工程结构抗震试验ppt课件

工程结构抗震试验，1，5.1概述，结构抗震试验的目的：(1)确定结构的线性动力特性，即结构在弹性阶段较小变形条件下的自振周期、振型、耗能和阻尼值；(2)研究结构进入非线性阶段时的非线性性能，如耗能能力、滞回特性、延性、破坏机理和破坏特征。5.1.1结构抗震试验的特征(1)荷载以动态形式出现；(2)加速度引起的惯性力；(3)当动载荷作用在结构上时，存在应变率问题。2，5.1.2结构抗震试验内容，结构抗震试验设计重点结构抗震试验中心结构抗震试验分析目的，3，5.1.3结构抗震试验分类，结构抗震试验可分为两类：结构抗震静力试验；结构地震动力试验室：拟静力试验、拟动力试验和模拟振动台试验场地：人工地震模拟试验、自然地震试验、4，5.1.3.1拟静力试验。拟静力试验也称为低周反复荷载试验或拟静力试验。通常，低周反复力或位移应用于测试对象，以模拟结构在地震期间的作用，并评估结构的抗震性能和能力。准静态试验本质上是模拟地震对结构的静力作用。优点：可在试验过程中随时停止，观察试件的开裂和失效状态，并可根据试验要求改变加载过程。不足：试验的加载过程是研究者事先主观确定的，与实际地震作用过程无关，不能反映实际地震作用过程中应变率的影响。5，5.1.3.2拟动力试验，又称计算机加载器在线试验，是将计算机计算与控制与结构试验有机结合的一种试验方法。优点：结构的恢复力特性不再来自数学模型，而是直接从被测结构中实时获取。不足：拟动力试验不能反映实际地震作用下材料应变率的影响；拟动力试验只能通过单个加载器或多个加载器加载试件，不能完全模拟地震作用下结构的实际受力分布。6、5.1.3.3地震模拟振动台试验能真实再现地震过程，能再现振动台台面上的自然地震记录，安装在振动台上的试件能收到类似自然地震的效果。地震模拟振动台试验可以再现地震作用下结构开裂和破坏的全过程，反映应变率的影响，对超高层或原型结构进行整体模型试验。局限性：振动台试验一般为模型试验，比例小，容易产生尺寸效应，难以模拟结构。7、5.1.3.4人工地震模拟试验，利用地面或地下爆炸引起的地面运动的动力效应，模拟一定强度或一定自然地震对结构的影响，进行大型模型或足尺结构试验，并已在实际工程试验中得到实践。优点：该方法直观简单，可以考虑网站的影响。缺点：然而，测试既昂贵又困难。8、5.1.3.5自然地震试验，在地震频繁发生的地区或短期预测可能发生大地震的地区，有意识地建造一些实验结构或在现有结构上安装地震仪，以便在发生地震时获得结构响应。优点：方法真实可靠。缺点：成本高，实施困难，9，5.2拟静力试验，拟静力试验方法是目前研究结构或构件抗震性能最广泛使用的试验方法，它是利用一定的载荷控制或变形控制对试件进行低周反复加载，使试件从弹性阶段走向破坏的试验。试件类型：梁、板、柱、节点、墙、框架和整体结构等。10、5.2.1加载装置，试验加载装置大多采用反力墙或专用抗侧力框架，加载，16，5.2.3钢管混凝土框架梁柱节点试验，5.2.3.1试件形式：工形、X形、17，(2)双向重复加载系统，A、X、Y轴双向同步加载；B.a.x，y轴双向异步加载。18、5.2.3.2试验装置，A .梁柱节点组件的梁端加载装置，19、B梁柱节点组件有侧柱端加载装置，20、C.X梁柱节点组件试验装置，21、5.2.3.3试验加载程序，控制作用力和位移的混合加载方法，5.2.3.4试验观测项目荷载和支座反力；载荷-变形曲线；塑料铰链截面的弯曲率或转角；节点核心区的剪切角；梁柱纵向钢筋应力；核心区箍筋应力；钢条。22、5.2.4试验数据的确定，通过拟静力试验可以得到以下数据：5.2.4.1开裂荷载：对于混凝土结构构件，当第一个竖向裂缝或斜裂缝出现时，取荷载。5.2.4.2屈服载荷和屈服变形：试验结构构件在载荷略有增加和变形大幅增加时的最小载荷和相应变形被视为屈服变形。对于混凝土构件，是指受拉主筋应力屈服时的荷载或相应变形。5.2.4.3极限荷载：取试验构件能承受的最大荷载。23、5.2.4.4破坏荷载和极限变形在试验过程中，试验构件在达到极限荷载后会有较大的变形，但仍有可能修复相应的荷载值，称为破坏荷载。一般来说，将极限载荷下降15%对应的载荷值作为损伤载荷是合适的，相应的变形就是极限变形。5.2.4.5的骨架曲线将荷载-位移曲线(反向荷载顶点)所有级别的第一个周期的峰值点所连接的包络线作为骨架曲线。在研究非线性地震时，骨架曲线反映了荷载-位移曲线在每个周期达到最大峰值点的轨迹，反映了试验构件的地震强度、承载力和延性特征。延性系数24、25、5.2.4.6指试验构件的塑性变形能力指数，反映结构构件的抗震性能。