第5章 試驗(yàn)類型課件

1、u單調(diào)加載靜力荷載試驗(yàn)單調(diào)加載靜力荷載試驗(yàn)u偽靜力試驗(yàn)偽靜力試驗(yàn)u擬動(dòng)力試驗(yàn)擬動(dòng)力試驗(yàn)u結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)u結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)u結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)u橋梁結(jié)構(gòu)原位荷載試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)原位荷載試驗(yàn) 單調(diào)靜力荷載試驗(yàn)是指試驗(yàn)荷載逐漸單調(diào)增加單調(diào)靜力荷載試驗(yàn)是指試驗(yàn)荷載逐漸單調(diào)增加到結(jié)構(gòu)破壞或預(yù)定的狀態(tài)目標(biāo)，研究結(jié)構(gòu)受力到結(jié)構(gòu)破壞或預(yù)定的狀態(tài)目標(biāo)，研究結(jié)構(gòu)受力性能的試驗(yàn)。性能的試驗(yàn)。荷載圖式：荷載圖式：荷載在構(gòu)件上的布置形式（類型和分布方式）荷載在構(gòu)件上的布置形式（類型和分布方式）;設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)原則：與理論計(jì)算圖示一致或內(nèi)力等效的荷載圖示。與理論計(jì)算圖示一致或內(nèi)力等效的

2、荷載圖示。即試驗(yàn)期間荷載與試件的關(guān)系（或稱荷載譜），包含荷載程序與荷載大小。 1.荷載程序三階段荷載程序三階段圖5.1.1 靜載試驗(yàn)加載程序 預(yù)載預(yù)載 標(biāo)準(zhǔn)荷載（正常使用荷載）標(biāo)準(zhǔn)荷載（正常使用荷載） 破壞荷載破壞荷載 2.荷載大小荷載大小預(yù)載預(yù)載預(yù)載的目的在于：預(yù)載的目的在于：使試件各部分接觸良好，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，荷載與變形使試件各部分接觸良好，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，荷載與變形關(guān)系趨于穩(wěn)定；關(guān)系趨于穩(wěn)定；檢驗(yàn)全部試驗(yàn)裝置的可靠性；檢驗(yàn)全部試驗(yàn)裝置的可靠性；檢驗(yàn)全部量測(cè)儀表工作正常與否；檢驗(yàn)全部量測(cè)儀表工作正常與否；檢查現(xiàn)場(chǎng)組織和人員的情況，起演習(xí)作用。檢查現(xiàn)場(chǎng)組織和人員的情況，起演習(xí)作用。一般

3、分三級(jí)；三次；每級(jí)取標(biāo)準(zhǔn)荷載的20；脆性材料結(jié)構(gòu)，不宜超過(guò)計(jì)算開(kāi)裂荷載的70(含自重)。 分級(jí)加載分級(jí)加載 分級(jí)加載目的：加載速度易控制；變形易觀測(cè)及分析；各點(diǎn)加載易協(xié)調(diào)。圖5.1.1 靜載試驗(yàn)加載程序 正式加載正式加載 分級(jí)：分級(jí)：正常使用荷載之前，每級(jí)加載值不應(yīng)大于正常使用荷載正常使用荷載之前，每級(jí)加載值不應(yīng)大于正常使用荷載的的20，一般分，一般分5級(jí)加至正常使用荷載；接近極限或開(kāi)級(jí)加至正常使用荷載；接近極限或開(kāi)裂荷載時(shí)減小荷載范圍增加次數(shù)。裂荷載時(shí)減小荷載范圍增加次數(shù)。滿載時(shí)間滿載時(shí)間 ：標(biāo)準(zhǔn)短期荷載作用下的持續(xù)時(shí)問(wèn)標(biāo)準(zhǔn)短期荷載作用下的持續(xù)時(shí)問(wèn) 。混凝土及鋼?；炷良颁?0min。空載時(shí)

4、間空載時(shí)間 ：受載結(jié)構(gòu)卸載后到下一次重新開(kāi)始受載之間的間歇時(shí)間受載結(jié)構(gòu)卸載后到下一次重新開(kāi)始受載之間的間歇時(shí)間稱空載時(shí)間。稱空載時(shí)間。 混凝土混凝土45分鐘；鋼分鐘；鋼30分鐘。分鐘。 卸載卸載卸載一般可按加載級(jí)距進(jìn)行，也可以放大卸載一般可按加載級(jí)距進(jìn)行，也可以放大1倍或倍或分分2次卸完。次卸完。 受彎構(gòu)件的試驗(yàn)受彎構(gòu)件的試驗(yàn)加載方案加載方案(a) (b) (c)圖5.1.2 簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)等效荷載加載圖示 受彎構(gòu)件的試驗(yàn)受彎構(gòu)件的試驗(yàn)量測(cè)方案量測(cè)方案撓度測(cè)量布置撓度測(cè)量布置 受彎構(gòu)件的試驗(yàn)受彎構(gòu)件的試驗(yàn)量測(cè)方案量測(cè)方案應(yīng)變測(cè)量應(yīng)變測(cè)量梁正截面應(yīng)變分布的測(cè)點(diǎn)布置（a）截面最大纖維應(yīng)變；（b）測(cè)量中

