第4章-結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)

1、昆昆 明明 理理 工工 大大 學(xué)學(xué)KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY第四章第四章 結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn) 昆明理工大學(xué)工程抗震研究所昆明理工大學(xué)工程抗震研究所主要內(nèi)容4.1 概述4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表4.3 結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.4 結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.5 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)4.1 概述根據(jù)荷載用用的時(shí)間和反復(fù)作用的次數(shù)，有如下分類(lèi)：（1）爆炸或沖擊荷載試驗(yàn)（2）結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)-地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)（3）結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)（4）結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)（5）低周反復(fù)荷載試驗(yàn)（6）結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn) 4.1 概述 動(dòng)載與靜載試驗(yàn)區(qū)別:在動(dòng)載試驗(yàn)中，施加在結(jié)構(gòu)上的荷載隨時(shí)間連續(xù)變化

2、結(jié)構(gòu)在動(dòng)載試驗(yàn)作用下的反應(yīng)與結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性密切相關(guān)在動(dòng)力條件下，結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能的要求發(fā)生變化沖擊和爆炸作用下，結(jié)構(gòu)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到其極限承載力4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表 在結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)反應(yīng)的基本變量為在結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)反應(yīng)的基本變量為動(dòng)位移、速度、加速度和動(dòng)應(yīng)變。動(dòng)位移、速度、加速度和動(dòng)應(yīng)變。4.2.1 4.2.1 引言引言4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表4.2.2動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試的基本概念動(dòng)態(tài)信號(hào)傳感器信號(hào)放大器濾波器記錄儀器數(shù)據(jù)處理儀器示波器4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和性能參數(shù)與靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)有很大的差別，主要反映在以下幾個(gè)方面：（1）與頻率相關(guān)的特性

3、土木結(jié)構(gòu)100Hz（2）信號(hào)濾波和衰減 低通、高通、帶通、帶阻4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表（3）信號(hào)放大和衰減的表示方法 在動(dòng)力測(cè)試和分析中，采用dB這個(gè)單位表示信號(hào)的放大或衰減。（4）動(dòng)測(cè)儀器的輸入輸出和阻抗匹配（5）絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量的概念 絕對(duì)加速度和絕對(duì)速度；相對(duì)位移（6）測(cè)量?jī)x器的分辨率4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表4.2.3結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)中的傳感器慣性式傳感器電動(dòng)式傳感器壓電式傳感器其他傳感器 電阻式加速度傳感器 電渦流位移傳感器 新型加速度傳感器4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表拾振器1.外殼 2.硬彈簧3.質(zhì)量塊 4.壓電晶體電磁拾振器的變換部分的構(gòu)造 壓電式拾振器的基本構(gòu)造 4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀

4、表4.2.4動(dòng)載試驗(yàn)加載設(shè)備（1）電液伺服加載系統(tǒng)（2）激勵(lì)錘和激振器（3）疲勞試驗(yàn)機(jī)（4）其他設(shè)備4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表4.2.4結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)加載設(shè)備與加載方法1、電液伺服加載系統(tǒng)2、激勵(lì)錘（力錘）和激振器力錘電動(dòng)激振器離心式激振器3、結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)4、其他專(zhuān)用加載設(shè)備4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表電液伺服系統(tǒng)動(dòng)力性能 1、液壓作動(dòng)缸的負(fù)載能力 2、伺服控制器 3、數(shù)據(jù)采集和控制軟件4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表錘體力傳感器錘頭蓋錘把力傳感器引出線力錘4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表電磁激振器液壓伺服式起振機(jī) 液壓激振器 2伺服閥 3位移計(jì) 4慣性質(zhì)量5低摩擦力滾輪 6導(dǎo)軌 7螺栓 8地板4.2 4.2 動(dòng)載

