土木工程结构试验第五章

第五章工程结构抗震试验主讲教师：刘胜兵2022/12/132主要内容1概述2拟静力试验3拟动力试验4模拟地震振动台试验5人工地震模拟试验6天然地震试验2022/12/133

结构抗震试验的目的确定结构线性动力特性结构在弹性阶段变形比较小的情况下的自振周期、振型、能量耗散和阻尼值。研究结构的非线性性能结构进入非线性阶段的能量耗散、滞回特性、延性性能、破坏机理和破坏特征。概述2022/12/134拟静力试验拟动力试验地震模拟振动台试验人工地震试验天然地震试验常见的结构抗震试验2022/12/1351、试验方法

该方法的加载速率很低，因此由于加载速率而引起的应力、应变的变化速率对于试验结果的影响很小，可以忽略不计。

是以一定的荷载或位移作为控制值对试件进行低周反复加载（正反两个方向重复加载和卸载），用以模拟地震时结构在往复振动中的受力特点和变形特点，以获得结构非线性的荷载—变形特性。一、拟静力试验2022/12/1362、试验设备与加载装置双向千斤顶；反力墙；试验台座；荷载架，等。一、拟静力试验2022/12/137《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101-96)建议的几种试验加载装置(a)墙片试验装置(b)梁式构件试验装置一、拟静力试验2022/12/138钢框架梁柱节点试验(c)梁柱节点试验梁端加载装置一、拟静力试验2022/12/1393、单向反复加载制度(1)位移控制加载

