结构试验第六章BYLWS

1第六章结构低周反复加载静力试验23二、建築損害45676.1概述以静力加载方式模拟地震对结构的作用，观测结构的强度、变形、非线性性能和破坏形态。结构承受地震作用是多次反复的水平荷载，结构依靠自身的变形来消耗地震输给的能量。特点：荷载作用反复，结构变形很大，试验进行到构件屈服并进入非线性阶段，直至破坏。8周期性静力加载试验是对结构假定在第一振型(倒三角形)条件下，按一定的力或位移幅值对结构作周期性反复或重复加载。低周反复加载的每一周期远远大于结构自身的基本周期，实质上是用静力加载方法近似模拟地震作用——又称为伪静力或拟静力试验(Pseudostatic)6.1概述910试验结果——结构抗震性能的参数低周反复加载试验结果，得到反映结构抗震性能的参数1)非线性荷载—变形特性(恢复力特性)2)结构能量耗散特性3)结构强度4)结构延性11低周反复加载试验的优缺点优点：缺点：1）试验过程可随时停止，观察结构开裂和破坏状态；2）便于检查仪表设备工作情况和校核试验数据；3）可按需要修正和变化加载历程。1）试验加载历程具有主观性；2）与地震的非线性反应相差甚远；3）不能反映应变速率的影响。12低周反复静力加载试验的目的研究结构在地震作用下的恢复力特性，确定恢复力计算模型。判别与鉴定结构抗震性能—强度、变形、能量。研究结构构件破坏机理，为改进规范提供依据1314地震是一种自然现象，它的发生与传播是随机的。结构受地震作用后的反应也是随机的采用周期性低周反复加载与地震反应是有差别的，因此理论上找不到一种“标准”的加载方法。6.2低周反复加载试验的加载制度15低周反复加载试验加载制度控制结构位移的加载控制荷载(作用力)的加载控制荷载和位移的混合加载16控制位移加载法加载过程以位移为控制值(广义位移—线位移、转角、曲率、应变……)或以屈服位移的倍数为加载控制值。试件具有明确的屈服点时，以屈服位移的倍数为控制值。试件不具有明确的屈服点时或无屈服点时，可假定一位移标准值来控制加载。变幅加载等幅加载等幅、变幅混合加载17控制施加于结构构件的作用力值的变化来实现低周反复的加载要求。控制作用力不如控制位移那样直观地可按试验对象的屈服位移的倍数来研究结构的恢复力特性、实际用得较少。控制荷载(作用力)加载法18控制荷载和控制位移的混合加载法先控制作用力，一般是经过结构开裂逐步加到屈服荷载后，再用位移控制。开始施加位移时要确定一标准位移值。可以是屈服位移，在无屈服点的试件中，可由研究者自定。从施加位移开始，即按的倍数值控制加载，直到试件破坏。19多点拟静力试验206.2.2双向反复加载制度216.2.2双向反复加载制度X、Y轴双向同步加载斜向加载使X、Y两主轴方向的分量同步作用。22X、Y轴双向非同步加载X、Y两主轴方向分别施加反复荷载，加载可以不同步先后交替。电液伺服加载器可实现X、Y两方向协调稳定的同步或非同步加载。6.2.2双向反复加载制度236.3结构低周反复加载静力试验6.3.1砖石及砌块结构的抗震性能试验6.3.2钢筋混凝土框架梁、柱、节点组合体的抗震试验2425262728例1抗震墙29例2：墙梁节点30例3：异型截面钢柱31例4：钢管混凝土柱32例5：两层两跨混凝土框架33例6带加气砌块填充墙的钢框架34例71:1比尺钢筋混凝土梁柱十字节点35例8梁柱十字节点试件破坏形态36例91:2比尺混凝土框架加固试件37例10框架中柱节点加固形式38例11框架边柱节点加固形式39例12：实心砖砌体碳纤维片材加固40例13：空心砖砌体玻璃纤维布加固41例14：空心砖砌体玻璃纤维布加固42例15：实心砖砌体碳纤维片材加固43例16：实心砖砌体玻璃纤维布加固44例17：未加固砼砌块砌体的对比试验45例18：砼砌块砌体纤维布加固试验466.4计算机—加载器联机试验(Computer-ActuatoronLineSystem)由于地震发生和传播的随机性，结构受地震作用后的非线性反应也是随机的。低周反复周期性加载的荷载或位移的时间历程是假定的，与实际地震的非周期反应有很大差别。非周期抗震静力试验方法47非周期抗震静力试验两种方法方法一：按假定的恢复力模型，通过数值分析结果来加载给定输入地震加速度记录，通过计算机作非线性动力反应分析，计算得到位移反应时程曲线，将位移反应时程作为输入控制加载。