5、和軸的位置和應(yīng)變分布規(guī)律 受彎構(gòu)件的試驗(yàn)受彎構(gòu)件的試驗(yàn)量測(cè)方案量測(cè)方案裂縫觀測(cè)裂縫觀測(cè)混凝土受拉區(qū)抗裂測(cè)點(diǎn)布置17-混凝土應(yīng)變片測(cè)點(diǎn) 受彎構(gòu)件的試驗(yàn)受彎構(gòu)件的試驗(yàn)量測(cè)方案裂縫觀測(cè)量測(cè)方案裂縫觀測(cè)（a） （b）圖5.1.10 混凝土斜截面裂縫測(cè)點(diǎn)布置 受壓構(gòu)件的試驗(yàn)受壓構(gòu)件的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)布置偏壓短柱試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置1試件；2鉸支座；3應(yīng)變計(jì)；4應(yīng)變儀測(cè)點(diǎn)；5撓度計(jì) 偽靜力試驗(yàn)又稱低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，屬于工程偽靜力試驗(yàn)又稱低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，屬于工程結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)。其基本原理是用低周往復(fù)循環(huán)加載的結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)。其基本原理是用低周往復(fù)循環(huán)加載的方法對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)中控制結(jié)構(gòu)的變方法對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)

6、行靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)中控制結(jié)構(gòu)的變形值或荷載量，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正反兩個(gè)方向反復(fù)加載形值或荷載量，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正反兩個(gè)方向反復(fù)加載和卸載，用以模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力過(guò)程。和卸載，用以模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力過(guò)程。偽偽 靜靜 力力 試試 驗(yàn)驗(yàn)pseudo-static testing （1）變形控制加載法(位移控制)A：變幅加載：恢復(fù)力模型、強(qiáng)度、變形、滯回特性、破壞機(jī)理等；B：等幅加載：強(qiáng)度及剛度退化等；C：變幅等幅混合加載：二次加載或加載歷史對(duì)性能的研究。 圖5.2.4 變幅加載 圖5.2.5 等幅加載 (a) (b)圖5.2.6混合加載（2）荷載控制加載法 （3）荷載變形雙控制加載法先控制力

7、，屈服之后控制位移 （1）x、y軸雙向同步加載（2）x、y軸雙向非同步加載圖5.2.7 雙向低周反復(fù)加載制度 (a) (b)梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)裝置與變形特征 以剪切變形為主的構(gòu)件低周反復(fù)試驗(yàn)裝置 以彎剪變形為主的構(gòu)件低周反復(fù)試驗(yàn)裝置 1荷載及支座反力2荷載變形曲線3塑性鉸區(qū)段曲率或轉(zhuǎn)角4節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角5梁柱縱筋應(yīng)力 6核心區(qū)箍筋應(yīng)力7鋼筋滑移8裂縫 梁柱節(jié)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)布置14325322 滯回曲線 是結(jié)構(gòu)偽靜力試驗(yàn)中，以試驗(yàn)荷載為縱坐標(biāo)，以結(jié)構(gòu)變形為橫坐標(biāo)的連續(xù)曲線。 結(jié)構(gòu)荷載（1）開(kāi)裂荷載（2）屈服荷載和屈服變形（3）極限荷載（4）破壞荷載和極限變形5.2.10 荷載-變形關(guān)系曲線 結(jié)構(gòu)剛度 （1）初

