第六章-結構低周反復加載

6.1概述低周反復加載靜力試驗方法：主要研究結構在地震作用下的性能。采用假定在第一振型條件下，給試驗對象施加低周反復循環(huán)的力或位移。由于反復加載時每一加載周期遠遠大于結構本身的周期，實質上還是采用靜力的方法近似模擬地震作用。所以又稱為偽靜力或擬靜力試驗。目的：研究結構在地震作用下的恢復力特性，確定結構構件的恢復力計算模型。鋼筋混凝土柱滯回曲線恢復力模型恢復力：結構或構件承受外力產生變形后企圖恢復都原有狀態(tài)的抗力，稱為恢復力。衡量結構的耗能能力，確定結構等效阻尼比，從恢復力曲線確定結構一次加載到骨架曲線，結構的初始剛度和剛度退化等重要參數。通過試驗可以從強度、變形和能量等三個方面判別和鑒定結構的抗震性能。通過試驗結構或構件的破壞機理，為改進抗震設計方法和修改設計規(guī)范提供依據。優(yōu)點：試驗過程中可以隨時停下來觀察結構的開裂和破壞狀態(tài)，可根據試驗需要修正和改變加載歷程。不足之處是：加載歷程是事先由試驗者確定的，與地震記錄不發(fā)生關系。由于荷載在是按照力或位移對稱反復加載，與實際地震反應相差很遠，另外不能反映應變速率對結構的影響。6.2結構低周反復加載靜力試驗的加載制度加載制度：一般國內外較普遍的為控制位移加載、控制作用力加載和控制作用力和位移的混合加載。一、控制位移加載是一種普遍的加載方式。加載過程中以位移為控制值，或以屈服位移的倍數為加載的控制值。位移可以是線位移，也可以是轉角、曲率或應變。位移控制加載一般有等幅加載、變幅加載和變幅等幅混合加載。變幅加載：一般用于確定構件恢復力特性建立恢復力模型。等幅加載主要確定結構在特定位移幅值下的特定性能。一般研究結構強度降低率和剛度退化規(guī)律。等幅和變幅混合加載：綜合研究結構的性能。研究結構在不同加載幅值順序對構件性能的影響。控制作用力加載法：通過控制施加于結構或構件上的力的變化實現低周反復加荷要求。由于結構屈服后很難以力控制加載，所以一般較少采用?？刂屏涂刂莆灰苹旌霞虞d法一般采用先控制力然后再控制位移加載方法。先控制力加載時，不管位移是多少，先加載到結構屈服，然后施加位移（一般以一參考位移倍數加載），直到結構破壞。6.2雙向加載制度為了研究地震對結構構件的空間組合效應，在X和Y方向同時施加低周反復荷載。包括X和Y方向同步加載；

X和Y方向不同步加載6.3結構低周反復加載靜力試驗主要講鋼筋混凝土梁、柱節(jié)點組合體的抗震性能試驗對于鋼筋混凝土框架結構，節(jié)點抗震性能好壞直接影響結構整體抗震性能。節(jié)點承受彎矩、軸力和剪力的作用，這樣復雜的應力使節(jié)點產生復雜的變形，其中主要是剪切變形。這樣不僅使梁柱連接不能保持直角，而且框架的應力和變形狀態(tài)都會發(fā)生變化，所以對結構抗震來說，節(jié)點抗震性能研究比一般結構更有意義。

一、試件和邊界條件的模擬（a)一般取上、下柱反彎點比為1（b)對于柱鉸型結構，上、下柱反彎點取為2.

為了反映鋼筋混凝土材料特性，試件尺寸一般不小于實際構件的1/2。最好采用足尺試件。為了避免梁首先發(fā)生剪切破壞，建議梁的高跨比一般不小于1/3。邊界條件：實際框架在水平荷載作用下，節(jié)點上柱反彎點可視為可移動的鉸，下柱反彎點可視為固定鉸。節(jié)點兩側梁的反彎點可視為可水平移動的鉸。

模擬這種邊界條件，柱端需要施加側向位移和荷載，加載和支座裝置比較復雜。在實際試驗中一般采用柱端為固定鉸，梁兩側反彎點為自由端，適合于梁端塑性鉸或核心區(qū)為研究對象，但要研究柱端塑性鉸，需要在柱端施加荷載。二、試驗裝置和加載設計梁、柱節(jié)點試件安裝在荷載支撐架內，柱上、下端都有鉸支座，在柱頂通過自由端施加軸向荷載。在梁的兩端施加反對稱低周反復荷載。梁柱組合體有側移柱端加載試驗裝置為了反映節(jié)點在地震荷載作用下實際受力性質，可以采用專門的幾何可變式試驗架來滿足試驗要求。加載程序：一般采用混合加載法開始采用力的控制方法，等到加到梁的屈服荷載，然后采用位移加載控制。需要研究強度和剛度退化時同一位移下反復循環(huán)３－５次。三、試驗觀察項目的測點布置試驗觀察內容可根據試驗目的來確定，一般要求量測的項目有：支座反力、荷載變形曲線、變形（梁端和柱端位移）、梁或柱端塑性鉸曲率或截面轉角、節(jié)點核心區(qū)剪切角，鋼筋應力，核心區(qū)箍筋應力，鋼筋滑移以及裂縫觀察。１.荷載和支座反力通過測力傳感器測定，梁端加載需要柱端支座反力，而柱端加載需要梁端支座反力。２.荷載變形曲線通過電子位移計測得；３.對于梁端或柱端位移的測定，主要是量測加載截面處的位移，并在控制位移加載階段依次控制加載程序；４.對于構件塑性鉸區(qū)段曲率和轉角的測點，一般可在梁或柱距離柱或梁截面１／２截面高度布置。５.節(jié)點核心區(qū)剪切角可通過核心對角線位移量來確定；６.鋼筋應力一般通過電阻應變計測定。

７.梁內縱筋滑移可通過主筋上一點對柱面混凝土一點的位移來確定。6.4計算機-加載器聯機試驗盡管低周反復加載試驗可以測定結構在反復荷載作用下的性能，但是由于試驗歷程預先人為設定，不能反映結構在地震作用下的真實反應。為了真實了解結構在地震作用下的真實反應，需要按照地震反應制定加載歷程。一種方法假定恢復力模型，然后通過計算機計算分析，確定結構位移作為加載指令：這種方法問題主要是在試驗前必須確定結構的恢復力特性，而假定試驗模型是否符合實際情況，還要試驗結果來驗證。很難得到結構在地震作用下的真實反應。為了克服這個問題，提出了計算機－加載器聯機加載試驗，也稱為擬動力試驗。擬動力試驗的工作原理

不需要假定恢復力模型，而可以由計算機完成非線性地震反應微分方程的求解，而恢復力是通過直接測量作用在試驗對象上的加載器的荷載值確定。