7工程結(jié)構(gòu)抗震試驗

1、工程結(jié)構(gòu)抗震試驗11 概述1.2 結(jié)構(gòu)抗震試驗分類試驗室試驗：擬靜力試驗,擬動力試驗,模擬振動臺試驗室外試驗：人工模擬地震試驗,天然地震試驗 22 偽靜力試驗方法1、加載設(shè)備和裝置加載設(shè)備雙作用千斤頂（加載器）或電液伺服加載系統(tǒng)。反力裝置反力墻或反力架、試驗臺座。豎向均布加載的懸臂式試驗裝置345678固端平移式試驗裝置墻體頂部只有水平位移而沒有轉(zhuǎn)動只有剪力沒有彎矩的高寬比小于4的剪切型破壞的構(gòu)件,9框架梁柱節(jié)點試件梁端加載試驗裝置10框架梁柱節(jié)點試件柱端加載試驗裝置11 2、單向偽靜力加載試驗單向一個方向加載 加載控制參數(shù):力或位移加載特點： 低周周期長,反復(fù)加載一次的時間長。 在一個平面內(nèi)

2、,對試件在正反兩個方向重復(fù)加載卸載 廣義位移：位移、轉(zhuǎn)角、應(yīng)變、曲率等 121）位移控制加載 a、控制位移的變幅加載 對試件的性能不了解,作為探索性研究?；蛟诖_定恢復(fù)力模型的時候,來研究試件的強度、變性和耗能的性能。13B、控制位移的等幅加載 用于研究試件的強度降低率和剛度退化規(guī)律14C、控制位移的變幅等幅混合加載 可綜合研究試件的性能：等幅局部的強度和剛度變化情況。變幅局部特別是大變形增長情況下強度和耗能能力的變化。15D、控制位移的變幅等幅混合加載之二 專門設(shè)計的混合加載,在兩個大幅值之間有幾次小幅值的循環(huán),主要是模擬試件承受二次地震作用。小幅值加載用來模擬余震的作用。162）力控制加載

3、加載過程中,用力幅值作為控制量。由于結(jié)構(gòu)試件屈服后荷載不再增加,所以無法再用力進(jìn)行控制。因此這種加載制度很少單獨使用。173）力位移混合控制加載試件屈服前用力控制,屈服后用位移控制。用開裂和屈服作為力的控制量,用屈服時試件的最大位移的倍數(shù),作為位移的控制量。上圖的加載制度是經(jīng)常采用的一種加載制度。183、雙向偽靜力加載試驗方法 (a) X方向不加載,Y方向反復(fù)加載?；蛘呦喾?前述的單向加載。（b) x方向加載后,恒載,Y方向反復(fù)加載。 （c) X、Y方向先后反復(fù)加載 (d) X、Y兩個方向交替反復(fù)加載 (e) 8字形加載 （f) 方形加載194、觀測工程和測點布置 抗震試驗的試件的觀測工程和測

4、點布置與靜載試驗的試件根本相同。觀測工程一般有： 荷載（開裂,破壞,支反力）位移、轉(zhuǎn)角、曲率、應(yīng)變（砼,鋼筋、砌體等）裂縫、滑移等。測點一般在內(nèi)力最大截面或感興趣的部位。例量測試件的側(cè)向位移曲線頂點位移和平移試件的剪切變形試件的轉(zhuǎn)動20梁柱節(jié)點試件的測點布置量測試件塑性鉸區(qū)的曲率或轉(zhuǎn)角的位移計梁：距柱面（1/2）hb (梁高）或hb 柱：距梁面（1/2）hc(柱寬）量測節(jié)點核心區(qū)剪切角的位移計（測對角線伸長量）21量測核心區(qū)梁內(nèi)縱筋的滑移方法：在梁的縱筋焊出兩個豎桿A,B.安裝兩個位移計,分別測出B桿相對于柱面C點和豎桿A的位移,兩個位移差值就是縱筋的滑移量。225、偽靜力試驗的結(jié)構(gòu)抗震性能的

