第三章-动载试验

图3.1三峡工程三期围堰爆破试验场景

在24个深13.5米、直径105毫米的地孔内填充3吨炸药，爆破方量5000方。此次是为了检测现场混装乳化炸药车的性能和数码雷管的网络连接技术以及混合炸药的装填、联网、起爆等生产程序的全过程,为后期围堰爆破拆除打下基础。图3.2爆破人员在为三峡工程三期围堰爆破试验进行最后的准备二、动载试验的几种情况1.结构物在实际使用时的振动水平（频率、振幅）及性状；如：动力机械作用下厂房结构的振动；移动荷载作用下桥梁的振动；地震时建筑结构的振动；2.激振后，结构或模型的振动特性；如地震振动台、正弦激振、随机自然激振3.结构构件的疲劳试验，疲劳试验机。注明：结构中遇到的动载有两类：振动荷载与移动荷载。

图3.3地震模拟器图3.4框架结构

3.2动载试验的量测仪器一、引言（P76）二、动态信号测试基本概念(P76~79自学)三、结构动载试验中的传感器

(P79~91自学)四、动载试验的加载方法与设备1.惯性冲击力加载（1）冲击力加载图3.5

用张拉突卸法对结构施加冲击力荷载1.结构物2.钢拉杆3.保护索4.钢丝绳5.绞车6.实验模型7.钢丝8.滑轮9.支架10.重物11.减振垫层（2）离心力加载图3.6机械式激振器的原理图（3）直线位移惯性力加载图3.7直线位移惯性力加载系统图3.8电磁振动台组成系统图

1.信号发生器2.自动控制仪3.功率放大器4.电磁激振器

5.振动台台面6.测振传感器7.记录系统8.试件9.台坐2、电磁加载电磁式振动台3.3结构动力特性结构动力特性是结构固有的特性，包括固有频率、阻尼、振型。它们只与结构的质量、刚度和材料有关。

一、方法1.自由振动法2.强迫振动法3.随机荷载激振法图3.9有阻尼自由振动

衰减曲线图3.10结构受强迫振动时的共振曲线04.11.22晚23时至23日6时,华科大工程结构检测中心人员对海南省海口和平桥进行了一次全方位“体检”—动静载试验。动载试验含脉动、跑车、刹车、跳车4项内容。刹车试验中,试验车辆在通过桥一定断面时突然刹车,通过此方式来采集当时桥梁反应,包括桥梁上、下部结构的反应。试验前技术员已在桥底设置100多个传感器和应变计。桥上中间一侧的人行道上,密密麻麻布满了连着桥底感应器和应变计的一些黑色线。

实验车队排成一条长龙

图3.11有阻尼自由振动波形图图3.12无零线的有阻尼自由振动波形图图3.13动力系数曲线图3.4结构抗震试验一、周期性动力荷载试验的加载制度

1.强迫振动共振加载。

2.有控制的逐级动力反应测试试验。二、非周期性动力荷载试验的加载设计

1.地震模拟振动台动力反应测试试验的荷载设计。

2.人工地震模拟动力荷载测试试验的荷载设计。

3.对于天然地震，则是在频繁发生地震的地区等待天然地震对结构的动力影响。I:\huakeda\建筑结构试验教案（按章分装）\9建筑物对地震的反应.avi

三、强震观测

地震发生时，用仪器观测地面运动的过程和建筑物的动力反应。结构物在强震过程中的振动记录。自动触发启动，蓄电池供电【美国洛衫矶】凡新建六层以上、面积超过6000平方英尺的建筑物必须设置强震仪3台。【杨浦大桥和金茂大厦】已安装了强震记录网络，仅金茂就安装了6台。上海计划在十五期间普及更多，通过立法，达到10层以上的建筑都安装。【浦东机场深井群】安放了深度不同的地震记录仪,最浅30米,最深300多米,其他还有50米、100多米及200多米,这些井群可测量到不同深度接收到的不同地震波强度。【中华人民共和国防震减灾法】

