第三章-動載試驗

圖3.1三峽工程三期圍堰爆破試驗場景

在24個深13.5米、直徑105毫米的地孔內填充3噸炸藥，爆破方量5000方。此次是為了檢測現場混裝乳化炸藥車的性能和數碼雷管的網絡連接技術以及混合炸藥的裝填、聯網、起爆等生產程序的全過程,為后期圍堰爆破拆除打下基礎。圖3.2爆破人員在為三峽工程三期圍堰爆破試驗進行最后的準備二、動載試驗的幾種情況1.結構物在實際使用時的振動水平（頻率、振幅）及性狀；如：動力機械作用下廠房結構的振動；移動荷載作用下橋梁的振動；地震時建筑結構的振動；2.激振后，結構或模型的振動特性；如地震振動臺、正弦激振、隨機自然激振3.結構構件的疲勞試驗，疲勞試驗機。注明：結構中遇到的動載有兩類：振動荷載與移動荷載。

圖3.3地震模擬器圖3.4框架結構

3.2動載試驗的量測儀器一、引言（P76）二、動態(tài)信號測試基本概念(P76~79自學)三、結構動載試驗中的傳感器

(P79~91自學)四、動載試驗的加載方法與設備1.慣性沖擊力加載（1）沖擊力加載圖3.5

用張拉突卸法對結構施加沖擊力荷載1.結構物2.鋼拉桿3.保護索4.鋼絲繩5.絞車6.實驗模型7.鋼絲8.滑輪9.支架10.重物11.減振墊層（2）離心力加載圖3.6機械式激振器的原理圖（3）直線位移慣性力加載圖3.7直線位移慣性力加載系統圖3.8電磁振動臺組成系統圖

1.信號發(fā)生器2.自動控制儀3.功率放大器4.電磁激振器

5.振動臺臺面6.測振傳感器7.記錄系統8.試件9.臺坐2、電磁加載電磁式振動臺3.3結構動力特性結構動力特性是結構固有的特性，包括固有頻率、阻尼、振型。它們只與結構的質量、剛度和材料有關。

一、方法1.自由振動法2.強迫振動法3.隨機荷載激振法圖3.9有阻尼自由振動

衰減曲線圖3.10結構受強迫振動時的共振曲線04.11.22晚23時至23日6時,華科大工程結構檢測中心人員對海南省?？诤推綐蜻M行了一次全方位“體檢”—動靜載試驗。動載試驗含脈動、跑車、剎車、跳車4項內容。剎車試驗中,試驗車輛在通過橋一定斷面時突然剎車,通過此方式來采集當時橋梁反應,包括橋梁上、下部結構的反應。試驗前技術員已在橋底設置100多個傳感器和應變計。橋上中間一側的人行道上,密密麻麻布滿了連著橋底感應器和應變計的一些黑色線。

實驗車隊排成一條長龍

圖3.11有阻尼自由振動波形圖圖3.12無零線的有阻尼自由振動波形圖圖3.13動力系數曲線圖3.4結構抗震試驗一、周期性動力荷載試驗的加載制度

1.強迫振動共振加載。

2.有控制的逐級動力反應測試試驗。二、非周期性動力荷載試驗的加載設計

1.地震模擬振動臺動力反應測試試驗的荷載設計。

2.人工地震模擬動力荷載測試試驗的荷載設計。

3.對于天然地震，則是在頻繁發(fā)生地震的地區(qū)等待天然地震對結構的動力影響。I:\huakeda\建筑結構試驗教案（按章分裝）\9建筑物對地震的反應.avi

三、強震觀測

地震發(fā)生時，用儀器觀測地面運動的過程和建筑物的動力反應。結構物在強震過程中的振動記錄。自動觸發(fā)啟動，蓄電池供電【美國洛衫磯】凡新建六層以上、面積超過6000平方英尺的建筑物必須設置強震儀3臺?！緱钇执髽蚝徒鹈髲B】已安裝了強震記錄網絡，僅金茂就安裝了6臺。上海計劃在十五期間普及更多，通過立法，達到10層以上的建筑都安裝?！酒謻|機場深井群】安放了深度不同的地震記錄儀,最淺30米,最深300多米,其他還有50米、100多米及200多米,這些井群可測量到不同深度接收到的不同地震波強度?！局腥A人民共和國防震減災法】

