第8章土木工程结构抗震试验素材

1、第八章土木工程结构抗震试验，8.1概述8.2结构拟静力试验方法8.3结构拟动力试验方法8.4结构模拟地震振动台试验8.5人工地震模拟试验8.6自然地震试验，(1)掌握结构抗震的低周反复荷载试验；(2)了解拟动力试验的内容；(3)掌握地震模拟振动台试验。1。任务和内容，8.1概述，2。结构抗震试验分类：1。伪静态测试方法，2。伪动态测试方法。模拟地震振动台试验方法。人为地震，5。自然地震测试，1。拟静力试验的基本概念，拟静力试验方法一般以试件的荷载值或位移值为控制量，8.2结构拟静力试验方法，拟静力试验低周反复加载系统，2。拟静力试验加载装置，电液伺服加载系统示意图1-冷却塔；2-电机；3-高压

2、油泵；4-电液伺服阀；5-液压装载机；6-测试结构；7-负载传感器8-位移传感器；9-应变传感器；10负载调节器；11-位移调节器；12-应变调节器；13-记录和显示设备14-指令发生器；15-伺服控制器；16-垂直装载机；17-四连杆机构，装载设备：装载设备，梁弯曲构件测试设备。1-样本；2-承重框架；3-拉杆；4-双向液压装载机；5-负载传感器；6-试验基座、砌体和砌块墙体试验装置、模拟竖向荷载作用下墙体的拟静力试验装置1-试件；2-垂直装载装载机；3-滚轴；4-垂直负载支撑框架；5-水平装载双作用装载机；6-负载传感器；7-水平负载支撑框架8-液压负载控制台；9-输油管道；10-试验基座

3、，模拟墙顶弯矩的拟静力试验装置1-试样；2-L刚性梁；3-垂直装载装载机；4-滚轴；5-垂直负载支撑框架；6-水平装载双作用装载机；7-负载传感器；8-水平负载支撑框架；9-液压装载控制台；10-试验台；11-输油管道、框架节点和梁柱组件试验装置、框架节点和梁柱组件带侧柱端荷载试验装置1-试件；具有可变几何形状的2框架测试框架；3-负载传感器；4-水平装载装载机；5-垂直装载装载机；6-试验台；7-水平承重框架或反力墙、框架节点和梁柱组合梁端荷载试验装置1-试件；双柱顶部球形铰链；3-立柱末端的垂直装载机；4梁末端装载机；5-柱端的侧向支撑；6-支持；7-液压装载控制台；8-承重框架；9-测试

4、基座；10-负载传感器；11-输油管道，3。拟静力试验加载系统，应采用控制力和位移的混合加载方法。正式测试前，应预装，可重复两次。混凝土结构的预载值不应超过计算开裂荷载的30%；砌体结构不应超过开裂计算值的20%。在正式试验中，建议先施加4060的试件预测开裂荷载，重复23次，然后逐渐增加到100。在试验过程中，应保持重复加载的均匀性和连续性，加载和卸载速率应一致。施加重复载荷的次数：屈服前，每一级载荷可以重复一次；屈服后，应重复三次。进行承载力或刚度退化试验时，重复次数不应少于五次。当对整个原型结构或整个结构模型进行拟静力试验时，荷载按地震作用倒三角形分布，水平荷载作用点集中在结构质量集中的

5、部位，即作用在屋顶和楼板上。4.拟静力试验的试验项目：(1)墙体试验：变形、应变、裂缝观测、开裂荷载和极限荷载、墙体侧向位移和剪切变形测点布置1-安装在试验台上的仪器支架；2-样本；3-位移计；4-测试基座，墙荷载-变形曲线测量系统1-试样；2-位移传感器；3-负载传感器；4-基座；5-致动器；6-液压装载控制台；7-油管，(2)钢筋混凝土框架节点和梁柱组合试验，节点梁或柱端位移，梁或柱端荷载变形曲线，塑性铰段转角和节点梁柱部分截面平均曲率，节点核心区剪切变形，节点梁柱主筋应变，节点核心区箍筋应变，节点和梁柱组合中混凝土裂缝的发展和分布，(8)荷载值和支撑反力，5。拟静力试验数据整理要点(1)

6、强度、开裂荷载、试件出现垂直裂缝或斜裂缝时的荷载、试件刚度开始明显变化时的荷载、屈服荷载、试件达到最大承载力时的荷载、极限荷载、试件经历最大承载力后达到一定剩余承载力时的破坏荷载。现行试验标准和法规规定容许极限载荷为85。(2)刚度，结构刚度是结构变形能力的反映。地震后，结构可以通过自身的变形来平衡和抵抗地震力的干扰和影响，结构的地震响应会随着结构刚度的变化而变化。-加载初始刚度；-开裂刚度，-屈服后刚度，-屈服刚度，-卸载刚度；低循环荷载下的刚度，(3)骨架曲线。在变位移幅值的低周反复荷载试验中，骨架曲线是由各滞回曲线的峰值点连接而成的包络线。拟静力试验的骨架曲线，(4)延性系数，即最大载荷

