第4章工程结构抗震静载检测-1

第4章工程结构抗震静载检测4.3拟动力检测方法4.4工程结构抗震性能及能力评定建筑物的抗震鉴定结构的抗震检测4.2伪静力检测方法4.1概述加载设备和装置加载制度检测控制方法伪静力检测实例工作原理工作流程子结构拟动力检测方法子结构拟动力检测实例抗震性能和抗震能力的区别结构抗震性能的分析结构抗震能力的评定第一级鉴定：以宏观控制和构造鉴定为主进行综合评价。4.1.1建筑物的抗震鉴定第二级鉴定：以抗震验算为主结合构造影响进行综合评价。第二级鉴定是在第一级鉴定的基础上进行的，通过第一级鉴定确定结构的体系影响系数和局部影响系数，并据此计算结构综合抗震能力指数。当结构的承载力较高时，可适当放宽某些构造要求；或者，当抗震构造良好时，承载力的要求可以酌情降低。两级鉴定方法中，一般采用先简后繁、先易后难的方法，将抗震构造要求和抗震承载力验算要求更紧密地结合在一起，具体体现了结构抗震能力是承载能力和变形能力两个因素有机结合的鉴定结果。4.1.2为什么要进行建筑物抗震检测？评定结构综合抗震能力，通常以资料收集分析和现场常规检测为基础，依据现行规范予以确定。但对于某些特殊的结构构件、连接构造或新型建材，其抗震能力需进行针对性的检测鉴定后再分析评价，进行工程结构抗震检测的目的就是为了协助确定结构的抗震能力，为现有建筑的抗震鉴定和抗震加固提供依据。结构抗震检测伪静力检测拟动力检测振动台检测实验室内检测野外检测人工地震模拟检测天然地震检测结构抗震检测分类1、伪静力检测最常用的抗震检测方法，又称低周反复加载检测或拟静力检测，属于静力检测的范畴。优点：设备简单，经济好；便于检测数据和现象的观测。缺点：试验的加载历程与实际地震作用历程无关（研究者预先主观确定的）；不能反映实际地震作用时应变速率的影响（加载周期长)。2、拟动力检测又称伪动力检测或联机检测，属于静力检测的范畴。由计算机根据地面运动加速度时程和实测的恢复力曲线求得结构的地震位移反应时程，计算机控制加载器在结构上实现地震位移反应。它是一种对结构边分析边检测的抗震研究方法。通过拟动力检测，可研究结构的恢复力特性、结构的加速度反应和位移反应、结构的开裂、屈服和破坏全过程。优点：1）对于分析结构弹塑性阶段的性能特别有利。地震反应计算时不需要对结构的恢复力特性作任何的假设。2）便于观测结构性能变化和受损破坏的过程。3）可进行大比例尺试件的模拟地震检测，从而弥补了模拟地震振动台检测时，小比例尺模型的尺寸效应，并能较好地反映结构的构造要求。缺点：1）不能反映实际地震作用时材料应变速率的影响；2）不能完全模拟地震作用时结构实际所受的作用力分布（加载器数量限制）3）结构的阻尼也较难在检测中再现。3、振动台检测：属于动力检测振动台模拟天然地震记录，使结构经历类似天然地震的作用，从而再现结构在地震作用下的全过程，同时能反映应变速率的影响。缺点：振动台检测的模型比例较小，容易产生尺寸效应，难以模拟结构构造，且检测费用较高。几何条件相似；模型与原型各相应部分的长度互成比例边界条件相似：模型与原型在与外界接触的区域内的各种条件保持相似物理条件相似：模型与原型的相应各点应力和应变关系相似荷载条件相似：模型与原型在各对应点所受的荷载方向一致，荷载大小成比例模型结构的相似性条件物理条件相似模型结构的相似性条件下角标m和p分别表示模型和原型法向应力的相似系数剪应力的相似系数泊松比的相似系数几何条件相似模型结构的相似性条件下角标m和p分别表示模型和原型长度的相似系数面积比截面模量比惯性矩比位移相似系数：即：位移相似系数=应变相似系数*长度相似系数荷载条件相似模型结构的相似性条件下角标m和p分别表示模型和原型集中荷载P相似系数线荷载W相似系数面荷载q相似系数弯矩或扭矩M相似系数刚度相似系数边界条件相似模型结构的相似性条件模型与原型在与外界接触的区域内的各种条件保持相似。包括支承条件相似、约束情况相似、在边界上的受力情况相似等。