1、 進(jìn)行結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)上再現(xiàn)要求的荷載，即試驗(yàn)荷載。試驗(yàn)荷載絕大多數(shù)是模擬荷載，而產(chǎn)生這些模擬荷載的方法很多，一般都通過加載設(shè)備和試驗(yàn)裝置產(chǎn)生，可用于結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載設(shè)備有重物、氣壓、機(jī)械機(jī)具、液壓、動力激振以及與它們相匹配的各種試驗(yàn)裝置等。下面將介紹一些最常用的加載設(shè)備和試驗(yàn)裝置。第第3章章 工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載技術(shù)工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載技術(shù)3.1 重物加載（dead loading）3.1.1 重物直接加載（dead loading applied on the surface of specimens）圖圖3.1.1 3.1.1 重物堆放作均布荷載試驗(yàn)圖重物堆放作均布荷載試驗(yàn)圖 圖圖3.

2、1.2 3.1.2 重物堆放作集中荷載試驗(yàn)重物堆放作集中荷載試驗(yàn)l l重物；重物；2 2試驗(yàn)板；試驗(yàn)板；3 3支座；支座；3 3支墩支墩 1 1試件；試件；2 2重物；重物；3 3支座；支座； 3 3支墩；支墩；5 5吊籃吊籃圖3.1.4 杠桿加載方法1試件；2重物；3支座；4支墩；5荷載盤；6分配梁支座；7分配梁；8加載支點(diǎn)；9杠桿；10荷載支架；11杠桿平衡重3.1.2 杠桿加載方法 (levered deadweights loading)（a a） （b b）圖圖3.1.5 3.1.5 現(xiàn)場試驗(yàn)杠桿加載的支承方法現(xiàn)場試驗(yàn)杠桿加載的支承方法（a a）墻洞支承；（）墻洞支承；（b b）樁支

3、承）樁支承3.2 氣壓加載（air loading） (a)(a)正壓加載正壓加載 （b b）負(fù)壓加載）負(fù)壓加載圖圖3.2.1 3.2.1 氣壓加載示意圖氣壓加載示意圖1 1板試件；板試件；2 2氣囊；氣囊；3 3壓力表（或用壓力表（或用U U形管量測）；形管量測）；4 4管道；管道；5 5泄氣針閥；泄氣針閥；6 6進(jìn)氣針閥；進(jìn)氣針閥；7 7減壓閥；減壓閥；8 8氣瓶（高壓）；氣瓶（高壓）；9 9試驗(yàn)殼體；試驗(yàn)殼體；1010支承板；支承板；1111接真空泵接真空泵3.3 機(jī)械機(jī)具加載（mechanical loading）圖圖3.3.1 3.3.1 機(jī)械機(jī)具加載示意圖機(jī)械機(jī)具加載示意圖1 1絞

4、車或卷揚(yáng)機(jī)；絞車或卷揚(yáng)機(jī)；2 2測力計(jì)；測力計(jì)；3 3滑輪；滑輪；4 4彈簧；彈簧；5 5螺桿；螺桿；6 6試件；試件；7 7臺座或反彎架臺座或反彎架 圖圖3.4.1 3.4.1 液壓系統(tǒng)加載系統(tǒng)液壓系統(tǒng)加載系統(tǒng) 1 1油泵油泵; 2; 2油管油管; 3; 3橫梁橫梁; 4; 4立柱立柱; 5; 5臺臺座座;6;6千斤頂千斤頂; 7-; 7-試件試件; 8; 8支墩支墩; 9; 9測力計(jì)測力計(jì) 3.4 液壓加載（hydraulic loading）3.4.1 液壓千斤頂（hydraulic jack）圖圖3.4.2 手動液壓千斤頂手動液壓千斤頂3.4.2 大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)（large struc