8、次加載剛度 （2）卸載剛度 （3）反向加載、卸載剛度和重復(fù)加載剛度 （4）等效剛度 骨架曲線在偽靜力試驗(yàn)所得荷載-變形滯回曲線中，取所有每一級(jí)荷載第一次循環(huán)的峰點(diǎn)（卸載頂點(diǎn)）連接的包絡(luò)線作為骨架曲線，它是每次循環(huán)的荷載-變形曲線達(dá)到最大峰點(diǎn)的軌跡。 延性系數(shù) 延性系數(shù)是試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性變形能力的一個(gè)指標(biāo)， 按下式計(jì)算： -在荷載下降段相應(yīng)于破壞荷載的變形； -相應(yīng)于屈服荷載的變形。 yuuy 退化率 強(qiáng)度退化率反映試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力隨反復(fù)加載次數(shù)增加而降低的指標(biāo)。 當(dāng)研究剛度退化時(shí)，即在位移不變條件下，隨反復(fù)加載次數(shù)的增加而剛度降低的情況，用環(huán)線剛度表示并按下式計(jì)算： 1maxmin、jijiQ

9、QniijniijiQK11 能量耗散結(jié)構(gòu)構(gòu)件吸收能量能力的好壞，可由滯回曲線(結(jié)構(gòu)或構(gòu)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下的力與非彈性變形間的關(guān)系曲線件在反復(fù)荷載作用下的力與非彈性變形間的關(guān)系曲線)所包圍的滯回環(huán)面積和它的形狀來(lái)衡量。由滯回曲線的面積可以求得等效黏滯阻尼系數(shù) ：5.2.11 等效黏滯阻尼系數(shù)計(jì)算OBDABCeSSh21 受彎鋼筋凝受彎鋼筋凝土構(gòu)件的滯土構(gòu)件的滯回曲線回曲線 1 水平集中力模擬地震力，為等效靜力；由靜力的方法驗(yàn)證結(jié)構(gòu)部分動(dòng)力性能。2 試驗(yàn)荷載譜人為設(shè)計(jì)，試驗(yàn)頻率低；不能體現(xiàn)地震的動(dòng)力特性。 數(shù)值計(jì)算與擬動(dòng)力試驗(yàn)之間的比較 加載裝置加載裝置擬動(dòng)力試驗(yàn)的加載設(shè)備一般由計(jì)算機(jī)、

10、加載裝置與加載控制系統(tǒng)等組成。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是加載過(guò)程的控制和試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集都由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的其他反應(yīng)參數(shù)，如應(yīng)變、位移等進(jìn)行演算和處理。加載裝置與加載控制系統(tǒng)加載裝置與加載控制系統(tǒng)其功能是根據(jù)該時(shí)刻由計(jì)算機(jī)傳來(lái)的位移指令轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸入，用于電液伺服系統(tǒng)，使加載器按指定指令工作。擬動(dòng)力試驗(yàn)可采用與靜力試驗(yàn)或擬靜力試驗(yàn)一樣的加載裝置。 試驗(yàn)步驟試驗(yàn)步驟（1）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中輸入地震加速度時(shí)程曲線，并按一定的時(shí)間間隔數(shù)字化。（2）把各時(shí)刻的地震加速度值代入運(yùn)動(dòng)方程，解出時(shí)刻的地震反應(yīng)位移值。（3）由計(jì)算機(jī)控制電液伺服加載系統(tǒng)，將施加到結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)這一步的地震反應(yīng)。（4）量測(cè)此時(shí)試驗(yàn)結(jié)

11、構(gòu)的反力，并代入運(yùn)動(dòng)方程，按地震反應(yīng)過(guò)程的加速度進(jìn)行時(shí)刻的位移的計(jì)算，量測(cè)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)反力。（5）重復(fù)上述步驟，按輸入時(shí)刻的地震加速度值，求解位移和結(jié)構(gòu)反力，連續(xù)進(jìn)行加載試驗(yàn)，直到試驗(yàn)結(jié)束。輸入地震波的加速度時(shí)程曲線 擬動(dòng)力試驗(yàn)的特點(diǎn)與局限性擬動(dòng)力試驗(yàn)的特點(diǎn)與局限性特點(diǎn)特點(diǎn)1）擬動(dòng)力試驗(yàn)是將地震實(shí)際反應(yīng)所產(chǎn)生的慣性力作為荷載加在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)上；2）加載過(guò)程完全可以看成是靜態(tài)的，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)重現(xiàn)地震作用的反應(yīng)也就可以人為的緩慢進(jìn)行，特別是破壞過(guò)程，更利于觀察和研究。 局限性局限性1）不是實(shí)時(shí)的試驗(yàn)分析過(guò)程 ；2）要求有一定的設(shè)備和技術(shù)條件； 3）擬動(dòng)力試驗(yàn)是用靜力試驗(yàn)方法來(lái)重現(xiàn)； 1 振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)