要求在重大工程和生命线工程等建筑上安装强震动观测设备。⑴可以检查建筑物的“健康状况”，根据震动记录数据及时掌握地震或其他强震动发生时建筑物受损情况；⑵从记录数据中总结经验，进而不断改进建筑物抗震设防设计；⑶通过已形成的观测网络的强震动观测，可以快速掌握地震裂度分布情况，为地震预测与震后救灾提供可靠的信息。四、伪静力试验与拟动力试验的加载制度

为了求得结构抗震基本性能，评定结构抗震能力而做的试验。表3.1伪静力试验与拟动力试验的比较

(1)伪静力试验和拟动力试验(2)伪静力试验(亦称低周反复荷载试验)加载方法(P122)a)控制位移加载法：变幅加载；等幅加载；混合加载图3.14单向控制位移的图3.15单向控制位移的等

变幅加载制度幅加载制度图3.16控制位移的变幅等幅混合加载制度图3.17一种专门设计的变幅等幅混合加载制度b)控制作用力加载法注明：力控制加载是在加载过程中，以力作为控制值，按照一定的力幅值进行循环加载。因为时间屈服后难以控制加载的力，所以这种加载制度较少单独使用。图3.18控制作用力的加载方案c)控制作用力和控制位移的混合加载法试验装置图3.19几种典型的伪静力试验加载装置图3.20几种典型的伪静力试验加载装置(3)拟动力试验加载方法(P134)图3.21计算机数值分析控制试验加载（联机试验系统原理图）3.5结构疲劳试验

结构物或构件在重复荷载作用下，达到破坏时的应力比其静力强度要低得多。这种现象称为疲劳。试验目的：了解重复荷载作用下，结构的性能及其变化规律。

图3.22疲劳应力与荷载次数关系图

一、疲劳测试项目（P141）

1鉴定性试验①抗裂性及开裂荷载②裂缝宽度及发展③最大挠度及其变化幅度④疲劳强度

2科研性疲劳试验①各阶段截面应力分布状况，中和轴变化规律②抗裂性及开裂荷载③裂缝宽度、长度、间距及发展④最大挠度及其变化规律⑤疲劳强度的确定⑥破坏特征分析二、疲劳测试荷载

1.疲劳测试荷载取值上限荷载：最大标准荷载最不利组合下产生的弯距计算下限荷载：根据疲劳试验设备的要求而定。国内多采用等幅匀速荷载图3.23等幅匀速荷载2.疲劳测试的荷载频率

荷载频率影响材料的塑性变形和徐变，频率过高对试验设施有影响，使构件在实际工作时受力状态一致，构件与荷载架不能发生共振。荷载频率θ与结构固有频率ω之比应满足：

3.疲劳循环次数

经受所确定控制次数的疲劳荷载作用后，其抗裂性、刚度、强度等必须满足规范中有关规定。

中级制吊车梁

重级制吊车梁图3.24疲劳测试步骤示意三、疲劳测试程序(P141~143)1.加载程序可归纳为两种；①为求得疲劳极限而对构件从头到尾施加重复荷载；②静荷载与疲劳荷载交替施加。

2.疲劳试验过程中要进行的四种形式试验

（1）预加载：预加载值为最大荷载的20%，以消除支座等连接件之间的不良接触，检查仪器工作是否正常。

（2）静载试验：静载试验的最大荷载按正常使用的最不利组合选取。试验方法按结构静载试验各章介绍的方法进行，观测项目可适当简化。在正常情况下，如果出现裂缝，应与静载试验一样描述裂缝开裂情况。

（3）疲劳试验：首先调整最大、最小荷载，待稳定后开始记数，直到需做静载试验的次数。在运行过程中，需要做动态挠度与动应变测量。

（4）破坏试验：构件在达到要求的疲劳次数后，一般需做破坏试验。这时加载情况有两种：第一种加载情况是继续做疲劳试验直至破坏，构件出现疲劳极限标志，得出疲劳荷载的极限次数，这需要很长时间，甚至构件不能破坏；第二种是做静载破坏试验，得到疲劳后的承载力极限荷载。

3.用旋转弯曲疲劳实验来测定对称循环的疲劳极限σ-1.

