知识资料结构试验(七)(新版)知识资料

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页需要课件请或三、钢筋混凝土框架梁柱节点组合体的抗震性能实验钢筋混凝土框架梁柱节点的试件，可取框架在侧向荷载作用下节点相邻梁柱反弯点之间的组合体，常常采用十字形试件。按照实验研究的要求普通取上下柱反弯点比为1(图18—4—9(a))，对于某些柱铰型的组合体试件，上下柱的反弯点比也可取为2(图18—4—9(b))。在柱上施加轴力N，并按地震时框架的应力情况施加P1和P2，图18—4—9(c)，(d)为相对框架中央线转动角的X形试件。为了反映钢筋混凝土的材料特性，试件尺寸比例普通不小于实际构件的1/2。对于主要研究节点构造时，宜采用足尺试件，并保证配筋构造符合或临近实际。对于十字形试件为了避免因梁首先发生剪切破坏而影响取得预期的结果，建议梁的高跨比普通不小于1／3。在实际框架结构中，当侧向荷载作用时，节点上柱反弯点可视为水平可移动的铰，相对于上柱反弯点，下柱反弯点可视为固定铰，而节点两侧梁的反弯点均为水平可移动的铰(图18—4—10(a))。这样的边界条件比较符合节点在实际结构中的受力状态。模拟这种边界条件，需要采用柱端施加侧向荷载或位移的计划，其加载及支承装置较为复杂。在实际实验中为了使加载装置简便，往往采用梁端施加反驳称荷载的计划，这时节点边界条件是上下柱反弯点均为不动铰，梁两侧反弯点为自由端(图18—4—10(b))。以上两种计划的主要差别在于后者忽略了柱子的荷载位移效应。因此对于必须考虑荷载位移效应的实验，如主要以柱端塑性铰为研究对象时，应该采用柱端加载的计划。对于以梁端塑性铰或核心区为主要研究对象时，可采用梁端反驳称加载计划。当采用X形试件时要如实模拟边界条件比较艰难。但当实验目的为了了解节点初始设计应力状态和极限应力状态下的性能，或者是纯粹的研究性实验，采用X形试件计划也可达到实验的目的。（一）实验加载装置设计1．钢筋混凝土梁柱节点组合体梁端加载实验装置梁柱节点组合体试件安装在荷载支承架内，在柱的上下端都安装有铰支座，在柱顶自的另两个支点A'、B'，对另一梁端和柱端的另一侧施加荷载。每次荷载后须将试件反复转动90角来实现和满意反复加载的要求，这将会对实验带来很大的不便。这时所有量测仪表必须通过异常设计的支架直接固定于试件上举行量测。（二）实验加载程序实验加载采用控制作使劲和控制位移的混合加载法。当采用梁端加载主意时，第一循环先是以控制作使劲加载，加载数值为计算屈服荷载的3／4、即为3／4Py，第二循环加载到梁的屈服荷载Py，以后控制位移加载，即以梁端屈服位移值的倍数(即梁端位移延性系数)逐级加载。对于柱端加载的实验，则按柱端屈服时柱端水平位移的倍数来分级。在控制位移加载时，每级荷载下可以仅仅反复一次，也可反复2～3次，视研究需要而定，直至破坏。当需要研究试件的强度或刚度退化率时，则可以在同一位移下反复循环3—5次。（三）实验观测与测点布置1．荷载—变形曲线主要采用电测位移计，通过X—Y函数记录仪记录囫囵实验荷载—变形曲线全过程。要求位移传感器保证精度要求外，尚要保证充足的量程，以满意构件进入非线性阶段量测大变形的要求。2．对于梁或柱端位移的测定，主要是量测加载截面处的位移，并在控制位移加载阶段依此控制加载程序(图18—4—14)。3．量测构件塑性铰区段曲率或转角的测点，对于梁普通可在距柱面hb／2(梁高)或hb处布点，对于柱子则可在距梁面hc／2(柱宽)处布置测点(图18—4—14)。4．节点核心区剪切角可通过量测核心区对角线的位移量来计算决定(图18—4—14)。5．梁柱纵筋应力普通用电阻应变计量测。测点布置以梁柱相交处截面为主(图18—4—15(a))。在实验中为了测定塑性铰区段的长度或钢筋锚固应力，还可按照实验要求沿纵向钢筋布置更多的测点。对于预制装配节点，因为钢筋焊接等因素的影响，不能在梁柱交界处布置钢筋应变测点时，则可将测点位置适当外移。6．核心区箍筋应力的测点可按核心区对角线方向布置，也可沿柱的轴线方向布点，则测得的是沿轴线方向垂直截面上的箍筋应力分布逻辑(图18—4—15)。7．梁内纵筋通过核心区的滑移量△可以通过量测并比较逼近柱面处梁主筋上B点对于柱面混凝土C点之间的位移△l及B点相对于柱面处钢筋上A点之间的位移△2得到△=△1一△2测点布置时(图18—4—16)A点与C点应尽量临近。8．