第5章結(jié)構(gòu)抗震試驗技術(shù)

地震工程學(xué)--結(jié)構(gòu)抗震試驗技術(shù)內(nèi)封1/14/2023結(jié)構(gòu)抗震試驗的任務(wù)和分類一、抗震試驗的任務(wù)1、結(jié)構(gòu)抗震性能：一般從結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、延性、耗能性能、剛度退化等方面來衡量。2、結(jié)構(gòu)抗震能力：是結(jié)構(gòu)抗震性能的表現(xiàn)。我國抗震規(guī)范的結(jié)構(gòu)抗震能力為“小震不壞、中震可修、大震不倒”。3、抗震試驗的任務(wù)新材料的抗震性能研究，為推廣使用提供科學(xué)依據(jù)；新結(jié)構(gòu)的抗震能力研究，提出新結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法；實際結(jié)構(gòu)的模型試驗研究，驗證結(jié)構(gòu)的抗震性能和能力；為制定和修改抗震設(shè)計規(guī)范提供科學(xué)依據(jù)。第一節(jié)結(jié)構(gòu)抗震試驗試件類型第一節(jié)結(jié)構(gòu)抗震試驗試件類型第一節(jié)結(jié)構(gòu)抗震試驗試件類型一、梁式試件二、柱式試件三、節(jié)點及框架組合件試件四、框架試件五、剪力墻及墻體試件一、梁式試件二、柱式試件二、柱式試件三、節(jié)點及框架組合件試件三、節(jié)點及框架組合件試件四、框架試件四、框架試件五、剪力墻及墻體試件五、剪力墻及墻體試件第二節(jié)加載設(shè)備和裝置一、試驗類型二、加載設(shè)備三、加載的反力裝置四、試驗數(shù)據(jù)的量測與采集建筑結(jié)構(gòu)試驗的分類生產(chǎn)性試驗和科研性試驗靜力試驗和動力試驗真型試驗和模型試驗短期載荷試驗和長期載荷試驗試驗室試驗和現(xiàn)場試驗靜力試驗靜力單調(diào)加載試驗低周反復(fù)靜力加載試驗振動臺試驗疲勞試驗風(fēng)載試驗快速擬動力試驗（高級計算機(jī)－加載器聯(lián)機(jī)試驗）擬動力試驗（計算機(jī)－加載器聯(lián)機(jī)試驗）動力試驗擬靜力試驗結(jié)構(gòu)試驗按加載性質(zhì)分類采集簡單、離線處理，計算量較小，無計算速度要求實時在線采集、在線處理，計算量大，計算速度要求高動力監(jiān)測試驗承力架試件液壓加載器操作臺管路系統(tǒng)試驗臺座優(yōu)點：試驗試件尺寸和比例大缺點：無法考慮地震的時間效應(yīng)靜力試驗優(yōu)點：能夠真實模擬地震缺點：試驗試件尺寸受限振動臺試驗擬動力試驗（計算機(jī)－加載器聯(lián)機(jī)試驗）按照某種確定性的地震反應(yīng)進(jìn)行加載。而由于結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型未知，運(yùn)動方程無法求解，故采用“邊試驗、邊求解”的方法分步得到實測的結(jié)構(gòu)恢復(fù)力模型，然后可完成整個試驗加載過程。加載設(shè)備可利用偽靜力試驗設(shè)備，但必須可聯(lián)機(jī)控制加載，即計算機(jī)控制的電液伺服加載系統(tǒng)(包含數(shù)個作動器，即加載器)。擬動力試驗步驟擬動力試驗在振動臺試驗基礎(chǔ)上，降低時間速率，在擬靜力的基礎(chǔ)上通過動力微分方程求解體現(xiàn)地震動時間特性，從而既模擬了地震作用，又增大了試驗試件尺寸擬動力試驗步驟設(shè)備共享、提高利用率、解決尺寸和空間難題、數(shù)據(jù)共享擬動力試驗發(fā)展新方向之一

網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)擬動力試驗優(yōu)點快速：固化硬件和芯片。實時計算、速度大幅提升準(zhǔn)確：結(jié)合大型有限元軟件，結(jié)果可靠精細(xì)：可以模擬局部和微觀尺度的力學(xué)性能擬動力試驗發(fā)展新方向之一

快速擬動力試驗優(yōu)點健康監(jiān)測試驗4個風(fēng)速儀16個加速度計58個電阻應(yīng)變計148個振弦式應(yīng)變計1套地秤36個傾角儀3個攝像頭車載及動應(yīng)變實時監(jiān)測顯示風(fēng)載、溫度和應(yīng)變實時監(jiān)測顯示一、擬靜力加載設(shè)備機(jī)械式千斤頂或液壓式千斤頂電液伺服加載系統(tǒng)主要包括電液伺服作動器、模擬控制器、液壓源、液壓管路和測量儀器等加載裝置常用的反力裝置主要有反力墻、反力臺座、門式剛架、反力架和相應(yīng)的各種組合類型加載反力裝置應(yīng)具有足夠的剛度、承載力和整體穩(wěn)定性，能夠滿足試件的受力狀態(tài)和模擬試件的實際邊界條件墻片試驗裝置梁式構(gòu)件試驗裝置頂部無轉(zhuǎn)動的抗剪試驗裝置梁柱節(jié)點試驗裝置測P－Δ效應(yīng)的節(jié)點試驗裝置分配梁懸吊支撐加載試驗裝置力－位移的關(guān)系曲線電液伺服擬靜力試驗加載系統(tǒng)第三節(jié)試驗加載制度一、加載制度的幾種方案二、關(guān)于加載制度的討論一、加載制度的幾種方案1、主軸向單向受力的加載制度（1）變位移加載（2）變力加載（3）變力－變位移加載制度2、雙向受力加載制度（1）同步加載（2）非同步加載變位移加載變幅加載等幅加載混合加載變幅加載等幅加載混合加載混合加載變力加載同步加載當(dāng)用一個加載器在與截面主軸成一定角度作斜向加載時，兩個主軸向的分量是同步的斜向加載的加載制度與單向受力加載相同非同步加載非同步加載要用兩個加載器分別在截面兩個主軸方向加力可以先后施加荷載雙向受力遠(yuǎn)比單向受力復(fù)雜單向加載一向恒載、一向加載先后加載二、關(guān)于加載制度的討論1、研究目的與加載制度的關(guān)系（1）建立恢復(fù)力模型（2）建立強(qiáng)度計算公式及研究破壞機(jī)制（3）改進(jìn)和發(fā)展抗震構(gòu)造措施2、不同加載方案引起的耗能差異3、周期性加載制度的局限性建立恢復(fù)力模型采用的加載制度建立強(qiáng)度計算公式及研究破壞機(jī)制采用的加載制度改進(jìn)和發(fā)展抗震構(gòu)造措施－