（1）模型的支承和约束条件可以由与原型结构构造相同的条件来满足与保证。如：对具有固定端的原型结构，模型结构中相应部位也要做成固定端。（2）对于力边界条件，参照荷载相似条件进行变换。伪静力检测方法最常用的抗震检测方法，又称低周反复加载检测或拟静力检测，属于静力检测的范畴。所谓伪静力，是指检测时加载速率很低，从而应变速率的影响可以忽略。它是采用一定的荷载控制或变形控制对试件进行低周反复加载，使试件从弹性阶段直到破坏的一种检测。在检测过程中可以停下来仔细观察试件的变形和破坏现象，获取最明确和清晰的破坏概念，最大限度地利用试件提供的各种信息，例如承载力、刚度、变形能力、耗能能力和损伤特征等，它几乎可以应用于各种建筑结构或构件的抗震性能研究。4.2伪静力检测方法优点：设备简单，经济好；便于检测数据和现象的观测。缺点：检测的加载历程与实际地震作用历程无关（研究者预先主观确定的）；不能反映实际地震作用时材料应变速率的影响（加载周期长)。因此它不能模拟结构在实际地震作用下的反应。伪静力检测方法：加载系统1-冷却塔；2-电动机；3-高压油泵；4-电液伺服阀；5-液压加载器；6-检测结构；7-荷重传感器；8-位移传感器；9-应变传感器；10-荷载调节器；11-位移调节器；12-应变调节器；13-记录及显示装置；14-指令发生器；15-伺服控制器；16-竖向加载器；17-四杆联动机构电液伺服加载系统示意图作动器电液伺服加载系统作动器位移计试件侧向支撑伪静力检测方法：反力装置1-试件；2-荷载支承架；3-拉杆；4-双向液压加载器；5-荷载传感器；6-静力台座梁式构件伪静力检测方法：反力装置1-试件；2-竖向荷载加载器；3-滚轴；4-竖向荷载支承架；5-水平荷载双作用加载器；6-荷载传感器；7-水平荷载支承架；8-液压加载控制台；9-输油管；10-静力台座墙片检测装置1伪静力检测方法：反力装置1-试件；2-L型刚性梁；3-竖向荷载加载器；4-滚轴；5-竖向荷载支承架；6-水平荷载双作用加载器；7-荷载传感器；8-水平荷载支承架；9-液压加载控制台；10-静力台座；11-输油管墙片检测装置2伪静力检测方法：反力装置1-试件；2-柱顶球铰；3-柱端竖向加载器；4-梁端加载器；5-柱端侧向支撑；6-支座；7-液压加载控制台；8-荷载支承架；9-静力台座；10-荷载传感器；11-输油管框架节点装置图伪静力检测方法：测量传感器的设置(1)把握关键内容检测关键内容的确定取决于检测目的。如检测是为确定结构或构件的恢复力特性，则力和位移、弯矩和曲率、剪力和剪切变形以及扭矩和扭转角等都是关键内容；如果检测是为了研究结构或构件的破坏机制，则破坏区或塑性铰的变形是关键内容。在一次性的检测中，如果得不到这些关键内容的数据，就不能认为检测是成功的。(2)设计合理的测点数量合理布置测点对于较为复杂的结构检测是十分重要的，测点太少会导致该测的检测数据不足，测点太多又将大量增加监测和后期数据处理的工作量。测点的布置应根据检测目的，通过对被测件进行认真的力学分析后确定。对于受力和变形基本一致的构件可选取一个重点监测。(3)提高测量精度构件检测过程中，在传感器测得的数据中可能渗入非真实的数据。即使在最简单的梁式被测件中，支座的上下位移量将同时进入读数；在柱式被测件中，底部固定螺栓的伸长变形也会记入读数；在墙体检测中，基础的移动和转动都会使读数不准。在传感器设置中要考虑到这些因素，采取措施消去“混入”读数的非真实部分。(4)做完检测的全过程从抗震检测的要求来看，结构在低周反复荷载下的检测既要测出结构的力-位移骨架曲线中的上升段也要测出其下降段，方能确定极限荷载值，完成检测的全过程。检测要完成全过程，在最后阶段除加载器要有足够的行程外，传感器还要有足够的量程和其他措施。否则，行程或量程“饱和”以后，数据也就丧失了。每一种静力加载检测的目的不同，被测件的尺寸、形状和数量也不尽相同，所以其加载方式、加载装置和量测传感器的选择和安装也有很大的差异；每一项检验要针对具体检测内容来确定加载设备、加载反力装置和量测传感器等。