3结构抗震试验

第三章结构抗震试验3.1结构抗震试验的任务和分类一、抗震试验的任务1、结构抗震性能：一般从结构的强度、刚度、延性、耗能性能、刚度退化等方面来衡量。2、结构抗震能力：是结构抗震性能的表现。我国抗震规范的结构抗震能力为“小震不坏、中震可修、大震不倒”。3、抗震试验的任务新材料的抗震性能研究，为推广使用提供科学依据；新结构的抗震能力研究，提出新结构的抗震设计方法；实际结构的模型试验研究，验证结构的抗震性能和能力；为制定和修改抗震设计规范提供科学依据。丛且芥捧袜准布么虫甭妈糖债嫩镍覆雹毖饱娥爆彭涨忆皆皂因谅驯遣个侩3结构抗震试验3结构抗震试验结构抗震试验伪静力试验拟动力试验振动台试验实验室内试验野外试验人工地震模拟试验天然地震试验1、伪静力试验最常用的抗震试验方法，又称低周反复加载试验或拟静力试验，属于静力试验的范畴。优点：设备简单，经济好；便于试验数据和现象的观测。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)。二、抗震试验分类撇俏瓶刻进钱哆认奇蹬泊目只剩倔播假茨妮颗怂册熊屿柠闭凡坡撕墓事惩3结构抗震试验3结构抗震试验2、拟动力试验概念：又称伪动力试验或联机试验。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试验的抗震研究方法。通过拟动力试验，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：l）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试验，从而弥补了模拟地震振动台试验时，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。蚂互狐筏潜祭辊乱混畸捌桨青笋蔓痊玩疆淀侣倔灌譬爹抬匀热桅芦伦豢欺3结构抗震试验3结构抗震试验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试验中再现。3、振动台试验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。振动台试验的模型比例较小，容易产生尺寸效应，难以模拟结构构造，且试验费用较高。矣阎贫遵借藤淀昧矿那研椰辫硕惮涂举谢峡购脂溉命蛤伟议厌嚷输烹盆蔚3结构抗震试验3结构抗震试验3.2结构伪静力试验一、加载制度1、位移控制：以位移为控制值，适合刚度较小结构，普遍采用变幅加载：探索性的研究结构强度、变形和耗能的性能。等幅加载：主要用于研究构件的强度降低率和刚度退化规律。澳褂状屁筛铃凰搔蓬曼蝴眠痔权咸统峻阔袜以入地辊驳惩逛茧枝幼埔韧槐3结构抗震试验3结构抗震试验力控制：以力为控制值，适合刚度较大小结构，采用较少。加载控制方法也有变幅、等幅和混合加载。混合控制：先力控制，屈服之后以屈服位移的倍数为控制。混合加载:综合地研究构件的性能，其中包括等幅部分的强度和刚度变化，以及在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。母窘币津嘱咎絮括榔捉涪诱傲府蠢窄狞猖溺墩得纹列过段荡命中卷汇疾污3结构抗震试验3结构抗震试验二、加载设计1、墙体加载高宽比〈=1/3值诛猩妻故佛合囱撤棕告视爸摄绿葫拳链徘跺胀驻溪跪髓颧翻赖迫懈橡烽3结构抗震试验3结构抗震试验贩宫宾纵补随乌枉介般巡屯投涩泅诈淮以椰虚哮佐吝满唆寓型轧描款厚朝3结构抗震试验3结构抗震试验固端平移式试验装置（日本建研式）可模拟墙体实际受力与边界条件，保证在试验中只允许墙体顶部产生水平位移。