楊曉明建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)第四章結(jié)構(gòu)動載試驗(yàn)

建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動載試驗(yàn)主講教師：楊曉明1/26/20241主要內(nèi)容1概述2動載試驗(yàn)儀器儀表3結(jié)構(gòu)振動測試4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)5結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)1/26/20242概述結(jié)構(gòu)振動試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)爆炸或沖擊試驗(yàn)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)擬動力試驗(yàn)1/26/20243概述動載與靜載試驗(yàn)區(qū)別:（1）荷載隨時(shí)間連續(xù)變化（2）結(jié)構(gòu)反應(yīng)與自身動力特性相關(guān)（3）承載能力與使用性能要求發(fā)生變化（4）沖擊或爆炸，荷載時(shí)間很短1/26/20244主要內(nèi)容1概述2動載試驗(yàn)儀器儀表3結(jié)構(gòu)振動測試4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)5結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)1/26/20245動載試驗(yàn)儀器儀表測試基本要求（1）測試頻率。土木結(jié)構(gòu)<100Hz（2）信號濾波和衰減低通、高通、帶通、帶阻（3）絕對測量和相對測量絕對加速度和絕對速度；相對位移（4）測量儀器的分辨率1/26/20246動載試驗(yàn)儀器儀表加速度傳感器1.外殼2.硬彈簧

3.質(zhì)量塊4.壓電晶體1/26/20247動載試驗(yàn)儀器儀表動載試驗(yàn)加載設(shè)備（1）電液伺服加載系統(tǒng)（2）激勵(lì)錘和激振器（3）其他設(shè)備1/26/20248主要內(nèi)容1概述2動載試驗(yàn)儀器儀表3結(jié)構(gòu)振動測試4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)5結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)1/26/20249結(jié)構(gòu)振動測試目的（1）掌握結(jié)構(gòu)動力特性（錄像）（2）掌握作用在結(jié)構(gòu)上的動荷載特性（3）損傷診斷和健康監(jiān)測動力特性結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測信號變化健康監(jiān)測1/26/202410結(jié)構(gòu)振動測試某大橋動力測試8×20米南北試驗(yàn)跨1/26/202411結(jié)構(gòu)振動測試全橋共用速度傳感器3個(gè)，全部為豎向，分別布置在試驗(yàn)跨L/4、L/2、3L/4橋面一側(cè)。橋梁動撓度測試的測點(diǎn)布置在試驗(yàn)橋跨的跨中。

江蘇東華測試儀器有限公司生產(chǎn)的DH5922-32振動信號采集分析系統(tǒng)

