结构抗震试验技术

关于结构抗震试验技术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2页,共83页，2024年2月25日，星期天第一节结构抗震试验试件类型第3页,共83页，2024年2月25日，星期天第一节结构抗震试验试件类型第4页,共83页，2024年2月25日，星期天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5页,共83页，2024年2月25日，星期天一、梁式试件第6页,共83页，2024年2月25日，星期天二、柱式试件第7页,共83页，2024年2月25日，星期天二、柱式试件第8页,共83页，2024年2月25日，星期天三、节点及框架组合件试件第9页,共83页，2024年2月25日，星期天三、节点及框架组合件试件第10页,共83页，2024年2月25日，星期天四、框架试件第11页,共83页，2024年2月25日，星期天四、框架试件第12页,共83页，2024年2月25日，星期天五、剪力墙及墙体试件第13页,共83页，2024年2月25日，星期天五、剪力墙及墙体试件第14页,共83页，2024年2月25日，星期天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15页,共83页，2024年2月25日，星期天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16页,共83页，2024年2月25日，星期天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17页,共83页，2024年2月25日，星期天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18页,共83页，2024年2月25日，星期天优点：能够真实模拟地震缺点：试验试件尺寸受限振动台试验第19页,共83页，2024年2月25日，星期天拟动力试验（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20页,共83页，2024年2月25日，星期天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21页,共83页，2024年2月25日，星期天拟动力试验步骤第22页,共83页，2024年2月25日，星期天设备共享、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23页,共83页，2024年2月25日，星期天第24页,共83页，2024年2月25日，星期天快速：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25页,共83页，2024年2月25日，星期天健康监测试验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26页,共83页，2024年2月25日，星期天一、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27页,共83页，2024年2月25日，星期天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28页,共83页，2024年2月25日，星期天墙片试验装置第29页,共83页，2024年2月25日，星期天梁式构件试验装置第30页,共83页，2024年2月25日，星期天顶部无转动的抗剪试验装置第31页,共83页，2024年2月25日，星期天梁柱节点试验装置第32页,共83页，2024年2月25日，星期天测P－Δ效应的节点试验装置第33页,共83页，2024年2月25日，星期天分配梁悬吊支撑加载试验装置第34页,共83页，2024年2月25日，星期天力－位移的关系曲线第35页,共83页，2024年2月25日，星期天电液伺服拟静力试验加载系统第36页,共83页，2024年2月25日，星期天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37页,共83页，2024年2月25日，星期天一、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38页,共83页，2024年2月25日，星期天变位移加载变幅加载等幅加载混合加载第39页,共83页，2024年2月25日，星期天变幅加载第40页,共83页，2024年2月25日，星期天等幅加载第41页,共83页，2024年2月25日，星期天混合加载第42页,共83页，2024年2月25日，星期天混合加载第43页,共83页，2024年2月25日，星期天变力加载第44页,共83页，2024年2月25日，星期天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45页,共83页，2024年2月25日，星期天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46页,共83页，2024年2月25日，星期天单向加载第47页,共83页，2024年2月25日，星期天一向恒载、一向加载第48页,共83页，2024年2月25日，星期天先后加载第49页,共83页，2024年2月25日，星期天二、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50页,共83页，2024年2月25日，星期天建立恢复力模型采用的加载制度第51页,共83页，2024年2月25日，星期天建立强度计算公式及研究破坏机制采用的加载制度第52页,共83页，2024年2月25日，星期天改进和发展抗震构造措施－

比较强度或变形能力时第53页,共83页，2024年2月25日，星期天改进和发展抗震构造措施－

比较强度和退化率时第54页,共83页，2024年2月25日，星期天二、不同加载方案引起的耗能差异第55页,共83页，2024年2月25日，星期天变幅加载时，假定骨架曲线不变，不同加载方案的的情况。第56页,共83页，2024年2月25日，星期天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57页,共83页，2024年2月25日，星期天骨架曲线与荷载－变形滞回曲线第58页,共83页，2024年2月25日，星期天包兴格效应(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59页,共83页，2024年2月25日，星期天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60页,共83页，2024年2月25日，星期天第61页,共83页，2024年2月25日，星期天第62页,共83页，2024年2月25日，星期天割线刚度第63页,共83页，2024年2月25日，星期天延性系数第64页,共83页，2024年2月25日，星期天延性系数的作图法计算第65页,共83页，2024年2月25日，星期天退化率

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66页,共83页，2024年2月25日，星期天结构刚度退化率第67页,共83页，2024年2月25日，星期天能量耗散系数第68页,共83页，2024年2月25日，星期天结构性能循环退化示意图第69页,共83页，2024年2月25日，星期天功比系数功比系数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70页,共83页，2024年2月25日，星期天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71页,共83页，2024年2月25日，星期天上升段结构性能退化示意图第72页,共83页，2024年2月25日，星期天下降段结构性能退化示意图第73页,共83页，2024年2月25日，星期天结构卸载刚度退化示意图第74页,共83页，2024年2月25日，星期天结构再加载刚度加速退化示意图第75页,共83页，2024年2月25日，星期天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、S