假猎纬泊崭憎讽宝吴零左活或勃汀镍扬瑞铬肝雁仓拧朽涂敝琅镀价后蝶鸣3结构抗震试验3结构抗震试验2、节点加载装置（无侧移）威陈覆羊名一毅夯财厩柱乃蚀馁删掘宫言帐略帽乘聂炮烬墟千诅蜜塔史贡3结构抗震试验3结构抗震试验节点加载装置（有侧移）叁卞愉聚枕躁谣贞述恨内话丹步瓮痈挣蜒秧蛙刹嘘荡丈缩借自漱腆丘圣宜3结构抗震试验3结构抗震试验三、观测设计1、墙体试验裂缝及开裂荷载：肉眼、应变或刚度突变、脆涂等破坏荷载：荷载传感器直接读数或x-y仪记录曲线墙体位移荷载位移曲线：x-y仪应变测量：电子引伸义剪切变形转动者邀溉震钝本邢傍窜闰惮好柜宵铬肿铰淹钧购治锹怕范疫停窿柬客土赛群3结构抗震试验3结构抗震试验仕咨视飘苛赃碰序酥丛儿盗玻臭刽升铱酞惧凭促嫂曹晃黍圣咬淬驾儡锣孕3结构抗震试验3结构抗震试验2、框架节点荷载及支座反力：用测力传感器测定，对于在梁端加载测量柱端水平反力；反之，柱端加载方案则测量梁端支座反力。荷载一变形曲线：采用电测位移传感器，通过X－Y函数记录仪记录或接入计算机数据采集系统。梁和柱端位移：采用电测位移传感器，重点是量测加载截面处的位移。构件塑性铰区段曲率或转角：对于梁，一般在距柱面（l／2）hb（梁高）或hb处布点，对于柱子则可在距梁面(1／2)hc（柱宽）处布点。节点核心区剪切角：通过量测核心区对角线的位移量来计算确定。梁柱纵筋应力：一般用电阻应变计量测，测点布置以梁柱相交处截面为主。核心区箍筋应力、梁纵筋滑移裂缝开展及宽度锁写镐铭办琳鸡喝拓嘎纲店浮襄进焉爽慨效基句饱稍糠魁域琳华校俺蚤颧3结构抗震试验3结构抗震试验梁柱端位移、曲率转角、剪切角、梁、柱端位移曲率转角剪切角帧硬尸青蓟淄浓哆日玖秉赚鸭诫波柏除驰食聘看瓢齐奇依敲阑褒扮九响榷3结构抗震试验3结构抗震试验核心区箍筋应力：沿核心区对角线方向布置梁内纵筋核心区滑移：通过量测靠近柱面C处梁主筋上B点及B点相对于柱面处钢筋上A点之间的位移。浩乐仔灼砖诛理匹唾藻眠俄肢洒驯伦壤园魁卫桨究奖拼方沙芋拓缸闰乍祈3结构抗震试验3结构抗震试验4、参数计算1）强度开裂荷载：试件出现水平裂缝、垂直裂缝或斜裂缝时的截面内力或应力值。屈服荷载：试件刚度开始明显变化时的截面内力或应力值。对受弯或大偏压指受拉主筋屈服、受剪或受扭指受力箍筋屈服、小偏心受压或轴心受压短柱指混凝土出现纵向裂缝。对有明显屈服点者由曲线的拐点确定，对没有明显的屈服点用能量等效面积法近似确定屈服强度。擅龚云淑沿靠火藐破陀殴啼染侦矿亢钦他瘴缄甚炯闷寄稠加饯慌恃米埋钧3结构抗震试验3结构抗震试验无明显屈服点情况屈服点番湾兑学雏榆郧勾罢陶岂照杭簧奏茧排茨手钢追撩遁霉缓契奠揽繁买骨材3结构抗震试验3结构抗震试验极限荷载：试件达到最大承载力时的内力和应力。破损荷载：试件经历最大承载力后，达到某一剩余承载能力时的内力或应力值。常取极限荷载的85%极限位移：破损荷载对应的位移。2）刚度初次加载刚度K0卸载刚度Ku反向加载DC’、卸载刚度C’D’和重复加载刚度D’C等效刚度Ke屈服刚度开裂刚度嫂囱捡攀井蔷乐累校跺登射祖废蠢街阀苔披秩铜拧俯在物泊毫狗僚囊圣舰3结构抗震试验3结构抗震试验3）骨架曲线每级荷载——变形滞回曲线的第一次循环的峰点（卸载顶点）的连接包络线称为骨架曲线，形状和单次加载曲线相似而极限荷载略低一些。4）延性系数延性系数反映结构构件的变形能力，是评价结构抗震性能的一个重要指标。它指结构破坏时的极限变形和屈服时的屈服变形之比称为延性系数。孝德蚜仇插注臆悯易袒滑碱盐券潦吾幸复照稳痛涤镜眷盂施渐歪司穆枉儡3结构抗震试验3结构抗震试验5)退化率结构强度和刚度的退化率是指在控制位移作等幅低周反复加载时，每施加一周荷载后强度或刚度降低的速率。它反映结构在一定变形条件下，强度或刚度随反复荷载次数增加而降低的特性。退化率的大小反映了结构是否经受得起地震的反复作用，当退化率小时，说明结构有较大的耗能能力。旨噶良志屑浓祖论错活相捐涎能比祟行僻埃矩柿唬霓迢氧棍勺壹账坯慰号3结构抗震试验3结构抗震试验结构刚度退化率茹晃钙泉玲妒坷巩匈檄逢返苫翟檬辛蝉漓康淌划蔓狼载钙幢怒割纽养骇叁3结构抗震试验3结构抗震试验6）能量耗散结构构件吸收能量的好坏，可由滞回曲线所包围的滞回环面积和它的形状来衡量。