結(jié)構(gòu)檢驗 結(jié)構(gòu)抗震實驗方法 第一章

1、第一章 概 論 趙均海 教授(jioshu)共八十頁工程分析方法：理論分析：解析解（理論力學、材料力學、彈性力學、塑性力學等）實驗研究：實驗力學、振動測控力學等數(shù)值模擬：計算力學、有限元分析等 斷裂力學(dun li l xu)、損傷力學是理論和實 驗相結(jié)合的兩部分內(nèi)容共八十頁按實驗對象分為：構(gòu)件檢測(混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)課) 、材料檢測(建材課) 、結(jié)構(gòu)檢測(本課程)按實驗方法分為：電測、光測、脈動法等按實驗加載方法分為：靜力、動力（低速、高速脈沖、爆炸、侵徹、地震等）共八十頁參考書目 1 邱法維, 錢家茹, 陳志朋. 結(jié)構(gòu)抗震實驗方法M. 北京: 科學出版社, 2000.2 李德寅, 王

2、邦楣, 林亞超. 結(jié)構(gòu)模型實驗M. 北京: 科學出版社, 1996.3 李方澤, 劉馥清, 王正. 工程振動(zhndng)測試與分析M. 北京: 高等教育出版社, 1992.4 朱伯龍, 建筑抗震實驗M. 北京: 地震出版社, 1989.5 楊俊杰. 相似理論與結(jié)構(gòu)模型試驗M. 武漢: 武漢理工大學出版社, 2005.6 陳志朋, 張?zhí)熘? 邱法維, 王宗剛. 結(jié)構(gòu)試驗與工程檢測M. 北京: 中國水利水電出版社，知識產(chǎn)權(quán)出版社, 2005.共八十頁1.1 抗震實驗方法(fngf)概述 結(jié)構(gòu)工程是一門實踐性很強的學科，是在實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)(jch)上發(fā)展建立的。人們首先在實踐中積累和掌握了結(jié)構(gòu)工

3、程的經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)(jch)上，通過不斷地學習、不斷地應用，逐步形成了理論。共八十頁與人類居住的歷史相比，結(jié)構(gòu)工程理論的形成要晚得多，而結(jié)構(gòu)抗震理論的形成和發(fā)展(fzhn)就更晚了，是在上世紀初才開始的。 20年代日本采用在建筑物上加一水平力代表地震對結(jié)構(gòu)的作用力可能算是最早的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法了。 共八十頁在人類歷史上，由于地震造成的災害是極其嚴重的，人類在地震災害中付出了極大的代價，也取得了寶貴的經(jīng)驗。對于地震災害，預防措施應當是最主要的方法，雖然臨時性的地震預報可以大大減少人員的傷亡，但是根本性的預防措施在于采取合理的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(shj)方法，提高房屋的抗震能力，避免結(jié)構(gòu)的倒塌和嚴重損壞

4、。 共八十頁由于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的發(fā)展是與社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步密切相關(guān)的，所以人類真正開始比較系統(tǒng)地研究結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法并將其以法規(guī)的形式確定(qudng)下來還是上世紀初的事情。隨著理論研究的深入和實際應用的發(fā)展，到目前結(jié)構(gòu)抗震理論已經(jīng)形成了一個內(nèi)容很龐大的科學領(lǐng)域。 共八十頁而結(jié)構(gòu)抗震(kngzhn)的實驗研究作為結(jié)構(gòu)抗震(kngzhn)理論的重要組成部分，是與結(jié)構(gòu)抗震(kngzhn)理論的發(fā)展密切相關(guān)的，理論的發(fā)展依賴實驗，實驗為理論提供必要的研究數(shù)據(jù)。因此結(jié)構(gòu)抗震(kngzhn)理論的發(fā)展過程也代表了結(jié)構(gòu)抗震(kngzhn)實驗的發(fā)展過程。 共八十頁沒有實驗作基礎(chǔ)，抗震理論

