結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗T64

第四章結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗2014.9現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗方法揚州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院CollegeofCivilScienceandEngineering第四章結(jié)構(gòu)低周反復(fù)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(fù)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(xué)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(yù)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。

土木工程手段是防災(zāi)減災(zāi)的主要手段。1.2結(jié)構(gòu)抗震試試驗方法的的發(fā)展靜力試驗方方法動力測試及及現(xiàn)場實測測階段地震模擬實實驗階段抗震實驗廣廣泛應(yīng)用§1結(jié)構(gòu)抗震試試驗方法概概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試試驗方法結(jié)構(gòu)抗震設(shè)設(shè)計理論：：靜力理論反應(yīng)譜理論論直接動力分分析理論概率彈塑性性理論1.3結(jié)構(gòu)抗震試試驗方法分分類1.結(jié)構(gòu)抗震靜靜力試驗低周反復(fù)加加載靜力試試驗——周期性加載載試驗中控制制結(jié)構(gòu)的變變形值或荷荷載量，使使結(jié)構(gòu)構(gòu)件件在正反兩兩個方向反反復(fù)加載和和卸載，模模擬地震荷荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)的受力過過程?！?結(jié)構(gòu)抗震試試驗方法概概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試試驗方法低周反復(fù)加加載試驗的的目的首先是研究究結(jié)構(gòu)在地地震荷載作作用下的恢恢復(fù)力特性性，確定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件恢恢復(fù)力模型型。通過試驗可可以從強度度、變形和和能量等三三個方面判判別和鑒定定結(jié)構(gòu)的抗抗震性能。。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的的破壞機理理，為改進進現(xiàn)行抗震震設(shè)計方法法和修改設(shè)設(shè)計規(guī)范提提供依據(jù)。?！?結(jié)構(gòu)抗震試試驗方法概概述低周反復(fù)加加載試驗的的特點優(yōu)點：⑴設(shè)備簡單單，耗資少少，便于觀觀察試驗現(xiàn)現(xiàn)象⑵加載歷程程可人為控控制，并可可按需加以以修正⑶能做大型型的結(jié)構(gòu)試試驗及各種種類型的結(jié)結(jié)構(gòu)試驗缺點：不能與任一一次確定性性的非線性性地震反應(yīng)應(yīng)結(jié)果相比?！?結(jié)構(gòu)抗震試試驗方法概概述1.3結(jié)構(gòu)抗震試試驗方法分分類1.結(jié)構(gòu)抗震靜靜力試驗擬動力試驗（（計算機—加載器聯(lián)機機試驗）——非周期性加加載用計算機參參與試驗的的執(zhí)行和控控制，模擬擬實際地震震位移時程程曲線驅(qū)動動和控制電電液伺服加加載器對結(jié)結(jié)構(gòu)施加荷荷載；同時時量測結(jié)構(gòu)構(gòu)反應(yīng)，得得到結(jié)構(gòu)的的瞬時非線線性變形和和恢復(fù)力間間的關(guān)系，，再由計算算機算出下下一次加載載后的變形形，并將之之轉(zhuǎn)化為控控制信號，，驅(qū)動加載載器強迫結(jié)結(jié)構(gòu)按實際際地震反應(yīng)應(yīng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)的變形和和受力?！?結(jié)構(gòu)抗震試試驗方法概概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試試驗方法擬動力試驗驗工作流程擬動力試驗驗結(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：⑴使結(jié)構(gòu)荷載載和變形與與地震作用用下所經(jīng)歷歷的真實過過程完全一一致。⑵不需對恢恢復(fù)力特性性做任何假假設(shè)。⑶能作振動動臺試驗所所不能勝任任的較大型型結(jié)構(gòu)模型型試驗。缺點：不能反映實際際地震時材料料應(yīng)變速率的的影響?！?結(jié)構(gòu)抗震試驗驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法1.3結(jié)構(gòu)抗震試驗驗方法分類2.