7、点处的变形与屈服点处的变形之比，(5)退化率，即结构强度或刚度的退化率，是指当受控位移承受恒定幅度的低循环载荷时，在施加每个载荷后，强度或刚度降低的速率。它反映了在一定的变形条件下，强度或刚度随着重复荷载的增加而降低，退化率反映了结构是否能承受重复地震作用。当退化率较小时，表明该结构具有较大的耗能能力。(6)滞回曲线，梭形拱反S形和Z形的四种典型滞回曲线，8.3结构拟动力试验方法，1 .基本概念，人们使用计算机直接检测和控制整个测试。该方法是一种将计算机分析与恢复力测量相结合的半理论半经验的非线性地震响应分析方法。结构的恢复力模型不需要预先假设，即可以通过直接测量作用在试件上的载荷和位移来获得

8、解的恢复力特性。拟动力试验加载设备与拟静力试验相似，一般由计算机、电液伺服加载器、传感器和试验台组成。试验设备、操作方法和过程，(1)输入地震动加速度，(2)计算下一个位移值，(3)位移值转换，测量恢复力和位移值，数据处理和数据采集系统的响应分析，(4)拟动力试验的特点和局限性，可用于原型或近原型结构试验。这有利于观察和研究。(2)局限性，计算机的集成操作和电液伺服测试系统的控制需要一定的时间，因此不是一个实时的测试分析过程。拟动力试验需要一定的设备和技术条件。数值计算和静载荷试验存在误差，导致试验精度下降。8.4模拟地震振动台试验，1。模拟地震振动台在地震研究中的作用，(1)研究结构的动力特

9、性、破坏机理和地震破坏原因；(2)验证地震计算理论和计算模型的正确性；(3)研究动态相似理论，为模型试验提供依据；(4)检查产品质量，提高抗震性能，为生产服务；(5)为下一步的研究提供了基础，模拟地震振动台，2。模拟地震振动台的组成，(1)振动台体的结构，(2)液压驱动和动力系统，(3)控制系统，(4)测试分析系统，8.5人工地震模拟试验，天然地震和人工爆破地震的加速度幅值谱，(a)天然地震波的加速度幅值谱，(b)爆破18500公斤炸药时距爆炸中心132米处自由场的加速度幅值谱，(c)爆破500000公斤炸药时距爆炸中心152米处自由场的加速度幅值谱。人工地震与自然地震有一些区别：人工地震(爆

10、炸爆破)的加速度幅值高，衰减快，加速度低。人为地震的主频高于自然地震。人工地震的主要持续时间通常在几十毫秒到几百毫秒之间，比自然地震的持续时间要短得多。8.6自然地震试验，1。工程结构的强震观测。当地震发生时，特别是当强烈地震发生时，通过仪器观察地面运动过程和工程结构的动态响应的工作称为强烈地震观测。强震观测主要测量工程结构在地震作用下的加速度响应。1964年6月新泻地震期间，秋田县政府大楼的东西方向记录了一条强烈的地震曲线。2.专门建立了天然地震试验场和工程结构地震反应观测系统。为了观察结构对地震的反应，国外在地震活跃区专门建造了试验场地，并在场地上建造了试验结构，因此所有现代试验方法都可以

11、用来获得结构在地震中的各种反应。目前，世界上最著名的试验场是日本东京大学生产技术研究所的千叶试验场。测试基地包括许多部分，抗震测试只是其中的一个基本组成部分。在地震试验中，有大型地震实验室、数据处理中心、化工设备自然地震试验场和建筑模型自然试验场等。拟静力试验方法可用于研究几乎所有工程结构或构件的抗震性能。其突出的优点是经济实用，因而得到广泛应用。拟动力试验是将计算机技术直接应用于测试和控制试验荷载，更接近地震反应的真实状态。拟动力试验的特点是采用半理论半试验的非线性地震反应分析方法，将计算机分析与恢复力测量相结合。3.地震模拟振动台试验是一种理想的试验方法，可以在实验室再现地震过程，研究工程结构的地震响应和破坏机理。但是，由于振动台台面的限制，只能进行结构缩尺模型的抗震试验，振动台一次性投资较大。人工地震模拟试验是利用爆破产生的地震波来研究工程结构的抗震性能。通过调整炸药量和爆炸中心距试验对象的距离，可以获得满意的试验结果。然而，测试成本高且控制困难。5.天然地震结构试验可以获得强震下的地面运动过程和建筑物的振动过程，并提供客观的实测数据。这种方法既昂贵又困难。当人们有了知识