工程結(jié)構抗震試驗教材課件

工程結(jié)構抗震試驗工程結(jié)構抗震試驗教材PPT課件工程結(jié)構抗震試驗教材PPT課件工程結(jié)構抗震試驗工程結(jié)構抗震試驗教材PPT課件工程結(jié)5.1概述結(jié)構抗震試驗的目的：（1）確定結(jié)構線性動力特性，即結(jié)構在彈性階段變形比較小的情況下的自振周期、振型、能量耗散和阻尼值；（2）研究結(jié)構的非線性性能，如結(jié)構進入非線性階段的能量耗散、滯回特性、延性性能、破壞機理和破壞特征。5.1.1結(jié)構抗震試驗的特點（1）荷載以動力形式出現(xiàn)；（2）加速度作用引起慣性力；（3）動荷載作用于結(jié)構有應變速率問題。5.1概述結(jié)構抗震試驗的目的：5.1.2結(jié)構抗震試驗內(nèi)容結(jié)構抗震試驗設計——關鍵結(jié)構抗震試驗——中心結(jié)構抗震試驗分析——目的5.1.2結(jié)構抗震試驗內(nèi)容結(jié)構抗震試驗設計——關鍵5.1.3結(jié)構抗震試驗分類結(jié)構抗震試驗可以分為兩大類：結(jié)構抗震靜力試驗結(jié)構抗震動力試驗室內(nèi):擬靜力試驗、擬動力試驗、模擬振動臺試驗現(xiàn)場：人工地震模擬試驗、天然地震試驗5.1.3結(jié)構抗震試驗分類結(jié)構抗震試驗可以分為兩大類：5.1.3.1擬靜力試驗

擬靜力試驗又稱為低周反復加載試驗或偽靜力試驗，一般給試驗對象施加低周反復作用的力或位移，來模擬地震時結(jié)構的作用，并評定結(jié)構的抗震性能和能力。擬靜力試驗實質(zhì)上是用靜力加載方式模擬地震對結(jié)構物的作用。優(yōu)點：在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)，并可根據(jù)試驗需要改變加載歷程。不足：試驗的加載歷程是研究者事先主觀確定的，與實際地震作用歷程無關，不能反映實際地震作用時應變速率的影響。5.1.3.1擬靜力試驗擬靜力試驗又稱為低周反復加載5.1.3.2擬動力試驗

擬動力試驗又稱計算機—加載器聯(lián)機試驗，是將計算機的計算和控制與結(jié)構試驗有機地結(jié)合在一起的實驗方法。優(yōu)點：結(jié)構的恢復力特性不再來自數(shù)學模型，而是直接從被試驗結(jié)構上實時側(cè)取。不足：擬動力試驗不能反映實際地震作用時材料應變速率的影響；