5、難以得到驗證和認可，就更難以應用于實際工程；而抗震理論方面沒有突破和進展，也很難對抗震實驗方法提供指導，促進實驗研究的發(fā)展。同時，其它(qt)科技領(lǐng)域的發(fā)展也是抗震實驗方法發(fā)展的重要前提。共八十頁如果按時間順序劃分，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論(lln)的發(fā)展大致經(jīng)歷了靜力理論、反應譜理論、直接動力分析理論和目前正在發(fā)展中的概率彈塑性理論這樣四個階段，在這四個階段中抗震實驗方法也經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段。共八十頁1.1.1 靜力實驗方法(fngf)階段結(jié)構(gòu)抗震的靜力理論創(chuàng)立于20世紀2040年代，是由日本的大森房吉教授首先(shuxin)提出的1,2，他也是第一個試圖對結(jié)構(gòu)在地震作用下提出完整計算理論的人。共

6、八十頁靜力理論是假定結(jié)構(gòu)為絕對(judu)的剛體，當受到地震作用時，它處于水平振動狀態(tài)，因此在任何瞬間結(jié)構(gòu)上各點的加速度都相等，慣性力在結(jié)構(gòu)上的分布與質(zhì)量分布成正比，結(jié)構(gòu)所受到的地震力等于地震荷載乘上一個地震系數(shù)。 共八十頁由于靜力理論忽視了實際結(jié)構(gòu)的彈性性質(zhì)及其有關(guān)的動力特性，雖然計算簡單，但與實際情況不相符合。一個最簡單的反例就是日本興業(yè)銀行的例子，該房屋(fngw)受到比設(shè)計用的側(cè)力相對應的加速度大5倍的地震加速度卻仍然沒有損壞。 共八十頁擬靜力加載實驗方法就是在這一時期開始的，然而當時并不是用于抗震(kngzhn)實驗研究，而是由于1919年第一個Quebec大橋的倒塌，為了研究鉚釘連

7、接的性能而進行的，當時使用的是螺旋型實驗機3。早期的這種實驗大部分是單調(diào)加載方式，后來由于結(jié)構(gòu)疲勞問題的增多，循環(huán)加載方式才開始使用。 共八十頁1906年SanFrancisco和1923年Kanto的兩次大地震后，抗震實驗研究才有了初步的發(fā)展。而這一時期抗震實驗研究的主要工作還是集中在對整體結(jié)構(gòu)動力特性(txng)方面4，包括開展強震觀測和建立地震臺網(wǎng)觀測站等。 共八十頁這一時期，塑性設(shè)計方法的發(fā)展和框架分析(fnx)的改進導致了足尺連接部位的實驗，Young和Jackson進行了循環(huán)加載下的連接件實驗，實驗采用了一種改進的螺旋型實驗機，可以比較好地測量循環(huán)加載下連接件的Moment-Rot

8、ation特征5，如圖l-l所示。共八十頁圖1-1 Moment-Rotation曲線(qxin)共八十頁該項實驗揭示了連接件的強度和剛度的退化特征，同時也成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)抗震實驗研究(ynji)的中心議題之。 共八十頁1.1.2動力測試及現(xiàn)場實測(sh c)階段20世紀40年代開始出現(xiàn)反應譜理論69，它是將地震波作用于單質(zhì)點體系時，取位移、速度和加速度反應的最大值與單質(zhì)點振動(zhndng)體系的周期之間的關(guān)系。共八十頁反應譜理論考慮了結(jié)構(gòu)的彈性性質(zhì)(xngzh)，利用結(jié)構(gòu)動力學的振型分解方法，將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成單質(zhì)點體系的疊加，每一單質(zhì)點體系代表一個振型。反應譜曲線最初足由MBiot提出的，后來GW

9、Housner采用了EL-Centro地震波、Olimpia地震波和Taft地震波，給出了平均地震反應譜的概念，使這一方法得以實現(xiàn)。共八十頁反應譜理論由于采用了大量強震觀測數(shù)據(jù)，并且能夠正確而簡單地反映地震動的特性，因此在國際上得到了廣泛的應用，大大推動了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論的發(fā)展。 反應譜理論雖然考慮了結(jié)構(gòu)的動力特性，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，仍然(rngrn)是將地震力作為靜力來對待，所以它只能稱為準動力理論。 共八十頁在制作反應譜的過程中只考慮了地震動的振幅和頻譜兩種因素，沒有考慮地震持時對結(jié)構(gòu)破壞的影響，這是它的不足之處。 另外，反應譜是以彈性理論為基礎(chǔ)的，無法反映結(jié)構(gòu)在強震作用下的非線性工作狀態(tài)；