結(jié)構(gòu)抗震動力力試驗周期性動力試試驗設(shè)備：⑴安裝裝在結(jié)構(gòu)上的的激振器⑵電液伺服加加載器⑶振動臺§1結(jié)構(gòu)抗震試驗驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法1.3結(jié)構(gòu)抗震試驗驗方法分類2.結(jié)構(gòu)抗震動力力試驗非周期性動力力試驗⑴模擬地震振振動臺試驗⑵人工地震試試驗⑶天然地震試試驗§1結(jié)構(gòu)抗震試驗驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法1.4混凝土結(jié)構(gòu)抗抗震試驗的目目的研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的抗震性能能——承載力、剛度度、變形能力力、滯回環(huán)形形狀、耗能能能力、破壞機機制改善結(jié)構(gòu)的抗抗震能力改進和發(fā)展抗抗震構(gòu)造措施施建立恢復(fù)力模模型，改進恢恢復(fù)力特性曲曲線的計算§1結(jié)構(gòu)抗震試驗驗方法概述現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法2.1加載設(shè)備和裝裝置應(yīng)滿足的要求求1.滿足最大荷載載和變形條件件2.考慮反復(fù)受力力的可能性3.抗側(cè)力裝置有有足夠的承載載力、抗彎、、抗剪剛度4.推拉千斤頂行行程足夠，兩兩端設(shè)鉸支座座5.滿足邊界條件件§2加載設(shè)備和裝裝置現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法2.2加載設(shè)備1.手動加載自動化程度不不高，加載過過程不易控制制2.電液伺服加載載系統(tǒng)組成控制原理：閉閉環(huán)控制現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法§2加載設(shè)備和裝裝置2.3加載裝置現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法§2加載設(shè)備和裝裝置2.3加載裝置現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法§2加載設(shè)備和裝裝置固端平移式試試驗裝置2.3加載裝置分配梁懸吊支支撐加載試驗驗裝置現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法§2加載設(shè)備和裝裝置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加載制度及試試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法3.1加載制度2.控制作用力3.控制作用力和和控制位移混混合加載§3加載制度及試試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法3.1加載制度二維——控制位移§3加載制度及試試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法3.2回載控制點屈服前（控制制力）——（0.5、0.75、1.0）屈服荷載屈服后（控制制位移）——（1.0、2.0、3.0、4.0）屈服時位移移§3加載制度及試試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法3.3反復(fù)加載次數(shù)數(shù)屈服前：每級荷載可反反復(fù)一次屈服后：每級荷載宜反反復(fù)三次§3加載制度及試試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法3.4量測內(nèi)容1.荷載值、支座座反力2.拉、壓主筋的的應(yīng)變3.受力箍筋的應(yīng)應(yīng)變4.各級荷載下變變形5.主筋在錨固區(qū)區(qū)的粘結(jié)滑移移6.裂縫§3加載制度及試試驗方法現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法4.1開裂荷載開裂荷載及變變形應(yīng)取試體受拉拉區(qū)出現(xiàn)第一一條裂縫時相相應(yīng)的荷載和和相應(yīng)變形。。方法：⑴放大鏡觀察察法⑵荷載—撓度曲線判別別法⑶連續(xù)布置應(yīng)應(yīng)變計法§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法4.2屈服荷載、屈屈服變形取試件在荷載載稍有增加而而變形有較大大增長時所能能承受的最小小荷載和其相相應(yīng)的變形為為屈服變形。。方法：⑴有明顯屈服服點的構(gòu)件——荷載—變形曲線上明明顯拐點處⑵⑵無明顯屈屈服點的構(gòu)件件——A.能量等效面積積法B.通用屈服彎矩矩法§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法屈服荷載的確確定有明顯屈服點點的構(gòu)件§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析屈服荷載的確確定無明顯屈服點點的構(gòu)件通用屈服彎矩矩法能量等效面積積法4.3極限荷載試體的承受最最大荷載和變變形應(yīng)取試體體承受荷載最最大時相應(yīng)的的荷載和相應(yīng)應(yīng)變形。