第八章工程结构抗震试验课件.ppt

1、8.1 概述概述 8.1.1 结构抗震试验内容结构抗震试验内容关键关键中心中心目的目的主主要要包包括括三三个个环环节节8.1.2 结构抗震试验分类结构抗震试验分类按受力特征分类：按受力特征分类：结构抗震静力试验结构抗震静力试验结构抗震动力试验结构抗震动力试验按试验方法分类：按试验方法分类：伪静力试验伪静力试验拟动力试验拟动力试验模拟地震振动台试验模拟地震振动台试验人工地震试验人工地震试验天然地震试验天然地震试验 伪静力试验方法伪静力试验方法 采用一定的荷载控制或变形控制对试件进行低周反复低周反复加载加载，使试件从弹性阶段直至破坏的一种试验。但试验未能考虑应变速率的影响。拟动力试验方法拟动力试验

2、方法 该方法又称计算机加载器联机试验，它与采用数值积分方法进行的结构非线性动力分析过程十分相似，但恢复力特性直接从试验结构上实时测取实时测取。两种试验方法主要区别两种试验方法主要区别 伪静力试验每一步加载目标是已知已知的，而拟动力试验每一步的加载目标是由上一步的测量结果和计算结果通过公式递推公式递推得到的。模拟地震振动台试验方法模拟地震振动台试验方法 模拟地震振动台可以真实地再现地震过程，主要用于检验结构抗震设计理论、方法和计算模型的正确与否，尤其是许多高程结构和超高层结构、大型桥梁结构、海洋工程结构都是通过缩尺模型的振动台试验来检验设计和计算结果的。人工地震试验人工地震试验 采用地面或地下爆

3、炸法引起地面运动的，都称为“人工地震”，可用核爆和化爆产生，该方法简单、直观，并可考虑场地的影响，但试验费用高，难度大。天然地震试验天然地震试验 在频繁出现地震的地区或短期预报可能出现较大地震的地区，有意识地建造一些试验性结构或在已建结构上安装测震仪，以便一旦发生地震时可以得到结构的反应等。该方法真实、可靠，但费用较高实现难度较大。8.2 结构抗震试验方法结构抗震试验方法8.2.1 伪静力试验方法伪静力试验方法 试验方法试验方法 采用一定的荷载控制或变形控制对试件进行低周反复低周反复加载加载，使试件从弹性阶段直至破坏的一种试验。但试验未能考虑应变速率的影响。试验目的试验目的 对结构在荷载作用下

4、的基本表现进行深入研究，进而建立可靠的理论模型。试件种类试件种类 钢结构、钢筋混凝土结构、砌体结构及组合结构等。试件类型试件类型 梁、板、柱、节点、墙、框架和整体结构等。经济、实用，经济、实用，应用最广应用最广1、加载设备和装置、加载设备和装置 加载设备加载设备 主要采用电液伺服加载系统。加载反力装置加载反力装置 目前常用的反力装置主要有反力墙、反力台座、门式钢架、反力架和相应的各种组合荷载架。反力装置本身应具有足够的刚度、承载力和整体稳定性，同时尽可能结构简单、安装方便。试验要针对具试验要针对具体内容来确定体内容来确定加载设备、加加载设备、加载反力装置和载反力装置和量测传感器等。量测传感器等

5、。2、单向伪静力加载试验、单向伪静力加载试验（1）加载规则）加载规则 常用加载规则主要有三种。位移控制加载位移控制加载 以加载过程的位移为控制量，按照一定的位移增幅进行循环加载。力控制加载力控制加载位移控制加载位移控制加载力力-位移控制加载位移控制加载变幅加载：用于确定试件的恢变幅加载：用于确定试件的恢复力特性、建立恢复力模型复力特性、建立恢复力模型等幅加载：用于确定试件在特等幅加载：用于确定试件在特定位移幅值下的特定性能。定位移幅值下的特定性能。混合变幅加载：研究不同加载幅混合变幅加载：研究不同加载幅值的顺序对试件受力性能的影响。值的顺序对试件受力性能的影响。力控制加载力控制加载 以每次循环

