第八講 結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)

建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)土木工程實(shí)驗(yàn)室第七章結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)學(xué)習(xí)目的和要求:了解和掌握低周反復(fù)加載試驗(yàn)的加載制度和試驗(yàn)方法，及不同于靜力試驗(yàn)的特殊性，對(duì)擬動(dòng)力試驗(yàn)的工作原理和試驗(yàn)流程，及振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)有一般了解。7.1概述7.1.1結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的任務(wù)1．對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行研究，主要從結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、延性、耗能能力、恢復(fù)力特性等方面進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)。主要采用低周反復(fù)荷載試驗(yàn)法。2．對(duì)結(jié)構(gòu)的預(yù)期地震反應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證，主要通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)或擬動(dòng)力試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算地震反應(yīng)。7.1.2結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的分類(lèi)和特點(diǎn)

目前的抗震試驗(yàn)方法有三種：

（1）低周反復(fù)加載試驗(yàn)

（2）地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

（3）擬動(dòng)力試驗(yàn)7.1.2結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的分類(lèi)和特點(diǎn)（續(xù)）試驗(yàn)方法：是以一定的荷載或位移作為控制值對(duì)試件進(jìn)行低周反復(fù)加載，以獲得結(jié)構(gòu)非線性的荷載—變形特性。1．低周反復(fù)加載試驗(yàn)

又稱(chēng)為擬靜力試驗(yàn)、偽靜力試驗(yàn)。

低周反復(fù)加載試驗(yàn)的荷載特點(diǎn)是：試驗(yàn)荷載反復(fù)的周期遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)的固有周期，荷載實(shí)際是靜荷載。

低周反復(fù)加載試驗(yàn)的不足：加載程序是試驗(yàn)者主觀確定的，與地震荷載的作用情況完全不一致。2．地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

振動(dòng)臺(tái)能夠模擬天然地震振動(dòng)，將結(jié)構(gòu)模型固定在振動(dòng)臺(tái)上，輸入地震波，則可以觀測(cè)和測(cè)試結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)反應(yīng)和破壞過(guò)程。

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的不足：模型比例小，尺寸效應(yīng)明顯，模型與原型的相似關(guān)系復(fù)雜。如下圖為東方明珠電視塔的振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)。3．?dāng)M動(dòng)力試驗(yàn)

又稱(chēng)為偽動(dòng)力試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)－加載器聯(lián)機(jī)試驗(yàn)。如下圖為建筑結(jié)構(gòu)單元的擬動(dòng)力試驗(yàn)。擬動(dòng)力試驗(yàn)的特點(diǎn)：

（1）試驗(yàn)中彈塑性動(dòng)力反應(yīng)數(shù)值分析過(guò)程，不需要預(yù)先假設(shè)結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力特性。

（2）試驗(yàn)加載周期較長(zhǎng)；

（3）加載器的作用力大，可進(jìn)行大比例模型試驗(yàn)。

擬動(dòng)力試驗(yàn)的不足：

（1）加載周期長(zhǎng)，不能反映地震時(shí)的應(yīng)變速率；

（2）加載器數(shù)量一般較少，不能反映實(shí)際荷載分布。7.2.1低周反復(fù)加載試驗(yàn)的加載制度7.2低周反復(fù)加載試驗(yàn)

真實(shí)地震的位移時(shí)程曲線（多為加速度時(shí)程曲線）1.單向反復(fù)加載制度常用的三種加載方法①控制位移加載法；②控制荷載加載法；③控制荷載和位移混合加載法。1）、控制位移加載法常以屈服位移或最大層間位移的某一百分比來(lái)控制加載?變幅加載：常作為探索性試驗(yàn)研究用（我國(guó)規(guī)范規(guī)定同一級(jí)荷載下重復(fù)三次）。?等幅加載：用于研究強(qiáng)度退化和剛度退化（規(guī)范規(guī)定不少于5次）。?變幅等幅混合加載：研究?jī)?nèi)容廣，常用于綜合性研究（等幅2~10次不等）。1、單向反復(fù)加載制度（續(xù)）位移控制加載(a)變幅加載(b)等幅加載(c)變幅等幅混合加載考慮二次地震影響和混合位移加載制度2)力控制加載（很少用）3)力—位移混合控制加載梁柱節(jié)點(diǎn)通常采用的方案