5、試驗(yàn)儀器儀表動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表偏心塊慣性式起振機(jī)的工作原理圖 1. 兩力合成為正；2.兩力抵消；3.兩力合成為負(fù)；4兩力抵消。 4.2 4.2 動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表動(dòng)載試驗(yàn)儀器儀表4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3.1 目的（1）掌握結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，為結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析 和結(jié)構(gòu)動(dòng)力設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)依據(jù)（2）掌握作用在結(jié)構(gòu)上的動(dòng)荷載特性（3）采用結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)對(duì)已建結(jié)構(gòu)進(jìn)行損 傷診斷和健康監(jiān)測(cè) 動(dòng)力特性結(jié)構(gòu)損傷 監(jiān)測(cè)信號(hào)變化健康監(jiān)測(cè)4.3 結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3.2振動(dòng)數(shù)據(jù)的測(cè)量 根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)康?，時(shí)域信號(hào)的測(cè)量一般有以下環(huán)節(jié)組成：（1）確定結(jié)構(gòu)的支撐方式和邊界條件（2）選擇振動(dòng)測(cè)試儀器設(shè)備（3）安裝傳感器（4）采集記錄數(shù)據(jù)4

6、.3.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1正弦激振時(shí)的數(shù)據(jù)處理 ）振動(dòng)幅值的確定 ）頻率確定 ）共振曲線的繪制 4）振型的求取 5）阻尼比的求取(半功率點(diǎn)法) 4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試5Hz 10Hz 14Hz共振曲線及振型圖4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試2隨機(jī)激振的數(shù)據(jù)處理 1）幅值測(cè)量 2）共振曲線（傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)反應(yīng)振幅譜）的求取4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3.4結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的測(cè)定定義：結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是結(jié)構(gòu)本身固有的動(dòng)態(tài)定義：結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是結(jié)構(gòu)本身固有的動(dòng)態(tài)參數(shù)，包括固有參數(shù)，包括固有頻率、振型和阻尼系數(shù)頻率、振型和阻尼系數(shù)等，等，它們?nèi)Q于結(jié)構(gòu)的組成形式、

7、剛度、質(zhì)量分它們?nèi)Q于結(jié)構(gòu)的組成形式、剛度、質(zhì)量分布、材料形式等，與外荷載無(wú)關(guān)。布、材料形式等，與外荷載無(wú)關(guān)。4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試測(cè)定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的實(shí)際作用測(cè)定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的實(shí)際作用 (1)(1)在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)確定地震作用的大小在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)確定地震作用的大小 (2)(2)避免動(dòng)荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振或拍振；避免動(dòng)荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振或拍振； (3)(3)為檢測(cè)、診斷結(jié)構(gòu)的損傷積累提供資料為檢測(cè)、診斷結(jié)構(gòu)的損傷積累提供資料 和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)( (剛度剛度 阻尼比阻尼比 、固有頻率、固有頻率 ) )。動(dòng)力特性測(cè)試內(nèi)容包括下列幾方面內(nèi)容：1模型的橫向、縱向、扭轉(zhuǎn)、空間等的固有頻率；2各階固有頻率下的振型；

8、3各階振型的阻尼比；4在某力作用下的幅值反應(yīng)值。4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3.4.1結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定的試驗(yàn)方法 加載方法：初位移加載法，初速度加載法。1.1.自由振動(dòng)法自由振動(dòng)法 測(cè)量方法：將測(cè)振傳感器布置在結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生最大振幅的部位，記錄結(jié)構(gòu)的有阻尼自由振動(dòng)曲線。只能測(cè)定結(jié)構(gòu)的一階頻率。多取幾個(gè)波形。TnT2.2.強(qiáng)迫振動(dòng)法強(qiáng)迫振動(dòng)法 加載方法：用激振設(shè)備使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振。加載方法：用激振設(shè)備使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振。 測(cè)量方法：將激振器及測(cè)振傳感器安裝在結(jié)構(gòu)上，測(cè)量方法：將激振器及測(cè)振傳感器安裝在結(jié)構(gòu)上，將激振器的轉(zhuǎn)速由低到高連續(xù)變換將激振器的轉(zhuǎn)速由低到高連續(xù)變換( (

