课程名称：  建筑结构试验    

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怎么看待建筑结构试验

——对结构疲劳试验的简单概述

贵州大学土木工程学院建筑工程  班

摘要：结构试验既是一门科学又是一种技术，是研究和发展土木工程新结构、新材料、新工艺以及检验结构分析和设计理论的重要手段，在结构工程科学研究和技术创新等方面起着重要作用，注重理论和实践相结合，能使读者全面地掌握结构试验的基本方法和技能，适应土木工程结构设计、施工、检测鉴定和科学研究工作的需要。

关键词：疲劳试验。

1、 引言

    从材料学的观点来看，疲劳破坏是材料损伤积累而导致的一种破坏形式。金属材料的疲劳有以下特征：

（1）、交变荷载作用下，在构件中的交变应力远低于材料静力强度的条件下有可能发生疲劳破坏；

（2）、在单调静载实验中表现为脆性或塑性的材料，发生疲劳破坏时，宏观上均表现为脆性断裂，疲劳破坏的预兆不明显；

（3）、疲劳破坏具有显著的局部特征，疲劳裂纹扩展和破坏过程发生在局部区域。

（4）、疲劳破坏是一个累积损伤的过程，要经历足够多次导致损伤的交变应力才会发生疲劳破坏。

因此，疲劳破坏与静力破坏和冲击荷载作用下的破坏有着本质上的区别。从受力特征来看，承受反复交变荷载的结构有可能发生疲劳破坏。在建筑工程中，典型的结构构件是工业厂房中的吊车梁；桥梁工程中，铁路桥梁的疲劳破坏是其结构设计要考虑的主要破坏形态之一。典型的工程事故是1994年韩国的圣水大桥的破坏，在建成仅15年的大桥因桁架式挂梁的吊杆疲劳断裂，40m长的一段桥面结构坠入汉江中，15人丧生。

2、实验目的

   （1）、观察疲劳失效现象和断口特征。

   （2）、了解测定材料疲劳极限的方法。

3、疲劳试验的观测项目

   与其他结构试验相同，疲劳试验也分为鉴定性试验和研究型试验。

   对于钢筋混凝土或预应力混凝土构件，疲劳试验中的观测项目主要包括：

   （1）、构件开裂荷载和荷载循环次数；

   （2）、裂缝宽度随荷载循环次数的变化以及新裂缝的发生和发展；

   （3）、构件的最大挠度及其随荷载循环次数的发展规律；

   （4）、预应力混凝土构件中锚固区钢丝的回缩；

   （5）、构件承载能力与疲劳荷载的关系；

   （6）、循环荷载作用下构件的破坏特征。

   对于钢结构构件，疲劳试验中的观测项目主要包括：

   （1）、局部应力或最大应力的变化；

   （2）、构件的最大变形及其随荷载循环次数的发展规律；

   （3）、断裂裂纹的萌生和发展；

   （4）、构件承载能力与疲劳荷载的关系。

    不同的试验对象和试验目的，疲劳试验中的观测项目也不相同。 例如，预应力混凝土构件的锚夹具组装件疲劳试验。属生产鉴定性试验，试验中的观测项目主要就是钢丝相对于锚具的位移以及锚具工作状态。而在粘钢加固的钢筋混凝土梁的疲劳试验中，观测项目往往以粘贴钢板的应变变化作为主要观测项目之一。

4、疲劳试验的荷载

    疲劳荷载的描述由3个参量构成，即最大荷载Pmax、最小荷载Pmin和平均荷载Pm。在钢筋混凝土构件的鉴定性试验中，根据短期荷载标准组合产生的最不利内力确定疲劳试验的最大荷载Pmax，最小荷载Pmin一般取为疲劳试验机可以稳定控制的最小荷载值。