10、雖然目前已經(jīng)提出了彈塑性反應譜方法，但由于(yuy)結(jié)構(gòu)非線性問題的復雜性，距實際應用還存在差距。共八十頁由于結(jié)構(gòu)動力特性與反應譜之間的密切關(guān)系，所以這一階段的實驗工作主要是結(jié)構(gòu)的動力特性測試，以便(ybin)準確地得到結(jié)構(gòu)的頻率、振型和阻尼。但是另一方面，地震后由于結(jié)構(gòu)的破壞造成結(jié)構(gòu)的自振周期變長、阻尼變大，所以結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的極限強度和變形能力等方面的實驗開始受到重視。共八十頁1.1.3 地震模擬實驗階段(jidun)(直接動力分析理論階段)隨著強震觀測水平的提高，取得了大量的地震動記錄和結(jié)構(gòu)地震反應的記錄，這為直接將實際地震記錄輸入(shr)到結(jié)構(gòu)中進行地震反應分析提供了先決條件。 共八十頁

11、另一方面，這一方法的發(fā)展也得益于計算機技術(shù)和實驗技術(shù)的發(fā)展，因為地震加速度不能用數(shù)學式子表達，所以(suy)結(jié)構(gòu)的動力方程也就無法通過解析的方法求解，只能采用離散化的數(shù)值積分方法求解各個時刻的結(jié)構(gòu)地震反應，計算工作量是非常大的，只有計算機才能完成這項工作。 共八十頁由于直接采用了實際地震記錄輸入進行結(jié)構(gòu)地震反應分析，從而全面地考慮了強震三要素(振幅、頻譜和持時)對結(jié)構(gòu)破壞(phui)的影響；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的彈塑性性質(zhì)采用了比較合理的全過程恢復力曲線模型，從而使計算結(jié)果能夠詳細、具體地給出結(jié)構(gòu)彈塑共八十頁性地震反應的全部過程，這對于了解構(gòu)件在整個地震過程中的受力狀態(tài)、判斷結(jié)構(gòu)的屈服機制、找出結(jié)構(gòu)的薄

12、弱環(huán)節(jié)都具有重要的意義。 目前對一些特殊的、復雜的重要建筑越來越多地采用直接動力分析(fnx)的方法，而且在十多個國家的規(guī)范中都作出了明確的規(guī)定。 共八十頁這一時期抗震實驗最重要的標志是大型地震模擬振動臺的建立和擬動力實驗方法的應用。20世紀60年代末首先在美國加州大學伯克利分校建成了一座6.1m6.1m的水平、垂直兩向地震模擬振動臺，同期(tngq)日本國立防災科學技術(shù)中心也建成了世界上最大的15m15m的地震模擬振動臺10。 共八十頁20世紀70年代初期，美國首先將擬靜力實驗方法(fngf)用于獲取構(gòu)件的數(shù)學模型，為整體結(jié)構(gòu)的計算機分析提供構(gòu)件模型，同時通過地震模擬振動臺實驗對結(jié)構(gòu)模型參數(shù)

13、作了進一步的修正。共八十頁20世紀70年代初在日本開發(fā)應用的擬動力實驗方法則是結(jié)構(gòu)抗震實驗研究過程中的一項重大成就11。這個時期可以認為是抗震實驗方法發(fā)展過程中的一個(y )里程碑。從實驗設(shè)備的發(fā)展來看，閉環(huán)控制的電液伺服實驗系統(tǒng)提高了實驗的控制荷載和位移的精度；共八十頁新型的傳感器如位移計和應變計以及光纖和激光設(shè)備的采用可以精確測量結(jié)構(gòu)響應；數(shù)據(jù)的采集和分析處理系統(tǒng)能夠準確可靠地使用幾十或幾百個傳感器來記錄結(jié)構(gòu)的實驗表現(xiàn)；大型反力墻和反力臺座允許(ynx)進行大型足尺構(gòu)件甚至原型結(jié)構(gòu)的實驗。 共八十頁從試件類型和研究內(nèi)容來看，試件從節(jié)點、構(gòu)件到足尺結(jié)構(gòu)模型都進行了較多數(shù)量的實驗研究；學術(shù)交流

