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，對擬動(dòng)力試驗(yàn)的工作原理和試驗(yàn)流程，及振動(dòng)臺試驗(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)行研究和評價(jià)。主要采用低周反復(fù)荷載試驗(yàn)法。2．對結(jié)構(gòu)的預(yù)期地震反應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證，主要通過振動(dòng)臺試驗(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)臺試驗(yàn)

振動(dòng)臺能夠模擬天然地震振動(dòng)，將結(jié)構(gòu)模型固定在振動(dòng)臺上，輸入地震波，則可以觀測和測試結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)反應(yīng)和破壞過程。

振動(dòng)臺試驗(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)臺模型試驗(yàn)。3．?dāng)M動(dòng)力試驗(yàn)

又稱為偽動(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；

（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，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控制加載?變幅加載：常作為探索性試驗(yàn)研究用（我國規(guī)范規(guī)定同一級荷載下重復(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：研究內(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：單層單片墻體橫墻：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管路系統(tǒng)試驗(yàn)臺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)力的大小來設(shè)計(jì)確定。2.水平反復(fù)荷載?在彈性階段（砌體開裂前）以荷載控制，取預(yù)計(jì)極限荷載的1/5~1/10。?墻體開裂后按變形進(jìn)行控制。?每級荷載反復(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)觀測項(xiàng)目與測點(diǎn)布置裂縫及初裂荷載：初裂荷載的判定（目測、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)