5、評定1）強度：開裂荷載；屈服荷載；極限荷載；破損荷載（過最大荷載后的85%的極限荷載） 開裂荷載屈服荷載極限荷載破損荷載232）骨架曲線 偽靜力試驗中的反復(fù)加載過程所得到的荷載位移（P-曲線）滯回曲線（滯回環(huán)）中,取所有每一級循環(huán)的峰點（卸載頂點）連接的包絡(luò)線 特點：與單次加載曲線,在形狀上大體相似,極限荷載略低243）滯回曲線（滯回環(huán)） 反復(fù)加載過程中的荷載位移的全部循環(huán)曲線 一次循環(huán)的曲線加載 如果在彈性范圍沿加載曲線返回到原點,超過彈性階段,返回不到原點,有剩余變形25 除了從滯回環(huán)的峰值連線得到骨架曲線外,還可從滯回環(huán)的外包線得到滯回環(huán)的不同的圖形,這些圖形反映了試件的不同破壞機制（a

6、)梭形：受彎、偏壓、壓彎及不發(fā)生剪切破壞的試件 （b)弓形：有一定的滑移影響,有“捏縮效應(yīng),多發(fā)生在剪跨比大或剪力較大又配有一定箍筋的彎剪和偏壓剪的試件。 （c)反S形：有更多的滑移影響。常發(fā)生在一般和有剪刀撐的框架、梁柱節(jié)點和剪力墻。26（d)Z形：大量的滑移影響。發(fā)生在小剪跨而斜裂縫充分開展的試件。及錨固鋼筋有較大滑動的試件。 許多試件往往開始是梭形,然后開展到弓形、反S形,或最后到Z形。 滯回環(huán)的面積代表試件的耗能能力。面積越大,說明試件的耗能能力越強,試件的抗震性能越好。 274）延性系數(shù) 反映試件的變形能力,使評價試件抗震性能的重要指標(biāo)。 定義：結(jié)構(gòu)破壞時的極限變形（位移、轉(zhuǎn)角等）和

7、屈服變形之比。285）退化率： 強度或剛度降低的速率。反映試件在一定的變形條件下,強度或剛度隨反復(fù)荷載次數(shù)的增加而降低的特性。（1）強度退化率 （2）環(huán)線剛度 變形延性系數(shù)為j時,第i次循環(huán)的峰點荷載值變形延性系數(shù)為j時,第i次循環(huán)的荷載峰值變形延性系數(shù)為j時,第i-1次循環(huán)的峰點荷載值變形延性系數(shù)為j時,第i次循環(huán)的變形峰值296)能量耗散 （1）等效粘滯阻尼系數(shù)hc圖形面積三角形面積（2）功比指數(shù)第i次循環(huán)時,卸載點的荷載和位移值屈服點的荷載和位移值30偽（擬）靜力試驗的特點對結(jié)構(gòu)施加低周反復(fù)作用的力或位移,來模擬地震對結(jié)構(gòu)的作用。低周加載的周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自身的根本周期。實際上是用靜力加

8、載方式模擬地震（動力）對結(jié)構(gòu)的作用。 優(yōu)點： 由于加載周期長,而且有試驗者自己控制加載過程,所以試驗過程中可以隨時停下來觀測試件的開裂和破壞狀態(tài),可以清晰地了解試件的整個反響歷程。并可根據(jù)需要改變加載方式和歷程。加載設(shè)備相對簡單。缺點： 試驗的加載歷程（力或位移）是試驗者預(yù)先主觀確定的,與實際地震作用歷程無關(guān)。加載時間長,反映不出實際地震作用中,速度對結(jié)構(gòu)的影響。 31 3 擬動力試驗方法 又稱計算機加載器聯(lián)機試驗。將地震引起的地面運動加速度的時程輸入計算機,計算機按動力方程求出結(jié)構(gòu)的位移時程,控制加載器按這個位移施加荷載。這是一種對結(jié)構(gòu)邊分析邊試驗的抗震試驗方法。優(yōu)點：1、加載的控制值（力或