擬動力試驗只能通過單個或幾個加載器對試件加載，不能完全模擬地震作用時結(jié)構實際所受的作用力分布5.1.3.2擬動力試驗擬動力試驗又稱5.1.3.3地震模擬振動臺試驗地震模擬振動臺可以真實地再現(xiàn)地震過程，可以在振動臺臺面上再現(xiàn)天然地震記錄，安裝在振動臺上的試件就能收到類似天然地震的作用。地震模擬振動臺試驗可以再現(xiàn)結(jié)構在地震作用下結(jié)構開裂、破壞的全過程，能反映應變速率的影響，對超高層或原型結(jié)構進行整體模型試驗。局限性：一般振動臺試驗都為模型試驗，比列較小，容易產(chǎn)生尺寸效應，難以模擬結(jié)構構造。5.1.3.3地震模擬振動臺試驗地5.1.3.4人工地震模擬試驗采用地面或地下爆炸法引起地面運動的動力效應來模擬某一烈度或某一確定性天然地震對結(jié)構的影響，對大比列模型或足尺結(jié)構進行試驗，并已在實際工程試驗中得到實踐。優(yōu)點：方法直觀簡單，并可考慮場地的影響。缺點：但試驗費用高、難度大。5.1.3.4人工地震模擬試驗采用5.1.3.5天然地震試驗在頻繁出現(xiàn)地震的地區(qū)或短期預報可能出現(xiàn)較大地震的地區(qū)，有意識地建造一些試驗性結(jié)構或在已建結(jié)構上安裝測震儀，以便一旦發(fā)生地震時可以得到結(jié)構的反應。優(yōu)點：方法真實、可靠。缺點：費用高，實現(xiàn)難度較大5.1.3.5天然地震試驗在頻繁5.2擬靜力試驗擬靜力試驗方法是目前研究結(jié)構或構件抗震性能應用最廣泛的試驗方法，它是采用一定的荷載控制或變形控制對試件進行低周反復加載，使試件從彈性階段直至破壞的一種試驗。試件種類：梁、板、柱、節(jié)點、墻、框架和整體結(jié)構等。5.2擬靜力試驗擬靜力試驗方法是目5.2.1加載裝置試驗加載裝置多采用反力墻或者專用抗側(cè)力構架，加載設備主要是用推拉千斤頂或電伺服結(jié)構試驗系統(tǒng)裝置，并用計算機進行控制和數(shù)據(jù)采集。圖5.1典型的擬靜力試驗系統(tǒng)加載5.2.1加載裝置試驗加載裝置多采工程結(jié)構抗震試驗教材課件工程結(jié)構抗震試驗教材課件工程結(jié)構抗震試驗教材課件工程結(jié)構抗震試驗教材課件5.2.2加載制度（1）單向反復加載制度a.位移控制加載；b.力控制加載；c.力—位移混合控制加載。5.2.2加載制度（1）單向反復加載制度5.2.3鋼管混凝土框架梁柱節(jié)點試驗5.2.3.1試件形式：工字型、X形5.2.3鋼管混凝土框架梁柱節(jié)點試驗5.2.3.1試件形式：（2）雙向反復加載制度a.x、y軸雙向同步加載；b.a.x、y軸雙向非同步加載。（2）雙向反復加載制度a.x、y軸雙向同步加載；5.2.3.2試驗裝置a.梁柱節(jié)點組合體梁端加載裝置5.2.3.2試驗裝置a.梁柱節(jié)點組合體梁端加載裝置b.梁柱節(jié)點組合體有側(cè)移柱端加載裝置工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)b.梁柱節(jié)點組合體有側(cè)移柱端加載裝置工程結(jié)構抗震試驗教材(PC.X型梁柱節(jié)點組合體試驗裝置工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)C.X型梁柱節(jié)點組合體試驗裝置工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT45.2.3.3試驗加載程序

控制作用力和控制位移的混合加載法5.2.3.4試驗觀測項目荷載及支座反力；荷載—變形曲線；塑性鉸區(qū)段曲線率或轉(zhuǎn)角；節(jié)點核心區(qū)剪切角；梁柱縱筋應力；核心區(qū)箍筋應力；鋼筋滑移。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.2.3.3試驗加載程序

控制作用力和控制位移的混合加載法5.2.4試驗數(shù)據(jù)的確定通過擬靜力試驗可以得到如下數(shù)據(jù)：5.2.4.1開裂荷載：對于混凝土結(jié)構構件，取出現(xiàn)第一條垂直裂縫或斜裂縫時的荷載。5.2.4.2屈服荷載和屈服變形：取試驗結(jié)構構件在荷載稍有增加而變形有較大增長時所承受的最小荷載和與其相應的變形為屈服變形，對混凝土構件系指受拉主筋應力屈服時的荷載或相應變形。5.2.4.3極限荷載：取試驗結(jié)構構件所能承受的最大荷載值。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.2.4試驗數(shù)據(jù)的確定通過擬靜力試驗可以得到如下數(shù)據(jù)：工程5.2.4.4破損荷載和極限變形在試驗過程中，試驗構件達到極限荷載后，出現(xiàn)大較大變形，但仍有可能修復時所對應的荷載值，稱為破損荷載。一般宜取極限荷載下降的15%時所對應的荷載值作為破損荷載，其相應的變形為極限變形。5.2.4.5骨架曲線取荷載—位移曲線各級第一循環(huán)的峰點（回載頂點）連接起來的包絡線作為骨架曲線。骨架曲線在研究非線性地震時，反映了每次循環(huán)的荷載—位移曲線達到最大峰點的軌跡，反映了試驗構件的抗震烈度、承載力和延性特點工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.2.4.4破損荷載和極限變形工程結(jié)構抗震試驗教材(PP工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(P5.2.4.6