9、頻率掃描頻率掃描) )，在，在達(dá)到一定頻率時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，該頻率即為結(jié)構(gòu)的達(dá)到一定頻率時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，該頻率即為結(jié)構(gòu)的自振頻率。自振頻率。123A A4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試加載方法的幾個(gè)例子：1. 1. 張拉釋放法張拉釋放法2. 正弦激振法4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試3. 敲擊法4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4隨機(jī)激振法1）天然地震法天然地震法，需把測(cè)量?jī)x器布置在建筑結(jié)構(gòu)上，等待地震來(lái)臨，進(jìn)行結(jié)構(gòu)反應(yīng)的記錄。通常是采用強(qiáng)震儀，設(shè)置等待觸發(fā)進(jìn)行紀(jì)錄。常常是在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中使用。2）爆破法 利用人工爆破，在爆破點(diǎn)附近的建筑結(jié)構(gòu)物上布置測(cè)點(diǎn)，求取在爆炸波傳遞到建筑上后結(jié)構(gòu)物的

10、反應(yīng)，并從中可求取其自振特性。4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4隨機(jī)激振法3）風(fēng)振法 在多風(fēng)地區(qū)，利用強(qiáng)風(fēng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的作用，測(cè)量建筑結(jié)構(gòu)物的反應(yīng)，并從中求取自振特性。4）脈動(dòng)法 借助被測(cè)結(jié)構(gòu)周?chē)牟灰?guī)則微弱干擾（地面脈動(dòng)、空氣流動(dòng)等）所產(chǎn)生的微弱振動(dòng)作為激勵(lì)來(lái)測(cè)定結(jié)構(gòu)物自振特性的方法。 多種頻率隨機(jī)振動(dòng)作用在結(jié)構(gòu)上，與結(jié)構(gòu)物頻率接近的波形被放大，出現(xiàn)“拍振”波形。 實(shí)施最為簡(jiǎn)單的方法。 出現(xiàn)“拍振”表明出現(xiàn)與被測(cè)結(jié)構(gòu)頻率相同或接近的脈動(dòng)頻率。 “拍振”為脈動(dòng)實(shí)測(cè)波形的重要標(biāo)志4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試脈動(dòng)法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的要求( 1)要求記錄的儀器有足夠?qū)挼念l帶，使所需要的主要

11、頻率分量不失真；(2)脈動(dòng)記錄中不應(yīng)有規(guī)則的干擾或儀器本身帶近來(lái)的噪音；平穩(wěn)過(guò)程(3)記錄時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，并重復(fù)幾次(排除偶然因素)；各態(tài)歷經(jīng)(4)如果儀器數(shù)量不足，可以分多次測(cè)量，但應(yīng)有一個(gè)測(cè)點(diǎn)(比較點(diǎn))保持不動(dòng)；(5)要有專(zhuān)門(mén)的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理(得到高頻振動(dòng)周期)。4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試A A 振幅（位移、速度、加速度）T= t / nT= t / n二：強(qiáng)迫振動(dòng)法二：強(qiáng)迫振動(dòng)法測(cè)試頻率測(cè)試頻率1.1.激振方法：可變周期（變頻）振動(dòng)荷載、離心電機(jī)、電磁激勵(lì)荷載（荷載激振方法：可變周期（變頻）振動(dòng)荷載、離心電機(jī)、電磁激勵(lì)荷載（荷載幅值不變）幅值不變）2. .測(cè)試方法：測(cè)量記

12、錄下結(jié)振幅測(cè)試方法：測(cè)量記錄下結(jié)振幅頻率關(guān)系頻率關(guān)系 t 時(shí)間n周TTTtA4213振幅一：自由振動(dòng)法測(cè)試頻率一：自由振動(dòng)法測(cè)試頻率v2）阻尼比求取v 阻尼也是結(jié)構(gòu)自身的屬性，阻尼越大越能抑制自由振動(dòng)的幅度。v 阻尼比為被測(cè)結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比。v自由振動(dòng)法求阻尼比自由振動(dòng)法求阻尼比v 直接從所測(cè)的自由振動(dòng)時(shí)域波形曲線上求取。結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)是有阻尼的衰減振動(dòng)，且以對(duì)數(shù)形式衰減。有阻尼的衰減系數(shù)被稱(chēng)為對(duì)數(shù)衰減率。4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試為增加樣本個(gè)數(shù)，根據(jù)實(shí)測(cè)波形曲線，可作如下變換：4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試上式兩邊取對(duì)數(shù)，可得：依據(jù)黏滯理論，單自由度振動(dòng)時(shí)程曲線