14、和合作研究也變得活躍，大學與研究所之間以及國際間進行了合作，許多國家都積極地參與，政府(zhngf)也給予支持。 共八十頁1.1.4 抗震實驗(shyn)的廣泛應用階段20世紀80年代開始的結(jié)構(gòu)抗震實驗(shyn)研究空前活躍，這其中以美、日兩國合作進行的足尺七層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的一系列實驗(shyn)研究最為著名，在第八屆世界地震工程大會上專門為這一合作研究項目進行了系列總結(jié)。共八十頁另外，新西蘭、美國和日本以及后來中國參加的對鋼筋混凝土框架進行的合作研究項目，都促進了結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展(fzhn)，也大大提高了結(jié)構(gòu)抗震實驗方法和技術(shù)的水平。共八十頁這一時期，中國的抗震實驗研究得到了很大的發(fā)展

15、，主要原因是20世紀80年代初國家給予了很大的投入(tur)以及世界銀行給予貸款，許多大學和科研機構(gòu)的結(jié)構(gòu)工程學科先后建成了大型的結(jié)構(gòu)實驗室并購置了一批先進的實驗設(shè)備，例如同濟大學、國家地震局工程力學研究所和水利水電科學研究院抗震所建成了多維地震模擬振動臺； 共八十頁國家建筑科學研究院結(jié)構(gòu)所、哈爾濱建筑大學、重慶建筑大學、西安建筑科技大學和湖南大學等引進了大型(dxng)電液伺服結(jié)構(gòu)實驗系統(tǒng)。這些抗震實驗設(shè)備為我們國家的結(jié)構(gòu)抗震研究作出了重要貢獻。共八十頁從20世紀80年代到20世紀90年代的十幾年時間里，結(jié)構(gòu)抗震實驗在概念、方法、技術(shù)和設(shè)備更新等諸多方面都發(fā)展很快，一方面是由于結(jié)構(gòu)抗震研究(

16、ynji)的需要，另一方面是由于現(xiàn)代電子計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，同時設(shè)備生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品的不斷開發(fā)和創(chuàng)新也是重要因素。 共八十頁當年美、日在進行足尺七層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實驗研究時，由于控制系統(tǒng)和加載設(shè)備的限制而不得不將七個自由度等效成單自由度體系；現(xiàn)在，我們(w men)可以很方便地用計算機控制一個多自由度結(jié)構(gòu)的擬動力實驗、擬靜力實驗或地震模擬振動臺實驗。 共八十頁另外(ln wi)，像擬靜力實驗中出現(xiàn)的雜交實驗方法，擬動力實驗中出現(xiàn)的子結(jié)構(gòu)實驗技術(shù)和實時擬動力實驗方法，都為結(jié)構(gòu)抗震研究提供了新的手段。 雖然結(jié)構(gòu)抗震實驗方法已經(jīng)發(fā)展到了一個很高的水平，但是仍然面臨著許多問題。 共八十頁目前的結(jié)構(gòu)抗震

17、理論已經(jīng)發(fā)展到了概率彈塑性設(shè)計理論階段12，這是由于地震發(fā)生具有時間、空間和強度方面的隨機性所決定的，而且地震發(fā)生的本身也具有明顯的隨機性。因此，從概率理論的角度出發(fā)，采用隨機動力分析的方法才能比較全面、深入地把握地震作用(zuyng)的規(guī)律。 共八十頁由于概率彈塑性理論還處于研究和發(fā)展階段，如何處理各種因素對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響則還要做許多工作，尤其是如何通過實驗的方法對它進行檢驗更是如此，所以如何在概率彈塑性理論發(fā)展中科學合理地應用(yngyng)抗震實驗技術(shù)還存在許多問題。 共八十頁因為概率彈塑性理論是基于隨機方法建立的，它是一種概率意義下的行為，而實驗是它的一次確定性樣本，如何將二者合理