5、tural testing machine）圖圖3.4.3 3.4.3 結(jié)構(gòu)長柱試驗(yàn)結(jié)構(gòu)長柱試驗(yàn)試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)機(jī)l l試驗(yàn)機(jī)架；試驗(yàn)機(jī)架；2 2液壓液壓加載器；加載器；3 3操縱臺操縱臺圖圖3.4.33.4.3電液伺服液壓系統(tǒng)工作原理電液伺服液壓系統(tǒng)工作原理1 1冷卻器；冷卻器；2 2電動機(jī)；電動機(jī)；3 3高壓油泵；高壓油泵；4 4電液伺服閥；電液伺服閥；5 5液壓液壓作動器；作動器；6 6試驗(yàn)結(jié)構(gòu)；試驗(yàn)結(jié)構(gòu)；7 7荷載傳感器；荷載傳感器；8 8位移傳感器；位移傳感器；9 9應(yīng)變應(yīng)變傳感器；傳感器；1010荷載調(diào)節(jié)器；荷載調(diào)節(jié)器；1111位移調(diào)節(jié)器；位移調(diào)節(jié)器；1212應(yīng)變調(diào)節(jié)器；應(yīng)變調(diào)節(jié)器；13

6、13記錄及顯示裝置；記錄及顯示裝置；l4l4指令發(fā)生器；指令發(fā)生器；l5l5伺服控制器；伺服控制器；1616臺座臺座3.4.3 電液伺服加載系統(tǒng)（electro-hydraulic servo loading system）1電液伺服作動器（electro-hydraulic servo actuator） 電液伺服作動器是電液伺服實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的動作執(zhí)行者，其構(gòu)造如圖3.4.5所示。圖圖3.4.5 3.4.5 液壓加載器構(gòu)造示意圖液壓加載器構(gòu)造示意圖1 1鉸支基座鉸支基座; 2; 2位移傳感器位移傳感器; 3; 3電液伺服閥電液伺服閥;4;4活塞桿活塞桿; ; 5 5荷載傳感器荷載傳感器; 6;

7、6螺旋墊圈螺旋墊圈; 7; 7鉸支接頭鉸支接頭 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 72控制系統(tǒng)（control system） 控制系統(tǒng)由液壓控制器、電參量信號控制器、繪圖儀和計(jì)算機(jī)四部分組成。 液壓控制器控制液壓源的啟動和關(guān)閉； 電參量信號控制器主要控制荷載、位移、應(yīng)變等參量的轉(zhuǎn)換，還有極限保護(hù)以免開環(huán)失控等功能； 繪圖儀主要對試件的各階段力變形的變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)直觀顯示； 計(jì)算機(jī)主要對電信號控制器和繪圖儀進(jìn)行實(shí)時(shí)自動控制 。3液壓源（hydraulic power supply） 液壓源為整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供液壓動力。對于電液伺服作動器這種高精度加載設(shè)備，液壓源有很高的技術(shù)要

8、求：要保持液壓油的壓力和流量工作穩(wěn)定，同時(shí)對供電也有一定的要求，還要有安全保護(hù)環(huán)節(jié)及其監(jiān)測儀表，以保證液壓源的安全運(yùn)行。電液伺服加載系統(tǒng)所用液壓油的潔凈程度比一般液壓設(shè)備的高許多，在供油管路和回油管路都裝有過濾器。 3.4.4 地震模擬振動臺（shaking table）地震模擬振動臺地震模擬振動臺1 1試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型；試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型；2 2控制室；控制室；3 3振動臺臺面；振動臺臺面；4 4電液伺服助電液伺服助動器；動器；5 5振動臺基礎(chǔ)；振動臺基礎(chǔ)；6 6液壓動力系統(tǒng)液壓動力系統(tǒng)123465l.振動臺臺面與基礎(chǔ)（shaking table and foundation） 振動臺臺面是有一定尺寸

