第8章土木工程結(jié)構(jiégòu)抗震試驗

8.1概述(ɡàishù)8.2結(jié)構偽靜力試驗方法8.3結(jié)構擬動力試驗方法8.4結(jié)構模擬地震振動臺試驗8.5人工地震模擬試驗8.6天然地震試驗共二十六頁(1)熟練掌握結(jié)構抗震的低周反復加載試驗(shìyàn)；(2)了解擬動力試驗內(nèi)容；(3)掌握地震模擬振動臺試驗。

共二十六頁1.任務(rènwu)和內(nèi)容

1.結(jié)構參數(shù)識別2.破壞機制分析3.抗震能力分析1.試件制作和安裝2.數(shù)據(jù)采集和處理3.人員組織和分工1.試驗模型設計2.試件數(shù)量選擇3.試驗方法確定4.試驗儀器選擇結(jié)構抗震試驗分析

試驗目的結(jié)構抗震試驗設計結(jié)構抗震試驗

結(jié)論8.1概述共二十六頁2.結(jié)構(jiégòu)抗震試驗分類：1.偽靜力試驗(shìyàn)方法2.擬動力試驗方法3.模擬地震振動臺試驗方法4.人工地震5.天然地震試驗共二十六頁1.偽靜力試驗(shìyàn)的基本概念

偽靜力試驗方法一般以試件的荷載值或位移值作為控制量，在正、反兩個方向(fāngxiàng)對試件進行反復加載和卸載。

8.2結(jié)構偽靜力試驗方法偽靜力試驗低周反復加載制度共二十六頁2.偽靜力試驗(shìyàn)的加載裝置

電液伺服加載系統(tǒng)示意圖1-冷卻塔；2-電動機；3-高壓油泵；4-電液伺服閥；5-液壓加載器；6-試驗結(jié)構；7-荷重傳感器8-位移傳感器；9-應變傳感器；10-荷載(hèzài)調(diào)節(jié)器；11-位移調(diào)節(jié)器；12-應變調(diào)節(jié)器；13-記錄及顯示裝置14-指令發(fā)生器；15-伺服控制器；16-豎向加載器；17-四桿聯(lián)動機構加載設備：

共二十六頁加載裝置(zhuāngzhì)

①梁式壓彎構件(gòujiàn)試驗裝置。1-試件；2-荷載支承架；3-拉桿；4-雙向液壓加載器；5-荷載傳感器；6-試驗臺座②磚石及砌塊墻體試驗裝置

模擬墻體受豎向荷載作用的偽靜力試驗裝置1-試件；2-豎向荷載加載器；3-滾軸；4-豎向荷載支承架；5-水平荷載雙作用加載器；6-荷載傳感器；7-水平荷載支承架8-液壓加載控制臺；9-輸油管；10-試驗臺座共二十六頁模擬墻體頂部受彎矩作用(zuòyòng)的偽靜力試驗裝置1-試件；2-L型剛性梁；3-豎向荷載加載器；4-滾軸；5-豎向荷載支承架；6-水平荷載雙作用加載器；7-荷載傳感器；8-水平荷載支承架；9-液壓加載控制臺；10-試驗臺座；11-輸油管③框架節(jié)點及梁柱(liánɡzhù)組合件試驗裝置

框架節(jié)點及梁柱組合體有側(cè)移柱端加載試驗裝置1-試件；2-幾何可變的框式試驗架；3-荷載傳感器；4-水平荷載加載器；5-豎向荷載加載器；6-試驗臺座；7-水平荷載支承架或反力墻共二十六頁框架(kuànɡjià)節(jié)點及梁柱組合體梁端加載試驗裝置1-試件；2-柱頂球鉸；3-柱端豎向加載器；4-梁端加載器；5-柱端側(cè)向支撐；6-支座；7-液壓加載控制臺；8-荷載支承架；9-試驗臺座；10-荷載傳感器；11-輸油管

共二十六頁3.偽靜力試驗(shìyàn)的加載制度⑴偽靜力試驗應采用控制(kòngzhì)作用力和控制(kòngzhì)位移的混合加載法。

⑵正式試驗前、應先進行預加載，可反復試驗兩次?；炷两Y(jié)構預加載值不宜超過開裂荷載計算值的30％；砌體結(jié)構不宜超過開裂計算值的20％。⑶正式試驗時，宜先施加試件預計開裂荷載的40％~60％，并重復2—3次，再逐步加到100％。⑷試驗過程中，應保持反復加載的均勻性及連續(xù)性，加載與卸載的速率應保持一致。⑸施加反復荷載的次數(shù)：屈服前，每級荷載可反復一次；屈服后，宜反復三次。當進行承載力或剛度退化試驗時，反復次數(shù)不宜少于五次。

