混凝土结构静载及现场荷载试验荷载和加载方法

混凝土结构静载及现场荷载试验荷载和加载方法结构静载试验的荷载，按作用的形式有集中荷载和均布荷载；按作用的方向分有垂直荷载、水平荷载和任意方向的荷载，有单向作用和双向反复作用荷载等。根据试验目的的不同，要求试验时能正确地在试件上呈现上述荷载。一、加载图式和等效荷载试验荷载在试验结构构件上的布置形式（包括荷载类型和分布情况）称为加载图式。为了使试验结果与理论计算结果便于比较，加载图式应与理论计算简图相一致，如计算简图为均布荷载，加载图式也应为均布荷载；简图为集中荷载，则加载图式也应按简图的集中荷载大小、数量及作用位置布置。如因条件限制而无法实现或为方便加载，也应根据试验的目的要求，采用与计算简图等效的荷载图式。等效荷载是指加在试件上，使试件产生的内力图形与计算简图相近，控制截面的内力值相等的荷载。采用等效荷载时必须注意，除控制截面的某个效应与理论计算荷载相同外，该截面的其它效应和非控制截面的效应则可能有差别，所以必须全面验算因加载图式改变对试验结构构件的各种影响；必须特别注意结构构造条件是否会因最大内力区域的某些变化而影响承载性能。在试验加载时，由于结构构件的自重对试验控制截面的内力也会产生影响，此使便可采用等效荷载的方法扣除结构自重的影响。二、试验荷载的计算1．极限状态的定义和分类极限状态是指结构或构件能够满足规定的某一功能要求的临界状态，超过这一状态，结构或构件便不再满足设计要求。《建筑结构可靠度设计统一》GB50068和《混凝土结构设计规范》GB50010均将结构功能的极限状态分为两大类：（1）承载能力极限状态：这种极限状态对应于结构或构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形。（2）正常使用极限状态：这种极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。同时还规定结构构件应按不同的荷载效应组合设计值进行承载力计算及稳定、变形、抗裂和裂缝宽度验算。因此在进行混凝土结构试验前，首先应确定相应于各种受力阶段的试验荷载值：（1）当进行承载力极限状态试验时，应确定承载力的试验荷载值。（2）对构件的刚度、裂缝宽度进行试验时，应确定正常使用极限状态的试验荷载。（3）当试验混凝土构件的抗裂性时，应确定构件的开裂试验荷载值。2．试验荷载的计算由于研究性试验并不一定是针对某一具体的实际荷载来进行试验，因此没有给定的荷载值。这时应根据构件实测强度和构件的实际几何参数按下式进行计算：式中，fC0,fS0,a0——分别为混凝土抗压强度、钢材抗拉强度和截面几何尺寸的实测值。控制截面上的正常使用极限状态短期效应计算值按下式计算：式中，——荷载分项系数的平均值，采用以下简化公式计算：式中，ρ——可变荷载Q与永久荷载G的比值，应根据试验目的确定：当ρ=Q/G=0时，γμ=1.2；当ρ=Q/G=0.5时，γμ=1.27；当ρ=Q/G=∞时，γμ=1.4；γ0——结构构件重要性系数。[γμ]——构件承载力检验系数允许值。最后根据控制截面上的效应计算值和加载图式，经等效换算求出正常使用极限状态下的试验荷载值。开裂试验荷载计算值可根据开裂内力计算值和试验加载图式换算得出。正载面抗裂试验的开裂内力计算值按下列公式计算：（1）轴心受拉构件：（2）受弯构件：（3）偏心受拉和偏心受压构件：式中，σPC——结构构件试验时，在抗裂验算边缘的混凝土预压应力设计；γC——受拉区混凝土塑性影响系数；NcrC——轴心受拉、偏心受拉和偏心受压构件正截面开裂轴向力计算值；McrC——受弯构件正截面开裂弯矩计算值；A00——由实际几何尺寸计算的构件换算截面面积；W0——由实际几何尺寸计算的换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩；e0——由实际几何尺寸计算三、加载程序荷载种类和加载图式确定后，还应按一定的程序加载。一般结构静载试验的加载程序均分为预载、正常使用荷载（标准荷载）、破坏荷载三个阶段。图就是一种典型的静载试验加载程序。对于非破坏性试验只加至正常使用荷载即标准荷载，试验后试件仍可使用。对破坏性试验，当加到正常使用荷载后，不卸载即可直接进入破坏阶段试验。分级加（卸）载的目的，主要是为了方便控制加（卸）载速度和观测分析各种变化，也为了统一各点加载的步调。1．预载在正式试验前应对结构预加试验荷载，其目的在于：（1）使试件各部接触良好，进入正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定。（2）检验全部试验装置的可靠性。（3）检验全部观测仪表工作正常与否。（4）检查现场组织工作和人员的工作情况，起演习作用。总之，通过预载试验可以发现一些潜在问题，并在正式试验开始之前加以解决，对保证试验工作顺利进行具有重要意义。预载一般分三级进行，每级取标准荷载值的20％，然后亦分级卸载，2～3级卸完。为防止构件在预加载时产生裂缝，预加载的荷载量不宜超过试验结构构件开裂荷载计算值的70％。2．正常使用荷载试验与破坏试验加载正常使用荷载以内，每级宜取正常使用荷载计算值的20％，一般分五级加至正常使用荷载；超过正常使用荷载后，每级宜取正常使用荷载计算值的10％；需要做抗裂试验的结构构件，加载至开裂荷载的90％后，每级取正常使用荷载计算值的5％，一直加至出现第一条裂缝为止，作用在试验结构构件上的试验设备的重量和构件自重视为第一级荷载或第一级荷载的一部分；每级荷载加完后持续时间不应少于10min，且宜相等，其目的是使结构构件的变形得到充分的发展，其使量测结构具有可比性，在正常使用荷载作用下宜持续30min。3．卸载凡间断性加载试验或仅做刚度、抗裂和裂缝宽度检验的结构、构件和测定残余变形及预载之后，均须卸载，让结构、构件有个恢复弹性变形的时间，卸载一般可按加载级距，也可放大1倍或分二次卸完。