结构动载试验

1、1第第4章章 结构动载试验结构动载试验2主要内容主要内容n1、概述、概述n2、结构动载试验的仪器仪表、结构动载试验的仪器仪表n3、结构振动测试、结构振动测试n4、结构抗震试验、结构抗震试验n5、结构疲劳试验、结构疲劳试验34.1 概述概述n爆炸或冲击荷载试验爆炸或冲击荷载试验三峡、桥梁结构三峡、桥梁结构n结构抗震试验结构抗震试验地震模拟振动台试验地震模拟振动台试验低周反复荷载试验低周反复荷载试验结构拟动力试验结构拟动力试验n结构疲劳试验结构疲劳试验吊车梁吊车梁n结构振动试验结构振动试验获取结构的动力特性获取结构的动力特性根据荷载根据荷载作用时间作用时间和反复作用和反复作用的次数的次数4动载试验

2、和静载试验区别：动载试验和静载试验区别：n动载试验中，结构上的荷载随时间连动载试验中，结构上的荷载随时间连续变化续变化n动荷载作用下的反应与结构自身动力动荷载作用下的反应与结构自身动力特性有关特性有关n动力条件下，结构的承载能力和使用动力条件下，结构的承载能力和使用性能的要求发生变化性能的要求发生变化n冲击和爆炸荷载作用下，结构在很短冲击和爆炸荷载作用下，结构在很短时间内达到极限承载能力时间内达到极限承载能力54.2 结构动载试验的仪器仪表结构动载试验的仪器仪表n频率特性频率特性土木工程结构一般在土木工程结构一般在100Hz内内n信号滤波和衰减信号滤波和衰减低通、高通、带通、带阻低通、高通、带

3、通、带阻模拟滤波器、数字滤波器模拟滤波器、数字滤波器64.2.3 传感器传感器n惯性式传感器惯性式传感器n电动式传感器电动式传感器n压电式传感器压电式传感器灵敏度：越高，质量越大；灵敏度：越高，质量越大；频率响应曲线频率响应曲线74.2.4 动载试验加载设备与方法动载试验加载设备与方法n1、设备分类与基本要求、设备分类与基本要求电液伺服加载系统电液伺服加载系统n地震、疲劳试验等地震、疲劳试验等激励锤（力锤）和激振器激励锤（力锤）和激振器n结构模态或动力特性结构模态或动力特性疲劳试验机疲劳试验机其它其它84.3 结构振动测试结构振动测试n脉冲响应函数与频响函数脉冲响应函数与频响函数傅立叶变换对傅

4、立叶变换对n通过通过Duhamel积分可以求解体系在连积分可以求解体系在连续激励下的响应续激励下的响应( )( ) ()x thf td9振动数字信号的处理振动数字信号的处理nAD转换：模拟信号到数字信号转换：模拟信号到数字信号n采样定理采样定理采样频率必须大于采样频率必须大于2倍的所关心频率倍的所关心频率n离散傅立叶变换离散傅立叶变换n功率谱密度功率谱密度n自相关函数自相关函数n互相关函数互相关函数10n信号泄露与加窗信号泄露与加窗n数字滤波数字滤波n结构固有频率和阻尼的确定结构固有频率和阻尼的确定半功率法半功率法对数衰减率对数衰减率0ba01ln2nAnA114.4 结构抗震试验结构抗震试

5、验n主要目的是通过试验手段获取结构在主要目的是通过试验手段获取结构在地震作用试验环境下的结构性能地震作用试验环境下的结构性能n1.地震时地面的运动地震时地面的运动加速度最大值、频率分量、持续时间加速度最大值、频率分量、持续时间n2.结构在地震作用下的性能结构在地震作用下的性能破坏机制、形态、延性、耗能、强度破坏机制、形态、延性、耗能、强度n3.结构抗震试验的分类结构抗震试验的分类拟静力、拟动力、振动台、原型动载拟静力、拟动力、振动台、原型动载124.4.2 结构低周反复荷载试验结构低周反复荷载试验n1.试验目的试验目的模拟结构在遭遇地震时受到的反复荷载模拟结构在遭遇地震时受到的反复荷载作用作用

6、通过荷载位移滞回曲线对结构或构件通过荷载位移滞回曲线对结构或构件作出抗震性能评价，或掌握其在地震作作出抗震性能评价，或掌握其在地震作用下的力学规律用下的力学规律13na)梭形：一些偏心受压构件、不发生剪切梭形：一些偏心受压构件、不发生剪切破坏的受弯构件破坏的受弯构件nb)弓形：跨度比较大，剪力较小并且配有弓形：跨度比较大，剪力较小并且配有一定箍筋的弯剪构件和偏压构件一定箍筋的弯剪构件和偏压构件nc)反反S形：一般的框架、梁柱节点、剪力墙形：一般的框架、梁柱节点、剪力墙nd)Z形：小剪跨并且斜裂缝可以充分发展的形：小剪跨并且斜裂缝可以充分发展的构件、锚固钢筋有较大滑移的构件构件、锚固钢筋有较大滑