⑹對于整體原型結(jié)構或結(jié)構整體模型進行偽靜力試驗時，荷載按地震作用倒三角形分布，施加水平荷載的作用點集中在結(jié)構質(zhì)量集中的部位，即作用在屋蓋及各層樓面板上。

共二十六頁4.偽靜力試驗(shìyàn)的測試項目（1）墻體試驗：變形、應變、裂縫觀測(guāncè)、開裂荷載以及極限荷載

墻體側(cè)向位移和剪切變形的測點布置1-安裝在試驗臺座上的儀表支架；2-試件；3-位移計；4-試驗臺座墻體荷載-變形曲線量測系統(tǒng)1-試件；2-位移傳感器；3-荷載傳感器；4-臺座；5-作動器；6-液壓加載控制臺；7-油管共二十六頁（2）鋼筋(gāngjīn)混凝土框架節(jié)點及梁柱組合體試驗⑴節(jié)點(jiédiǎn)梁端或柱端位移⑵梁端或柱端的荷載—變形曲線⑶節(jié)點梁柱部位塑性鉸區(qū)段轉(zhuǎn)角和截面平均曲率⑷節(jié)點核心區(qū)剪切變形⑸節(jié)點梁柱主筋應變⑹節(jié)點核心區(qū)箍筋應變

⑺節(jié)點和梁柱組合體混凝土裂縫開展及分布情況(8)荷載值與支承反力共二十六頁5.偽靜力試驗的數(shù)據(jù)整理(zhěnglǐ)要點（1）強度(qiángdù)開裂荷載---試件出現(xiàn)垂直裂縫或斜裂縫時的荷載---試件剛度開始明顯變化時的荷載

屈服荷載---試件達到最大承載能力時的荷載

極限荷載⑷破壞荷載試件經(jīng)歷最大承載能力后，達到某一剩余能力時的荷載值。目前的試驗標準和規(guī)程規(guī)定可取極限荷載的85％。共二十六頁（2）剛度(ɡānɡdù)

結(jié)構剛度是結(jié)構變形能力的反映。結(jié)構在受地震作用后通過自身的變形來平衡和抵抗地震力的干擾和影響(yǐngxiǎng)，而結(jié)構的地震反應將隨著結(jié)構剛度的改變而變化。-加載初始剛度；-開裂剛度-屈服后剛度-屈服剛度-卸載剛度；低周反復加載時的剛度共二十六頁（3）骨架(gǔjià)曲線

在變位移幅值加載的低周反復加載試驗中，骨架曲線是將各次滯回曲線的峰值點連接(liánjiē)后形成的包絡線。偽靜力試驗的骨架曲線

共二十六頁（4）延性(yánxìng)系數(shù)延性系數(shù)是最大荷載(hèzài)點相應的變形與屈服點變形之比：

（5）退化率

結(jié)構強度或剛度的退化率是指在控制位移作等幅低周反復加載時，每施加一次荷載后強度或剛度降低的速率。它反映在一定的變形條件下，強度或剛度隨著反復荷載次數(shù)增加而降低的特性，退化率的大小反映了結(jié)構是否經(jīng)受得起地震的反復作用。當退化率小的時候，說明結(jié)構有較大的耗能能力。（6）滯回曲線梭形弓形反S形Z形四種典型的滯回曲線共二十六頁8.3結(jié)構擬動力試驗(shìyàn)方法1.基本概念

人們利用計算機直接(zhíjiē)來檢測和控制整個試驗，這種方法是將計算機分析與恢復力實測結(jié)合起來的半理論半經(jīng)驗的非線性地震反應分析方法，結(jié)構的恢復力模型不需事先假定，即通過直接(zhíjiē)量測作用在試件上的荷載和位移而得到解的恢復力特性，再通過計算機來求解結(jié)構非線性地震反應方程，這就是計算機聯(lián)機試驗加載方法，即擬動力試驗。

擬動力試驗的加載設備與偽靜力試驗類似，一般由計算機、電液伺服加載器、傳感器、試驗臺座等組成。2.試驗設備

共二十六頁3.操作方法和過程(guòchéng)

