第二章(续)相似条件-试验举例.ppt

第四节结构抗震模型试验的相似条件,一、结构抗震静力试验模型需满足：1、物理条件相似模型与原型的相应各点应力和应变关系相同。2、几何条件相似模型与原型各相应部分长度互成比例。3、边界条件相似模型与原型在与外界接触的区域内的各种条件保持相似。,支承的约束条件相似可通过结构构造来保证。如：原型固定端，模型相应也应成固端。边界条件相似通常指力的边界条件。如：集中力，线荷载，面荷载，弯矩。,由弹性力学物理方程导出：,举例说明：一根钢筋砼柱模型设计原型：下端固定，截面：450450mm反弯点至固端的高1500mm，砼30,级钢筋，钢筋直径30，共根，箍筋12，间距180mm，轴压比0.7，按1/3缩尺进行设计，进行低周反复荷载试验。,2,箍筋4，间距60纵筋10，共根EI基础EI柱几何缩尺：1/3砼材料：C30细石砼砼应力：1砼应变：1钢筋：级钢,模型/原型：钢筋应力：1钢筋应变：1钢筋弹性模量：1线位移：1/3角位移：1钢筋面积：（1/3）,2,模型/原型：原型轴力：N原=450450150.7=2126模型轴力：N模=？确定原则：应力相等力=应力面积=1（1/3）N模=（1/3）N原=1/92126KN=236KN集中力：P模=1/9P原,2,2,模型/原型：线荷载：1/3量刚分析：线荷载量刚力/长度=（1/9）/（1/3）=1/3面荷载：1原则:应力相等,模型/原型：力矩：M模=（1/3）M原量刚分析：力矩量刚=力长度=（1/3）（1/3）=（1/3）M模=P模h模M原=P原h原,3,2,3,模型/原型：刚度：刚度量刚力/长度（1/3）/（1/3）=1/3质量密度：质量密度量刚力/长度=（1/3）/（1/3）=3,2,3,2,3,时间相似系数：,二、结构抗震动力试验模型,质量密度体积,3,2,时间量刚（）,质量量刚,刚度量刚,时间量刚（）,力/长度,（）,（/）,（/）/（/）,/2,/2,/2,(的量纲：FL-3S/Sl1/Sl）,第五节伪静力试验的一个实例,1、原型结构七层异型柱框架的一榀中框架柱肢厚150mm，高600mm，梁尺寸：高450mm，宽150mm两跨，每跨4800mm层高，底层3600mm，其它2700mm截面配筋：20，14两种为主取底部三层进行试验,2、模型设计尺寸、钢筋、应变片、附加质量块（等应力）、上部垂直荷载、楼板作用,3、加载方案,（1）宜每层加载，但3层加上部全部倒三角荷载（2）可简化三层加载，所加水平力实际为底部剪力，因三层以上荷载和占底部剪力的80%以上,4、加载过程（1）正式加载前，应先进行预加反复荷载二次，混凝土结构预加载值不宜超过开裂荷载计算值的30%（2）先施加试体预计开裂荷载的40%60%并重复23次，再逐步加至100%开裂荷载，时刻关注开裂荷载实测值,（3）试验过程中，应保持反复加载的连续性和均匀性，加载或卸载的速度宜一致（4）当进行承载能力和破坏特征试验时，应加载至试体极限荷载下降段，对砼结构应控制到最大荷载下降至85%（5）拟静力试验的加载应采用荷载变形双控制的方法,（6）试体屈服前，应采用荷载控制并分级加载，接近开裂和屈服荷载前宜减小级差进行加载（7）试体屈服后应采用变形控制，变形值应取屈服时试体的最大位移值，并以该位移值的倍数为级差进行控制加载（1倍、2倍、3倍）,（8）施加反复荷载的次数应根据试验目的确定，屈服前每级荷载反复一次，屈服以后宜反复三次。当进行刚度退化试验时，反复次数不宜少于五次（9）对多层结构的水平加载可按倒三角分布，水平荷载宜通过各层楼板施加,5、试验数据的处理（1）开裂荷载及变形应取试体受拉区出现第一条裂缝时（肉眼首次观察到）相应的荷载和相应变形（预测部位很重要），或P曲线刚度有变化。,（2）对钢筋屈服的试体，屈服荷载及变形应取受拉区主筋达到屈服应变时相应的荷载和变形（材料试验在先）（3）试体承受的最大荷载（极限荷载）和变形应取试体受荷载最大时的相应荷载和变形。,（4）破坏荷载及相应变形应取试体最大荷载出现之后，随变形增加而荷载下降到最大荷载85%时的相应荷载和变形。（5）砼试件骨架曲线应取荷载变形曲线的各加载级第一循环的峰点所连成的包络线。,（6）试体的刚度可用割线刚度来表示，割线刚度Ki应按下式计算：式中：Fi第i次峰点荷载值Xi第i次峰点位移值,（7）试体的延性系数，应根据极限位移Xu和屈服位移Xy之比计算。式中：Xu试体的极限位移（下降至85%时位移）Xy试体的屈服位移（判断对结构较难）,（8）试体的承载力降低的性能，应用同一级加载各次循环所得荷载降低系数进行比较，应按下式计算：式中：第j级加载，第i次循环峰点荷载值第j级加载，第i-1次循环峰点荷载值,试体承载能力降低系数的含义：试体在i次循环的最大荷载与第一次循环的最大值之比。,（9）试体的能量耗散能力，应以荷载变形滞回曲线所包围的面积来衡量，能量耗散系数E应按下式计算：弹性是吸收能量后还将能量转换弹塑性阶段希望耗散地震输入结构的能量能量耗散能力与不同的加载方案有关,（10）恢复力模型的确定这是非线性分析的关键问题,弹性,弹塑性,Clough模型刚度退化双线型模型,刚度退化三线型模型,梭形,弓形,Z形,反S形,弓形与梭形比较“捏缩效应”反映了一定的滑移影响,反S形与梭形比较反映了更多的滑移影响,Z形与梭形比较反映了大量的滑移影响,滑移：指主筋在砼中的滑移。比如Z形滞回环，加载时位移增长很快，其中相当一部分位移由滑移造成，而钢筋在滑移过程中的受力较小，所以相当一段荷载上升很慢，当位移达到滑移过程快完成的时候，荷载值上升速度显著加快；卸载时，荷载下降快，位移减小慢，说明变形恢复能力很差，塑性变形为主，反向加载时，同样是滑移的很厉害。一般的，开始为梭形，逐步发展到弓形，再反S形，最后Z形。,强度开裂强度、屈服强度、极限强度刚度初始刚度（切线刚度）开裂刚度（割线刚度）屈服刚度（割线刚度）,“荷载位移”曲线没有明显“屈服”点时，屈服位移的确定方法：,大作业根据工程实际，模拟完成一个伪静力试验（50分）要求：1、绘