18、地聯(lián)系在一起目前還存在一定的困難；另外(ln wi)地震波的選擇也是一個重要而未能解決的問題，因為每個地震波記錄都不能代表地震動的一般性；共八十頁還有其它因素諸如結(jié)構(gòu)本身、基礎(chǔ)狀況和土壤特征等都將影響到地震動(zhndng)的輸入，所有這些都是抗震實驗中有待于解決的問題。 共八十頁1.2 結(jié)構(gòu)(jigu)抗震實驗方法到目前為止，國內(nèi)外已經(jīng)出版了許多結(jié)構(gòu)實驗方面的教材(jioci)和專著1319，還有一些是專門論述模型結(jié)構(gòu)實驗的2126，而且我國還先后制定出相應的混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準和建筑抗震試驗方法規(guī)程2729。 共八十頁但是，專門討論結(jié)構(gòu)抗震(kngzhn)實驗方法的書籍非常少，朱伯龍教授

19、主編的結(jié)構(gòu)抗震試驗是較早的一本30，許多抗震實驗方法和應用的內(nèi)容則被寫入了地震工程學或結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的著作中12, 3134，而更多的與抗震實驗方法及其應用有關(guān)的研究成果則發(fā)表于專業(yè)期刊和會議論文集中，共八十頁尤其是擬動力實驗方法和應用的內(nèi)容主要是以論文的形式出現(xiàn)的3536。下面(xi mian)列出的主要是三種在實驗室進行的擬靜力實驗方法、地震模擬振動臺實驗方法、擬動力實驗方法和與之密切相關(guān)的內(nèi)容，這三種實驗方法也是本書的核心內(nèi)容。 共八十頁1.2.1 擬靜力實驗(shyn)方法擬靜力實驗方法幾乎可以應用于各種建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗震性能研究；與振動臺實驗和擬動力(dngl)實驗相比，擬靜力實驗方

20、法的突出優(yōu)點是它的經(jīng)濟性和實用性，經(jīng)濟性原因使它具有應用上的廣泛性。 共八十頁從實驗設(shè)備和設(shè)施來看，它的要求是比較低的，并不需要昂貴的實驗設(shè)備；從試件的花費來看，擬靜力實驗的構(gòu)件往往比一個模型結(jié)構(gòu)實驗的花費低十幾甚至幾十倍。另外，由于擬靜力實驗中不考慮應變速率影響所產(chǎn)生的變化，因此不同研究(ynji)人員在不同實驗室獲得的實驗結(jié)果就容易進行比較，這是擬靜力實驗的一個優(yōu)點。 共八十頁擬靜力實驗有兩方面的意思，一是它的加載速率很低，從而應變速率的影響可以忽略；另一個是擬靜力實驗既代表著單調(diào)加載又代表著循環(huán)加載，單調(diào)加載可以認為是循環(huán)加載的一種(y zhn)特例。 共八十頁通常擬靜力實驗又稱為(ch

21、n wi)周期性加載實驗，主要是指循環(huán)加載實驗這層意思，所以許多情況下并不嚴格區(qū)分擬靜力實驗或周期性加載實驗。雖然擬動力實驗的加載速率與擬靜力實驗是一樣的，但是擬動力實驗的加載目標與擬靜力實驗的加載目標在確定上具有本質(zhì)的不同，所以二者不能歸入同一類中。共八十頁1.2.2 地震模擬(mn)振動臺實驗方法地震模擬振動臺可以真實地再現(xiàn)地震過程，是目前研究結(jié)構(gòu)抗震性能最準確(zhnqu)的實驗方法。 共八十頁 地震(dzhn)模擬振動臺 六自由度振動臺共八十頁從20世紀60年代建造地震模擬振動臺開始(kish)，到目前全世界已經(jīng)擁有近百臺中型以上的地震模擬振動臺，其功能也從當年的單向發(fā)展成為目前的三向

22、六自由度的地震模擬振動臺，控制系統(tǒng)的性能也隨著科學技術(shù)的發(fā)展得到了很大的提高，從過去的PID調(diào)節(jié)控制、三參量反饋控制發(fā)展到了自適應控制階段。 共八十頁地震模擬振動臺實驗主要用于檢驗結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論、方法和計算模型的正確與否，尤其是許多高層結(jié)構(gòu)和超高層結(jié)構(gòu)都是通過(tnggu)縮尺模型的振動臺實驗來檢驗設(shè)計和計算結(jié)果的。 共八十頁事實上，只要試件的重量、尺寸和反應特征(tzhng)處于振動臺的最大功能范圍之內(nèi)，都可以進行振動臺實驗；臺面再現(xiàn)的波形也不僅僅限于地震波，可以是其它類型的振動問題。所以采用振動臺進行實驗的不僅有建筑結(jié)構(gòu)，也有橋梁結(jié)構(gòu)、離岸結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)以及工業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備等。共八十頁1.