一般在結(jié)構(gòu)屈服前，荷載變化大，而位移變化小，此時(shí)采用控制作用力加載；結(jié)構(gòu)屈服后，荷載變化小，位移變化大，此時(shí)采用控制位移加載。2、雙向反復(fù)加載制度1)x、y軸雙向同步加載2)x、y軸雙向非同步加載

雙向反復(fù)加載也稱(chēng)為二維反復(fù)加載，如右圖。即從X、Y兩個(gè)主軸方向同時(shí)施加低周反復(fù)荷載。這是為了研究地震對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間組合影響。

雙向反復(fù)加載試驗(yàn)的加載制度，可采用雙向同步或非同步的加載制度。雙向非同步加載制度按照兩個(gè)方向加載步調(diào)的差異，又可分為若干種。下圖為各種雙向反復(fù)加載試驗(yàn)的加載制度。7.2.2低周反復(fù)加載試驗(yàn)的加載設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)備與加載裝置加載設(shè)備：雙向千斤頂；反力墻；試驗(yàn)臺(tái)座；荷載架等；如圖示：1.磚石及砌塊結(jié)構(gòu)抗震性能研究（續(xù)）一、試件和邊界條件的模擬：符合實(shí)際結(jié)構(gòu)受力圖式。橫墻：?jiǎn)螌訂纹瑝w橫墻：雙層單片墻體縱墻（雙肢或單肢窗間墻試件）二、試驗(yàn)裝置和加載設(shè)計(jì)墻體頂部能自由平移，避免豎向荷載產(chǎn)生水平約束。多個(gè)加載器的同步加載：液壓加載器的優(yōu)點(diǎn)，或采用多個(gè)分配梁式。?建研式低周反復(fù)加載裝置：鋼橫梁的水平移動(dòng)（見(jiàn)后圖）豎向荷載的施加需配置穩(wěn)壓裝置。承力架試件液壓加載器操作臺(tái)管路系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)座日本建研式低周反復(fù)加載裝置（固端平移式試驗(yàn)裝置）磚石及砌塊墻體在低周反復(fù)加載試驗(yàn)時(shí)的加載制度1.加載器的數(shù)量和荷載的大小根據(jù)砌體截面及控制豎向應(yīng)力的大小來(lái)設(shè)計(jì)確定。2.水平反復(fù)荷載?在彈性階段（砌體開(kāi)裂前）以荷載控制，取預(yù)計(jì)極限荷載的1/5~1/10。?墻體開(kāi)裂后按變形進(jìn)行控制。?每級(jí)荷載反復(fù)循環(huán)的次數(shù)：主要看試件變形是否趨于穩(wěn)定而定。1.磚石及砌塊結(jié)構(gòu)抗震性能研究（續(xù)）三、試驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目與測(cè)點(diǎn)布置裂縫及初裂荷載：初裂荷載的判定（目測(cè)、應(yīng)變片、曲線拐點(diǎn)）破壞荷載墻體位移和荷載變形曲線：消除支座位移影響、平面外偏心影響應(yīng)變測(cè)量：由于墻體（磚、砂漿）由兩種材料組成，具有不均勻性，用大標(biāo)距的電阻應(yīng)變片或機(jī)械引伸儀測(cè)量，或大標(biāo)距的位移計(jì)等2鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)組合體的抗震性能試驗(yàn)框架節(jié)點(diǎn)復(fù)雜的受力特征（水平荷載下）：以抗剪為主。2.鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)組合體的抗震性能試驗(yàn)（續(xù)）一、試件和邊界條件的模擬：十字型節(jié)點(diǎn)、上下左右反彎處截取試件由于節(jié)點(diǎn)受力的復(fù)雜性，試件比例不少于1/2并輔以足尺試件。柱端加載方案和梁端加載方案：區(qū)別在于P-Δ效應(yīng)X形試件：梁有軸力、柱軸力可變。二、試驗(yàn)裝置和加載設(shè)