9、的平板結(jié)構(gòu)，需要有足夠的剛度和承載力，通常采用鋼結(jié)構(gòu)。振動臺應(yīng)安裝在質(zhì)量很大的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)的重量一般為可動部分重量或激振力的1020倍以上，這樣可以改善系統(tǒng)的高頻特性，并減小對周圍建筑和其他設(shè)備的影響。2.液壓驅(qū)動和動力系統(tǒng)（hydraulic and power system） 液壓驅(qū)動系統(tǒng)是向振動臺施加巨大推力的設(shè)備。目前世界上已經(jīng)建成的大中型地震模擬振動臺，基本是采用電液伺服系統(tǒng)來驅(qū)動，它在低頻時(shí)能產(chǎn)生巨大的推力。根據(jù)輸入信號（周期波或地震波），由電液伺服閥控制進(jìn)入作動器的液壓油流量的大小和方向，從而由作動器推動臺面能在垂直軸或水平軸方向上產(chǎn)生相位受控的正弦運(yùn)動或隨機(jī)運(yùn)動。 3 .控制系

10、統(tǒng)（control system） 地震模擬振動臺的控制系統(tǒng)主要由模擬控制和數(shù)字控制兩部分組成。 模擬控制方法又分為兩種。一種是采用位移反饋控制的PID控制方法，同時(shí)利用壓差反饋?zhàn)鳛樘岣呦到y(tǒng)穩(wěn)定的補(bǔ)償，德國SCHENCK公司就是采用這種控制方法；另一種方法是將位移、速度和加速度共同進(jìn)行反饋的三參量反饋控制方法，美國MTS公司就是采用這種控制方法。4.測試和分析系統(tǒng)（measurement and data-processing system） 測試系統(tǒng)一般是測量位移、加速度和應(yīng)變等參數(shù)，總通道數(shù)可達(dá)百余點(diǎn)。位移測量多數(shù)采用差動變壓器式和電位計(jì)式的位移計(jì)，可測量模型相對于臺面的位移或相對于基礎(chǔ)的

11、位移；加速度測量采用應(yīng)變式加速度計(jì)、壓電式加速度計(jì)，近年來也采用差容式或伺服式加速度計(jì)。3.5 動力激振加載法（dynamic loading）1.沖擊力加載（impact loading）（1）初位移加載法a a b b圖圖3.5.1 3.5.1 用張拉突卸法對結(jié)構(gòu)施加沖擊力荷載用張拉突卸法對結(jié)構(gòu)施加沖擊力荷載1-1-結(jié)構(gòu)物；結(jié)構(gòu)物；2-2-鋼絲繩；鋼絲繩；3-3-鉸車；鉸車；4-4-鋼拉桿；鋼拉桿；5-5-保護(hù)索；保護(hù)索；6-6-模型；模型；7-7-鋼絲；鋼絲；8-8-滑輪；滑輪；9-9-支架；支架；10-10-重物；重物；11-11-減振墊層減振墊層（2）初速度加載法 （a a） （b

12、b）圖圖3.5.2 3.5.2 用擺錘或落重法施加沖擊力荷載用擺錘或落重法施加沖擊力荷載1 1擺錘；擺錘；2 2結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；3 3落重；落重；4 4砂墊層；砂墊層；5 5試件試件2離心力加載（centrifugal force loading） 離心力加載是根據(jù)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的離心力對結(jié)構(gòu)施加簡諧振動荷載。其特點(diǎn)是運(yùn)動具有周期性，作用力的大小和頻率按一定規(guī)律變化，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動。離心力加載一般采用機(jī)械式激振器。激振器由機(jī)械和電控兩部分組成：機(jī)械部分主要是由兩個(gè)或多個(gè)偏心質(zhì)量組成，一般的機(jī)械式激振器工作頻率范圍較窄，大致在50 60Hz以下。 由于激振力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以當(dāng)工作頻率很低時(shí)