13、中，兩相鄰振幅比應(yīng)為：兩邊取對(duì)數(shù)：4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試考慮結(jié)構(gòu)為有阻尼的振動(dòng)周期，可知：通常情況，結(jié)構(gòu)為低阻尼，當(dāng)0.2，r=，則有：4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試強(qiáng)迫振動(dòng)法求阻尼比強(qiáng)迫振動(dòng)法求阻尼比)(.tpkxxCxm tptp sin)( mtpxxx/sin22. )sin( tBx)sin()sin( tBAext自由振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試222222/14p kB222222411)( 靜靜動(dòng)動(dòng)BB當(dāng) =0=0(無(wú)阻尼)， = = 時(shí)，產(chǎn)生共振，B B。當(dāng)0 0(有阻尼)， = = 時(shí)，產(chǎn)生共振， ( ( )=1/2)=1/2 。半功

14、率法： ( ( ) )= = 時(shí)，對(duì)應(yīng) 1 1及 2 2，阻尼比為： 2121 212 12 21 2121 ( ( ) )4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試振型：結(jié)構(gòu)按某一固有頻率做振動(dòng)時(shí)形成的彈性曲線振型：結(jié)構(gòu)按某一固有頻率做振動(dòng)時(shí)形成的彈性曲線。測(cè)量原理：將若干個(gè)測(cè)振傳感器沿結(jié)構(gòu)的高度或跨度方向測(cè)量原理：將若干個(gè)測(cè)振傳感器沿結(jié)構(gòu)的高度或跨度方向連續(xù)布置連續(xù)布置( (至少至少5 5個(gè)個(gè)) )，當(dāng)結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)或共振時(shí)，同，當(dāng)結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)或共振時(shí)，同時(shí)記錄下結(jié)構(gòu)各部位的振動(dòng)情況，通過(guò)比較各點(diǎn)的時(shí)記錄下結(jié)構(gòu)各部位的振動(dòng)情況，通過(guò)比較各點(diǎn)的振幅和相位，并將各測(cè)點(diǎn)同一時(shí)刻的位移值連接成振幅和相位，

15、并將各測(cè)點(diǎn)同一時(shí)刻的位移值連接成一條曲線，即可得到結(jié)構(gòu)的振型圖。一條曲線，即可得到結(jié)構(gòu)的振型圖。3）振型求取v拾振器靈敏系數(shù)相同v 可依據(jù)實(shí)測(cè)波形，在同一時(shí)刻量取每一測(cè)點(diǎn)的振幅。令某測(cè)點(diǎn)幅值為1，其他測(cè)點(diǎn)按比例作圖。4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.34.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試橋梁動(dòng)測(cè)實(shí)例：全橋共用速度傳感器3個(gè)，全部為豎向，分別布置在試驗(yàn)跨L/4、L/2、3L/4橋面一側(cè)。橋梁動(dòng)撓度測(cè)試的測(cè)點(diǎn)布置在試驗(yàn)橋跨的跨中。 江蘇東華測(cè)試儀器有限公司生產(chǎn)的DH5922振動(dòng)信號(hào)采集分析系統(tǒng) 低頻加速低頻加速度傳感器度傳感器低通濾波低通濾波放大器放大器數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集儀儀計(jì)算機(jī)