23、2.3 擬動力(dngl)實驗方法擬動力實驗(shyn)又稱為聯(lián)機實驗，是將計算機的計算和控制與結(jié)構(gòu)實驗有機地結(jié)合在一起的一種實驗方法。擬動力實驗又稱為聯(lián)機實驗，是將計算機的計算和控制與結(jié)構(gòu)實驗有機地結(jié)合在一起的一種實驗方法。共八十頁它與采用數(shù)值積分方法進行的結(jié)構(gòu)非線性動力分析過程(guchng)十分相似，與數(shù)值分析方法不同的是結(jié)構(gòu)的恢復力特性不再來自于數(shù)學模型，而是直接從被試結(jié)構(gòu)上實時測取。 共八十頁擬動力實驗的加載過程是擬靜力的，但它與擬靜力實驗方法存在本質(zhì)的區(qū)別，擬靜力實驗每一步的加載目標(位移或力)是已知的，而擬動力實驗每一步的加載目標是由上一步的測量結(jié)果(ji gu)和計算結(jié)果(ji

24、 gu)通過遞推公式得到的，而這種遞推公式是基于被試結(jié)構(gòu)的離散動力方程，因此實驗結(jié)果(ji gu)代表了結(jié)構(gòu)的真實地震反應，這也是擬動力實驗優(yōu)于擬靜力實驗之處。 共八十頁雖然擬動力實驗和地震模擬振動臺實驗可以獲得結(jié)構(gòu)的真實地震反應，但是由于輸入地震波的選擇是任意(rny)的，所以被試結(jié)構(gòu)的真實地震反應將隨輸入的不同而不同。共八十頁1.2.4 原型(yunxng)結(jié)構(gòu)的動力測試原型結(jié)構(gòu)動力測試作為了解實際結(jié)構(gòu)動力特性的一種方法是十分重要的。動力特性對于深入了解結(jié)構(gòu)的抗震能力，檢驗(jinyn)結(jié)構(gòu)的性能是非常有效的手段。 共八十頁特別是對于高層建筑，由于結(jié)構(gòu)剛度小、動態(tài)作用比較敏感，所以動力測試

25、不僅(bjn)檢驗現(xiàn)有的設(shè)計和分析結(jié)果，對該結(jié)構(gòu)將來的性能評估也提供了重要的依據(jù)。共八十頁大型橋梁，尤其是懸索橋和斜拉橋這類大跨度橋梁也是需要進行動力測試的4142，目前不僅對這類大跨度橋梁建成后進行動力測試，而且在橋梁服役過程中進行長期的振動(zhndng)監(jiān)測也已經(jīng)成為橋梁工程研究的重要內(nèi)容4243，像美國的金門大橋和香港的青馬大橋等都安裝了長期監(jiān)測系統(tǒng)，以便進行橋梁長期的抗風和抗震監(jiān)測。 共八十頁1.2.5 數(shù)據(jù)(shj)采集與處理 為了(wi le)研究結(jié)構(gòu)的性能，需要記錄結(jié)構(gòu)在實驗過程中的各種變化，一般結(jié)構(gòu)抗震實驗中需要量測和記錄的有位移、速度、加速度、應變和力等。 共八十頁只有通過

