第六章-結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載

6.1概述低周反復(fù)加載靜力試驗(yàn)方法：主要研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能。采用假定在第一振型條件下，給試驗(yàn)對(duì)象施加低周反復(fù)循環(huán)的力或位移。由于反復(fù)加載時(shí)每一加載周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)本身的周期，實(shí)質(zhì)上還是采用靜力的方法近似模擬地震作用。所以又稱為偽靜力或擬靜力試驗(yàn)。目的：研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的恢復(fù)力特性，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的恢復(fù)力計(jì)算模型。鋼筋混凝土柱滯回曲線恢復(fù)力模型恢復(fù)力：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受外力產(chǎn)生變形后企圖恢復(fù)都原有狀態(tài)的抗力，稱為恢復(fù)力。衡量結(jié)構(gòu)的耗能能力，確定結(jié)構(gòu)等效阻尼比，從恢復(fù)力曲線確定結(jié)構(gòu)一次加載到骨架曲線，結(jié)構(gòu)的初始剛度和剛度退化等重要參數(shù)。通過試驗(yàn)可以從強(qiáng)度、變形和能量等三個(gè)方面判別和鑒定結(jié)構(gòu)的抗震性能。通過試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞機(jī)理，為改進(jìn)抗震設(shè)計(jì)方法和修改設(shè)計(jì)規(guī)范提供依據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)過程中可以隨時(shí)停下來觀察結(jié)構(gòu)的開裂和破壞狀態(tài)，可根據(jù)試驗(yàn)需要修正和改變加載歷程。不足之處是：加載歷程是事先由試驗(yàn)者確定的，與地震記錄不發(fā)生關(guān)系。由于荷載在是按照力或位移對(duì)稱反復(fù)加載，與實(shí)際地震反應(yīng)相差很遠(yuǎn)，另外不能反映應(yīng)變速率對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。6.2結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗(yàn)的加載制度加載制度：一般國(guó)內(nèi)外較普遍的為控制位移加載、控制作用力加載和控制作用力和位移的混合加載。一、控制位移加載是一種普遍的加載方式。加載過程中以位移為控制值，或以屈服位移的倍數(shù)為加載的控制值。位移可以是線位移，也可以是轉(zhuǎn)角、曲率或應(yīng)變。位移控制加載一般有等幅加載、變幅加載和變幅等幅混合加載。變幅加載：一般用于確定構(gòu)件恢復(fù)力特性建立恢復(fù)力模型。等幅加載主要確定結(jié)構(gòu)在特定位移幅值下的特定性能。一般研究結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低率和剛度退化規(guī)律。等幅和變幅混合加載：綜合研究結(jié)構(gòu)的性能。研究結(jié)構(gòu)在不同加載幅值順序?qū)?gòu)件性能的影響?？刂谱饔昧虞d法：通過控制施加于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的力的變化實(shí)現(xiàn)低周反復(fù)加荷要求。由于結(jié)構(gòu)屈服后很難以力控制加載，所以一般較少采用。控制力和控制位移混合加載法一般采用先控制力然后再控制位移加載方法。先控制力加載時(shí)，不管位移是多少，先加載到結(jié)構(gòu)屈服，然后施加位移（一般以一參考位移倍數(shù)加載），直到結(jié)構(gòu)破壞。6.2雙向加載制度為了研究地震對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間組合效應(yīng)，在X和Y方向同時(shí)施加低周反復(fù)荷載。包括X和Y方向同步加載；

X和Y方向不同步加載6.3結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗(yàn)主要講鋼筋混凝土梁、柱節(jié)點(diǎn)組合體的抗震性能試驗(yàn)對(duì)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)抗震性能好壞直接影響結(jié)構(gòu)整體抗震性能。節(jié)點(diǎn)承受彎矩、軸力和剪力的作用，這樣復(fù)雜的應(yīng)力使節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生復(fù)雜的變形，其中主要是剪切變形。這樣不僅使梁柱連接不能保持直角，而且框架的應(yīng)力和變形狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化，所以對(duì)結(jié)構(gòu)抗震來說，節(jié)點(diǎn)抗震性能研究比一般結(jié)構(gòu)更有意義。

一、試件和邊界條件的模擬（a)一般取上、下柱反彎點(diǎn)比為1（b)對(duì)于柱鉸型結(jié)構(gòu)，上、下柱反彎點(diǎn)取為2.

