結(jié)構(gòu)低周反復加載靜力試驗（PPT64頁）

1、第四章 結(jié)構(gòu)低周反復加載靜力試驗2014.9現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法揚 州 大 學 建 筑 科 學 與 工 程 學 院College of Civil Science and Engineering第四章 結(jié)構(gòu)低周反復加載靜力試驗1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述2 加載設(shè)備和裝置3 加載制度及試驗方法4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析5 結(jié)構(gòu)低周反復加載靜力試驗現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法1.1 震害唐山大地震 1976年7月28日凌晨，在河北省唐山、豐南一帶發(fā)生了7.8級強烈地震。 主震之后，發(fā)生了多次強余震。截至當年9月23日，共發(fā)生4級以上的強余震423次，其中5-5.9級的25次，6-6.9級的5次；最大的一次強余震為7.1

2、級，發(fā)生在主震當天的18時45分。 150萬人口中死亡24萬，傷16萬；直接經(jīng)濟損失100億元,震后重建費用100億元。1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述1.1 震害 唐山市河北省礦業(yè)學院圖書館，三層高的閱覽室，系裝配式純框架結(jié)構(gòu)，西頭倒毀，東頭框架幸存?，F(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述1.1 震害日本阪神地震 1995年1月17日凌晨5時46分，在日本兵庫縣南部發(fā)生7.2級地震，震源在兵庫縣首府神戶市和淡路島之間的海底。這次地震的震源淺、震級大，發(fā)震斷層穿城而過。地震死亡5466人，受傷34523人，直接經(jīng)濟損失約1000億美元?，F(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述底層破壞造成房屋倒塌 1

3、 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述橋梁鋼筋混凝土墩的剪切破壞 現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述5.12汶川地震 2008年5月12日14時28分，四川省汶川縣境內(nèi)發(fā)生了里氏8.0級特大地震，地震造成重大人員傷亡和經(jīng)濟損失。 直接經(jīng)濟損失是6920億，四川是6177億，占四川的GDP58.8%，相當于四川一年的GDP的接近60%，相當于全國GDP的2.5%，加在一起直接的經(jīng)濟損失占全國的2.8%， 地震能量巨大、烈度超強。震源深度淺、破裂長度大、震害范圍廣。發(fā)震方式特殊、震動持續(xù)時間長 啟示：預防為主。 土木工程方法是指場地選擇、場地安全性評價、抗震設(shè)計、合理施工、正確使用和維護及時加固。土木工程手

4、段是防災減災的主要手段。 1.2結(jié)構(gòu)抗震試驗方法的發(fā)展靜力試驗方法動力測試及現(xiàn)場實測階段地震模擬實驗階段抗震實驗廣泛應(yīng)用1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論：靜力理論反應(yīng)譜理論直接動力分析理論概率彈塑性理論1.3結(jié)構(gòu)抗震試驗方法分類1.結(jié)構(gòu)抗震靜力試驗低周反復加載靜力試驗周期性加載 試驗中控制結(jié)構(gòu)的變形值或荷載量，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正反兩個方向反復加載和卸載，模擬地震荷載對結(jié)構(gòu)的受力過程。1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法低周反復加載試驗的目的首先是研究結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的恢復力特性，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件恢復力模型。 通過試驗可以從強度、變形和能量等三個方面判別和鑒定結(jié)構(gòu)的抗震性

5、能。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞機理，為改進現(xiàn)行抗震設(shè)計方法和修改設(shè)計規(guī)范提供依據(jù)。 1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述低周反復加載試驗的特點優(yōu)點：設(shè)備簡單，耗資少，便于觀察試驗現(xiàn)象 加載歷程可人為控制，并可按需加以修正 能做大型的結(jié)構(gòu)試驗及各種類型的結(jié)構(gòu)試驗缺點：不能與任一次確定性的非線性地震反應(yīng)結(jié)果相 比。1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述1.3結(jié)構(gòu)抗震試驗方法分類1.結(jié)構(gòu)抗震靜力試驗擬動力試驗（計算機加載器聯(lián)機試驗）非周期性加載 用計算機參與試驗的執(zhí)行和控制，模擬實際地震位移時程曲線驅(qū)動和控制電液伺服加載器對結(jié)構(gòu)施加荷載；同時量測結(jié)構(gòu)反應(yīng)，得到結(jié)構(gòu)的瞬時非線性變形和恢復力間的關(guān)系，再由計算機算出下一次加載后的變形，并將