26、量測和記錄這些表征結(jié)構(gòu)特性的信號才能達到(d do)進一步分析確定結(jié)構(gòu)性能的目的。這種對信號的量測和記錄過程稱之為數(shù)據(jù)采集。目前所說的數(shù)據(jù)采集，主要是指將現(xiàn)實世界中的各種模擬信號變換成 電壓或電流信號， 然后再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供計算機處理的過程。 共八十頁抗震實驗中數(shù)據(jù)采集的一個突出特點是要求采集過程與實驗控制過程協(xié)調(diào)一致，例如在擬動力實驗中，每一步加載完成后都要進行(jnxng)數(shù)據(jù)采集，這樣才能與輸入的地震動對應起來。數(shù)據(jù)采集的另一項重要用途是實驗過程的實時監(jiān)測，像擬靜力實驗和擬動力實驗過程，根據(jù)量測的數(shù)值和相關(guān)的曲線變化規(guī)律，實時采集，及時反饋組成閉環(huán)鏈，可以實時地了解結(jié)構(gòu)的

27、開裂、屈服和破壞過程。 共八十頁數(shù)據(jù)采集的目的(md)是分析結(jié)構(gòu)的反應情況，為了達到這一目的需要進行數(shù)據(jù)處理，從采集的數(shù)據(jù)中獲得我們所需要的內(nèi)容。由于計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)了許多功能強大的數(shù)據(jù)處理軟件，數(shù)據(jù)處理工作可以非常方便地用這些數(shù)據(jù)處理軟件來完成。 共八十頁像Excel不僅具有圖表功能而且具有很強的數(shù)理統(tǒng)計(sh l tn j)分析功能；DADiSP是另一個功能非常完善的特別適合于處理動態(tài)信號的軟件，具有頻譜分析功能、數(shù)學計算功能和統(tǒng)計分析功能等一系列分析手段。有這些數(shù)據(jù)處理軟件的支持，抗震實驗的數(shù)據(jù)處理工作通常都可以順利地完成。 共八十頁1.2.6 模型實驗理論(lln)問

28、題模型實驗理論是結(jié)構(gòu)實驗的基礎(chǔ)，它是模型結(jié)構(gòu)和原型結(jié)構(gòu)之間相互聯(lián)系的一座橋梁，直接影響(yngxing)到結(jié)構(gòu)模型實驗結(jié)果的推廣應用。 共八十頁由于實驗條件如實驗室的規(guī)模、反力墻的高度、振動臺的尺寸大小等的限制，同時為了能夠進行整體結(jié)構(gòu)的實驗而不得不采用縮尺(such)模型，有時模型要縮成很小的比例，特別是對高層建筑結(jié)構(gòu)、塔桅結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)和水壩等更是如此。 共八十頁因此模型相似理論是模型實驗中的一項關(guān)鍵內(nèi)容，由于材料的力學性能、模型結(jié)構(gòu)的制造誤差以及模型結(jié)構(gòu)的非線性反應，模型相似理論往往得不到滿足，所以(suy)不能將小比例模型結(jié)構(gòu)的實驗結(jié)果直接用于原型結(jié)構(gòu)。盡管如此，由于模型實驗滿足了結(jié)構(gòu)

29、的主要相似關(guān)系，所以實驗結(jié)果可以定性地反映出原型結(jié)構(gòu)的一些特征。 共八十頁目前結(jié)構(gòu)的非線性動力相似理論還不完備，它直接影響到結(jié)構(gòu)抗震實驗結(jié)果的推廣應用，所以這是一個需要盡快解決(jiju)的問題。相似理論的基本條件之一是彈性理論中材料E、無關(guān)性，可以使模型材料與實際結(jié)構(gòu)不采用相同的材料，而不影響結(jié)構(gòu)內(nèi)的應力分布。共八十頁 彈性(tnxng)力學中平衡微分方程 相容方程 應力邊界條件共八十頁以上三個方程都不含材料彈性常數(shù)，而且對于兩種平面問題都是相同(xin tn)的，因此實驗時可以用便于量測的材料來制造模型，以代替原來不便于量測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件材料，還可以用平面應力情況的薄板模型代替平面應變情況的

30、長柱形的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。共八十頁參考文獻1 工程(gngchng)地震文獻資料編輯委員會編. 工埕地震文獻選集M. 第一集, 北京: 建 筑工程出版社, 1959.2 武藤清著, 滕家祿等譯. 建筑物動力設(shè)計M. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1984.3 R. T. Reese and W. A. Kawahara. Handbook on Structural Testing M. Indian: The Fairmant Press INC, 1993.4 J. A. Blume, A Machine for Setting Structures and Ground into Forced

