7工程结构抗震试验

工程结构抗震试验1概述§1.2结构抗震试验分类试验室试验：拟静力试验，拟动力试验，模拟振动台试验室外试验：人工模拟地震试验，天然地震试验§2伪静力试验方法1、加载设备和装置加载设备—双作用千斤顶（加载器）或电液伺服加载系统。反力装置—反力墙或反力架、试验台座。竖向均布加载的悬臂式试验装置固端平移式试验装置墙体顶部只有水平位移而没有转动只有剪力没有弯矩的高宽比小于4的剪切型破坏的构件，框架梁柱节点试件梁端加载试验装置框架梁柱节点试件柱端加载试验装置2、单向伪静力加载试验单向—一个方向加载加载控制参数:力或位移加载特点：低周—周期长，反复加载一次的时间长。在一个平面内，对试件在正反两个方向重复加载卸载广义位移：位移、转角、应变、曲率等1）位移控制加载a、控制位移的变幅加载对试件的性能不了解，作为探索性研究。或在确定恢复力模型的时候，来研究试件的强度、变性和耗能的性能。B、控制位移的等幅加载用于研究试件的强度降低率和刚度退化规律C、控制位移的变幅等幅混合加载可综合研究试件的性能：等幅部分的强度和刚度变化情况。变幅部分特别是大变形增长情况下强度和耗能能力的变化。D、控制位移的变幅等幅混合加载之二专门设计的混合加载，在两个大幅值之间有几次小幅值的循环，主要是模拟试件承受二次地震作用。小幅值加载用来模拟余震的作用。2）力控制加载加载过程中，用力幅值作为控制量。由于结构试件屈服后荷载不再增加，所以无法再用力进行控制。因此这种加载制度很少单独使用。3）力—位移混合控制加载试件屈服前用力控制，屈服后用位移控制。用开裂和屈服作为力的控制量，用屈服时试件的最大位移的倍数，作为位移的控制量。上图的加载制度是经常采用的一种加载制度。3、双向伪静力加载试验方法(a)X方向不加载，Y方向反复加载。或者相反，前述的单向加载。（b)x方向加载后，恒载，Y方向反复加载。（c)X、Y方向先后反复加载(d)X、Y两个方向交替反复加载(e)8字形加载（f)方形加载4、观测项目和测点布置抗震试验的试件的观测项目和测点布置与静载试验的试件基本相同。观测项目一般有：荷载（开裂，破坏，支反力）位移、转角、曲率、应变（砼，钢筋、砌体等）裂缝、滑移等。测点一般在内力最大截面或感兴趣的部位。例量测试件的侧向位移曲线顶点位移和平移试件的剪切变形试件的转动梁柱节点试件的测点布置量测试件塑性铰区的曲率或转角的位移计梁：距柱面（1/2）hb(梁高）或hb柱：距梁面（1/2）hc(柱宽）量测节点核心区剪切角的位移计（测对角线伸长量）量测核心区梁内纵筋的滑移方法：在梁的纵筋焊出两个竖杆A,B.安装两个位移计，分别测出B杆相对于柱面C点和竖杆A的位移，两个位移差值就是纵筋的滑移量。5、伪静力试验的结构抗震性能的评定1）强度：开裂荷载；屈服荷载；极限荷载；破损荷载（过最大荷载后的85%的极限荷载）开裂荷载屈服荷载极限荷载破损荷载2）骨架曲线伪静力试验中的反复加载过程所得到的荷载—位移（P-∆曲线）滞回曲线（滞回环）中，取所有每一级循环的峰点（卸载顶点）连接的包络线特点：与单次加载曲线，在形状上大体相似，极限荷载略低3）滞回曲线（滞回环）反复加载过程中的荷载—位移的全部循环曲线一次循环的曲线加载∆∆如果在弹性范围沿加载曲线返回到原点，超过弹性阶段，返回不到原点，有残余变形除了从滞回环的峰值连线得到骨架曲线外，还可从滞回环的外包线得到滞回环的不同的图形，这些图形反映了试件的不同破坏机制（a)梭形：受弯、偏压、压弯及不发生剪切破坏的试件（b)弓形：有一定的滑移影响，有“捏缩”效应，多发生在剪跨比大或剪力较大又配有一定箍筋的弯剪和偏压剪的试件。（c)反S形：有更多的滑移影响。常发生在一般和有剪刀撑的框架、梁柱节点和剪力墙。（d)Z形：大量的滑移影响。发生在小剪跨而斜裂缝充分发展的试件。及锚固钢筋有较大滑动的试件。许多试件往往开始是梭形，然后发展到弓形、反S形，或最后到Z形。滞回环的面积代表试件的耗能能力。面积越大，说明试件的耗能能力越强，试件的抗震性能越好。4）延性系数反映试件的变形能力，使评价试件抗震性能的重要指标。定义：结构破坏时的极限变形（位移、转角等）和屈服变形之比。yu5）退化率：强度或刚度降低的速率。反映试件在一定的变形条件下，强度或刚度随反复荷载次数的增加而降低的特性。