16、分計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)析系統(tǒng)4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)工況工況內(nèi)容工況1脈動(dòng)試驗(yàn)工況210 km/h，跑車(chē)試驗(yàn)工況320 km/h，跑車(chē)試驗(yàn)工況430 km/h，跑車(chē)試驗(yàn)工況510km/h，剎車(chē)制動(dòng)試驗(yàn)工況65km/h，跳車(chē)試驗(yàn)4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試4.3結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況試驗(yàn)車(chē)速試驗(yàn)車(chē)速(km/h)(km/h)沖擊系數(shù)（沖擊系數(shù)（1+1+）跑車(chē)跑車(chē)10101.0520201.1030301.121.12剎車(chē)剎車(chē)20201.131.13跳車(chē)跳車(chē)10101.151.154.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本概念：抗震延性的保證，包括抗震設(shè)計(jì)計(jì)算和抗震構(gòu)造措施兩部分。結(jié)構(gòu)抗震性能研

17、究的主要內(nèi)容：地震荷載作用下結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制、破壞形態(tài)、延性、耗能、強(qiáng)度等。結(jié)構(gòu)抗震性能研究的主要試驗(yàn)手段： 偽靜力試驗(yàn) 擬動(dòng)力試驗(yàn) 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)4.4.14.4.1 引言引言偽靜力試驗(yàn)又稱(chēng)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，屬于工偽靜力試驗(yàn)又稱(chēng)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)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)加載的方法對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)中控加載的方法對(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)的變形值或荷載量，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正反兩制結(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)加載和卸載，用以模擬結(jié)構(gòu)在地震作個(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。

18、用下的受力過(guò)程。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.4.2 4.4.2 偽靜力試驗(yàn)偽靜力試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模河糜诨炷两Y(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等的構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)抗震基本性能試驗(yàn)，以及結(jié)構(gòu)模型或原型在反復(fù)荷載作用下的抗震性能試驗(yàn)。典型的為獲得力-位移或力-應(yīng)變滯回曲線。 傳力裝置： 傳力裝置包括有反力地板、反力墻、加載架（包括門(mén)架和梁）等，視不同的試驗(yàn)還需附加其他的傳力機(jī)構(gòu)。4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)（1 1）變形控制加載法）變形控制加載法( (位移控制位移控制) )A A：變幅加載：恢復(fù)力模型、強(qiáng)度、變形、滯回：變

19、幅加載：恢復(fù)力模型、強(qiáng)度、變形、滯回特性、破壞機(jī)理等；特性、破壞機(jī)理等；B B：等幅加載：強(qiáng)度及剛度退化等；：等幅加載：強(qiáng)度及剛度退化等；C C：變幅等幅混合加載：二次加載或加載歷史對(duì)：變幅等幅混合加載：二次加載或加載歷史對(duì)性能的研究。性能的研究。 變幅加載 等幅加載4.4.2.1 4.4.2.1 單向反復(fù)加載制度單向反復(fù)加載制度4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)(a) (b)混合加載（2 2）荷載控制加載法）荷載控制加載法 （3 3）荷載變形雙控制加載法先控制力，屈服之后控）荷載變形雙控制加載法先控制力，屈服之后控制位移制位移4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)（1）x、y軸雙向同步加載（

20、2）x、y軸雙向非同步加載雙向低周反復(fù)加載制度4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.4.2.24.4.2.2 雙向反復(fù)加載制度雙向反復(fù)加載制度(a) (b)梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)裝置與變形特征4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)以剪切變形為主的構(gòu)件低周反復(fù)試驗(yàn)裝置4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)以彎剪變形為主的構(gòu)件低周反復(fù)試驗(yàn)裝置4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)1 1荷載及支座反力荷載及支座反力2 2荷載變形曲線荷載變形曲線3 3塑性鉸區(qū)段曲率或轉(zhuǎn)角塑性鉸區(qū)段曲率或轉(zhuǎn)角4

21、 4節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角5 5梁柱縱筋應(yīng)力梁柱縱筋應(yīng)力 6 6核心區(qū)箍筋應(yīng)力核心區(qū)箍筋應(yīng)力7 7鋼筋滑移鋼筋滑移8 8裂縫裂縫4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.4.2.3 4.4.2.3 試驗(yàn)觀測(cè)方案試驗(yàn)觀測(cè)方案梁柱節(jié)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)布置143253224.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)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。 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)梭形梭形受彎、偏壓、受剪受彎、偏壓、受剪弓形一定的滑移，剪跨比較大，剪力較小反S形更多的滑移，一般或有剪力支撐的框架，梁柱節(jié)點(diǎn)等。Z形大量的滑移，小剪跨且有斜裂縫可以發(fā)展的構(gòu)件等。Pf

