结构抗震试验技术

关于结构抗震试验技术第一页，共八十三页，编辑于2023年，星期三结构抗震试验的任务和分类一、抗震试验的任务1、结构抗震性能：一般从结构的强度、刚度、延性、耗能性能、刚度退化等方面来衡量。2、结构抗震能力：是结构抗震性能的表现。我国抗震规范的结构抗震能力为“小震不坏、中震可修、大震不倒”。3、抗震试验的任务新材料的抗震性能研究，为推广使用提供科学依据；新结构的抗震能力研究，提出新结构的抗震设计方法；实际结构的模型试验研究，验证结构的抗震性能和能力；为制定和修改抗震设计规范提供科学依据。第二页，共八十三页，编辑于2023年，星期三第一节结构抗震试验试件类型第三页，共八十三页，编辑于2023年，星期三第一节结构抗震试验试件类型第四页，共八十三页，编辑于2023年，星期三第一节结构抗震试验试件类型一、梁式试件二、柱式试件三、节点及框架组合件试件四、框架试件五、剪力墙及墙体试件第五页，共八十三页，编辑于2023年，星期三一、梁式试件第六页，共八十三页，编辑于2023年，星期三二、柱式试件第七页，共八十三页，编辑于2023年，星期三二、柱式试件第八页，共八十三页，编辑于2023年，星期三三、节点及框架组合件试件第九页，共八十三页，编辑于2023年，星期三三、节点及框架组合件试件第十页，共八十三页，编辑于2023年，星期三四、框架试件第十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期三四、框架试件第十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期三五、剪力墙及墙体试件第十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期三五、剪力墙及墙体试件第十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期三第二节加载设备和装置一、试验类型二、加载设备三、加载的反力装置四、试验数据的量测与采集第十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期三建筑结构试验的分类生产性试验和科研性试验静力试验和动力试验真型试验和模型试验短期载荷试验和长期载荷试验试验室试验和现场试验第十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期三静力试验静力单调加载试验低周反复静力加载试验振动台试验疲劳试验风载试验快速拟动力试验（高级计算机－加载器联机试验）拟动力试验（计算机－加载器联机试验）动力试验拟静力试验结构试验按加载性质分类采集简单、离线处理，计算量较小，无计算速度要求实时在线采集、在线处理，计算量大，计算速度要求高动力监测试验第十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期三承力架试件液压加载器操作台管路系统试验台座优点：试验试件尺寸和比例大缺点：无法考虑地震的时间效应静力试验第十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期三优点：能够真实模拟地震缺点：试验试件尺寸受限振动台试验第十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期三拟动力试验（计算机－加载器联机试验）按照某种确定性的地震反应进行加载。而由于结构的恢复力模型未知，运动方程无法求解，故采用“边试验、边求解”的方法分步得到实测的结构恢复力模型，然后可完成整个试验加载过程。加载设备可利用伪静力试验设备，但必须可联机控制加载，即计算机控制的电液伺服加载系统(包含数个作动器，即加载器)。第二十页，共八十三页，编辑于2023年，星期三拟动力试验步骤拟动力试验在振动台试验基础上，降低时间速率，在拟静力的基础上通过动力微分方程求解体现地震动时间特性，从而既模拟了地震作用，又增大了试验试件尺寸第二十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期三拟动力试验步骤第二十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期三设备共享、提高利用率、解决尺寸和空间难题、数据共享拟动力试验发展新方向之一

网络联机拟动力试验优点第二十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期三第二十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期三快速：固化硬件和芯片。实时计算、速度大幅提升准确：结合大型有限元软件，结果可靠精细：可以模拟局部和微观尺度的力学性能拟动力试验发展新方向之一