13、，激振力就較小；電氣控制部分采用單相可控硅，速度電流雙閉環(huán)電路系統(tǒng)，對直流電機(jī)實(shí)行無級調(diào)速控制。通過測速發(fā)電機(jī)作速度反饋，通過自整角機(jī)產(chǎn)生角差信號，送往速度調(diào)節(jié)器與給定信號綜合，以保證兩臺或多臺激振器不但速度相同且角度亦按一定關(guān)系運(yùn)行。 圖圖3.5.3 3.5.3 直線位移慣性力加載系統(tǒng)直線位移慣性力加載系統(tǒng)1 1固定螺栓；固定螺栓；2 2加載器；加載器；3 3伺服閥；伺服閥；4 4荷重；荷重；5 5平平臺；臺；6 6鋼軌；鋼軌；7 7低摩擦直線滾輪；低摩擦直線滾輪；8 8樓板樓板3直線位移慣性力加載（liner displacement inertia force loading）3.5.2

14、 電磁加載（electromagnetic loading）圖圖3.5.4 3.5.4 電磁加載設(shè)備電磁加載設(shè)備 （a a）激振器）激振器 （b b）振動臺）振動臺1 1外殼；外殼；2 2支撐彈簧；支撐彈簧；3 3動圈；動圈； 1 1機(jī)架；機(jī)架；2 2激振頭；激振頭；3 3驅(qū)動線圈；驅(qū)動線圈； 4 4鐵心；鐵心； 5 5勵磁線圈；勵磁線圈；6 6頂桿頂桿 4 4支撐彈簧；支撐彈簧；5 5磁屏蔽；磁屏蔽； 6 6勵磁線圈；勵磁線圈；7 7傳感器傳感器3.5.3 現(xiàn)場動力試驗(yàn)的激振方法（field dynamic testing）1.人體激振動加載法（vibration loading by hu

15、man） 在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，人們可以利用自身在結(jié)構(gòu)物上的有規(guī)律的活動，即使人的身體作與結(jié)構(gòu)自振同步的前后運(yùn)動，產(chǎn)生足夠大的慣性力，就有可能形成適合作共振試驗(yàn)的振幅，這種方法稱為人體激振動加載法。2 .人工爆炸激振法（vibration loading by artificial explosion） 人工爆炸激振法是指在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)附近場地采用炸藥進(jìn)行人工爆炸，利用爆炸產(chǎn)生的沖擊波對結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬時(shí)激振，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動。可按經(jīng)驗(yàn)公式估算出人工爆炸產(chǎn)生場地地震的加速度A和速度V： nmRQA9 .21 3環(huán)境隨機(jī)振動激振法（stochastic vibration） 建筑物經(jīng)常處于微小而不規(guī)則的脈動中，

16、這種微小而不規(guī)則的振動來源于微小的地震活動、機(jī)器運(yùn)作、車輛行駛等，使地面存在著連續(xù)不斷的運(yùn)動，其運(yùn)動的幅值極為微小，而它所包含的頻譜是相當(dāng)豐富的，故稱為建筑脈動。圖圖3.6.1 3.6.1 槽式試驗(yàn)臺座橫向剖面圖槽式試驗(yàn)臺座橫向剖面圖1 1槽軌；槽軌；2 2型鋼骨架；型鋼骨架；3 3高強(qiáng)度混凝土；高強(qiáng)度混凝土；4 4混凝土混凝土3.6 加載裝置（loading devices）3.6.1 試驗(yàn)臺座（test floor）1槽式試驗(yàn)臺座（channel type）2地錨式試驗(yàn)臺座（ground anchor type）1 11 1圖圖3.6.2 3.6.2 地錨式試驗(yàn)臺座地錨式試驗(yàn)臺座1 1地腳