31、 Vibrations J. Bulletin of the Seismological Socitety of America, 1935, 25.5 R. T. Leon and G. C. Deierlein. Considerations for the Use of Quasi-Static Testing J. Earthquake Spectra, 1996, 12(1).6 N. M. 紐馬克, E. 羅森布盧斯著, 葉耀先等譯. 地震工程學原理M. 北京: 中 國建筑工業(yè)出版社, 1986.7 國家地震局工程力學研究所編. 劉恢先地震工程學論文選集M. 北京: 地震 出版社,

32、 1994. 共八十頁8 龔思禮等編. 建筑抗震設(shè)計M. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1994.9 劉大海, 揚翠茹, 鐘錫根編著. 高層建筑抗震設(shè)計M. 北京: 中國建筑工業(yè) 出版社, 1993.10 黃浩華. 地震工程(gngchng)研究中的振動試驗方法和儀器設(shè)備, 中國地震工程研究 進展M. 北京: 地震出版社, 1992.11 K. Takanashi and M. Nakashima. Japanese Activities on On-line Testing J. Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 1987, 113(7).12

33、胡聿賢著. 地震工程學M. 北京: 地震出版社, 1988.13 翁兆祥編著. 結(jié)構(gòu)試驗M. 北京: 建筑工程出版社, 1958.14 哈爾濱建筑工程學院，建筑結(jié)構(gòu)試驗M, 中國工業(yè)出版社, 1961.15 湖南大學, 太原工業(yè)大學, 福州大學. 建筑結(jié)構(gòu)試驗M. 北京: 中國建筑工 業(yè)出版社, 1982.16 王濟川. 建筑結(jié)構(gòu)試驗指導M. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1985.17 林圣華編. 結(jié)構(gòu)試驗M. 北京: 南京工學院出版社, 1987.18 王嫻明. 建筑結(jié)構(gòu)試驗M. 北京: 清華大學出版社, 1988.共八十頁19 G. M. Sabnis, H. G. Harris, R.

34、 N. White and M. S. Mirza. Structural Modelling and Experimental Techniques M. Prentice-Hall, Inc. 1983.20 C. P. Tilly. Dynamic Behaviour of Concrete Structures M. Elsevier Science Publishers B. V, 1986.21 E. 富馬加利著, 將彭年, 彭光履, 趙欣譯. 靜力學模型與地力學模型M. 北 京: 水利電力出版社, 1979.22 H. 霍斯多爾夫著, 徐正忠, 陳安息, 曾盛奎譯. 結(jié)構(gòu)模型分析

35、M. 北京: 中 國建筑工業(yè)出版社, 1986.23 H. G. 哈里斯編, 朱世杰譯. 混凝土結(jié)構(gòu)動力(dngl)模型M. 北京: 地震出版社, 1987.24 李德寅, 王邦楣, 林亞超編著. 結(jié)構(gòu)模型實驗M. 北京: 科學出版社, 1996.25 梅村魁, 青山博之, 伊藤勝著, 林亞超, 盧世深譯. 結(jié)構(gòu)試驗和結(jié)構(gòu)設(shè)計M. 北京: 人民交通出版社, 1980.26 F. W. David and H. Nolle. ExperimentalModellingin Engineering M. Mansell (Bookbinders) Ltd, 1982.共八十頁27 中華人民共和國國

36、家標準. 混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準(GB50152-92)S. 北 京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1992.28 沈在康編著. 混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法新標準應用講評M. 北京: 中國建筑工 業(yè)出版社, 1991.29 中華人民共和國行業(yè)標準. 建筑抗震試驗方法規(guī)程(JGJ 10196)S. 北京: 中國建筑工業(yè)出板社, 1997.30 朱伯龍主編. 建筑抗震試驗M. 北京: 地震出版社, 1989.31 李杰, 李國強編著. 地震工程學導淪M. 北京: 地震出版社, 1992.32 若林實著, 成源華, 朱君道譯. 房屋抗震設(shè)計M. 上海: 同濟大學出版社, 1991.33 M. J. N, 普瑞斯特雷, F塞勃勒, G. M. 卡爾維著, 袁萬城, 胡勃, 崔飛, 韋曉 等譯. 橋梁抗震