7、移的构件14n2.试验对象的选取试验对象的选取框架结构框架结构n柱：砼强度、纵向钢筋、箍筋、截面形式、柱：砼强度、纵向钢筋、箍筋、截面形式、剪跨比等因素剪跨比等因素砌体结构砌体结构n墙体墙体钢结构钢结构n节点节点n3.试验及加载装置（课本试验及加载装置（课本p124）15n4.加载制度加载制度变形控制加载变形控制加载n常以屈服位移或最大层间位移的某一百分比常以屈服位移或最大层间位移的某一百分比来控制加载来控制加载n变幅加载、等幅加载、变幅等幅混合加载变幅加载、等幅加载、变幅等幅混合加载力控制加载力控制加载力位移控制加载力位移控制加载n我国规范规定的加载制度我国规范规定的加载制度n结构屈服前荷载

8、控制结构屈服前荷载控制n屈服后变形控制屈服后变形控制164.4.3 结构地震模拟振动台试验结构地震模拟振动台试验n1.主要技术参数主要技术参数台面尺寸和台面最大负载台面尺寸和台面最大负载台面运动自由度台面运动自由度频率范围、最大位移、速度和加速度频率范围、最大位移、速度和加速度输入波形输入波形n2.模型设计和制作模型设计和制作几何相似几何相似17n2.模型设计和制作模型设计和制作采用与实际相近的材料制作模型采用与实际相近的材料制作模型模型制作工艺模型制作工艺n3.试验实施与数据采集试验实施与数据采集位移、加速度（层间加速度）、应变位移、加速度（层间加速度）、应变184.4.4 结构拟动力试验结

9、构拟动力试验n拟静力试验不能考虑惯性力作用拟静力试验不能考虑惯性力作用n振动台试验可以考虑惯性力，但有时振动台试验可以考虑惯性力，但有时受台面尺寸及设备能力限制。导致结受台面尺寸及设备能力限制。导致结构局部性能很难准确模拟构局部性能很难准确模拟n其实质就是按照某种确定性的地震反其实质就是按照某种确定性的地震反应进行加载。应进行加载。由于结构恢复力模型未知，运动方程无由于结构恢复力模型未知，运动方程无法求解，故采用法求解，故采用“边试验、边求解边试验、边求解”的的方法分布得到实测结构的恢复力模型方法分布得到实测结构的恢复力模型19n试验设备由电液伺服加载器和计算机试验设备由电液伺服加载器和计算机

10、两部分组成两部分组成利用分部试验结果，求解动力方程。根利用分部试验结果，求解动力方程。根据某一时刻的地面运动加速度计算结构据某一时刻的地面运动加速度计算结构位移，并以此控制加载系统。位移，并以此控制加载系统。加载系统：完成伺服加载过程加载系统：完成伺服加载过程20拟动力试验的特点拟动力试验的特点n优点：优点：适用于复杂结构的非线性地震反应分析，适用于复杂结构的非线性地震反应分析，试验结果比较准确试验结果比较准确可以缓慢再现结构地震反应，便于观察可以缓慢再现结构地震反应，便于观察可进行真型或大比例尺结构在确定性地可进行真型或大比例尺结构在确定性地震下的试验研究震下的试验研究21拟动力试验的特点拟

11、动力试验的特点n缺点：缺点：不能实时再现真实地震反应，不能进行材料特不能实时再现真实地震反应，不能进行材料特性与时间有关的试验性与时间有关的试验实际反应产生的惯性力用加载器的荷载来代替，实际反应产生的惯性力用加载器的荷载来代替，因此仅适用于离散质量分部的结构因此仅适用于离散质量分部的结构计算机除进行运动方程的数值积分外，还需要计算机除进行运动方程的数值积分外，还需要准确控制加载器，精度方面很难实现准确控制加载器，精度方面很难实现试验设备庞大，分析系统复杂，试验费用高试验设备庞大，分析系统复杂，试验费用高22子结构拟动力试验子结构拟动力试验n国际发展新趋势，很有前途国际发展新趋势，很有前途n可进行大型结构的真型试验可进行大型结构的真型试验n边界条件很难准确模拟边界条件很难准确模拟234.5 结构疲劳试验结构疲劳试验n目的：检验或研究结构构件在多次交目的：检验或研究结构构件在多次交变荷载作用下的力学性能变荷载作用下的力学性能n观察项目：观察项目：钢筋混凝土或预应力混凝土构