延性系數(shù)是指試驗構件塑性變形能力的一個指標，反映了結(jié)構構件抗震性能的好壞，按下式計算：工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.2.4.6工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構5.2.4.7退化率反映試驗結(jié)構構件抗力隨反復加載次數(shù)的增加而降低的指標。（1）當研究承載力退化時，用承載力降低系數(shù)表示退化率并按下式計算：（2）當研究剛度退化時，即在位移不變的條件下，隨反復加載次數(shù)的增加而剛度降低的情況，用環(huán)線剛度表示退化率并按下式計算：工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.2.4.7退化率（2）當研究剛度退化時，即在位移不變5.2.4.8能量耗散試件結(jié)構構件的能量耗散能力，應以荷載—變形滯回曲線包圍的面積來衡量，能量耗散系數(shù)E應按下式計算（圖5.14）；工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.2.4.8能量耗散工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(P5.3擬動力試驗擬動力試驗是由計算機進行數(shù)值分析并控制加載。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.3擬動力試驗工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)5.3.1擬動力試驗設備擬動力試驗的加載設備與擬靜力試驗類似，一般由計算機、液壓伺服加載器、傳感器、試驗臺架等組成。由給定地震加速度記錄通過計算機進行非線性結(jié)構動力分析，將計算機得到的位移反應作為輸入數(shù)據(jù)，以控制加載器對結(jié)構進行試驗。這種方法需要在試驗前假定結(jié)構的恢復力特性模型。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.3.1擬動力試驗設備擬動力試驗的加載設備與擬靜力試驗類5.3.2試驗步驟（1）在計算機系統(tǒng)中輸入地震加速度時程曲線，（2）把n時刻的地震加速度值代入運動方程，解除n時刻地震反應。（3）由計算機控制電液伺服加載器，將施加到結(jié)構上，實現(xiàn)這一地震反應。（4）測量，代入運動方程，計算n+1時刻的位移，量測結(jié)構反力。（5）重復上述實驗步驟，連續(xù)進行加載實驗，直到實驗結(jié)束。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.3.2試驗步驟工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程5.3.3擬動力試驗的特點和局限性特點（1）擬動力試驗能進行原型或接近原型的結(jié)構試驗。（2）擬動力試驗過程利于觀察和研究，特別是破壞過程。局限性（1）對于力學特征隨時間而變化的結(jié)構物的地震反應分析將受到一定限制，也不能分析研究依賴于時間的粘滯阻尼的效果（2）擬動力試驗要求需要一定的設備和技術條件。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.3.3擬動力試驗的特點和局限性工程結(jié)構抗震試驗教材(P5.4模擬地震振動臺試驗