（1）輸入(shūrù)地面運動加速度：（2）計算下一步的位移值：（3）位移值的轉(zhuǎn)換量測恢復力及位移值

由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理和反應分析

共二十六頁4.擬動力試驗(shìyàn)的特點和局限性

擬動力試驗能進行(jìnxíng)原型或接近原型的結(jié)構試驗

（1）特點

可以人為的緩慢地進行，特別是破壞過程，利于觀察和研究

（2）局限性

計算機的積分運算和電液伺服試驗系統(tǒng)的控制都需要一定的時間，因此不是實時的試驗分析過程。

擬動力試驗要求有一定的設備和技術條件。

數(shù)值計算和靜載試驗兩方面存在誤差，導致試驗精度降低。共二十六頁8.4結(jié)構(jiégòu)模擬地震振動臺試驗1.模擬地震(dìzhèn)振動臺在抗震研究中的作用

（1）研究結(jié)構的動力特性、破壞機理和震害原因；（2）驗證抗震計算理論和計算模型的正確性；（3）研究動力相似理論，為模型試驗提供依據(jù)；（4）檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，提高抗震性能、為生產(chǎn)服務；（5）為結(jié)構抗震靜力試驗提供依據(jù)。共二十六頁模擬(mónǐ)地震振動臺

2.模擬地震(dìzhèn)振動臺的組成

（1）振動臺臺體結(jié)構

（2）液壓驅(qū)動和動力系統(tǒng)

（3）控制系統(tǒng)

（4）測試和分析系統(tǒng)

共二十六頁8.5人工(réngōng)地震模擬試驗天然地震與人工(réngōng)爆破地震的加速度幅值譜（a）天然地震波的加速度幅值譜(b)18500kg炸藥爆破時距爆心132m處自由場加速度幅值譜(c)500000kg炸藥爆破時距爆心152m處自由場加速度幅值譜人工地震與天然地震之間尚存在一定的差異：人工地震(炸藥爆破)加速度的幅值高、衰減快、破壞范圍?。蝗斯さ卣鸬闹黝l率高于天然地震；人工地震的主震持續(xù)時間一般在幾十毫秒至幾百毫秒，比天然地震的持續(xù)時間短很多。

共二十六頁8.6天然地震(dìzhèn)試驗1.工程結(jié)構(jiégòu)的強震觀測

地震發(fā)生時，特別是強地震發(fā)生時，以儀器為手段觀測地面運動過程和工程結(jié)構物動力反應的工作稱為強震觀測。強震觀測主要測定地震作用對工程結(jié)構的加速度反應。1964年6月日本新瀉地震時秋田縣府大樓東西向記錄到得強震曲線共二十六頁2.專門建造(jiànzào)天然地震試驗場和工程結(jié)構地震反應觀測體系

為了觀測結(jié)構受地震作用(zuòyòng)的反應，國外有在地震活動區(qū)專門建造的試驗場地，在場地上建造試驗結(jié)構，這樣可以運用一切現(xiàn)代化測試手段獲取結(jié)構在地震發(fā)生時的各種反應。

目前世界上最負盛名的是日本東京大學生產(chǎn)技術研究所的千葉試驗場，試驗基地包括許多部分，抗震試驗只是基本的一個組成部分。在抗震試驗方面有大型抗震試驗室、數(shù)據(jù)處理中心、化工設備天然地震試驗場和房屋模型天然試驗場等。共二十六頁本章(běnzhānɡ)小結(jié)1.偽靜力試驗方法幾乎可以應用于各種工程結(jié)構或構件抗震性能研究(yánjiū)，突出的優(yōu)點是它的經(jīng)濟性和實用性，從而使它具有應用上的廣泛性。2.擬動力試驗是將計算機技術直接應用于檢測和控制試驗加載，這種模擬試驗方法更接近地震反應的真實狀態(tài)。擬動力試驗的特點是把計算機分析與恢復力實測結(jié)合起來的一種半理論半試驗的非線性地震反應分析方法。3.地震模擬振動臺試驗是較為理想的試驗方法，它可以重現(xiàn)地震過程，在試驗室中研究工程結(jié)構地震反應和破壞機理，但是受振動臺臺面的限制，僅做結(jié)構縮尺模型的抗震試驗，且振動臺一次性投資較大。4.人工地震模擬試驗是利用炸藥爆破產(chǎn)生的地震波進行工程結(jié)構抗震研究，采用調(diào)整炸藥用量、爆心與試驗對象的距離等措施，可以取得滿意的試驗結(jié)果。但是試驗費用較高，控制難度較大。5.天然地震結(jié)構試驗可以得到實際地震時地面運動的過程和建筑物在強地震