結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)

1、1第第4章章 結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)2主要內(nèi)容主要內(nèi)容n1、概述、概述n2、結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)的儀器儀表、結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)的儀器儀表n3、結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試、結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試n4、結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)n5、結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)34.1 概述概述n爆炸或沖擊荷載試驗(yàn)爆炸或沖擊荷載試驗(yàn)三峽、橋梁結(jié)構(gòu)三峽、橋梁結(jié)構(gòu)n結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)n結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)吊車(chē)梁吊車(chē)梁n結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)獲取結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性獲取結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性根據(jù)荷載根據(jù)荷載作用時(shí)間作用時(shí)間和反復(fù)作用和反復(fù)作用的次數(shù)的次數(shù)4動(dòng)載試驗(yàn)

2、和靜載試驗(yàn)區(qū)別：動(dòng)載試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)區(qū)別：n動(dòng)載試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)上的荷載隨時(shí)間連動(dòng)載試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)上的荷載隨時(shí)間連續(xù)變化續(xù)變化n動(dòng)荷載作用下的反應(yīng)與結(jié)構(gòu)自身動(dòng)力動(dòng)荷載作用下的反應(yīng)與結(jié)構(gòu)自身動(dòng)力特性有關(guān)特性有關(guān)n動(dòng)力條件下，結(jié)構(gòu)的承載能力和使用動(dòng)力條件下，結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能的要求發(fā)生變化性能的要求發(fā)生變化n沖擊和爆炸荷載作用下，結(jié)構(gòu)在很短沖擊和爆炸荷載作用下，結(jié)構(gòu)在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到極限承載能力時(shí)間內(nèi)達(dá)到極限承載能力54.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)的儀器儀表結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)的儀器儀表n頻率特性頻率特性土木工程結(jié)構(gòu)一般在土木工程結(jié)構(gòu)一般在100Hz內(nèi)內(nèi)n信號(hào)濾波和衰減信號(hào)濾波和衰減低通、高通、帶通、帶阻低通、高通、帶

3、通、帶阻模擬濾波器、數(shù)字濾波器模擬濾波器、數(shù)字濾波器64.2.3 傳感器傳感器n慣性式傳感器慣性式傳感器n電動(dòng)式傳感器電動(dòng)式傳感器n壓電式傳感器壓電式傳感器靈敏度：越高，質(zhì)量越大；靈敏度：越高，質(zhì)量越大；頻率響應(yīng)曲線(xiàn)頻率響應(yīng)曲線(xiàn)74.2.4 動(dòng)載試驗(yàn)加載設(shè)備與方法動(dòng)載試驗(yàn)加載設(shè)備與方法n1、設(shè)備分類(lèi)與基本要求、設(shè)備分類(lèi)與基本要求電液伺服加載系統(tǒng)電液伺服加載系統(tǒng)n地震、疲勞試驗(yàn)等地震、疲勞試驗(yàn)等激勵(lì)錘（力錘）和激振器激勵(lì)錘（力錘）和激振器n結(jié)構(gòu)模態(tài)或動(dòng)力特性結(jié)構(gòu)模態(tài)或動(dòng)力特性疲勞試驗(yàn)機(jī)疲勞試驗(yàn)機(jī)其它其它84.3 結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試n脈沖響應(yīng)函數(shù)與頻響函數(shù)脈沖響應(yīng)函數(shù)與頻響函數(shù)傅立葉變換對(duì)傅

4、立葉變換對(duì)n通過(guò)通過(guò)Duhamel積分可以求解體系在連積分可以求解體系在連續(xù)激勵(lì)下的響應(yīng)續(xù)激勵(lì)下的響應(yīng)( )( ) ()x thf td9振動(dòng)數(shù)字信號(hào)的處理振動(dòng)數(shù)字信號(hào)的處理nAD轉(zhuǎn)換：模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換：模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)n采樣定理采樣定理采樣頻率必須大于采樣頻率必須大于2倍的所關(guān)心頻率倍的所關(guān)心頻率n離散傅立葉變換離散傅立葉變換n功率譜密度功率譜密度n自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)n互相關(guān)函數(shù)互相關(guān)函數(shù)10n信號(hào)泄露與加窗信號(hào)泄露與加窗n數(shù)字濾波數(shù)字濾波n結(jié)構(gòu)固有頻率和阻尼的確定結(jié)構(gòu)固有頻率和阻尼的確定半功率法半功率法對(duì)數(shù)衰減率對(duì)數(shù)衰減率0ba01ln2nAnA114.4 結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試