（1）强度退化率（2）环线刚度1max,max,ijijjPP变形延性系数为j时，第i次循环的峰点荷载值niijniijjPK11变形延性系数为j时，第i次循环的荷载峰值变形延性系数为j时，第i-1次循环的峰点荷载值变形延性系数为j时，第i次循环的变形峰值6)能量耗散（1）等效粘滞阻尼系数hcOBDABChc21图形面积三角形面积（2）功比指数yyiiswPPI第i次循环时，卸载点的荷载和位移值屈服点的荷载和位移值伪（拟）静力试验的特点对结构施加低周反复作用的力或位移，来模拟地震对结构的作用。低周—加载的周期远远大于结构自身的基本周期。实际上是用静力加载方式模拟地震（动力）对结构的作用。优点：由于加载周期长，而且有试验者自己控制加载过程，所以试验过程中可以随时停下来观测试件的开裂和破坏状态，可以清晰地了解试件的整个反应历程。并可根据需要改变加载方式和历程。加载设备相对简单。缺点：试验的加载历程（力或位移）是试验者预先主观确定的，与实际地震作用历程无关。加载时间长，反映不出实际地震作用中，速度对结构的影响。§3拟动力试验方法又称计算机加载器联机试验。将地震引起的地面运动加速度的时程输入计算机，计算机按动力方程求出结构的位移时程，控制加载器按这个位移施加荷载。这是一种对结构边分析边试验的抗震试验方法。优点：1、加载的控制值（力或位移）是通过被测结构的方程计算得到，而方程的输动力入值是实际地面运动的加速度。2、试验过程中的数值分析中的结构恢复力不再作任何假设，直接从被测结构上测量。3、加载器的作用力大，可进行大比例尺寸试件的模拟地震试验，从而弥补地震模拟振动台试验时，小比例模型的尺寸效应和相似比要求的困难。试验方法和步骤（1）向计算机输入地震波（地震引起的地面运动加速度）（2）当计算机输入第i步的地面运动加速度后，由计算机求得第i步的指令位移X.（3）按计算机求得第i步的指令位移Xi对结构施加荷载。（4）量测结构的恢复力Fi，并代入运动方程，按地震反应过程的加速度进行n+1时刻位移Xi+1的计算，并测Fn+1。（5）重复上述步骤，直到地震波输完。二、拟动力试验的优点：1、整个数值分析过程中，不需要对结构的恢复力特性进行假设。2、试验过程接近静力加载，试验人员有足够的时间观测结构性能的变化和结构损害过程，可获得较为详细的试验资料。3、可以对一些足尺试件或大比例模型进行试验。4、可以缓慢再现地震的反应。三、缺点：不能反映应变速率对结构的影响。§4模拟地震振动台试验一、振动台结构1.台体2.液压驱动和动力系统3.控制系统4.测试和分析系统二、加载过程一次性加载输入一个适当的地震波记录试件的各种数据和观察试件的各种反应。一次性试验，对量测和观察要求高，破坏时较危险。用的较少。（高速摄影和电视摄像）可模拟试件在一次强烈地震的反应地震模拟振动台试验计算机控制的电液伺服加载系统，不直接对试件加载，而是施加在一个钢平台。平台上安放试件。优点：1、平台可再现天然地震波，这样安装在平台上的试件就能受到类似天然地震的作用。2、可再现各种形式的地震波，模拟若干次地震的初震、主震、余震的全过程。多次性加载：1、自由振动：测定结构的自振特性。2、给台面输入微小的运动，使结构的薄弱部位产生微裂3、加大台面的输入运动，使结构产生中等开裂。4、再加大台面的输入运动，使结构的主要部位产生破坏5、在增大台面的输入运动，使结构变为机动体系，稍加荷载就会倒塌。这种试验方法，可以得到各个加载阶段的结构的周期、阻尼、振型、刚度退化、能量吸收和滞回反应等特性。§5人工地震除了以上三种室内的抗震试验外，还有两种室外的抗震试验方法。人工地震和天然地震。人工地震—采用人工爆破引起的地面运动。1、直接爆破引起的地面运动a)、地面运动的加速度峰值随药量的增高而增高。b)、地面运动的加速度峰值离爆心距离越近越高。c)、地面运动的加速度持续时间离爆心距离越远越长。所以药量大，试件距离爆心远，越接近天然地震2、密闭爆破用药量小但分散布置起爆，效果较好。§6天然地震试验一、在地震频发区，结合房屋加固，有目的的采取一些加固措施，不设置仪器，只在震后分析了解加固的效果。二、在一些重要的高层房屋、桥梁、大坝安装强震仪，获取再发生地震时，结构的反映。三、在天然地震试验场，建造专门的试验房屋，安装上各种仪器仪表，长期等待观测。（最麻烦，仪器最好有触发装置，还要真是地震频发区）