位移控制加载是在加载过程中以位移(包括线位移、角位移、曲率或应变等)作为控制值或以屈服位移的倍数作为控制值，按一定的位移增幅进行循环加载。一、拟静力试验2022/12/1310(a)变幅加载(b)等幅加载(c)变幅等幅混合加载位移控制加载制度一、拟静力试验2022/12/811考虑地震震影响的的混合位位移加载载制度一、拟静静力试验验2022/12/812(2)力控制加加载力控制加加载是在在加载过过程中以以力作为控制制值，按按一定的的力增幅进行循环环加载。。因为试件件屈服后后难以控控制加载载的力，，所以这这种加载载制度较较少单独独使用。。一、拟静静力试验验2022/12/813(3)力—位移混合合控制加加载梁柱节点点通常采采用的方方案一、拟静静力试验验2022/12/8144、双向反反复加载载制度(1)x、y轴双向同同步加载(2)x、y轴双向非非同步加载一、拟静静力试验验2022/12/8155、滞滞回回曲曲线线和和骨骨架架曲曲线线(1)滞回回曲线线加载载一一周周得得到到的的荷荷载载—位移移曲曲线线称称为为滞滞回回曲曲线线（（滞滞回回环环））。梭形形、、弓弓形形、、反反S形、、Z形一、、拟拟静静力力试试验验2022/12/816梭形形说明明滞滞回回曲曲线线的的形形状状非非常常饱饱满满，，反反映映出出整整个个结结构构或或构构件件的的塑性性变变形形能能力力很很强强，具具有有很很好好的的抗抗震震性性能能和和耗耗能能能能力力。。例例如如受受弯弯、、偏偏压压、、压压弯弯以以及及不不发发生生剪剪切切破破坏坏的的弯弯剪剪构构件件，，具具有有良良好好塑塑性性变变形形能能力力的的钢钢框框架架结结构构或或构构件件的的P一△△滞滞回回曲曲线线即即呈呈梭梭形形。。一、、拟拟静静力力试试验验2022/12/817弓形形具有有“捏缩缩”效应应，，显显示示出出滞滞回回曲曲线线受受到到了了一一定定的的滑滑移移影影响响。。滞滞回回曲曲线线的的形形状状比比较较饱饱满满，，但但饱饱满满程程度度比比梭梭形形要要低低，，反反映映出出整整个个结结构构或或构构件件的的塑性性变变形形能能力力比比较较强强，能能较较好好地地吸吸收收地地震震能能量量。。例例如如剪剪跨跨比比较较大大，，剪剪力力较较小小并并配配有有一一定定箍箍筋筋的的弯弯剪剪构构件件和和压压弯弯剪剪构构件件，，一一般般的的钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构，，其其滞滞回回曲曲线线均均属属此此类类。。一、、拟拟静静力力试试验验2022/12/818反S形反映了了更多多的滑滑移影影响，，滞回回曲线线的形形状不饱满满，说明明该结结构或或构件件延性性和吸吸收地地震能能量的的能力力较差。例如如一般般框架架、梁梁柱节节点和和剪力力墙等等的滞滞回曲曲线均均属此此类。。一、拟拟静力力试验验2022/12/819Z形反映出出滞回回曲线线受到到了大大量的的滑移移影响响，具有滑滑移性性质。例如如小剪剪跨而而斜裂裂缝又又可以以充分分发展展的构构件以以及锚锚固钢钢筋有有较大大滑移移的构构件等等，其其滞回回曲线线均属属此类类。一、拟拟静力力试验验2022/12/820(2)骨架曲线在变幅幅位移移加载载试验验中，，把每每次滞滞回曲曲线的的峰点点都连连接起起来的的包络络线称称骨架曲曲线。反映了了构件件受力力与变变形的的各个个不同同阶段段及特特性（强度、、刚度度、延延性、、耗能能及抗抗倒塌塌能力力等）。骨架曲曲线与与单次次加载载曲线线一、拟拟静力力试验验2022/12/821(3)强度根据滞滞回曲曲线和和骨架架曲线线可以以分析析结构构构件件的开裂荷荷载、屈服荷荷载、极限荷荷载和破坏荷荷载。一、拟拟静力力试验验2022/12/822(4)延性性延性性系系数数定义义为为构构件件极限限位位移移与屈服服位位移移之比比。。位位移移为为广广义义位位移移，，包包括括线线位位移移、、曲曲率率、、转转角角等等。。延延性性反反应应了了结结构构抗抗震震性性能能的的好好坏坏。。一、、拟拟静静力力试试验验2022/12/8232022/12/824二、、拟拟动动力力试试验验试验验方方法法：：是由由计计算算机机进进行行数数值值分分析析并并控控制制加加载载，，即即由由给定定地地震震加加速速度度记录录通通过过计计算算机机进进行行非非线线性性结结构构动动力力分分析析，，将将计计算算得得到到的的位移移反应应作作为为输输入入数数据据，，以以控控制制加加载载器器对对试试验验结结构构进进行行试试验验。。这这种种方方法法需需要要在在试试验验前前假假定定结结构构的的恢恢复复力力特特性性模模型型（（即滞滞回回曲曲线线模模型型）。。可边边试试验验边边求求解解，，分分步步得得到到实实测测的的结结构构恢恢复复力力模模型型。2022/12/825二、、拟拟动动力力试试验验拟动动力力试试验验的的工工作作流流程程：：（1）在在计计算算机机系系统统中中输输入入地地震震加加速速度度时时程程曲曲线线。。（2）将将n时刻刻的的地地震震加加速速度度值值代代入入运运动动方方程程，，解解出出n时刻刻地地震震反反应应位位移移Xn。（3）由由计计算算机机控控制制电电液液伺伺服服加加载载器器，，将将Xn施加加到到结结构构上上。。（4）量量测测此此时时结结构构的的反反力力Fn，并并代代入入运运动动方方程程，，计计算算n+1时刻刻的的位位移移Xn+1，量测结结构反力力Fn+1。（5）重复上上述步骤骤，连续续进行加加载试验验，直至至完成整整个加载载过程。。2022/12/826二、拟动动力试验验拟动力试试验的设设备：计算机，，电液伺伺服加载载器，传传感器，，试验装装置。优点：（1）适用于于复杂结结构的非非线性地地震反应应分析，，试验结结果比较较准确。。（2）可以缓缓慢地再再现结构构反应，，便于观观测。（3）可进行行真型或或大比例例尺的结结构在确确定性地地震下的的试验研研究。2022/12/827二、拟动动力试验验缺点：（1）不能实实时再现现真实地地震反应应，不能能进行材材料特性性与时间间有关的的结构试试验。（2）计算机机系统除除进行运运动方程程的数值值积分外外，还需需要准确确控制加加载器，，精度方方面很难难实现。。（3）试验设设备庞大大，分析析系统复复杂，试试验费用用高。2022/12/828钢框架拟动力试验2022/12/829混凝土柱抗震性能试验二、拟动动力试验验2022/12/830三、模拟拟地震振振动台试试验加载设备备：振动台；加载程序序：一次加载载和多次次加载；；优点：很好地再再现地震震过程。。缺点：设备昂贵贵，一般般做小比比例模型型试验。。2022/12/831试验设备备组成：：台面和基基础高压油源源和管路路系统电液伺服服加载器器模拟控制制系统计算机控控制系统统数据采集集系统三、模拟拟地震振振动台试试验2022/12/8322022/12/833四、人工地地震模拟试试验1、拟静力试试验：设备简单，，能进行大大尺寸构件件或结构抗抗震的延性性试验，但但与实际某某一确定地地震地面运运动产生的的地震力有有很大的差差别，不能能反映建筑筑结构的动动力特性。。2、拟动力试试验：结构的非线线性特性及及恢复力与与变形的关关系必须在在试验前假假定，而假假定的计算算模型是否否符合结构构的实际情情况，还有有待于试验验结果来验验证。各类抗震试试验的局限限性：2022/12/834四、人工地地震模拟试试验3、振动台试试验：能较好地模模拟地面运运动，但由由于受台面面尺寸和载载重量的限限制，不能能做较大结结构的足尺尺试验，另另外弹塑性性材料的动动态模拟理理论尚待研研究解决。。因此对于于大型结构构、管道、、桥梁、坝坝体以及核核反应堆工工程等大比比例或足尺尺模型试验验，受到一一定限制，，甚至无法法进行。2022/12/835四、人工地地震模拟试试验爆破方法：：在现场安装装炸药并加加以引爆，，称为直接接爆破法。。由于地面运运动加速度度峰值随装装药量增加加而增高；；地面运动动加速度峰峰值离爆心心距离越近近则越高；；地面运动动持续时间间离爆心距距离越远则则越长。故一般要求求装药量大大，离爆心心距离又远远一点效果果才好。为了增强强爆破效果果，可采用用