17、螺絲；地腳螺絲；2 2臺座地槽臺座地槽3箱式試驗(yàn)臺座（box anchor type）圖圖3.6.3 3.6.3 箱式試驗(yàn)臺座箱式試驗(yàn)臺座1 1箱形臺座；箱形臺座；2 2頂板上的孔洞；頂板上的孔洞；3 3試件；試件；4 4加荷架；加荷架；5 5液壓加載器；液壓加載器；6 6液壓操縱臺液壓操縱臺4槽錨式試驗(yàn)臺座（channel anchor type）圖圖3.6.33.6.3槽錨式試驗(yàn)臺座槽錨式試驗(yàn)臺座1 1滑槽；滑槽；2 2高強(qiáng)度混凝土；高強(qiáng)度混凝土；3 3槽鋼；槽鋼；4 4錨栓錨栓5抗彎大梁式臺座（beam type）圖圖3.6.5 3.6.5 抗彎大梁臺座的荷載試驗(yàn)裝置抗彎大梁臺座的荷載試

18、驗(yàn)裝置1 1一試件；一試件；2 2一抗彎大梁；一抗彎大梁；3 3一支墩；一支墩；4 4一分配梁；一分配梁；5 5一液壓加載器；一液壓加載器；6 6一荷載加載架一荷載加載架5641234NNF1F23.6.2 水平反力墻或反力架（horizontal reaction setup）（a a） （b b）圖圖3.6.7 3.6.7 水平反力裝置水平反力裝置1 1反力墻；反力墻；2 2試驗(yàn)臺座；試驗(yàn)臺座；3 3推拉加載器；推拉加載器；4 4試件；試件；5 5反力架；反力架；6 6千斤頂滾軸連接千斤頂滾軸連接3.6.3 豎向荷載架（vertical reaction setup）圖圖3.6.83.6.

19、8組合式垂直荷載架組合式垂直荷載架3.6.4 分配梁（transformation beams）圖圖3.6.9 3.6.9 分配梁加載示例分配梁加載示例 1 1分配梁；分配梁；2 2試件試件3.6.5 支座與支墩（supports and buttress）1支座（supports）圖圖3.6.10 3.6.10 常見鉸支座的形式常見鉸支座的形式（a a）活動鉸支座；（活動鉸支座；（b b）固定鉸支座；（固定鉸支座；（c c）球鉸支座球鉸支座（a）（c）（b）圖圖3.6.11 3.6.11 嵌固端支座構(gòu)造嵌固端支座構(gòu)造1 1試件；試件；2 2上支座刀口；上支座刀口；3 3下下支座刀口；支座刀口

20、；4 4支墩；支墩；5 5拉桿拉桿圖圖3.6.12 3.6.12 板殼結(jié)構(gòu)的支座布置方式板殼結(jié)構(gòu)的支座布置方式1 1滾軸；滾軸；2 2鋼球；鋼球；3 3試件；試件；4 4固定球鉸固定球鉸對于不同的結(jié)構(gòu)形式，要求有不同的支座形式，具體如下：（1）簡支梁和連續(xù)梁支座（2）四角支承板和四邊支承板的支座（3）受扭試件兩端的支座圖圖3.6.13 3.6.13 受扭試驗(yàn)轉(zhuǎn)動支座構(gòu)造受扭試驗(yàn)轉(zhuǎn)動支座構(gòu)造1 1受扭試件；受扭試件；2 2墊板；墊板；3 3轉(zhuǎn)動支座蓋轉(zhuǎn)動支座蓋板；板；4 4滾軸；滾軸；5 5轉(zhuǎn)動支座轉(zhuǎn)動支座（3）受壓試件兩端的支座 （a a） （b b）圖圖3.6.13 3.6.13 柱與壓桿試驗(yàn)的鉸支座柱與壓桿試驗(yàn)的鉸支座（a a）單向鉸支座；（）單向鉸支座；（b b）雙向鉸支座）雙向鉸支座1 1試件；試件；2 2鉸支座；鉸支座；3 3調(diào)整螺絲；調(diào)整螺絲；4 4刀口刀口2支墩（buttress） 支墩本身的強(qiáng)度必須進(jìn)行計(jì)算，以保證試驗(yàn)時(shí)不致發(fā)生過度變形。支墩在現(xiàn)場多用磚塊臨時(shí)砌成，支墩上部應(yīng)有足夠大的平整支承面，最好