§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法4.4破壞荷載破壞荷載及相相應(yīng)變形應(yīng)取取試體在最大大荷載出現(xiàn)之之后，隨變形形增加而荷載載下降至極限限荷載的85%時的相應(yīng)荷載載和相應(yīng)變形形。§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法4.5骨架曲線荷載—位移曲線的各各級的第一循循環(huán)的峰點（（卸載頂點））連接起來的的包絡(luò)線作為為骨架曲線。。形狀：與單調(diào)調(diào)加載曲線相相似。§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法4.6延性系數(shù)是試件塑性變變形能力的一一個指標?！诤奢d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)數(shù)轉(zhuǎn)角延性系數(shù)數(shù)曲率延性系數(shù)數(shù)§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法4.7承載力退化在位移幅值不不變的條件下下，構(gòu)件承載載力隨反復(fù)加加載次數(shù)的增增加而降低的的特性?！休d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)的整整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法4.8剛度退化初次加載剛度度卸載剛度等效剛度§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法4.8剛度退化剛度退化：在在位移幅值不不變的條件下下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的剛度隨反反復(fù)加載的次次數(shù)的增加而而降低的特性性?！?試驗數(shù)據(jù)的整整理分析4.9滯回環(huán)在低周反復(fù)荷載載作用下，反反復(fù)加載一個個循環(huán)的荷載載—變形曲線構(gòu)成成一個滯回環(huán)環(huán)（滯回曲線線）?！?試驗數(shù)據(jù)的整整理分析現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗驗方法4.9滯回環(huán)面積：可用來來衡量結(jié)構(gòu)、、構(gòu)件耗能能能力的大小。。形狀；反映不不同的破壞機機制。梭形弓形反S形Z形§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析4.9滯回環(huán)1、梭形偏心受壓構(gòu)件件,以及不發(fā)生剪剪切破壞的受受彎構(gòu)件2、弓形跨度較大,剪力較小并且且配有一定箍箍筋的彎剪和和偏壓構(gòu)件。。3、反S形一般的框架或或者由剪力撐撐的框架,或者梁柱結(jié)點點和剪力墻4、Z形小剪跨并且斜斜裂縫可以充充分發(fā)展的構(gòu)構(gòu)件以及錨固固鋼筋有較大滑移的構(gòu)件件§4試驗數(shù)據(jù)的整整理分析5.1磚石及砌塊結(jié)結(jié)構(gòu)抗震性能能試驗1.試件和邊界條條件的模擬帶翼緣或不帶帶翼緣的單層層單片墻雙層單片墻體體或開洞墻體體的砌體試件件縱墻：兩個或或一個窗間墻墻的雙肢或單單肢窗間墻試試件5.1磚石及砌塊結(jié)結(jié)構(gòu)抗震性能能試驗2.試驗裝置和加加載設(shè)計為了滿足試件件受力的邊界界條件，試驗驗裝置設(shè)計必必須考慮以下下條件：A.試驗裝置應(yīng)盡盡可能模擬水平地震荷載載作用下墻體的受力狀狀態(tài)，重現(xiàn)地地震時震害出出現(xiàn)的剪切破壞現(xiàn)象；B.試驗裝置對墻墻體試件底部應(yīng)滿足固定邊邊界條件，頂部能實現(xiàn)平移邊邊界條件，對對于高寬比較較小的墻體，，頂部也可采采用自由邊界界條件。豎向均布加載載的懸臂式試試驗裝置懸臂式試驗裝裝置空心磚砌體玻玻璃纖維布加加固砼砌塊砌體的的對比試驗抗震墻豎向均布加載載的懸臂式試試驗裝置模擬墻頂彎矩矩試驗裝置固端平移式試試驗裝置只允許墻頂產(chǎn)產(chǎn)生水平位移移但不產(chǎn)生轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動5.1磚石及砌塊結(jié)結(jié)構(gòu)抗震性能能試驗3.加載制度豎向向:一次次加加載載水平平:荷載載控控制制位移移控控制制5.1磚石石及及砌砌塊塊結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)抗抗震震性性能能試試驗驗4.試驗驗觀觀測測項項目目與與測測點點布布置置裂縫縫和和初初裂裂荷荷載載破壞壞荷荷載載墻體體位位移移和和荷荷載載變變形形曲曲線線應(yīng)變變測測量量墻體體位位移移和和荷荷載載變變形形曲曲線線應(yīng)變變測測量量5.2鋼筋筋混混凝凝土土框框架架梁梁柱柱節(jié)節(jié)點點組組合合體體的的抗抗震震性性試試驗驗1.試件件和和邊邊界界條條件件的的模模擬擬5.2鋼筋筋混混凝凝土土框框架架梁梁柱柱節(jié)節(jié)點點組組合合體體的的抗抗震震性性試試驗驗2.試驗驗裝裝置置和和加加載載設(shè)設(shè)計計鋼筋筋混混凝凝土土梁梁柱柱節(jié)節(jié)點點組組合合體體梁梁端端加加載載試試驗驗裝裝置置5.2鋼筋