要求在重大工程和生命線工程等建筑上安裝強震動觀測設備。⑴可以檢查建筑物的“健康狀況”，根據震動記錄數據及時掌握地震或其他強震動發(fā)生時建筑物受損情況；⑵從記錄數據中總結經驗，進而不斷改進建筑物抗震設防設計；⑶通過已形成的觀測網絡的強震動觀測，可以快速掌握地震裂度分布情況，為地震預測與震后救災提供可靠的信息。四、偽靜力試驗與擬動力試驗的加載制度

為了求得結構抗震基本性能，評定結構抗震能力而做的試驗。表3.1偽靜力試驗與擬動力試驗的比較

(1)偽靜力試驗和擬動力試驗(2)偽靜力試驗(亦稱低周反復荷載試驗)加載方法(P122)a)控制位移加載法：變幅加載；等幅加載；混合加載圖3.14單向控制位移的圖3.15單向控制位移的等

變幅加載制度幅加載制度圖3.16控制位移的變幅等幅混合加載制度圖3.17一種專門設計的變幅等幅混合加載制度b)控制作用力加載法注明：力控制加載是在加載過程中，以力作為控制值，按照一定的力幅值進行循環(huán)加載。因為時間屈服后難以控制加載的力，所以這種加載制度較少單獨使用。圖3.18控制作用力的加載方案c)控制作用力和控制位移的混合加載法試驗裝置圖3.19幾種典型的偽靜力試驗加載裝置圖3.20幾種典型的偽靜力試驗加載裝置(3)擬動力試驗加載方法(P134)圖3.21計算機數值分析控制試驗加載（聯機試驗系統原理圖）3.5結構疲勞試驗

結構物或構件在重復荷載作用下，達到破壞時的應力比其靜力強度要低得多。這種現象稱為疲勞。試驗目的：了解重復荷載作用下，結構的性能及其變化規(guī)律。

圖3.22疲勞應力與荷載次數關系圖

一、疲勞測試項目（P141）

1鑒定性試驗①抗裂性及開裂荷載②裂縫寬度及發(fā)展③最大撓度及其變化幅度④疲勞強度

2科研性疲勞試驗①各階段截面應力分布狀況，中和軸變化規(guī)律②抗裂性及開裂荷載③裂縫寬度、長度、間距及發(fā)展④最大撓度及其變化規(guī)律⑤疲勞強度的確定⑥破壞特征分析二、疲勞測試荷載

1.疲勞測試荷載取值上限荷載：最大標準荷載最不利組合下產生的彎距計算下限荷載：根據疲勞試驗設備的要求而定。國內多采用等幅勻速荷載圖3.23等幅勻速荷載2.疲勞測試的荷載頻率

荷載頻率影響材料的塑性變形和徐變，頻率過高對試驗設施有影響，使構件在實際工作時受力狀態(tài)一致，構件與荷載架不能發(fā)生共振。荷載頻率θ與結構固有頻率ω之比應滿足：

3.疲勞循環(huán)次數

經受所確定控制次數的疲勞荷載作用后，其抗裂性、剛度、強度等必須滿足規(guī)范中有關規(guī)定。

中級制吊車梁

重級制吊車梁圖3.24疲勞測試步驟示意三、疲勞測試程序(P141~143)1.加載程序可歸納為兩種；①為求得疲勞極限而對構件從頭到尾施加重復荷載；②靜荷載與疲勞荷載交替施加。

2.疲勞試驗過程中要進行的四種形式試驗

（1）預加載：預加載值為最大荷載的20%，以消除支座等連接件之間的不良接觸，檢查儀器工作是否正常。

（2）靜載試驗：靜載試驗的最大荷載按正常使用的最不利組合選取。試驗方法按結構靜載試驗各章介紹的方法進行，觀測項目可適當簡化。在正常情況下，如果出現裂縫，應與靜載試驗一樣描述裂縫開裂情況。

（3）疲勞試驗：首先調整最大、最小荷載，待穩(wěn)定后開始記數，直到需做靜載試驗的次數。在運行過程中，需要做動態(tài)撓度與動應變測量。

（4）破壞試驗：構件在達到要求的疲勞次數后，一般需做破壞試驗。這時加載情況有兩種：第一種加載情況是繼續(xù)做疲勞試驗直至破壞，構件出現疲勞極限標志，得出疲勞荷載的極限次數，這需要很長時間，甚至構件不能破壞；第二種是做靜載破壞試驗，得到疲勞后的承載力極限荷載。

3.用旋轉彎曲疲勞實驗來測定對稱循環(huán)的疲勞極限σ-1.