裂缝开展情况的记录与描绘。第五节结构动力实验一、结构动力特性实验建造结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。它的主要内容包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等一些基本参数，也称动力特性参数或振动模态参数。结构动力特性实验的主意主要有人工激振法和环境随机振动法。人工激振法又可分为自由振动法和强迫振动法。（一）人工激振法测量结构动力特性1．结构自振频率测量(1)自由振动法在实验中采用初位移或初速度的突卸或突加荷载的主意，使结构受一冲击荷载作用而产生有阻尼的自由振动。通过测量仪器的记录，可以得到结构的有阻尼自由振动曲线(图18—5—1)。按照记录纸带速度或时光坐标，量取振动波形的周期，由此求得结构的自振频率f=1/T。为确切起见，可多取几个波形，以求得其平均值。(2)强迫振动法强迫振动法也称共振法。采用偏心激振器对结构施加周期性的简谐振动，在模型实验时可采用电磁激振器激振，使结构和模型产生强迫振动。，利用激振器可以延续改变激振频率的特点，当干扰力的频率与结构自振频率相等时，结构产生共振，振幅浮上极大值，这时激振器的频率即是结构的自振频率。对于多自由度体系结构具有延续分布的质量系统，当激振器延续改变激振频率，由共振曲线(图18—5—2)的振幅最大值(峰点)对应的频率，即可相应得到结构的第一频率(基频)和其他高阶频率。2．结构阻尼的测量(1)自由振动法利用自由振动法实测的振动曲线图形(图18—5—3)所得的振幅变化决定阻尼比。在上式中又称为对数衰减率。令上式中n为衰减系数。所以，结构的阻尼系数在囫囵衰减过程中，不同的波段可以求得不同的n值。所以在实际工作中常常取振动图中K个整周期举行计算(图18—5—1)，以求得平均衰减系数。式中K——计算所取的振动波数；xn，xn+K—K个整周期波的最初波和总算波的振幅值。因为实验实测得到的有阻尼自由振动记录波形图普通没有零线，如图18—5—4所示。所以在测量结构阻尼时可采用波形的峰到峰的幅值，则对数衰减率λ为，阻尼比式中xn—第n个波的峰峰值；xn+K—为第n十K个波的峰峰值。(2)强迫振动法由单自由度有阻尼强迫振动运动方程可以得到动力系数(放大系数)μ(θ)为如以μ(θ)为纵坐标，以θ为横坐标，即可画出动力系数(共振曲线)的曲线，见图18—5—5所示。按照结构动力学原理，用半功率法(0．707法)可以由共振曲线决定结构阻尼比ξ。在共振曲线图的纵坐标上取值，即0．707μ(θ)处作一水平线，使之与共振曲线相交于A、B两点，对应于A、B两点在横坐标上得ωl，ω2，即可求得衰减系数和阻尼比：衰减系数结构的阻尼比3．结构振型测量结构振动时，结构上各点的位移、速度和加速度都是时光和空间的函数。结构在某一固有频率振动时，将各点位移衔接起来形成一定形式的曲线，就是结构在对应某一固有频率下的一个不变的振动型式，称为对应该频率时的结构振型。为了实测结构的振型曲线，当结构在按某一阶固有频率振动时需要沿结构高度或跨度方向延续布置水平或垂直方向的测振传感器，普通至少要布置五个测点。对于整体结构实验时常常是在各层楼面及屋面上布置测点。对于高层建造和高耸构筑物，测点的数量只要满意能获得残破的振型曲线即可。实验时各测点仪器必须要郑重同步。在量取各点位移值时必须注重振动曲线的相位，以决定位移值的正负。对于采用自由振动法时，则多数用初位移或初速度法在结构可能产生最大位移值的位置举行激振，随后在自由振动状态下测取结构振型，普通情况下自由振动法只能测得结构的基频与第一主振型。采用强迫振动法激振时，是将机械式偏心激振器安装于结构顶层，延续举行频率扫描，通过共振可以测得结构的几阶固有频率和相应的振型。（二）环境随机振动法测量结构动力特性人们在实验观测中发现，建造结构因为受外界的干扰而常常处于极小而不规矩的振动之中，其振幅普通在10微米以下(0．01mm)称之为脉动。建造物的脉动与地面脉动、风或气压变化有关，异常是受城市车辆、机器设备等所产生的扰动和附近地壳内部小的破碎以及远处地震传来的影响尤为显著，其脉动周期为0．1—0．8秒，因为在任何时候都存在着环境随机振动，从而引起建造物的响应。建造物的脉动源都是不规矩的随机变量，在随机理论中这种无法用决定的时光函数描述的变量称为随机过程，因此建造物的脉动也必然是一个随机过程。因为地面脉动所包含的频谱是相当丰盛的，