6、的力幅值作为控制量进行加载。因试件屈服后难以控制加载的力，该方法较少单独使用。材料材料屈服屈服后应后应力不力不变，变，变形变形不断不断增加。增加。材料材料屈服屈服后应后应力减力减小，小，变形变形不断不断增加。增加。力力-位移混合控制加载位移混合控制加载 首先以力控制进行加载，当试件达到屈服状态时改用位移控制。有关规程规定，试件屈服前，应采用荷载控制并分级加载，接近开裂和屈服荷载前减小级差加载；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，并以该位移的倍数级差控制加载；施加反复荷载的次数应根据试验目的确定，屈服前每级荷载可反复一次，屈服后宜反复三次。8.2.2 拟动力试验方法拟动力试

7、验方法 试验方法试验方法 试验由计算机进行数值分析并控制加载，即由给定地震加速度记录通过计算机进行非线性结构动力分析（恢复力特性实时测量），将计算机得到的位移反应作为输入数据，以控制加载器对试验结构进行试验。该方法又称为计算机-加载器联机加载试验。该试验方法除加载制度不同外，其它与伪静力试验相同。8.2.2 拟动力试验方法拟动力试验方法拟动力试验试验步骤如下：拟动力试验试验步骤如下：1）给计算机输入某一确定性的地面运动加速度。2）计算机按输入第 n 步的地面运动加速度、恢复力 Fn、位移 Xn 及第 n-1 步的位移 Xn-1，由运动微分方程求 n+1 步的指 令位移 Xn+1。3）加载器按指

8、令 Xn+1 对结构施加荷载。4）在施加荷载的同时，加载器上的荷载传感器和位移传感器分别量测恢复力 Fn+1 和加载器活塞的位移反应值 Xn+1。5）重复上述步骤，直到输入地震加速度时程所指定的时刻。8.2.3 模拟地震振动台试验模拟地震振动台试验 模拟地震振动台可以适时地再现各种地震波作用过程，并进行人工模拟地震振动台可以适时地再现各种地震波作用过程，并进行人工地震波模拟试验，它是试验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接地震波模拟试验，它是试验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法。它还可以用于研究结构动力特性、设备抗震性能以及检验结构抗方法。它还可以用于研究结构动力特性、设备抗震性能

9、以及检验结构抗震构造措施等方面。震构造措施等方面。1、模拟地震振动台系统、模拟地震振动台系统 主要组成部分：台面和基础、高压油源和管路系统、电液伺服加载主要组成部分：台面和基础、高压油源和管路系统、电液伺服加载器、模拟控制系统、计算机控制系统和相应的数据采集系统。器、模拟控制系统、计算机控制系统和相应的数据采集系统。振动台的主要技术参数振动台的主要技术参数 振动台最主要技术参数是激震力和使用频率范围，这些参数在很大程度上取决于加载器的工作性能。振动台的主要技术指标振动台的主要技术指标 加速度波形失真度、加速度竖向分量、台面主振方向的加速度不均匀度、横向加速度、背景噪音和地震波形再现能力。地震波

10、的再现能力是地震波的一项重要技术指标，一般通过台面再现的波形和期望的波形进行比较判断。2、控制系统与控制方法、控制系统与控制方法控制系统：模拟控制部分：数字控制部分：位移反馈控制位移反馈控制的 PID 控制方法或位移、速度和加速度共同进行反馈的三参量反馈控制三参量反馈控制方法采用开环迭代进行地震波再现 3、加载程序、加载程序加载程序：一次加载：多次加载：输入地震记录，连续地记录位移、速度、加速度、应变等动力反应，观察裂缝的形成和发展过程。其主要特点是可以连续模拟结构在一次强烈地震中的整个表现与反应。主要是将荷载按结构初裂、中等开裂和破坏分成等级，然后荷载由小到大逐级加载和观察。多级加载将产生变形积累的影响。振动台可以模拟若干次地震的现象的初震、主震及余震的全过程，从而可以了解试验结构在相应各个阶段的力学性能及破坏特征。地震模拟振动台可以适时地再现地震作用过程，可以很好地反应应变速率对结构材料强度的影响。但设备昂贵，不能做大比例试验，不便于试验全过程观测。