器等;(3)在使用荷载作用下,采用允许受拉开裂设计;(4)结构构件大部分采用脉冲千斤顶施加重复荷载,使构件处于反复加载和卸载的受力状态。教学分析6.1 工程结构疲劳试验工程结构疲劳试验6.1.1疲劳试验项目鉴鉴定性疲定性疲劳试验劳试验抗裂性及开裂荷载;裂缝宽度及其发展;最大挠度及其变化幅度;疲
2、劳强度。科研性疲科研性疲劳试验劳试验各阶段截面应力分布状况,中和轴变化规律;抗裂性及开裂荷载;裂缝宽度、长度、间距及其发展趋势;最大挠度及其变化规律;疲劳强度的确定;破坏特征分析。疲劳试验项目表 教学分析6.1 工程结构疲劳试验工程结构疲劳试验6.1.2疲劳试验荷载1疲劳试验荷载取值疲劳试验的上限荷载Qmax是根据构件在最大标准荷载最不利组合下产生的弯矩计算而得,荷载下限Qmin是根据疲劳试验设备的要求而定。如AMSLER脉冲试验机取用的最小荷载不得小于脉冲千斤顶最大动负荷的3%2疲劳试验频率疲劳试验荷载在单位时间内重复作用次数即为荷载频率,它会影响材料的塑性变形和徐变,另外频率过高时对疲劳试验附属设施带来的问题也较多。目前,国内外尚无统一的频率规定,主要依据疲劳试验机的性能而定,且不应使构件及荷载架发生共振。同时,应使构件在试验时与实际工作时的受力状态一致。为此,荷载频率与构件固有频率之比应满足条件:3疲劳试验的控制次数构件经受下列控制次数的疲劳荷载作用后,抗裂性(即裂缝宽度)、刚度和强度必须满足现行规范中有关的规定。中级工作制吊车梁:n=2106次,重级工作制吊车梁:n=4106次
3、。教学分析6.1 工程结构疲劳试验工程结构疲劳试验6.1.3疲劳试验的步骤1疲劳试验前预加静载试验对构件施加不大于上限荷载20%的预加静载12次,消除松动及接触不良,压牢构件并使仪表运转正常。2正式疲劳试验第一步先做疲劳前的静载试验。其目的主要是对比构件经受反复荷载后受力性能有何变化。荷载分级加到疲劳上限荷载。每级荷载可取上限荷载的20%,临近开裂荷载时应适当加密,第一条裂缝出现后仍以的荷载施加,每级荷载加完后停歇1015min,记取读数,加满后分两次或一次卸载,也可采取等变形加载方法。第二步进行疲劳试验。首先调节疲劳及上下限荷载,待示值稳定后读取第一次动载读数,以后每隔一定次数(如30万50万次)读取数据。根据要求可在疲劳过程中进行静载试验(方法同第一步),完毕后重新启动疲劳机继续进行疲劳试验。教学分析6.1 工程结构疲劳试验工程结构疲劳试验6.1.3疲劳试验的步骤第三步做破坏试验。达到所要求的疲劳次数后进行破坏试验时有两种情况。一种是继续施加疲劳荷载直至破坏,得出承受荷载的次数;另一种是做静载疲劳试验,方法同第一步,荷载分级可以加大。疲劳试验的步骤可用下图表示。 疲劳试验步骤教学分
4、析6.1 工程结构疲劳试验工程结构疲劳试验6.1.3疲劳试验的步骤应该注意,不是所有疲劳试验都采取相同的试验步骤,随着试验目的和要求的不同,可有多种多样,如带裂缝的疲劳试验,静载可不分级缓慢地加到第一条可见裂缝出现为止,然后开始疲劳试验,如图(a)所示。还有在疲劳试验过程中变更荷载上限,如图(b)所示。提高疲劳荷载的上限,可以在达到要求疲劳次数之前,也可在达到要求疲劳次数之后。 (a)带裂缝试验步骤 (b)变更荷载上限教学分析6.1 工程结构疲劳试验工程结构疲劳试验6.1.4疲劳试验的观测1强度测量构件所能承受疲劳荷载作用次数(n),取决于最大应力值max(或最大荷载Qmax)及应力变化幅度(或荷载变化幅度)。试验应按设计要求取最大应力值max和疲劳应力比值=min/max进行。依据此条件进行疲劳试验,在控制疲劳次数内,构件的强度、刚度、抗裂性应满足现行规范要求。疲劳破坏的标志应根据相应规范的要求而定,对科研性的疲劳试验有时为了分析和研究破坏的全过程及其特征,往往将破坏阶段延长至构件完全丧失承载能力。教学分析6.1 工程结构疲劳试验工程结构疲劳试验6.1.4疲劳试验的观测2应变测量一般
5、采用电阻应变片测量动应变,测点布置依试验具体要求而定。通常用动态电阻应变仪和记录器组成测量系波器或光线示波器组成测量系统,这种方法简便且具有一定的精度,可多点测量。3裂缝测量由于裂缝的开始出现和微裂缝的宽度对构件安全使用具有重要意义。因此,裂缝测量在疲劳试验中也是重要的内容,测量裂缝的方法可利用光学仪器、目测或利用应变传感器电测。4动挠度测量疲劳试验中动挠度测量可采用接触式测振仪、差动变压器式位移计和电阻应变式位移传感器等,如国产CW-20型差动变压器式位移计(量程20mm),配合YJD-1型应变仪和光线示波器组成测量系统,可进行多点测量,并能直接读出最大荷载和最小荷载下的动挠度。教学分析6.1 工程结构疲劳试验工程结构疲劳试验6.1.5疲劳试验试件的安装试件安装时应注意以下几点:1严格对中荷载架上的分布梁、脉冲千斤顶、试验构件、支座及中间垫板都要对中,特别是千斤顶轴心一定要同构件断面纵轴在一条直线上。2保持平稳疲劳试验的支座最好是可调的,即使构件不够平直也能调整安装水平。另外千斤顶与试件之间、支座与支墩之间、构件与支座之间都要找平。用砂浆找平时不宜铺厚,因为厚砂浆层易压酥。3安全防护
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