第八章伪静力试验

土木工程结构试验与检测东南大学土木学院2011.11.9授课教师：陈忠范13951018486东南大学土木工程学院2第八章土木工程结构抗震试验东南大学土木工程学院3本次课程的主要内容1.工程结构动力特性的试验测定2.动力荷载特性试验3.工程结构动力反应的试验测定4.工程结构疲劳试验东南大学土木工程学院48.1概述结构抗震试验研究的主要任务有：研究开发具有抗震性能的新材料；对不同结构的抗震性能（包括抗震构造措施）进行研究，提出新的抗震设计方法；通过对实际结构的模型试验，验证结构的抗震性能和能力，评定其安全性；为制定和修改抗震设计规范提供科学依据。东南大学土木工程学院5结构抗震试验分类震反应　　长期观测结构的地的试验结构，试验场并专门建造不同在多震区建立天然地震建筑物的强震观测现场试验模拟地震振动台试验）拟动力试验（联机试验荷载试验）伪静力试验（低周反复室内试验结构抗震试验方法东南大学土木工程学院6中国建筑科学研究院工程抗震研究所承接中央电视台新台址CCTV主楼模拟地震振动台试验。中国建筑科学研究院模拟地震振动台实验室是目前全国最大、国际上最先进的6米×6米三向六自由度大型模拟地震振动台实验室。CCTV主楼试验模型采用紫铜制成，模型缩尺比例为1/35，模型总高为6.7米。东南大学土木工程学院7结构抗震试验的特点：1.结构承受多次反复的水平荷载作用，依靠结构变形消耗地震输入的能量；2.结构达到屈服，进入非线性工作阶段直至完全破坏；3.动力荷载的速度、加速度及频率将对结构产生动力响应(a—惯性力荷载—质量共振)；4.应变速率的大小会直接影响结构的材料强度。速率——强度东南大学土木工程学院8主要包括：低周反复加载试验模拟地震振动台试验人工地震试验拟动力试验天然地震试验(强震观测、长期观测)结构抗震试验关系图：试验目的结构试验抗震设计结构抗震试验方法结构抗震试验分析结论结构试验模型设计试件的形式及数量选择试验方法确定参数识别破坏机制分析抗震能力分析东南大学土木工程学院98.2结构伪静力试验定义：以试件的荷载值或位移值作为控制量，在正、反两个方向对试件进行反复加载和卸载每一个加载周期远远大于结构自振周期，所以实质上还是静力加载方法东南大学土木工程学院10东南大学土木工程学院11东南大学土木工程学院12试验目的：研究结构在地震荷载作用下的恢复力特性，确定结构构件恢复力的计算模型通过得到的滞回曲线和曲线所包的面积求得结构的等效阻尼比，衡量结构的耗能能力从恢复力特性曲线可得到骨架曲线、结构的初始刚度和刚度退化等参数从强度、变形和能量等方面判别和鉴定结构的抗震性能通过试验研究结构构件的破坏机理，为改进抗震设计方法和修改设计规范提供依据东南大学土木工程学院13优点：试验过程中可以随时停止下来观察结构的开裂和破坏状态便于检验校核试验数据和仪器的工作情况可按试验需要修正和改变加载历程缺点：试验的加载历程是事先由研究者主观确定的，与地震记录不发生关系由于荷载是按照力或位移对称反复施加，与非线性地震反应相差很远，不能反映出速率对结构的影响东南大学土木工程学院148.2.1结构伪静力试验的加载制度控制位移加载法变幅加载等幅加载变幅加载：当对构件的性能不太了解，作为探索性的研究，或者确定恢复力模型的时候，用变幅加载来研究强度、变形和耗能的性能。等幅加载：研究构件的强度降低率和刚度退化规律。东南大学土木工程学院15变幅等幅混合加载专门设计的变幅等幅混合加载变幅等幅混合加载：综合研究构件的性能，包括等幅部分的强度和刚度变化，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。