第八講 結構抗震試驗

建筑結構試驗土木工程實驗室第七章結構抗震試驗學習目的和要求:了解和掌握低周反復加載試驗的加載制度和試驗方法，及不同于靜力試驗的特殊性，對擬動力試驗的工作原理和試驗流程，及振動臺試驗有一般了解。7.1概述7.1.1結構抗震試驗的任務1．對結構的抗震性能進行研究，主要從結構的強度、剛度、延性、耗能能力、恢復力特性等方面進行研究和評價。主要采用低周反復荷載試驗法。2．對結構的預期地震反應進行驗證，主要通過振動臺試驗或擬動力試驗，驗證結構的理論計算地震反應。7.1.2結構抗震試驗的分類和特點

目前的抗震試驗方法有三種：

（1）低周反復加載試驗

（2）地震模擬振動臺試驗

（3）擬動力試驗7.1.2結構抗震試驗的分類和特點（續(xù)）試驗方法：是以一定的荷載或位移作為控制值對試件進行低周反復加載，以獲得結構非線性的荷載—變形特性。1．低周反復加載試驗

又稱為擬靜力試驗、偽靜力試驗。

低周反復加載試驗的荷載特點是：試驗荷載反復的周期遠大于結構的固有周期，荷載實際是靜荷載。

低周反復加載試驗的不足：加載程序是試驗者主觀確定的，與地震荷載的作用情況完全不一致。2．地震模擬振動臺試驗

振動臺能夠模擬天然地震振動，將結構模型固定在振動臺上，輸入地震波，則可以觀測和測試結構模型的振動反應和破壞過程。

振動臺試驗的不足：模型比例小，尺寸效應明顯，模型與原型的相似關系復雜。如下圖為東方明珠電視塔的振動臺模型試驗。3．擬動力試驗

又稱為偽動力試驗、計算機－加載器聯(lián)機試驗。如下圖為建筑結構單元的擬動力試驗。擬動力試驗的特點：

（1）試驗中彈塑性動力反應數值分析過程，不需要預先假設結構的恢復力特性。

（2）試驗加載周期較長；

（3）加載器的作用力大，可進行大比例模型試驗。

擬動力試驗的不足：

（1）加載周期長，不能反映地震時的應變速率；

（2）加載器數量一般較少，不能反映實際荷載分布。7.2.1低周反復加載試驗的加載制度7.2低周反復加載試驗

真實地震的位移時程曲線（多為加速度時程曲線）1.單向反復加載制度常用的三種加載方法①控制位移加載法；②控制荷載加載法；③控制荷載和位移混合加載法。1）、控制位移加載法常以屈服位移或最大層間位移的某一百分比來控制加載?變幅加載：常作為探索性試驗研究用（我國規(guī)范規(guī)定同一級荷載下重復三次）。?等幅加載：用于研究強度退化和剛度退化（規(guī)范規(guī)定不少于5次）。?變幅等幅混合加載：研究內容廣，常用于綜合性研究（等幅2~10次不等）。1、單向反復加載制度（續(xù)）位移控制加載(a)變幅加載(b)等幅加載(c)變幅等幅混合加載考慮二次地震影響和混合位移加載制度2)力控制加載（很少用）3)力—位移混合控制加載梁柱節(jié)點通常采用的方案

一般在結構屈服前，荷載變化大，而位移變化小，此時采用控制作用力加載；結構屈服后，荷載變化小，位移變化大，此時采用控制位移加載。2、雙向反復加載制度1)x、y軸雙向同步加載2)x、y軸雙向非同步加載

雙向反復加載也稱為二維反復加載，如右圖。即從X、Y兩個主軸方向同時施加低周反復荷載。這是為了研究地震對結構構件的空間組合影響。

雙向反復加載試驗的加載制度，可采用雙向同步或非同步的加載制度。雙向非同步加載制度按照兩個方向加載步調的差異，又可分為若干種。下圖為各種雙向反復加載試驗的加載制度。7.2.2低周反復加載試驗的加載設計

試驗設備與加載裝置加載設備：雙向千斤頂；反力墻；試驗臺座；荷載架等；如圖示：1.磚石及砌塊結構抗震性能研究（續(xù)）一、試件和邊界條件的模擬：符合實際結構受力圖式。橫墻：單層單片墻體橫墻：雙層單片墻體縱墻（雙肢或單肢窗間墻試件）二、試驗裝置和加載設計墻體頂部能自由平移，避免豎向荷載產生水平約束。多個加載器的同步加載：液壓加載器的優(yōu)點，或采用多個分配梁式。?建研式低周反復加載裝置：鋼橫梁的水平移動（見后圖）豎向荷載的施加需配置穩(wěn)壓裝置。承力架試件液壓加載器操作臺管路系統(tǒng)試驗臺座日本建研式低周反復加載裝置（固端平移式試驗裝置）磚石及砌塊墻體在低周反復加載試驗時的加載制度1.加載器的數量和荷載的大小根據砌體截面及控制豎向應力的大小來設計確定。2.水平反復荷載?在彈性階段（砌體開裂前）以荷載控制，取預計極限荷載的1/5~1/10。?墻體開裂后按變形進行控制。?每級荷載反復循環(huán)的次數：主要看試件變形是否趨于穩(wěn)定而定。1.磚石及砌塊結構抗震性能研究（續(xù)）三、試驗觀測項目與測點布置裂縫及初裂荷載：初裂荷載的判定（目測、應變片、曲線拐點）破壞荷載墻體位移和荷載變形曲線：消除支座位移影響、平面外偏心影響應變測量：由于墻體（磚、砂漿）由兩種材料組成，具有不均勻性，用大標距的電阻應變片或機械引伸儀測量，或大標距的位移計等2鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點組合體的抗震性能試驗框架節(jié)點復雜的受力特征（水平荷載下）：以抗剪為主。2.鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點組合體的抗震性能試驗（續(xù)）一、試件和邊界條件的模擬：十字型節(jié)點、上下左右反彎處截取試件由于節(jié)點受力的復雜性，試件比例不少于1/2并輔以足尺試件。柱端加載方案和梁端加載方案：區(qū)別在于P-Δ效應X形試件：梁有軸力、柱軸力可變。二、試驗裝置和加載設