    疲劳试验的加载频率一般为200~400次/分钟。有人认为，当应力水平在0.7~0.75以下时，加载频率在1~10Hz之间对混凝土或钢的疲劳试验结果影响很小。疲劳试验的时间较长，以400次/分钟的加载频率计算，完成200万次疲劳试验所需时间为83.5h，如果降低加载频率，试验时间更长。考虑到试验成本，本多在疲劳试验机容许的加载频率范围内选用较快的加载频率。但是，当试验对象具有明显的粘弹性特征时，必须仔细分析加载频率的影响，使试验结果能更准确的反应试验对象的基本力学性能。

疲劳荷载作用次数是疲劳试验中的一个重要控制指标。结构设计规范对吊车梁、铁路桥梁等结构构件的疲劳荷载次数规定为20~40万次。在结构性能研究中，为了得到构件的寿命曲线和疲劳极限，疲劳荷载次数可以在更大的范围内变化。

对于鉴定性试验，一般在完成规定次数的疲劳荷载后，检查构件的各性能指标是否满足要求，疲劳试验即告结束。而研究型疲劳试验在完成预定次数的疲劳加载后，往往再进行静载试验，研究疲劳荷载对构件承载能力的影响。在研究性疲劳试验中，另外一种疲劳试验的加载方案是不预先规定疲劳荷载作用次数，施加疲劳荷载直到构件发生破坏。也可以按照一定规则改变疲劳荷载控制参量，直到构件破坏。

5、疲劳试验的测试内容与试验方法

    疲劳试验属于动载试验。试验过程中，所有信息都在随时间变化，但是在一定长度的荷载循环中，试验信息的变化幅度不大，没有必要采用自动数据采集设备连续记录试验数据。在200万次的疲劳试验中，一般每隔10万次采集一次数据，记录最大变形、最大应变以及裂缝分布等数据。疲劳试验中，可以采用动态测试仪器和仪表测量试验数据，在规定的循环次数时不停机进行测试。有时也可以采用静态测试仪器仪表，测量时，采用静力加载方式，分别在最大试验荷载和最小试验荷载时测量试验数据。但应注意，疲劳试验均为荷载控制，试验荷载值必须采用动态方式测量和记录，以便对试验过程进行监控，对试验荷载值的偏差及时进行调整。

疲劳试验中的观测内容与静载试验中的观测内容基本相同，主要包括构件的变形、应变分布以及裂缝的变化。与常规静载试验不同之处在于疲劳试验所获取的数据一般都是以荷载相同为前提条件，测试数据随循环次数的变化反映出结构或构件性能的变化，也就是结构或构件的疲劳性能。由于疲劳试验循环次数多，时间长，为避免测试传感器因疲劳而发生故障，多采用非接触式的位移传感器测量试件的变形，例如，采用差动变压器式的位移传感器。应变测量一般采用电阻应变片，但电阻应变片的安装比常规静载试验有更高的要求，电阻应变片的生产厂家可以提供专门用于疲劳试验的电阻应变片和专用胶水。

疲劳试验过程中，可能产生较大的振动。安装脉动千斤顶的加载钢架，安装试件的支架和支座，脉动千斤顶与试件直接的连接件，甚至连接脉动千斤顶和疲劳试验机油管都可能由于体系的持续振动而出现问题，如试件偏位，支座移动或连接部位拉动等。因此，整个试验装置必须连接牢固，有限制试件移动的限位装置，试件安装时应仔细对中。

构件的疲劳破坏有可能是突然的脆性破坏，例如，疲劳断裂破坏。试验装置应具有安全防护能力，避免人员和设备因构件突然破坏而受损。

6、结语

以上内容主要是介绍了结构疲劳试验的基本内容，让我在以后的工程实际中，更加注意疲劳破坏的危害性，提前做好预防工作，避免工程事故的发生。

参考文献：

1、易伟建、张望喜、姚振纲，《建筑结构试验》结构疲劳试验，中国建筑工业出版社，20##年12月。

2、舒送、张凌云、王立成，基于航空导管无扩口连接的旋转弯曲疲劳试验机研制，机械工程师，20##年第一期。

 

第二篇：建筑结构试验