快速拟动力试验优点第二十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期三健康监测试验4个风速仪16个加速度计58个电阻应变计148个振弦式应变计1套地秤36个倾角仪3个摄像头车载及动应变实时监测显示风载、温度和应变实时监测显示第二十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期三一、拟静力加载设备机械式千斤顶或液压式千斤顶电液伺服加载系统主要包括电液伺服作动器、模拟控制器、液压源、液压管路和测量仪器等第二十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期三加载装置常用的反力装置主要有反力墙、反力台座、门式刚架、反力架和相应的各种组合类型加载反力装置应具有足够的刚度、承载力和整体稳定性，能够满足试件的受力状态和模拟试件的实际边界条件第二十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期三墙片试验装置第二十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期三梁式构件试验装置第三十页，共八十三页，编辑于2023年，星期三顶部无转动的抗剪试验装置第三十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期三梁柱节点试验装置第三十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期三测P－Δ效应的节点试验装置第三十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期三分配梁悬吊支撑加载试验装置第三十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期三力－位移的关系曲线第三十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期三电液伺服拟静力试验加载系统第三十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期三第三节试验加载制度一、加载制度的几种方案二、关于加载制度的讨论第三十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期三一、加载制度的几种方案1、主轴向单向受力的加载制度（1）变位移加载（2）变力加载（3）变力－变位移加载制度2、双向受力加载制度（1）同步加载（2）非同步加载第三十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期三变位移加载变幅加载等幅加载混合加载第三十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期三变幅加载第四十页，共八十三页，编辑于2023年，星期三等幅加载第四十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期三混合加载第四十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期三混合加载第四十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期三变力加载第四十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期三同步加载当用一个加载器在与截面主轴成一定角度作斜向加载时，两个主轴向的分量是同步的斜向加载的加载制度与单向受力加载相同第四十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期三非同步加载非同步加载要用两个加载器分别在截面两个主轴方向加力可以先后施加荷载双向受力远比单向受力复杂第四十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期三单向加载第四十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期三一向恒载、一向加载第四十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期三先后加载第四十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期三二、关于加载制度的讨论1、研究目的与加载制度的关系（1）建立恢复力模型（2）建立强度计算公式及研究破坏机制（3）改进和发展抗震构造措施2、不同加载方案引起的耗能差异3、周期性加载制度的局限性第五十页，共八十三页，编辑于2023年，星期三建立恢复力模型采用的加载制度第五十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期三建立强度计算公式及研究破坏机制采用的加载制度第五十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期三改进和发展抗震构造措施－

比较强度或变形能力时第五十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期三改进和发展抗震构造措施－

比较强度和退化率时第五十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期三二、不同加载方案引起的耗能差异第五十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期三变幅加载时，假定骨架曲线不变，不同加载方案的的情况。第五十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期三第四节试验数据处理一、骨架曲线二、割线刚度三、延性系数四、荷载降低系数五、能量耗散系数第五十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期三骨架曲线与荷载－变形滞回曲线第五十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期三包兴格效应(Bauschingereffect)某些塑性材料的一种力学性质，表现为当材料受到某一方向的载荷作用（如拉伸）进入塑性变形阶段后，若接着施加相反方向的载荷（如压缩），将会发现此时材料的屈服应力会比直接施加后一种载荷时降低。包兴格效应在绝大多数多晶金属材料中都可以观察到。一般认为，该效应与材料内部因为塑性变形产生的残余内应力以及位错塞积等因素相关。第五十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期三强震作用下钢筋混凝土结构恢复力曲线呈现复杂的滞回特征,反映材料非线性、裂缝开合、钢筋—混凝土间黏结滑移、低周疲劳等因素对结构强度和刚度的影响。第六十页，共八十三页，编辑于2023年，星期三第六十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期三第六十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期三割线刚度第六十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期三延性系数第六十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期三延性系数的作图法计算第六十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期三退化率

结构强度和刚度的退化率是指在控制位移作等幅低周反复加载时，每施加一周荷载后强度或刚度降低的速率。它反映结构在一定变形条件下，强度或刚度随反复荷载次数增加而降低的特性。退化率的大小反映了结构是否经受得起地震的反复作用，当退化率小时，说明结构有较大的耗能能力。通常采用某一控制位移下第N次循环的峰值荷载与该级位移下首次加载时的峰值荷载之比来表示强度衰减第j级加载时第i次循环的峰值荷载值第j级加载时第1次循环的峰值荷载值第六十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期三结构刚度退化率第六十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期三能量耗散系数第六十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期三结构性能循环退化示意图第六十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期三功比系数功比系数I

是表示耗能能力的另一种指标，用来表达结构在加载过程中吸收能量的大小。Pi、Δi为第i次循环加载时结构顶点的荷载和位移值；Py、Δy分别为屈服荷载和屈服位移值。钢筋混凝土结构的功比系数不足10，而钢结构的功比系数则大于40第七十页，共八十三页，编辑于2023年，星期三循环退化指数功比系数I

是表示耗能能力的另一种指标，用来表达结构在加载过程中吸收能量的大小。为第i次加载循环时结构耗散的能量；为第i次加载循环之前结构累积耗散的能量；为结构的能量耗能能力，其值为结构破坏时对应的功比系数与五倍的结构弹性应变能的乘积。

第七十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期三上升段结构性能退化示意图第七十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期三下降段结构性能退化示意图第七十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期三结构卸载刚度退化示意图第七十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期三结构再加载刚度加速退化示意图第七十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期三地震损伤指标材料层次的损伤变量A为材料原始截面面积;为受损后有效面积α、β、m、S0、S1、γ为材料常数σmax、σmin为一次循环内的最大、最小应力第七十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期三地震损伤指标构件层次的损伤变量基于变形累积损伤理论θm、θy分别为最大转角、屈服转角第七十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期三地震损伤指标构件层次的损伤变量基于变形累积损伤理论第七十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期三地震损伤指标构件层次的损伤变量基于能量理论第七十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期三地震损伤指标构件层次的损伤变量基于能量理论Park-Ang