比較強(qiáng)度或變形能力時改進(jìn)和發(fā)展抗震構(gòu)造措施－

比較強(qiáng)度和退化率時二、不同加載方案引起的耗能差異變幅加載時，假定骨架曲線不變，不同加載方案的的情況。第四節(jié)試驗數(shù)據(jù)處理一、骨架曲線二、割線剛度三、延性系數(shù)四、荷載降低系數(shù)五、能量耗散系數(shù)骨架曲線與荷載－變形滯回曲線包興格效應(yīng)(Bauschingereffect)某些塑性材料的一種力學(xué)性質(zhì)，表現(xiàn)為當(dāng)材料受到某一方向的載荷作用（如拉伸）進(jìn)入塑性變形階段后，若接著施加相反方向的載荷（如壓縮），將會發(fā)現(xiàn)此時材料的屈服應(yīng)力會比直接施加后一種載荷時降低。包興格效應(yīng)在絕大多數(shù)多晶金屬材料中都可以觀察到。一般認(rèn)為，該效應(yīng)與材料內(nèi)部因為塑性變形產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力以及位錯塞積等因素相關(guān)。強(qiáng)震作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)恢復(fù)力曲線呈現(xiàn)復(fù)雜的滯回特征,反映材料非線性、裂縫開合、鋼筋—混凝土間黏結(jié)滑移、低周疲勞等因素對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的影響。割線剛度延性系數(shù)延性系數(shù)的作圖法計算退化率

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的退化率是指在控制位移作等幅低周反復(fù)加載時，每施加一周荷載后強(qiáng)度或剛度降低的速率。它反映結(jié)構(gòu)在一定變形條件下，強(qiáng)度或剛度隨反復(fù)荷載次數(shù)增加而降低的特性。退化率的大小反映了結(jié)構(gòu)是否經(jīng)受得起地震的反復(fù)作用，當(dāng)退化率小時，說明結(jié)構(gòu)有較大的耗能能力。通常采用某一控制位移下第N次循環(huán)的峰值荷載與該級位移下首次加載時的峰值荷載之比來表示強(qiáng)度衰減第j級加載時第i次循環(huán)的峰值荷載值第j級加載時第1次循環(huán)的峰值荷載值結(jié)構(gòu)剛度退化率能量耗散系數(shù)結(jié)構(gòu)性能循環(huán)退化示意圖功比系數(shù)功比系數(shù)I

是表示耗能能力的另一種指標(biāo)，用來表達(dá)結(jié)構(gòu)在加載過程中吸收能量的大小。Pi、Δi為第i次循環(huán)加載時結(jié)構(gòu)頂點的荷載和位移值；Py、Δy分別為屈服荷載和屈服位移值。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的功比系數(shù)不足10，而鋼結(jié)構(gòu)的功比系數(shù)則大于40循環(huán)退化指數(shù)功比系數(shù)I

是表示耗能能力的另一種指標(biāo)，用來表達(dá)結(jié)構(gòu)在加載過程中吸收能量的大小。為第i次加載循環(huán)時結(jié)構(gòu)耗散的能量；為第i次加載循環(huán)之前結(jié)構(gòu)累積耗散的能量；為結(jié)構(gòu)的能量耗能能力，其值為結(jié)構(gòu)破壞時對應(yīng)的功比系數(shù)與五倍的結(jié)構(gòu)彈性應(yīng)變能的乘積。

上升段結(jié)構(gòu)性能退化示意圖下降段結(jié)構(gòu)性能退化示意圖結(jié)構(gòu)卸載剛度退化示意圖結(jié)構(gòu)再加載剛度加速退化示意圖地震損傷指標(biāo)材料層次的損傷變量A為材料原始截面面積;為受損后有效面積α、β、m、S0、S1、γ為材料常數(shù)σmax、σmin為一次循環(huán)內(nèi)的最大、最小應(yīng)力地震損傷指標(biāo)構(gòu)件層次的損傷變量基于變形累積損傷理論θm、θy分別為最大轉(zhuǎn)角、屈服轉(zhuǎn)角地震損傷指標(biāo)構(gòu)件層次的損傷變量基于變形累積損傷理論地震損傷指標(biāo)構(gòu)件層次的損傷變量基于能量理論地震損傷指標(biāo)構(gòu)件層次的損傷變量基于能量理論P(yáng)ark-Ang模型地震損傷指標(biāo)構(gòu)件層次的損傷變量基于能量