专门设计的变幅等幅混合加载：模拟构件承受二次地震冲击的影响，用小循环加载模拟余震的影响。东南大学土木工程学院16控制作用力加载法控制作用力和控制位移混合加载法先控制作用力加载时，不管实际位移是多少，一般是经过结构开裂后逐步加上去，一直加到屈服荷载，再用位移控制。（位移一般采用屈服位移为标准位移）东南大学土木工程学院17当采用作用力控制和位移控制混合加载屈服前按作用力控制，屈服后按位移控制达到屈服荷载前取50％、75％、100％在屈服以后采用力控制加载是危险的。屈服后位移控制步长为屈服位移最大值预载，混凝土结构不宜超过开裂荷载的30％，砌体结构不宜超过开裂荷载的20％反复加载的均匀性及连续性，加、缷载速率应一致反复荷载次数扩充构件试验，加载点及各层加载比例传感器的设置传感器的设置原则主要有以下几点:1、关键内容2、设计合理的测点数量3、提高测量精度4、做完试验的全过程东南大学土木工程学院19试验装置8.2.2墙体试验东南大学土木工程学院2034219875610141234567231432东南大学土木工程学院21东南大学土木工程学院22墙体变形（荷载变形曲线、侧向位移、剪切变形）墙体应变（主拉应力、剪应力）观测项目：东南大学土木工程学院23裂缝观测（初裂位置、发展过程、破坏时分步形式）开裂荷载、极限荷载（以荷载—变形曲线转折点为开裂荷载实测值，曲线上最大荷载为极限荷载）东南大学土木工程学院248.2.3钢筋混凝土框架结点及梁柱组合体试验加载装置框架节点及梁柱组合体有侧移柱端加载试验装置框架节点及梁柱组合体梁端加载试验装置东南大学土木工程学院2512384581167910hc/2hb/2hbNNPP东南大学土木工程学院26东南大学土木工程学院27节点梁端或柱端位移梁端或柱端的荷载－变形曲线节点梁柱塑性铰区段转角和截面平均曲率节点核心区剪切变形节点梁柱主筋应变节点核心区箍筋应变节点和梁柱组合体混凝土裂缝开展及分步情况荷载值与支承反力梁内纵筋通过核心区的滑移量观测项目：东南大学土木工程学院28hc/2hb/2hbNNPP东南大学土木工程学院298.2.4伪静力试验的数据整理要点强度开裂荷载屈服荷载极限荷载破坏荷载东南大学土木工程学院30刚度加载刚度切向刚度k0开裂刚度kc屈服刚度ky屈服后刚度ks缷载刚度ku重复加载刚度等效刚度ke东南大学土木工程学院31骨架曲线延性系数破坏荷载点的变形与屈服点变形之比退化率等幅低周反复荷载时，每施加一次荷载后强度或刚度降低的速率，退化率小，说明结构有较大的耗能能力滞回曲线滞回环面积反映试件的耗能能力能量耗散东南大学土木工程学院32梭形：通常发生于受弯、偏压、压弯以及不发生剪切破坏的弯剪构件弓形：通常发生于剪跨比较大、剪力较小，且配有一定箍筋的弯剪构件和偏压构件，它反映了一定的滑移影响梭形—受弯、偏压、受剪Pf弓形—一定的滑移，剪跨比较大，剪力较小Pf东南大学土木工程学院33反S形：通常发生于一般框架和有剪刀撑的框架及剪力墙，它反映了更多的滑移影响Z形：通常发生于小剪跨而斜裂缝又可以充分发展的构件及锚固钢筋有较大滑移的构件，它反映了大量的滑移影响反S形—更多的滑移，一般或有剪力支撑的框架，梁柱节点等。PfZ形—大量的滑移，小剪跨且有斜裂缝可以发展的构件等。Pf东南大学土木工程学院348.3结构拟动力试验低周反复加载试验中，其模拟的加载历程是假定的，与地震所引起的结构反应相差很大直接测量作用在试件上的荷载和位移而得到恢复力特性通过计算机求解非线性地震反应