22、PfPfPf偽靜力試驗(yàn)典型滯回曲線偽靜力試驗(yàn)典型滯回曲線4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)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荷載-變形關(guān)系曲線4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)剛度 （1）初次加載剛度 （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 4.4.2.4 4.4.2.4 幾個(gè)概念幾個(gè)概念4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)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。 4.44.4結(jié)構(gòu)抗

23、震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)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。 yuuy4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)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、jijiQQniijniijiQK114.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)?zāi)芰亢纳⒔Y(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

24、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) ：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4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)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。 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)試驗(yàn)例子及加載方法 墻體試驗(yàn) 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn) 梁的試驗(yàn) 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn) 頂部不容許轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件試驗(yàn) 4.44.4結(jié)

25、構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn) 十字節(jié)點(diǎn)試驗(yàn) 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)昆明理工大學(xué)工程抗震研究所伺服試驗(yàn)系統(tǒng)昆明理工大學(xué)工程抗震研究所伺服試驗(yàn)系統(tǒng) 4.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.4.3 地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)控制器控制器數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)記錄儀計(jì)算機(jī)主體計(jì)算機(jī)主體液液 壓壓 源源分油器分油器儲(chǔ)能器儲(chǔ)能器儲(chǔ)能器儲(chǔ)能器儲(chǔ)能器儲(chǔ)能器儲(chǔ)能器儲(chǔ)能器控制器控制器 控制器控制器 控制器控制器D/AA/D打印機(jī)打印機(jī) 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器繪圖儀繪圖儀 終終 端端示波器示波器 測(cè)振傳感器測(cè)

26、振傳感器試件試件振動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)平臺(tái)水平水平振動(dòng)器振動(dòng)器垂直振動(dòng)器垂直振動(dòng)器基礎(chǔ)基礎(chǔ)函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)地震模擬振動(dòng)臺(tái)的基本構(gòu)成（液壓）4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)1 1 振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體結(jié)構(gòu) 2 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 3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 4 4 測(cè)試和分析系統(tǒng)測(cè)試和分析系統(tǒng) 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康?進(jìn)行各類(lèi)建筑物模型的動(dòng)力特性試驗(yàn)；2進(jìn)行各類(lèi)建筑物模型在地震作用下的破壞機(jī) 理的研究；3進(jìn)行各類(lèi)建筑物模型的抗震措施的研究；4進(jìn)行各種機(jī)電設(shè)備和設(shè)施的

27、耐震試驗(yàn)研究；5進(jìn)行各類(lèi)機(jī)電產(chǎn)品的振動(dòng)例行試驗(yàn)；6進(jìn)行家庭用具和人體在地震作用下的反應(yīng)研究；7在娛樂(lè)場(chǎng)所進(jìn)行地震宣傳的科普教育，并尋求娛樂(lè)刺激。4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)的種類(lèi)機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)電磁式振動(dòng)臺(tái) 電液伺服控制的地震模擬振動(dòng)臺(tái) 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的組織與實(shí)施1編制試驗(yàn)大綱 1）試驗(yàn)?zāi)康摹?2）模型概況。 3）測(cè)量的參數(shù)和測(cè)點(diǎn)布置。 4）選擇測(cè)量?jī)x器，要求的數(shù)量、量程。 5）選用的地震波、壓縮比、能級(jí)。 6）是否需要測(cè)量動(dòng)力特性。 7）試驗(yàn)的分級(jí)試驗(yàn)順序。 8）要求試驗(yàn)日期及試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間。4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)2試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)