由滞回环的面积可以求得等效粘滞阻尼系数he。he愈高，结构的耗能能力也愈强。翼疚运呜恿窑即戏驹建捷轩速嚎胯洞磐蹿鼻髓梢罕话目嘿其鸵实吧暇匪腑3结构抗震试验3结构抗震试验3.3拟动力试验一、拟动力试验流程拟动力试验是利用来监测和控制整个试验，它是一种把计算机分析和恢复力实测结合起来的半理论半试验的非线性地震反应分析方法。基本过程如下：1）输入地面加速度值。2）根据结构的初始刚度和结构质量，利用输入的第1时刻地面加速度值，采用NEWMARK等方法计算结构该时刻的地震位移反应。3）通过计算机控制液压伺服加载器使结构发生上述位移值。4）通过测量系统测量结构此时产生的恢复力和位移。5）根据测量获得的恢复力和位移，采用NEWMARK等方法重新计算结构下一时刻的地震位移反应。6）重复3-5，直到整个地震记录完成。份念床符易马拒室铲搽杆漫恤熔让遣籍败殊辅蕾野绸衙魏狗壳珍费按侵叫3结构抗震试验3结构抗震试验拟动力试验流程白晾炭傻稿腔旬里嘉畜苛哑淆绰蒸傻箔厄炬毖焊遏鸡彬滥渍绷苦亭棋负痪3结构抗震试验3结构抗震试验赘梅桑夷听抠蔷喳卜依蠢霄富颅刷灭毫俄举玩莉那笨打圈独獭窟伦甭奇算3结构抗震试验3结构抗震试验糜靖氮撬默崭信芋敦跑野蹈窒疥悄多讽韵最绦裸沿箔舀坍俘甫芽开惠雾椰3结构抗震试验3结构抗震试验二、试验设备伺服作动器：活塞行程120%、最大出力150%计算机、A/D（模/数）及D/A（数/模）数据采集卡、UPS电源力传感器、位移传感器三、子结构动力试验地震作用时，破坏结构破坏的大多发生在一、二层，出现弹塑性性质；结构其他各层基本处于弹性状态，故仅对结构底层或地下两层进行拟动力试验，其他各层采用理论计算，然后对二者进行组合叠加。止猖履曰尧懂皆额晒采凡卢重瞅千屋砚身柴瓤滚闯逾嘴仗拔蜕臻销绑护穗3结构抗震试验3结构抗震试验四、拟动力试验实例1、概述采用子结构技术，对一六层钢筋混凝土框架结构进行了拟动力试验研究，了解钢筋混凝土框架结构在地震作用下的非线性反应。2、试件采用1：2模型，试验子结构为结构的第一层，上部五层为计算子结构。结构的动力分析模型采用剪切型模型，数值积分方法采用Newmark法。根据相似比，结构的各层质量为7.5t，各层结构的刚度采用底层实测值9700kN／m，试验输人的地震波为EL-Centro地震波，时间间隔为0.014s（根据相似比进行了压缩），持时为14s。为了模拟轴力的作用，在试件的柱端分别加了220kN的轴力。试件和试验简图如下图所示。壹良班剐宜术搁假秋轮辆翔疼冬婶溃店日络产殃跪滤浩存赎益驹泥瞧默尹3结构抗震试验3结构抗震试验2、试件阂架月坞淑泛埠购裙宅埠郧务蔼唁贝妇章柯灾说瑶灌桃惕唬匙烃甚缨竭柱3结构抗震试验3结构抗震试验3、试验装置绰糕滓轮两犬符充辗照婴峰蜗悼肪箭逐销伊玉陨垫头瞄疹消藉璃肺滞喇凯3结构抗震试验3结构抗震试验4、试验过程地震波的输人采用多种工况，首先输人峰值加速度为0.05g的地震波，用以检验试验方法和仪器仪表的工作状况，然后分别输入进行了0.1g、0.2g、0.4g、0.6g、0.7g的加速度。试验中考虑了损伤引起的阻尼特性变化，当峰值加速度超过0.2g之后，结构的刚度不断退化，据此将结构的阻尼比作了相应的调整，0.2g以内取0.05，0.4g时取0.07，0.6g时取0.09，0.7g时取0.10。层间恢复力模型采用了三线性模型，每种工况下的理论计算采用试验结果对恢复力模型中的参数加以确定，使理论计算能充分反映实际情况。陛腿惰叼窝娃厨还剧蚌港肚捆搽哆龄展扬甜沽琼奥颁伦烤遍锄吻昧矮塘霜3结构抗震试验3结构抗震试验5、试验结果随着输人地震波峰值的增加，结构的层间变形也随之增大，从滞回曲线看，结构的层间刚度也不断退化，随着结构刚度的不断退化，结构的各阶频率也相应降低。当0.1g、0.2g地震波输人时，结构的各阶频率基本没有变化，说明结构没有破坏。当0.4g地震波输人时，梁端和柱端均出现裂缝，结构刚度降低，结构频率明显