低頻加速度傳感器低通濾波放大器數(shù)據(jù)采集儀計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)1/26/202412結(jié)構(gòu)振動測試試驗(yàn)工況工況內(nèi)容工況1脈動試驗(yàn)工況210km/h，跑車試驗(yàn)工況320km/h，跑車試驗(yàn)工況430km/h，跑車試驗(yàn)工況510km/h，剎車制動試驗(yàn)工況65km/h，跳車試驗(yàn)1/26/202413結(jié)構(gòu)振動測試1/26/202414結(jié)構(gòu)振動測試1/26/202415結(jié)構(gòu)振動測試試驗(yàn)工況試驗(yàn)車速(km/h)沖擊系數(shù)（1+μ）跑車101.05201.10301.12剎車201.13跳車101.151/26/202416結(jié)構(gòu)振動測試結(jié)論（1）理論計(jì)算固有頻率值為1.74Hz，實(shí)測橋梁結(jié)構(gòu)固有頻率6.8Hz，大于理論計(jì)算值，說明橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于理論剛度。（2）根據(jù)動力沖擊系數(shù)的實(shí)測值來評價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的行車性能，動荷載跑車試驗(yàn)所實(shí)測沖擊系數(shù)都小于1.2，說明橋梁結(jié)構(gòu)的行車性能尚好，橋面鋪裝較為完好。（3）實(shí)測橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比0.025，對數(shù)衰減率為0.157，與同類橋梁相比，該橋梁結(jié)構(gòu)耗散外部能量較快，說明橋梁結(jié)構(gòu)存在開裂情況。1/26/202417主要內(nèi)容1概述2動載試驗(yàn)儀器儀表3結(jié)構(gòu)振動測試4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)5結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)1/26/202418結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本概念：抗震延性的保證，包括抗震設(shè)計(jì)計(jì)算和抗震構(gòu)造措施兩部分。結(jié)構(gòu)抗震性能研究的主要內(nèi)容：地震荷載作用下結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制、破壞形態(tài)、延性、耗能、強(qiáng)度等。結(jié)構(gòu)抗震性能研究的主要試驗(yàn)手段：偽靜力試驗(yàn)擬動力試驗(yàn)振動臺試驗(yàn)1/26/202419結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)——偽靜力試驗(yàn)結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載試驗(yàn)的主要研究內(nèi)容：?恢復(fù)力模型：相當(dāng)于結(jié)構(gòu)的物理方程?抗震性能判定：強(qiáng)度、剛度、變形、延性、耗能?破壞機(jī)制研究：為抗震設(shè)計(jì)提供方法和依據(jù)偽靜力試驗(yàn)的特點(diǎn)：試驗(yàn)裝置及加載設(shè)備簡單、觀測方便，但加載制度是人為確定的，與真實(shí)情況差異較大，且不能考慮應(yīng)變速度及阻尼的影響。試驗(yàn)值偏低，一般情況下低周反復(fù)加載靜力試驗(yàn)結(jié)果偏于安全。1/26/202420結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)——偽靜力試驗(yàn)常用的三種加載方法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②控制荷載加載法；③控制荷載和位移混合加載法。1/26/202421結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)——擬動力試驗(yàn)擬動力試驗(yàn)，其實(shí)質(zhì)就是按照某種確定性的地震反應(yīng)進(jìn)行加載。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(yàn)、邊求解”的方法分步得到實(shí)測的結(jié)構(gòu)恢復(fù)力模型，然后可完成整個(gè)試驗(yàn)加載過程。加載設(shè)備可利用偽靜力試驗(yàn)設(shè)備，但必須可聯(lián)機(jī)控制加載，即計(jì)算機(jī)控制的電液伺服加載系統(tǒng)（包含數(shù)個(gè)作動器，即加載器）1/26/202422結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)——擬動力試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)分析，試驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確；可以緩慢再現(xiàn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，便于觀測；可進(jìn)行真型或大比例尺的結(jié)構(gòu)在確定性地震下的試驗(yàn)研究。缺點(diǎn)：不能實(shí)時(shí)再現(xiàn)真實(shí)地震反應(yīng)，不能進(jìn)行材料特性與時(shí)間有關(guān)的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；結(jié)構(gòu)實(shí)際反應(yīng)所產(chǎn)生的慣性力用加載器的荷載來代替，因此僅適用于離散質(zhì)量分布的結(jié)構(gòu)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除進(jìn)行運(yùn)動方程的數(shù)值積分外，還需要準(zhǔn)確控制加載器，精度方面很難實(shí)現(xiàn)；試驗(yàn)設(shè)備龐大，分析系統(tǒng)復(fù)雜，試驗(yàn)費(fèi)用高。1/26/202423結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)——振動臺試驗(yàn)振動臺試驗(yàn)：真實(shí)反映結(jié)構(gòu)抗震性能振動臺技術(shù)參數(shù)：臺面尺寸（15m*15m）和最大負(fù)荷臺面自由度頻率范圍、最大位移、速度、加速度模型的設(shè)計(jì)與制作尺寸，材料，工藝數(shù)據(jù)采集參數(shù)（位移、加速度），高速1/26/202424結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)——振動臺試驗(yàn)振動臺試驗(yàn)示例小型結(jié)構(gòu)1,小型結(jié)構(gòu)2大型結(jié)構(gòu)1,大型結(jié)構(gòu)2,大型結(jié)構(gòu)3,大型結(jié)構(gòu)41/26/202425主要內(nèi)容1概述2動載試驗(yàn)儀器儀表3結(jié)構(gòu)振動測試4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)5結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)1/26/202426疲勞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件在重復(fù)荷載作用下，達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)力比其靜力強(qiáng)度要低得多。這種現(xiàn)象稱為疲勞。試驗(yàn)?zāi)康模毫私庵貜?fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的性能及其變化規(guī)律。

1/26/202427疲勞試驗(yàn)受彎構(gòu)件的疲勞破壞標(biāo)志

（1）正截面疲勞破壞標(biāo)志：縱向主筋疲勞斷裂，這是當(dāng)配筋率正?；蜉^底時(shí)可能發(fā)生的；受壓區(qū)混凝土疲勞破壞，這是當(dāng)配筋率過高或倒T形截面時(shí)可能發(fā)生的。

（2）斜截面疲勞破壞標(biāo)志：與臨界斜裂縫相交的腹筋疲勞斷裂，這是當(dāng)腹筋配筋率正常或較低時(shí)可能發(fā)生的；混凝