杨晓明建筑结构试验第四章结构动载试验

建筑结构试验结构动载试验主讲教师：杨晓明1/26/20241主要内容1概述2动载试验仪器仪表3结构振动测试4结构抗震试验5结构疲劳试验1/26/20242概述结构振动试验结构抗震试验结构疲劳试验爆炸或冲击试验低周反复荷载试验结构拟动力试验1/26/20243概述动载与静载试验区别:（1）荷载随时间连续变化（2）结构反应与自身动力特性相关（3）承载能力与使用性能要求发生变化（4）冲击或爆炸，荷载时间很短1/26/20244主要内容1概述2动载试验仪器仪表3结构振动测试4结构抗震试验5结构疲劳试验1/26/20245动载试验仪器仪表测试基本要求（1）测试频率。土木结构<100Hz（2）信号滤波和衰减低通、高通、带通、带阻（3）绝对测量和相对测量绝对加速度和绝对速度；相对位移（4）测量仪器的分辨率1/26/20246动载试验仪器仪表加速度传感器1.外壳2.硬弹簧

3.质量块4.压电晶体1/26/20247动载试验仪器仪表动载试验加载设备（1）电液伺服加载系统（2）激励锤和激振器（3）其他设备1/26/20248主要内容1概述2动载试验仪器仪表3结构振动测试4结构抗震试验5结构疲劳试验1/26/20249结构振动测试目的（1）掌握结构动力特性（录像）（2）掌握作用在结构上的动荷载特性（3）损伤诊断和健康监测动力特性结构损伤监测信号变化健康监测1/26/202410结构振动测试某大桥动力测试8×20米南北试验跨1/26/202411结构振动测试全桥共用速度传感器3个，全部为竖向，分别布置在试验跨L/4、L/2、3L/4桥面一侧。桥梁动挠度测试的测点布置在试验桥跨的跨中。

江苏东华测试仪器有限公司生产的DH5922-32振动信号采集分析系统

低频加速度传感器低通滤波放大器数据采集仪计算机分析系统1/26/202412结构振动测试试验工况工况内容工况1脉动试验工况210km/h，跑车试验工况320km/h，跑车试验工况430km/h，跑车试验工况510km/h，刹车制动试验工况65km/h，跳车试验1/26/202413结构振动测试1/26/202414结构振动测试1/26/202415结构振动测试试验工况试验车速(km/h)冲击系数（1+μ）跑车101.05201.10301.12刹车201.13跳车101.151/26/202416结构振动测试结论（1）理论计算固有频率值为1.74Hz，实测桥梁结构固有频率6.8Hz，大于理论计算值，说明桥梁结构的实际刚度大于理论刚度。（2）根据动力冲击系数的实测值来评价桥梁结构的行车性能，动荷载跑车试验所实测冲击系数都小于1.2，说明桥梁结构的行车性能尚好，桥面铺装较为完好。（3）实测桥梁结构阻尼比0.025，对数衰减率为0.157，与同类桥梁相比，该桥梁结构耗散外部能量较快，说明桥梁结构存在开裂情况。1/26/202417主要内容1概述2动载试验仪器仪表3结构振动测试4结构抗震试验5结构疲劳试验1/26/202418结构抗震试验建筑结构抗震设计的基本概念：抗震延性的保证，包括抗震设计计算和抗震构造措施两部分。结构抗震性能研究的主要内容：地震荷载作用下结构的破坏机制、破坏形态、延性、耗能、强度等。结构抗震性能研究的主要试验手段：伪静力试验拟动力试验振动台试验1/26/202419结构抗震试验——伪静力试验结构低周反复加载试验的主要研究内容：♦恢复力模型：相当于结构的物理方程♦抗震性能判定：强度、刚度、变形、延性、耗能♦破坏机制研究：为抗震设计提供方法和依据伪静力试验的特点：试验装置及加载设备简单、观测方便，但加载制度是人为确定的，与真实情况差异较大，且不能考虑应变速度及阻尼的影响。试验值偏低，一般情况下低周反复加载静力试验结果偏于安全。1/26/202420结构抗震试验——伪静力试验常用的三种加载方法①控制位移加载法；常以屈服位移或最大层间位移的某一百分比来控制加载②控制荷载加载法；③控制荷载和位移混合加载法。1/26/202421结构抗震试验——拟动力试验拟动力试验，其实质就是按照某种确定性的地震反应进行加载。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）1/26/202422结构抗震试验——拟动力试验优点：适用于复杂结构的非线性地震反应分析，试验结果比较准确；可以缓慢再现结构地震反应，便于观测；可进行真型或大比例尺的结构在确定性地震下的试验研究。缺点：不能实时再现真实地震反应，不能进行材料特性与时间有关的结构试验；结构实际反应所产生的惯性力用加载器的荷载来代替，因此仅适用于离散质量分布的结构；计算机系统除进行运动方程的数值积分外，还需要准确控制加载器，精度方面很难实现；试验设备庞大，分析系统复杂，试验费用高。1/26/202423结构抗震试验——振动台试验振动台试验：真实反映结构抗震性能振动台技术参数：台面尺寸（15m*15m）和最大负荷台面自由度频率范围、最大位移、速度、加速度模型的设计与制作尺寸，材料，工艺数据采集参数（位移、加速度），高速1/26/202424结构抗震试验——振动台试验振动台试验示例小型结构1,小型结构2大型结构1,大型结构2,大型结构3,大型结构41/26/202425主要内容1概述2动载试验仪器仪表3结构振动测试4结构抗震试验5结构疲劳试验1/26/202426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。

1/26/202427疲劳试验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