退化率计算如下：26，5.2.4.7反映试验结构构件的抗力随着重复加载次数的增加而降低的指数。(1)在研究承载力退化时，退化率用承载力折减系数表示，并按下式计算：(2)在研究刚度退化时，即在恒定位移条件下，刚度随着重复加载次数的增加而减小时， 退化率用环刚度表示，并按下式计算：27 . 5 . 2 . 4 . 8耗能试件结构构件的耗能能力应以荷载-变形滞回曲线包围的面积来衡量，耗能系数e按下式计算(图5.14)； 拟动力试验拟动力试验是由计算机进行数值分析和载荷控制的试验。30、5.3.1伪动态试验设备。拟动力试验加载设备与拟静力试验相似，一般由计算机、液压伺服加载器、传感器、试验台等组成。根据给定的地震加速度记录，由计算机进行非线性结构动力分析，并将计算机得到的位移响应作为输入数据，控制装载机对结构进行试验。该方法需要在试验前假设结构的恢复力特性模型。31，5.3.2测试步骤(1)将地震加速度时程曲线输入计算机系统，(2)将时间N的地震加速度值代入运动方程，以消除时间N的地震响应，(3)由计算机控制的电液伺服加载器将应用于结构，以实现该地震响应。(4)测量，代入运动方程，计算时间n 1的位移，测量结构反力。(5)重复上述实验步骤，继续进行加载实验，直至实验结束。32、5.3.3拟动力试验的特点和局限性(1)拟动力试验可以进行原型或接近原型的结构试验。(2)伪动态测试过程33、5.4模拟地震振动台试验模拟地震振动台试验能及时再现各种地震波的作用过程，进行人工地震波模拟实验。在实验室中研究结构地震的响应和破坏机理是最直接的方法。34，35，36，37，38，5.4.2试验加载过程，5.4.2.1一次性加载过程，可以连续模拟结构在强震中的整体性能和响应，但试验过程中的测量和观测要求太高，破坏阶段的观测更危险。(2)多重加载过程(1)动力特性试验(2)振动台台面输入运动，引起结构微裂纹。(3)增加桌面的输入移动，使结构开裂到中等程度。(4)加上桌面输入加速度的幅值，结构振动会破坏其主要部分，但结构仍有一定的承载能力。(5)继续增加桌面的移动，将结构转变为移动系统。轻微的负载会导致损坏和崩溃。40、5.4.3模拟地震振动台试验一般需要观测试验观测和动力响应测量：结构位移；加速度；应变响应；结构的开裂部分；裂缝的发展；结构的损坏部分；破坏形式等。41，5.5人工地震模拟试验在结构地震研究中，使用各种能量和动态试验加载设备对结构进行加载试验。虽然它们能满足一些模拟测试的要求，但都有一定的局限性。因此，试图利用爆炸产生的瞬时地面运动来模拟自然地震对结构的影响。42、5.5.1爆破方法(1)直接爆破法在现场安装炸药并起爆后，地面运动的基本现象是：地震运动加速度峰值随炸药量的增加而增大；地面运动加速度峰值离爆炸中心越近，就越高。地面运动的加速度持续时间离爆炸中心越长，持续时间就越长。缺点是需要很大的电荷才能产生好的效果，并且产生的人工地震总是远离自然地震。(2)封闭爆破是一种圆柱形爆破线源。爆破线源是一个可重复使用的橡胶套。钢瓶上有一个通风口，钢瓶的上部留有一个空的部分，用聚酯薄膜密封。虽然钢管中的炸药量不大，但爆炸后的爆炸产物以受控的速率释放到膨胀橡胶中，然后在爆炸后的规定时间内用少量炸药将封端的聚酯薄膜裂开。这样，引爆后会有两个加速运动：一个是由钢瓶向周围橡皮筒的排放引起的；另一个原因是气体从破裂的薄膜密封处泄漏到大气中。这种爆破线可以在一定条件下同时引爆，形成一个爆破阵列。44、5.5.2人工地震模拟试验的动力响应人工地震与自然地震仍有一些区别：人工地震(爆炸爆破)加速度幅值高、衰减快、破坏范围小；人为地震的主频高于自然地震。人为地震的主震持续时间通常是几十毫秒到几百毫秒，比自然地震的持续时间短得多。为了更真实地模拟自然地震，可以采取以下措施：(1)减小测试对象的尺寸(2-3倍)，从而提高测试对象的固有频率，保持测试对象在结构和材料性能上的特性，保持结构的真实性；(2)试验对象建在覆盖层较厚的土层上，可以利用软土层的滤波作用消耗地震波的高频分量，相对增加低频分量的振幅；(3)增大爆炸中心与测试对象的距离，使地震波的高频分量在传播中有很大的损失，相对增大低频分量的影响。46，5.5.3人工地震模拟试验的测量技术问题(1)在试验中，动力为此，采用具有低主电抗的传感器，并且尽可能缩短传感器和放大器连接线之间的距离，并且进行屏蔽和接地。(3)整个试验的爆炸时间短，记录的波形小于1秒。因此，在动态应变测量中，可以用绕线电阻代替温度补偿板，这样可以节省电阻应变片和贴片的工作量。(4)对于结构和地面质点运动参数的动态信号测量，由于爆炸时间短，试验中采用同步控制记录，可使仪器在启动前处于启动记录