模擬地震振動臺試驗可以適時地再現(xiàn)各種地震波的作用過程，并進行人工地震波模擬實驗，它是在實驗室內(nèi)研究結(jié)構地震的反應和破壞機理的最直接的方法。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.4模擬地震振動臺試驗工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(P工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(P工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(P工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(P5.4.2試驗加載過程5.4.2.1一次性加載過程可以連續(xù)模擬結(jié)構在一次強烈地震中的整個表現(xiàn)與反應，但對試驗過程中的量測和觀察要求過高，破壞階段的觀測比較危險。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.4.2試驗加載過程5.4.2.1一次性加載過程（2）多次加載過程（1）動力特性試驗（2）振動臺臺面輸入運動，使結(jié)構產(chǎn)生微裂縫。（3）加大臺面輸入運動，使結(jié)構產(chǎn)生中等程度的開裂。（4）加入臺面輸入加速度的幅值，結(jié)構振動使其主要部位產(chǎn)生破壞，但結(jié)構還有一定的承載能力。（5）繼續(xù)加大臺面運動，使結(jié)構變?yōu)闄C動體系，稍加荷載就會發(fā)生破壞倒塌。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)（2）多次加載過程工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)5.4.3試驗的觀測和動態(tài)反應量測

在模擬地震振動臺試驗中一般需要觀測：結(jié)構的位移;

加速度;

應變反應;

結(jié)構的開裂部位；裂縫的發(fā)展；結(jié)構的破壞部位；破壞形式等。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.4.3試驗的觀測和動態(tài)反應量測工程結(jié)構抗震試驗教材(5.5人工地震模擬試驗

在結(jié)構抗震研究中，利用各種精力和動力試驗加載設備對結(jié)構進行加載試驗，盡管能夠滿足部分模擬試驗的要求，但是都有一定的局限性，所以，試圖采用炸藥爆炸產(chǎn)生瞬時的地面運動來模擬天然地震對結(jié)構的影響。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.5人工地震模擬試驗工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁5.5.1爆破方法（1）直接爆破法在現(xiàn)場安裝炸藥并加以引爆引爆后地面運動的基本現(xiàn)象是：地震運動加速度峰值隨裝藥量增加而增高；地面運動加速度峰值離爆心距離愈近則愈高；地面運動加速度持續(xù)時間離爆心距離愈遠則愈長。缺點是需要很大的裝藥量才能產(chǎn)生較好的效果，而且所產(chǎn)生的人工地震與天然地震總是相差較遠。

工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.5.1爆破方法工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程（2）密閉爆破法

密閉爆破是一種圓筒形的爆破線源，這種爆破線源是一只可重復使用的橡膠套管，鋼筒設有排氣孔，而在鋼筒上部留有空段，并用聚酯薄膜封頂。鋼管內(nèi)裝藥量雖不大，但引爆后爆炸生成物在控制的速率下排入膨脹橡膠內(nèi)，然后在它爆炸后的規(guī)定時間內(nèi)用分裝的少量炸藥把封頂聚酯薄膜崩裂。這樣，引爆后會產(chǎn)生兩次加速度運動：一次是從鋼圓筒排到外圍橡膠筒所引起的；另一次是由于氣體從崩破的薄膜封口排到大氣中引起的。這樣的爆破線可以在一定條件下同時引爆，形成爆破陣。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)（2）密閉爆破法工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構5.5.2人工地震模擬試驗的動力反應問題

人工地震與天然地震之間尚存在一定的差異：人工地震（炸藥爆破）加速度的幅值高、衰減快、破壞范圍?。蝗斯さ卣鸬闹黝l率高于天然地震；人工地震的主震持續(xù)時間一般在幾十毫秒至幾百毫秒，比天然地震的持續(xù)時間短很多。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48頁)5.5.2人工地震模擬試驗的動力反應問題工程結(jié)構抗震試驗為了更真實的模擬天然地震，可采取如下措施：（1）縮小實驗對象的尺寸（2-3倍），從而提高被試驗對象的自振頻率，可以保留試驗對象在結(jié)構構造和材料性能上的特點，保持結(jié)構的真實性；（2）將試驗對象建造在覆蓋層較厚的土層上，可以利用松軟土層的濾波作用，消耗地震波中的高頻分量，相對地提高低頻分量的幅值；（3）增加爆心與試驗對象的距離，使地震波的高頻分量在傳播中有極大的損耗，相對的提高低頻分量的影響。工程結(jié)構抗震試驗教材(PPT48