6、之轉(zhuǎn)化為控制信號，驅(qū)動加載器強迫結(jié)構(gòu)按實際地震反應(yīng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的變形和受力。1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法擬動力試驗工作流程擬動力試驗結(jié)構(gòu)運動方程n時刻的地震反應(yīng)位移值加載控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或模型量測結(jié)構(gòu)反力n+1時刻優(yōu)點：使結(jié)構(gòu)荷載和變形與地震作用下所經(jīng)歷的真實過程完全一致。 不需對恢復力特性做任何假設(shè)。 能作振動臺試驗所不能勝任的較大型結(jié)構(gòu)模型試驗。缺點：不能反映實際地震時材料應(yīng)變速率的影響。1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法1.3結(jié)構(gòu)抗震試驗方法分類2.結(jié)構(gòu)抗震動力試驗周期性動力試驗設(shè)備：安裝在結(jié)構(gòu)上的激振器 電液伺服加載器 振動臺1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法1.3結(jié)構(gòu)

7、抗震試驗方法分類2.結(jié)構(gòu)抗震動力試驗非周期性動力試驗 模擬地震振動臺試驗 人工地震試驗 天然地震試驗1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法1.4混凝土結(jié)構(gòu)抗震試驗的目的研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能承載力、剛度、變形能力、滯回環(huán)形狀、耗能能力、破壞機制改善結(jié)構(gòu)的抗震能力改進和發(fā)展抗震構(gòu)造措施建立恢復力模型，改進恢復力特性曲線的計算1 結(jié)構(gòu)抗震試驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法2.1加載設(shè)備和裝置應(yīng)滿足的要求1.滿足最大荷載和變形條件2.考慮反復受力的可能性3.抗側(cè)力裝置有足夠的承載力、抗彎、抗剪剛度4.推拉千斤頂行程足夠，兩端設(shè)鉸支座5.滿足邊界條件2 加載設(shè)備和裝置現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法2.2加載設(shè)備1.手動

8、加載自動化程度不高，加載過程不易控制2.電液伺服加載系統(tǒng)組成控制原理：閉環(huán)控制現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法2 加載設(shè)備和裝置2.3加載裝置現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法2 加載設(shè)備和裝置2.3加載裝置現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法2 加載設(shè)備和裝置固端平移式試驗裝置2.3加載裝置分配梁懸吊支撐加載試驗裝置現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法2 加載設(shè)備和裝置3.1加載制度一維：1.控制位移：變幅加載等幅加載混合加載3 加載制度及試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法3.1加載制度2.控制作用力3.控制作用力和控制位移混合加載3 加載制度及試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法3.1加載制度二維控制位移3 加載制度及試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法3.2回載控制點屈服前（控制力）（0.5、

9、0.75、1.0）屈服荷載屈服后（控制位移）（1.0、2.0、3.0、4.0）屈服時位移3 加載制度及試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法3.3反復加載次數(shù)屈服前：每級荷載可反復一次屈服后：每級荷載宜反復三次3 加載制度及試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法3.4量測內(nèi)容1.荷載值、支座反力2.拉、壓主筋的應(yīng)變3.受力箍筋的應(yīng)變4.各級荷載下變形5.主筋在錨固區(qū)的粘結(jié)滑移6.裂縫3 加載制度及試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法4.1開裂荷載開裂荷載及變形應(yīng)取試體受拉區(qū)出現(xiàn)第一條裂縫時相應(yīng)的荷載和相應(yīng)變形。方法： 放大鏡觀察法 荷載撓度曲線判別法 連續(xù)布置應(yīng)變計法4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法4.2屈服荷載、屈服變形取試

10、件在荷載稍有增加而變形有較大增長時所能承受的最小荷載和其相應(yīng)的變形為屈服變形。方法： 有明顯屈服點的構(gòu)件荷載變形曲線上明顯拐點處 無明顯屈服點的構(gòu)件A.能量等效面積法 B.通用屈服彎矩法4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法屈服荷載的確定有明顯屈服點的構(gòu)件4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析屈服荷載的確定無明顯屈服點的構(gòu)件通用屈服彎矩法能量等效面積法4.3極限荷載試體的承受最大荷載和變形應(yīng)取試體承受荷載最大時相應(yīng)的荷載和相應(yīng)變形。4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法4.4破壞荷載破壞荷載及相應(yīng)變形應(yīng)取試體在最大荷載出現(xiàn)之后，隨變形增加而荷載下降至極限荷載的85%時的相應(yīng)荷載和相應(yīng)變形。4 試驗數(shù)據(jù)的整理分