5、驗(yàn)n主要目的是通過(guò)試驗(yàn)手段獲取結(jié)構(gòu)在主要目的是通過(guò)試驗(yàn)手段獲取結(jié)構(gòu)在地震作用試驗(yàn)環(huán)境下的結(jié)構(gòu)性能地震作用試驗(yàn)環(huán)境下的結(jié)構(gòu)性能n1.地震時(shí)地面的運(yùn)動(dòng)地震時(shí)地面的運(yùn)動(dòng)加速度最大值、頻率分量、持續(xù)時(shí)間加速度最大值、頻率分量、持續(xù)時(shí)間n2.結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能破壞機(jī)制、形態(tài)、延性、耗能、強(qiáng)度破壞機(jī)制、形態(tài)、延性、耗能、強(qiáng)度n3.結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的分類(lèi)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的分類(lèi)擬靜力、擬動(dòng)力、振動(dòng)臺(tái)、原型動(dòng)載擬靜力、擬動(dòng)力、振動(dòng)臺(tái)、原型動(dòng)載124.4.2 結(jié)構(gòu)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)n1.試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)?zāi)康哪M結(jié)構(gòu)在遭遇地震時(shí)受到的反復(fù)荷載模擬結(jié)構(gòu)在遭遇地震時(shí)受到的反復(fù)荷載作用作用

6、通過(guò)荷載位移滯回曲線(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件通過(guò)荷載位移滯回曲線(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件作出抗震性能評(píng)價(jià)，或掌握其在地震作作出抗震性能評(píng)價(jià)，或掌握其在地震作用下的力學(xué)規(guī)律用下的力學(xué)規(guī)律13na)梭形：一些偏心受壓構(gòu)件、不發(fā)生剪切梭形：一些偏心受壓構(gòu)件、不發(fā)生剪切破壞的受彎構(gòu)件破壞的受彎構(gòu)件nb)弓形：跨度比較大，剪力較小并且配有弓形：跨度比較大，剪力較小并且配有一定箍筋的彎剪構(gòu)件和偏壓構(gòu)件一定箍筋的彎剪構(gòu)件和偏壓構(gòu)件nc)反反S形：一般的框架、梁柱節(jié)點(diǎn)、剪力墻形：一般的框架、梁柱節(jié)點(diǎn)、剪力墻nd)Z形：小剪跨并且斜裂縫可以充分發(fā)展的形：小剪跨并且斜裂縫可以充分發(fā)展的構(gòu)件、錨固鋼筋有較大滑移的構(gòu)件構(gòu)件、錨固鋼筋有較大滑

7、移的構(gòu)件14n2.試驗(yàn)對(duì)象的選取試驗(yàn)對(duì)象的選取框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)n柱：砼強(qiáng)度、縱向鋼筋、箍筋、截面形式、柱：砼強(qiáng)度、縱向鋼筋、箍筋、截面形式、剪跨比等因素剪跨比等因素砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)n墻體墻體鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)n節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)n3.試驗(yàn)及加載裝置（課本試驗(yàn)及加載裝置（課本p124）15n4.加載制度加載制度變形控制加載變形控制加載n常以屈服位移或最大層間位移的某一百分比常以屈服位移或最大層間位移的某一百分比來(lái)控制加載來(lái)控制加載n變幅加載、等幅加載、變幅等幅混合加載變幅加載、等幅加載、變幅等幅混合加載力控制加載力控制加載力位移控制加載力位移控制加載n我國(guó)規(guī)范規(guī)定的加載制度我國(guó)規(guī)范規(guī)定的加載制度n結(jié)構(gòu)屈服前荷載

8、控制結(jié)構(gòu)屈服前荷載控制n屈服后變形控制屈服后變形控制164.4.3 結(jié)構(gòu)地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)n1.主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)臺(tái)面尺寸和臺(tái)面最大負(fù)載臺(tái)面尺寸和臺(tái)面最大負(fù)載臺(tái)面運(yùn)動(dòng)自由度臺(tái)面運(yùn)動(dòng)自由度頻率范圍、最大位移、速度和加速度頻率范圍、最大位移、速度和加速度輸入波形輸入波形n2.模型設(shè)計(jì)和制作模型設(shè)計(jì)和制作幾何相似幾何相似17n2.模型設(shè)計(jì)和制作模型設(shè)計(jì)和制作采用與實(shí)際相近的材料制作模型采用與實(shí)際相近的材料制作模型模型制作工藝模型制作工藝n3.試驗(yàn)實(shí)施與數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)實(shí)施與數(shù)據(jù)采集位移、加速度（層間加速度）、應(yīng)變位移、加速度（層間加速度）、應(yīng)變184.4.4 結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)