9、位移）是通過被測結(jié)構(gòu)的方程計算得到,而方程的輸動力 入值是實際地面運動的加速度。2、試驗過程中的數(shù)值分析中的結(jié)構(gòu)恢復(fù)力不再作任何假設(shè),直接從被測結(jié)構(gòu)上測量。3、加載器的作用力大,可進(jìn)行大比例尺寸試件的模擬地震試驗,從而彌補地震模擬振動臺試驗時,小比例模型的尺寸效應(yīng)和相似比要求的困難。 32試驗方法和步驟（1）向計算機輸入地震波（地震引起的地面運動加速度）（2）當(dāng)計算機輸入第i步的地面運動加速度后,由計算 機求得第i步的指令位移X .（3）按計算機求得第i步的指令位移Xi 對結(jié)構(gòu)施加荷載。（4）量測結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力Fi ,并代入運動方程,按地震反響過程的加速度進(jìn)行n+1時刻位移Xi+1的計算 ,并測

10、Fn+1。（5）重復(fù)上述步驟,直到地震波輸完。3334二、擬動力試驗的優(yōu)點： 1、整個數(shù)值分析過程中,不需要對結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力特性進(jìn)行假設(shè)。 2、試驗過程接近靜力加載,試驗人員有足夠的時間觀測結(jié)構(gòu)性能的變化和結(jié)構(gòu)損害過程,可獲得較為詳細(xì)的試驗資料。 3、可以對一些足尺試件或大比例模型進(jìn)行試驗。 4、可以緩慢再現(xiàn)地震的反響。三、缺點： 不能反映應(yīng)變速率對結(jié)構(gòu)的影響。354模擬地震振動臺試驗一、振動臺結(jié)構(gòu)1.臺體2.液壓驅(qū)動和動力系統(tǒng)3.控制系統(tǒng)4.測試和分析系統(tǒng)二、加載過程 一次 性加載 輸入一個適當(dāng)?shù)牡卣鸩ㄓ涗浽嚰母鞣N數(shù)據(jù)和觀察試件的各種反響。 一次性試驗,對量測和觀察要求高,破壞時較危險。用的

11、較少。（高速攝影和電視攝像）可模擬試件在一次強烈地震的反響36地震模擬振動臺試驗計算機控制的電液伺服加載系統(tǒng),不直接對試件加載,而是施加在一個鋼平臺。平臺上安放試件。優(yōu)點： 1、平臺可再現(xiàn)天然地震波,這樣安裝在平臺上的試件就 能受到類似天然地震的作用。 2、可再現(xiàn)各種形式的地震波,模擬假設(shè)干次地震的初震、主震、余震的全過程。 37屢次性加載： 1、自由振動：測定結(jié)構(gòu)的自振特性。 2、給臺面輸入微小的運動,使結(jié)構(gòu)的薄弱部位產(chǎn)生微裂 3、加大臺面的輸入運動,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生中等開裂。 4、再加大臺面的輸入運動,使結(jié)構(gòu)的主要部位產(chǎn)生破壞 5、在增大臺面的輸入運動,使結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C動體系,稍加荷載就會倒塌。 這種試驗方法,可以得到各個加載階段的結(jié)構(gòu)的周期、阻尼、振型、剛度退化、能量吸收和滯回反響等特性。38 5 人工地震 除了以上三種室內(nèi)的抗震試驗外,還有兩種室外的抗震試驗方法。人工地震和天然地震。 人工地震采用人工爆破引起的地面運動。1、直接爆破引起的地面運動 a)、地面運動的加速度峰值隨藥量的增高而增高。 b)、地面運動的加速度峰值離爆心距離越近越高。 c)、地面運動的加速度持續(xù)時間離爆心距離越遠(yuǎn)越長。 所以藥量大,試件距離爆心遠(yuǎn),越接近天然地震2、密閉爆