设备简单、最常使用＝，＝-(2-17)式中I=d图3-25旋转弯曲疲劳试验机原理示意图图3-26受力简图及弯矩图【步骤】试样1的两端装入左右两个心轴2；旋紧左右螺杆3,试样与两心轴组成一承受弯曲“整体梁”，它支承于两端的滚珠轴承4上；载荷P作用于“梁”上，试样中段为纯弯曲；“梁”由高速电机6带动，在套筒7中高速旋转；试样横截面上任一点的弯曲正应力，皆为对称循环交变应力，若试样的最小直径为dmin，最小截面边缘上一点的最大和最小应力为（I=π/64d4min）

试样每旋转一周，应力完成一个循环；试样断裂后套筒压迫停止开关,装置自动停机；循环次数由计数器8中读出。＝，

＝-

【现象】静载下塑性性能好的材料,承受交变应力时,往往在应力低于屈服极限无明显塑性变形情况下,突然断裂。【特征】疲劳断口明显分为两个区域：较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。【解释】裂纹形成后，交变应力使裂纹两侧时而张开时而闭合,相互挤压反复研磨,光滑区形成。荷载的间断和大小的变化，在光滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的。

图3－27疲劳断口示意图4．受弯构件的疲劳破坏标志

（1）正截面疲劳破坏标志：纵向主筋疲劳断裂，这是当配筋率正常或较底时可能发生的；受压区混凝土疲劳破坏，这是当配筋率过高或倒T形截面时可能发生的。

（2）斜截面疲劳破坏标志：与临界斜裂缝相交的腹筋疲劳断裂，这是当腹筋配筋率正常或较低时可能发生的；混凝土剪压疲劳破坏，这是当腹筋配筋率很高时可能发生的；与临界斜裂缝相交的主筋疲劳断裂，这是当纵向配筋率较底时可能发生的。

（3）钢筋与混凝土锚固疲劳破坏：这种情况常发生在采用热处理钢筋、冷拔低碳钢丝、钢绞线配筋的预应力混凝土结构中。【思考题】1.下列是钢筋混凝土构件在低周反复荷载作用下恢复力特性试验得到的四种滞回曲线，()图形是不发生剪切破坏的受弯构件的试验结果。难！2.下列（）不是低周反复试验的优点。A．设备比较简单，耗资较少；B．在逐步加载过程中可以停下来仔细观察反复荷载下结构的变形和破坏现象；C．能做比较大型的结构试验及各种类型的结构试验；D．能与任一次确定性的非线性地震反应结果相比。3.混合加载是将变幅、等幅两种加载制度结合起来运用，下列各图符合上述要求的是(

)

4.低周反复加载试验中下列()参数不属于结构强度指标。

A.开裂荷载B.屈服荷载

C.破损荷载D.延性系数5.下列各项特性（）不是结构的动力特性。A．固有频率B．固有振型

C．阻尼系数D．动力的大小和方向6．低周反复加载试验中，下列哪种加载方式容易产生失控现象?()A.控制位移变幅加载法B.控制力加载法

C.控制位移等幅、变幅混合加载法

D.控制位移等幅加载法7．在结构抗震动力试验中，下列（）加载方法既能较好地模拟地震又易于实现。A．采用机械式偏心激振器激振

B．采用地震模拟振动台C．采用炸药爆炸模拟人工地震

D．采用电磁激振器激振。

8．测定结构的动力特性的方法有哪几种？答：①自由振动法；②共振法；③脉动法9.冲击力加载的特点是荷载作用________极为短促，在它的作用下使被加载结构产生_____，适用于进行结构动力特性的试验。10．拟动力试验弥补了低周反复加载试验的不足，可利用计算机技术，即由计算机来监测和控制整个试验，结构的（）不需要事先假定，而可直接通过测量作用在试验对象上的荷载值和位移而得到，然后通过计算机来完成非线性地震反应微分方程的求解工作。A.恢复力 B.作用力C.位移 D.变形想一想11.低周反复加载试验中下列()参数不属于结构强度指标。

A.开裂荷载B.屈服荷载

C.破损荷载D.延性