9、構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)n擬靜力試驗(yàn)不能考慮慣性力作用擬靜力試驗(yàn)不能考慮慣性力作用n振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)可以考慮慣性力，但有時(shí)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)可以考慮慣性力，但有時(shí)受臺(tái)面尺寸及設(shè)備能力限制。導(dǎo)致結(jié)受臺(tái)面尺寸及設(shè)備能力限制。導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部性能很難準(zhǔn)確模擬構(gòu)局部性能很難準(zhǔn)確模擬n其實(shí)質(zhì)就是按照某種確定性的地震反其實(shí)質(zhì)就是按照某種確定性的地震反應(yīng)進(jìn)行加載。應(yīng)進(jìn)行加載。由于結(jié)構(gòu)恢復(fù)力模型未知，運(yùn)動(dòng)方程無(wú)由于結(jié)構(gòu)恢復(fù)力模型未知，運(yùn)動(dòng)方程無(wú)法求解，故采用法求解，故采用“邊試驗(yàn)、邊求解邊試驗(yàn)、邊求解”的的方法分布得到實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型方法分布得到實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型19n試驗(yàn)設(shè)備由電液伺服加載器和計(jì)算機(jī)試驗(yàn)設(shè)備由電液伺服加載器和計(jì)算機(jī)

10、兩部分組成兩部分組成利用分部試驗(yàn)結(jié)果，求解動(dòng)力方程。根利用分部試驗(yàn)結(jié)果，求解動(dòng)力方程。根據(jù)某一時(shí)刻的地面運(yùn)動(dòng)加速度計(jì)算結(jié)構(gòu)據(jù)某一時(shí)刻的地面運(yùn)動(dòng)加速度計(jì)算結(jié)構(gòu)位移，并以此控制加載系統(tǒng)。位移，并以此控制加載系統(tǒng)。加載系統(tǒng)：完成伺服加載過(guò)程加載系統(tǒng)：完成伺服加載過(guò)程20擬動(dòng)力試驗(yàn)的特點(diǎn)擬動(dòng)力試驗(yàn)的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性地震反應(yīng)分析，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性地震反應(yīng)分析，試驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確試驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確可以緩慢再現(xiàn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，便于觀察可以緩慢再現(xiàn)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，便于觀察可進(jìn)行真型或大比例尺結(jié)構(gòu)在確定性地可進(jìn)行真型或大比例尺結(jié)構(gòu)在確定性地震下的試驗(yàn)研究震下的試驗(yàn)研究21擬動(dòng)力試驗(yàn)的特點(diǎn)擬

11、動(dòng)力試驗(yàn)的特點(diǎn)n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能實(shí)時(shí)再現(xiàn)真實(shí)地震反應(yīng)，不能進(jìn)行材料特不能實(shí)時(shí)再現(xiàn)真實(shí)地震反應(yīng)，不能進(jìn)行材料特性與時(shí)間有關(guān)的試驗(yàn)性與時(shí)間有關(guān)的試驗(yàn)實(shí)際反應(yīng)產(chǎn)生的慣性力用加載器的荷載來(lái)代替，實(shí)際反應(yīng)產(chǎn)生的慣性力用加載器的荷載來(lái)代替，因此僅適用于離散質(zhì)量分部的結(jié)構(gòu)因此僅適用于離散質(zhì)量分部的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)除進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值積分外，還需要計(jì)算機(jī)除進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值積分外，還需要準(zhǔn)確控制加載器，精度方面很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制加載器，精度方面很難實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)備龐大，分析系統(tǒng)復(fù)雜，試驗(yàn)費(fèi)用高試驗(yàn)設(shè)備龐大，分析系統(tǒng)復(fù)雜，試驗(yàn)費(fèi)用高22子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)n國(guó)際發(fā)展新趨勢(shì)，很有前途國(guó)際發(fā)展新趨勢(shì)，很有前途n可進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)的真型試驗(yàn)可進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)的真型試驗(yàn)n邊界條件很難準(zhǔn)確模擬邊界條件很難準(zhǔn)確模擬234.5 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)n目的：檢驗(yàn)或研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多次交目的：檢驗(yàn)或研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多次交變荷載作用下的力學(xué)性能變荷載作用下的力學(xué)性能n觀察項(xiàng)目：觀察項(xiàng)目：鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)