設備簡單、最常使用＝，＝-(2-17)式中I=d圖3-25旋轉彎曲疲勞試驗機原理示意圖圖3-26受力簡圖及彎矩圖【步驟】試樣1的兩端裝入左右兩個心軸2；旋緊左右螺桿3,試樣與兩心軸組成一承受彎曲“整體梁”，它支承于兩端的滾珠軸承4上；載荷P作用于“梁”上，試樣中段為純彎曲；“梁”由高速電機6帶動，在套筒7中高速旋轉；試樣橫截面上任一點的彎曲正應力，皆為對稱循環(huán)交變應力，若試樣的最小直徑為dmin，最小截面邊緣上一點的最大和最小應力為（I=π/64d4min）

試樣每旋轉一周，應力完成一個循環(huán)；試樣斷裂后套筒壓迫停止開關,裝置自動停機；循環(huán)次數由計數器8中讀出。＝，

＝-

【現象】靜載下塑性性能好的材料,承受交變應力時,往往在應力低于屈服極限無明顯塑性變形情況下,突然斷裂?！咎卣鳌科跀嗫诿黠@分為兩個區(qū)域：較為光滑的裂紋擴展區(qū)和較為粗糙的斷裂區(qū)?！窘忉尅苛鸭y形成后，交變應力使裂紋兩側時而張開時而閉合,相互擠壓反復研磨,光滑區(qū)形成。荷載的間斷和大小的變化，在光滑區(qū)留下多條裂紋前沿線。至于粗糙的斷裂區(qū)，則是最后突然斷裂形成的。

圖3－27疲勞斷口示意圖4．受彎構件的疲勞破壞標志

（1）正截面疲勞破壞標志：縱向主筋疲勞斷裂，這是當配筋率正常或較底時可能發(fā)生的；受壓區(qū)混凝土疲勞破壞，這是當配筋率過高或倒T形截面時可能發(fā)生的。

（2）斜截面疲勞破壞標志：與臨界斜裂縫相交的腹筋疲勞斷裂，這是當腹筋配筋率正常或較低時可能發(fā)生的；混凝土剪壓疲勞破壞，這是當腹筋配筋率很高時可能發(fā)生的；與臨界斜裂縫相交的主筋疲勞斷裂，這是當縱向配筋率較底時可能發(fā)生的。

（3）鋼筋與混凝土錨固疲勞破壞：這種情況常發(fā)生在采用熱處理鋼筋、冷拔低碳鋼絲、鋼絞線配筋的預應力混凝土結構中?！舅伎碱}】1.下列是鋼筋混凝土構件在低周反復荷載作用下恢復力特性試驗得到的四種滯回曲線，()圖形是不發(fā)生剪切破壞的受彎構件的試驗結果。難！2.下列（）不是低周反復試驗的優(yōu)點。A．設備比較簡單，耗資較少；B．在逐步加載過程中可以停下來仔細觀察反復荷載下結構的變形和破壞現象；C．能做比較大型的結構試驗及各種類型的結構試驗；D．能與任一次確定性的非線性地震反應結果相比。3.混合加載是將變幅、等幅兩種加載制度結合起來運用，下列各圖符合上述要求的是(

)

4.低周反復加載試驗中下列()參數不屬于結構強度指標。

A.開裂荷載B.屈服荷載

C.破損荷載D.延性系數5.下列各項特性（）不是結構的動力特性。A．固有頻率B．固有振型

C．阻尼系數D．動力的大小和方向6．低周反復加載試驗中，下列哪種加載方式容易產生失控現象?()A.控制位移變幅加載法B.控制力加載法

C.控制位移等幅、變幅混合加載法

D.控制位移等幅加載法7．在結構抗震動力試驗中，下列（）加載方法既能較好地模擬地震又易于實現。A．采用機械式偏心激振器激振

B．采用地震模擬振動臺C．采用炸藥爆炸模擬人工地震

D．采用電磁激振器激振。

8．測定結構的動力特性的方法有哪幾種？答：①自由振動法；②共振法；③脈動法9.沖擊力加載的特點是荷載作用________極為短促，在它的作用下使被加載結構產生_____，適用于進行結構動力特性的試驗。10．擬動力試驗彌補了低周反復加載試驗的不足，可利用計算機技術，即由計算機來監(jiān)測和控制整個試驗，結構的（）不需要事先假定，而可直接通過測量作用在試驗對象上的荷載值和位移而得到，然后通過計算機來完成非線性地震反應微分方程的求解工作。A.恢復力 B.作用力C.位移 D.變形想一想11.低周反復加載試驗中下列()參數不屬于結構強度指標。

A.開裂荷載B.屈服荷載

C.破損荷載D.延性