即由计算机数值分析结果控制试验加载。48假定的恢复力模型要求：事先假定结构的恢复力模型(关系)问题：假定的模型是否符合实际？有待试验结果证实。由于材料屈服、构件开裂和局部破坏等因素，使结构的强度、刚度退化，要求假定的模型确切描述真实状态是有困难的。49结构非线性地震反应计算框图50非周期抗震静力试验两种方法方法二：计算机—加载器联机试验不须要事先假定结构的恢复力模型，恢复力直接从作用于试件加载器的荷载值测得，由计算机完成非线性地震反应微分方程的求解。51计算机—加载器联机试验将数学方法难以实现的，或难以简化得到的复杂因素，转而从试验中得到。将试验结果输入计算机，经过结构地震反数值分析，再将计算结果用试验来实现。使试验与数值计算结合，使试验机与计算机联合。526.4.1计算机—加载器联机系统的工作原理电子计算机＋电液伺服加载器＝联机系统计算机的功能按某一时刻输入的地面运动加速度，以及上一时刻试验得到的恢复力、计算下一时刻的位移反应，并据此对加载系统发出施加位移指令，从而测出该位移下的力。采集试验中应变、位移数据进行分析处理。53计算机—加载器联机系统的工作原理加载系统的功能(电液伺服加载及模控系统)——根据计算机传来某一时刻的位移指令转换成电压讯号，输入加载系统，控制加载器的伺服系统。54计算机—加载器联机试验特点联机试验不需要对结构的恢复力特性作任何假定，这对非线性分析特别有利。联机试验加载过程近乎静态，有条件给试验者观测结构性能变化和破坏过程。对于足尺或大比例尺模型结构在地震模拟振动台试验时由于受设备条件或相似条件限制，联机试验可采用静力加载方式对结构进行地震模拟加载55数值计算与拟动力试验的关系56数值计算与拟动力试验的关系57数值计算与拟动力试验的关系586.4.2计算机—加载器联机试验的工作流程(加载制度)试验工作流程从对计算机输入地面运动加速度开始。一、对计算机系统输入某一确定性的地震地面运动加速度。将加速度时程曲线按分成许多微小时段，并假定在时段内加速度呈线性变化。59计算机—加载器联机试验的工作流程(加载制度）二、由计算机按某步的地面运动加速度输入，计算该步的位移。可采用中心差分法求得三、将计算位移作为指令位移，对结构施加荷载。由加载系统的计算机将位移转换成电压讯号，输入电液伺服加载器，对结构施加与位移相应的荷载。60计算机—加载器联机试验的工作流程(加载制度）四、量测结构的恢复力和加载后结构的位移——由荷载传感器和位移传感器直接量测结构获得。五、重复上述步骤按输入的地面加速度求位移和恢复力连续进行加载试验。直到输入地震加速度时程所指定的时刻。61拟动力试验(Pseudodynamic)如上所述，整个试验加载连续进行，全部由计算机自动控制操作执行。联机加载过程中用逐步积分求解运动方程，时间间隔取值为0.005～0.01秒，每一加载步长大致要持续60秒（6000～12000倍），为此这样的过程完全可以看作是静态的。此时可以忽略运动方程中与有关的阻尼力。62等效单自由度体系拟动力试验多自由度系统中外力不仅复杂，而且具有随机性。进入非线性阶段，必须在较大非线性范围内控制位移加载。建立数学模型、计算机计算和加载控制等带来一系列困难实用上提出将多自由度体系改变为等效单自由度体系进行拟动力试验的方法。63等效多自由度体系拟动力试验646.4.3七层钢筋混凝土框架房屋足尺结构拟动力试验1981年日美合作的大型结构抗震研究在日本建设省建筑研究所完成一座七层钢筋混凝土框架结构真型试验65子结构拟动力试验66子结构拟动力试验67子结构拟动力试验将结构中最容易破坏的部分进行试验基本完好的结构部份由计算机模拟进行计算优点：1、抓住了难以把握的破坏部份的非线性特征2、缓解了由于实验室规模、设备能力等因素对试件尺寸和规模的限制，可以大幅度减少试验经费68子结构拟动力试验子结构拟动力试验中1）结构用于试验的部分称为试验子结构2）由计算机模拟的部分称为计算子结构整体结构的地震反应由试验子结构和计算子结构两部分组成，两个形式上独立的部分由整体结构动力方程统一起来69子结构拟动力试验