11、析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法4.5骨架曲線荷載位移曲線的各級的第一循環(huán)的峰點（卸載頂點）連接起來的包絡(luò)線作為骨架曲線。形狀：與單調(diào)加載曲線相似。4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法4.6延性系數(shù)是試件塑性變形能力的一個指標。在荷載下降段相應(yīng)于破損荷載的變形相應(yīng)于屈服荷載的變形撓度延性系數(shù)轉(zhuǎn)角延性系數(shù)曲率延性系數(shù)4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法4.7承載力退化在位移幅值不變的條件下，構(gòu)件承載力隨反復加載次數(shù)的增加而降低的特性。承載力降低系數(shù)位移延性系數(shù)為j時，第i次加載循環(huán)的峰點荷載值位移延性系數(shù)為j時，第一次加載循環(huán)的峰點荷載值4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法4.8剛度退化初次加載剛度卸載

12、剛度等效剛度4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法4.8剛度退化剛度退化：在位移幅值不變的條件下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度隨反復加載的次數(shù)的增加而降低的特性。4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析4.9滯回環(huán)在低周反復荷載作用下，反復加載一個循環(huán)的荷載變形曲線構(gòu)成一個滯回環(huán)（滯回曲線）。4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法4.9滯回環(huán)面積：可用來衡量結(jié)構(gòu)、構(gòu)件耗能能力的大小。形狀；反映不同的破壞機制。梭形弓形反S形Z形4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析4.9滯回環(huán)1、梭形 偏心受壓構(gòu)件,以及不發(fā)生剪切破壞的受彎構(gòu)件2、弓形 跨度較大,剪力較小并且配有一定箍筋的彎剪和偏壓構(gòu)件。 3、反S形 一般的框架或者由剪力撐的框架,或者梁柱結(jié)

13、點和剪力墻 4、Z形 小剪跨并且斜裂縫可以充分發(fā)展的構(gòu)件以及錨固鋼筋有較大滑移的構(gòu)件4 試驗數(shù)據(jù)的整理分析5.1磚石及砌塊結(jié)構(gòu)抗震性能試驗 1.試件和邊界條件的模擬帶翼緣或不帶翼緣的單層單片墻 雙層單片墻體或開洞墻體的砌體試件 縱墻：兩個或一個窗間墻的雙肢或單肢窗間墻試件 5.1磚石及砌塊結(jié)構(gòu)抗震性能試驗2.試驗裝置和加載設(shè)計 為了滿足試件受力的邊界條件，試驗裝置設(shè)計必須考慮以下條件：A.試驗裝置應(yīng)盡可能模擬水平地震荷載作用下墻體的受力狀態(tài)，重現(xiàn)地震時震害出現(xiàn)的剪切破壞現(xiàn)象；B.試驗裝置對墻體試件底部應(yīng)滿足固定邊界條件，頂部能實現(xiàn)平移邊界條件，對于高寬比較小的墻體，頂部也可采用自由邊界條件。

14、豎向均布加載的懸臂式試驗裝置 懸臂式試驗裝置空心磚砌體玻璃纖維布加固砼砌塊砌體的對比試驗抗震墻豎向均布加載的懸臂式試驗裝置模擬墻頂彎矩試驗裝置固端平移式試驗裝置 只允許墻頂產(chǎn)生水平位移但不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動5.1磚石及砌塊結(jié)構(gòu)抗震性能試驗3.加載制度 豎向:一次加載 水平:荷載控制 位移控制 5.1磚石及砌塊結(jié)構(gòu)抗震性能試驗4.試驗觀測項目與測點布置 裂縫和初裂荷載 破壞荷載 墻體位移和荷載變形曲線 應(yīng)變測量 墻體位移和荷載變形曲線應(yīng)變測量5.2鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點組合體的抗震性試驗 1.試件和邊界條件的模擬 5.2鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點組合體的抗震性試驗2.試驗裝置和加載設(shè)計鋼筋混凝土梁柱節(jié)點組合體梁端加載試驗裝置 5.2鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點組合體的抗震性試驗2.試驗裝置和加載設(shè)計鋼筋混凝土梁柱節(jié)點組合體有側(cè)移柱端加載試驗裝置 鋼筋混凝土框架節(jié)點5.2鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點組合體的抗震性試驗3.試驗觀測項目的測點布置 荷載及支座反力可通過測力傳感器測定 荷載變形曲線 梁或柱端位移的測定 構(gòu)件塑性鉸區(qū)段曲率或轉(zhuǎn)角 節(jié)點核心區(qū)剪切角