為了反映鋼筋混凝土材料特性，試件尺寸一般不小于實(shí)際構(gòu)件的1/2。最好采用足尺試件。為了避免梁首先發(fā)生剪切破壞，建議梁的高跨比一般不小于1/3。邊界條件：實(shí)際框架在水平荷載作用下，節(jié)點(diǎn)上柱反彎點(diǎn)可視為可移動(dòng)的鉸，下柱反彎點(diǎn)可視為固定鉸。節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁的反彎點(diǎn)可視為可水平移動(dòng)的鉸。

模擬這種邊界條件，柱端需要施加側(cè)向位移和荷載，加載和支座裝置比較復(fù)雜。在實(shí)際試驗(yàn)中一般采用柱端為固定鉸，梁兩側(cè)反彎點(diǎn)為自由端，適合于梁端塑性鉸或核心區(qū)為研究對(duì)象，但要研究柱端塑性鉸，需要在柱端施加荷載。二、試驗(yàn)裝置和加載設(shè)計(jì)梁、柱節(jié)點(diǎn)試件安裝在荷載支撐架內(nèi)，柱上、下端都有鉸支座，在柱頂通過自由端施加軸向荷載。在梁的兩端施加反對(duì)稱低周反復(fù)荷載。梁柱組合體有側(cè)移柱端加載試驗(yàn)裝置為了反映節(jié)點(diǎn)在地震荷載作用下實(shí)際受力性質(zhì)，可以采用專門的幾何可變式試驗(yàn)架來滿足試驗(yàn)要求。加載程序：一般采用混合加載法開始采用力的控制方法，等到加到梁的屈服荷載，然后采用位移加載控制。需要研究強(qiáng)度和剛度退化時(shí)同一位移下反復(fù)循環(huán)３－５次。三、試驗(yàn)觀察項(xiàng)目的測(cè)點(diǎn)布置試驗(yàn)觀察內(nèi)容可根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康膩泶_定，一般要求量測(cè)的項(xiàng)目有：支座反力、荷載變形曲線、變形（梁端和柱端位移）、梁或柱端塑性鉸曲率或截面轉(zhuǎn)角、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角，鋼筋應(yīng)力，核心區(qū)箍筋應(yīng)力，鋼筋滑移以及裂縫觀察。１.荷載和支座反力通過測(cè)力傳感器測(cè)定，梁端加載需要柱端支座反力，而柱端加載需要梁端支座反力。２.荷載變形曲線通過電子位移計(jì)測(cè)得；３.對(duì)于梁端或柱端位移的測(cè)定，主要是量測(cè)加載截面處的位移，并在控制位移加載階段依次控制加載程序；４.對(duì)于構(gòu)件塑性鉸區(qū)段曲率和轉(zhuǎn)角的測(cè)點(diǎn)，一般可在梁或柱距離柱或梁截面１／２截面高度布置。５.節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角可通過核心對(duì)角線位移量來確定；６.鋼筋應(yīng)力一般通過電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)定。

７.梁內(nèi)縱筋滑移可通過主筋上一點(diǎn)對(duì)柱面混凝土一點(diǎn)的位移來確定。6.4計(jì)算機(jī)-加載器聯(lián)機(jī)試驗(yàn)盡管低周反復(fù)加載試驗(yàn)可以測(cè)定結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下的性能，但是由于試驗(yàn)歷程預(yù)先人為設(shè)定，不能反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實(shí)反應(yīng)。為了真實(shí)了解結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實(shí)反應(yīng)，需要按照地震反應(yīng)制定加載歷程。一種方法假定恢復(fù)力模型，然后通過計(jì)算機(jī)計(jì)算分析，確定結(jié)構(gòu)位移作為加載指令：這種方法問題主要是在試驗(yàn)前必須確定結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力特性，而假定試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠穹蠈?shí)際情況，還要試驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證。很難得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實(shí)反應(yīng)。為了克服這個(gè)問題，提出了計(jì)算機(jī)－加載器聯(lián)機(jī)加載試驗(yàn)，也稱為擬動(dòng)力試驗(yàn)。擬動(dòng)力試驗(yàn)的工作原理

不需要假定恢復(fù)力模型，而可以由計(jì)算機(jī)完成非線性地震反應(yīng)微分方程的求解，而恢復(fù)力是通過直接測(cè)量作用在試驗(yàn)對(duì)象上的加載器的荷載值確定。