12、體結(jié)構(gòu) 2 液壓驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng) 3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 4 測(cè)試和分析系統(tǒng)測(cè)試和分析系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性反映結(jié)構(gòu)本身所固有的動(dòng)力特性。包括結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼系數(shù)（比）、振型等參數(shù)（動(dòng)力參數(shù)或模態(tài)參數(shù)）。這些參數(shù)決定于結(jié)構(gòu)的形式、剛度、質(zhì)量分布、材料特性及構(gòu)造連接等因素，而與外載無(wú)關(guān)。結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算、解決結(jié)構(gòu)共振問(wèn)題及診斷結(jié)構(gòu)累積損傷的基本依據(jù)。 1 自由振動(dòng)法 2 強(qiáng)迫振動(dòng)法（共振法） 3 環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法(脈動(dòng)法) 圖6.2.2 自由振動(dòng)時(shí)間歷程曲線t 1iiAA)(dininTttAeAednTe)sin()(tAetxdtn 20020dnxxxA000

13、arctg xxxnd 共振時(shí)的振動(dòng)圖形和共振曲線 由共振曲線求阻尼系數(shù)和阻尼比AxBxm0.707xmax用共振法測(cè)建筑物振型212n 脈動(dòng)信號(hào)記錄圖 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)是測(cè)定結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作時(shí)的振動(dòng)參數(shù)（振幅、頻率）及性狀，例如動(dòng)力機(jī)器作用下廠房結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、在移動(dòng)荷載作用下橋梁的振動(dòng)、地震時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)（強(qiáng)震觀測(cè)）等。量測(cè)得到的這些資料，用來(lái)研究結(jié)構(gòu)的工作是否正常、安全，存在何種問(wèn)題，薄弱環(huán)節(jié)在何處等。 1 強(qiáng)迫振動(dòng)共振加載 2 有控制的逐級(jí)動(dòng)力荷載測(cè)試 1 地震模擬振動(dòng)臺(tái) 2 爆破震動(dòng) 3 天然地震 工程結(jié)構(gòu)中存在著許多疲勞現(xiàn)象，如承受吊車(chē)荷載作用的吊車(chē)梁，直接承受懸掛吊車(chē)作用的屋架

14、。這些結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件在重復(fù)荷載作用下達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)力比其靜力強(qiáng)度要低得多，這種現(xiàn)象稱為疲勞。結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)的目的就是要了解在重復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能及變化規(guī)律。 1)抗裂性及開(kāi)裂荷載； 2)裂縫寬度及其發(fā)展；3)最大撓度及其變化幅度； 4)疲勞極限值。 為了滿足鑒定橋梁承載力的要求，試驗(yàn)荷載工況的選擇應(yīng)反映橋梁結(jié)構(gòu)的最不利受力狀態(tài)，簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)可選12個(gè)工況，復(fù)雜結(jié)構(gòu)可適當(dāng)多選幾個(gè)工況，但不宜過(guò)多。在進(jìn)行各荷載工況布置時(shí)，可參照截面內(nèi)力（或變形）影響線進(jìn)行，一般設(shè)兩三個(gè)主要荷載工況，同時(shí)可根據(jù)試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)體系的具體情況再設(shè)若干個(gè)附加荷載工況。 （1）靜載級(jí)別）靜載級(jí)別 為了加載安全和了解結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變位

15、隨試驗(yàn)荷載增加的變化關(guān)系，對(duì)橋梁荷載試驗(yàn)各主要工況的加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，而且一般安排在開(kāi)始的幾個(gè)加載程序中執(zhí)行。附加工況一般只設(shè)置最大內(nèi)力加載程序。l）分級(jí)控制的原則。當(dāng)加載分級(jí)較為方便時(shí)，可按最大控制截面內(nèi)力荷載工況均分為45級(jí)。當(dāng)使用載重車(chē)加載，車(chē)輛稱重有困難時(shí)也可分成3級(jí)加載。2）車(chē)輛荷載加載分級(jí)的方法。逐漸增加加載車(chē)輛數(shù)。先上輕車(chē)后上重車(chē)。加載車(chē)位于內(nèi)力影響線的不同部位。 （2）動(dòng)載級(jí)別）動(dòng)載級(jí)別 在動(dòng)載試驗(yàn)中，跳車(chē)、剎車(chē)、重物卸載、跑車(chē)以及脈動(dòng)試驗(yàn)中，需對(duì)跑車(chē)的速度和重物的重量進(jìn)行分級(jí)處理。 動(dòng)載試驗(yàn)一般安排標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)車(chē)列（對(duì)小跨徑橋也可用單車(chē)）以不同車(chē)速分別進(jìn)行勻速跑車(chē)試驗(yàn)。跑車(chē)速度一般定為每小時(shí)5km、10km、20Km、30k