伪静力检测方法：加载制度(a)变幅加载(由小到大变幅值)周数位移(b)等幅加载（幅值恒定）周数位移(c)混合变幅加载（幅值大小混合）周数位移(1)位移控制加载(广义位移，可以是线位移，也可以是转角、曲率或应变等相应参数)1单向反复加载制度:变幅加载：主要用于确定被测件的恢复力特性和建立恢复力模型，一般是每一级位移幅值下循环2～3次，由检测得到的滞回曲线可以建立构件的恢复力模型。等幅加载：主要用于确定被测件在特定位移幅值下的特定性能。例如，极限滞回耗能、强度降低率、刚度退化规律等。混合变幅加载：用于研究不同加载幅值的顺序对被测件受力性能的影响。例如，先高后低和先低后高的加载顺序可能得到完全不同的被测件破坏形态和检测结果。位移控制加载：适合刚度较小的结构，普遍采用此方法。图4.4力控制加载规则周数力(2)力控制加载伪静力检测方法：加载制度(a)力控制加载是以每次循环的力幅值作为控制量进行加载，其加载规则如左图所示。因为被测件屈服后难以控制加载力，所以这种加载方式较少单独使用。(b)力控制加载适合刚度较大的结构，采用较少。加载控制方法也有变幅、等幅和混合加载。(3)力-位移混合控制加载首先是以力控制进行加载，当试件达到屈服状态时改用位移控制。《建筑抗震试验方法规程》（JGJ101—96）规定：试件屈服前，应采用载荷控制并分级加载，接近开裂和屈服荷载前减少级差加载；试件屈服后应采用变形控制，变形值应取屈服试件的最大位移值，并以该位移的倍数为级差进行控制加载；施加反复荷载的次数应根据检测目的确定，屈服前每级荷载可反复一次，屈服以后宜反复三次。伪静力检测方法：加载制度伪静力检测方法：加载制度2.双向反复加载制度地震对结构的作用实际上是多维的作用，相关震害的调查及试验研究表明，水平双向地震作用比单向地震作用对钢筋混凝土结构的破坏作用大很多。原因：这是因为一个方向的损伤直接影响到另一个方向的抗震能力，两个方向的互相耦合作用严重削弱结构的抗震能力。为了克服采用在结构构件单方向(平面内)加载时不考虑另一方向(平面外)地震作用同时存在对结构影响的局限性，可在X、Y两个主轴方向同时施加低周反复荷载，即双向反复加载。检测时可采用双向同步或非同步的加载制度。伪静力检测方法：加载制度2.双向反复加载制度1)X、Y轴双向同步加载当用一个加载器在与截面主轴成θ角方向作斜向加载时，X、Y两个主轴向的分量是同步的。斜向加载的加载制度与单向受力加载相同。2)X、Y轴双向非同步加载非同步加载要用两个加载器在截面的两个主轴方向分别施加低周反复荷载，由于X、Y两个方向可以不同步的先后或交替加载，因此，它可以有如上图所示的各种变化方案。X轴不加载，Y轴反复加载X加载后保持恒载，Y轴反复加载X轴、Y轴先后反复加载X轴、Y轴交替反复加载8字形加载方形加载伪静力检测方法：加载制度伪静力检测方法：检测控制方法电液伺服加载设备的发展为结构的伪静力加载提供了良好的基础。电液伺服加载系统主要由计算机、A/D转换器、D/A转换器、模拟控制器、电液伺服加载器、传感器和有关辅助设备组成。由于A/D转换器、D/A转换器的驱动程序可以采用汇编语言、C语言或BASIC语言编写，对于结构工程研究人员来说，整个检测过程可以采用高级语言编写软件进行控制。控制软件除满足加载规则外，还要考虑如下几点：(1)中断功能。检测可以在其进程的任何时刻中断，以便观测被测件的受力状态和破坏情况，以及处理特殊情况，然后继续进行检测试验。(2)调整功能。在检测过程中可以随时改变或调整有关试验过程参数，如加载速率、加载位移幅值、循环次数等。(3)计算功能。检测过程中的有关量值和计算结果，如累计滞回耗能等可以得到及时处理。(4)实时监测和显示功能。在控制软件中应设有可靠的安全保障措施，避免力或位移的超载造成设备、设施的损坏，同时在计算机上可以实时地监测力和位移的大小，滞回曲线的形状，应变值等测量值。加载规则中的位移控制和力控制与电液伺服加载