28、3模型制作4模型安裝 5測(cè)量?jī)x器選擇6測(cè)點(diǎn)布置及儀器調(diào)試7動(dòng)力特性試驗(yàn)8地震波試驗(yàn)9數(shù)據(jù)處理10模型拆除4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)昆明理工大學(xué)工程抗震研究所地震模擬振動(dòng)臺(tái)昆明理工大學(xué)工程抗震研究所地震模擬振動(dòng)臺(tái) 中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所地震模擬振動(dòng)臺(tái)中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所地震模擬振動(dòng)臺(tái) 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn) 九臺(tái)陣系統(tǒng)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn) 重慶公路所臺(tái)陣重慶公路所臺(tái)陣4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn) 國(guó)家體育館模型八臺(tái)陣試驗(yàn)4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)發(fā)展趨勢(shì) 1向多方面試驗(yàn)發(fā)展，包括

29、土建、海港、水電、電訊、鐵路、農(nóng)業(yè)等部門(mén)均有應(yīng)用，不僅進(jìn)行結(jié)構(gòu)物的試驗(yàn)，還進(jìn)行各種機(jī)電產(chǎn)品、設(shè)備的試驗(yàn)、家庭用具試驗(yàn)、以及人體反應(yīng)試驗(yàn)等等。 2向多向、多自由度發(fā)展，因?yàn)榈卣鹗且粋€(gè)空間運(yùn)動(dòng)，在單向作用下有些設(shè)施、結(jié)構(gòu)不一定能破壞，而在三向作用下才會(huì)重現(xiàn)地震的破壞。故要較真實(shí)再現(xiàn)地震破壞，必須相應(yīng)的建造三向六自由度的地震模擬振動(dòng)臺(tái)。 3向大型發(fā)展。日本已建成了世界上最大的15m20m地震模擬振動(dòng)臺(tái)（上載1200噸）。那是適應(yīng)核工業(yè)的發(fā)展需要。但是投資太大，日常維護(hù)費(fèi)用高。 4向多臺(tái)的臺(tái)陣發(fā)展。對(duì)長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)可以利用少量投資即可進(jìn)行地震試驗(yàn)。 5向振動(dòng)臺(tái)和快速擬動(dòng)力裝置組合的混合試驗(yàn)發(fā)展，解決子結(jié)構(gòu)的

30、邊界條件的模擬。 6提高控制的自動(dòng)化程度及控制精度，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制。4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)4.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)擬動(dòng)力試驗(yàn)擬動(dòng)力試驗(yàn)，其實(shí)質(zhì)就是按照某種確定性的地震反應(yīng)進(jìn)行加載。由于結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型未知，運(yùn)動(dòng)方程無(wú)法求解，故采用“邊試驗(yàn)、邊求解”的方法分步得到實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)恢復(fù)力模型，然后可完成整個(gè)試驗(yàn)加載過(guò)程。加載設(shè)備可利用偽靜力試驗(yàn)設(shè)備，但必須可聯(lián)機(jī)控制加載，即計(jì)算機(jī)控制的電液伺服加載系統(tǒng)（包含數(shù)個(gè)作動(dòng)器，即加載器） 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn) 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模河糜诨炷两Y(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等的模型在靜力試驗(yàn)臺(tái)座上模擬實(shí)施地震動(dòng)力反

31、應(yīng)的抗震基本性能試驗(yàn)。傳力裝置： 傳力裝置包括有反力地板、反力墻、加載架（包括門(mén)架和梁）等，視不同的試驗(yàn)還需附加其他的傳力機(jī)構(gòu)。 4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1伺服液壓往復(fù)作動(dòng)器 2液壓千斤頂 3液壓源 4控制系統(tǒng) 5測(cè)量?jī)x器 1）力測(cè)量系統(tǒng)； 2）應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)； 3）位移測(cè)量系統(tǒng)；4.44.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn) 擬動(dòng)力試驗(yàn)的加載設(shè)備一般由計(jì)算機(jī)、加載擬動(dòng)力試驗(yàn)的加載設(shè)備一般由計(jì)算機(jī)、加載裝置與加載控制系統(tǒng)等組成。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)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。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)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)或擬靜令工作。擬動(dòng)力試驗(yàn)可采用與靜力試驗(yàn)或擬靜力