第4章结构低周反复加载静力试验

第四章结构低周反复加载静力试验2014.9现代结构试验方法扬州大学建筑科学与工程学院CollegeofCivilScienceandEngineering第四章结构低周反复加载静力试验§1结构抗震试验方法概述§2加载设备和装置§3加载及试验方法§4试验数据的整理分析§5结构低周反复加载静力试验现代结构试验方法1.1震害唐山大地震1976年7月28日凌晨，在河北省唐山、丰南一带发生了7.8级强烈地震。主震之后，发生了多次强余震。截至当年9月23日，共发生4级以上的强余震423次，其中5-5.9级的25次，6-6.9级的5次；最大的一次强余震为7.1级，发生在主震当天的18时45分。150万人口中死亡24万，伤16万；直接经济损失100亿元,震后重建费用100亿元。§1结构抗震试验方法概述1.1震害唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。现代结构试验方法§1结构抗震试验方法概述1.1震害日本阪神地震1995年1月17日凌晨5时46分，在日本兵库县南部发生7.2级地震，震源在兵库县首府神户市和淡路岛之间的海底。这次地震的震源浅、震级大，发震断层穿城而过。地震死亡5466人，受伤34523人，直接经济损失约1000亿美元。现代结构试验方法§1结构抗震试验方法概述底层破坏造成房屋倒塌§1结构抗震试验方法概述桥梁钢筋混凝土墩的剪切破坏现代结构试验方法§1结构抗震试验方法概述5.12汶川地震2008年5月12日14时28分，四川省汶川县境内发生了里氏8.0级特大地震，地震造成重大人员伤亡和经济损失。直接经济损失是6920亿，四川是6177亿，占四川的GDP58.8%，相当于四川一年的GDP的接近60%，相当于全国GDP的2.5%，加在一起直接的经济损失占全国的2.8%，地震能量巨大、烈度超强。震源深度浅、破裂长度大、震害范围广。发震方式特殊、震动持续时间长启示：预防为主。土木工程方法是指场地选择、场地安全性评价、抗震、合理施工、正确使用和维护及时加固。土木工程手段是防灾减灾的主要手段。1.2结构抗震试验方法的发展静力试验方法动力测试及现场实测阶段地震模拟实验阶段抗震实验广泛应用§1结构抗震试验方法概述现代结构试验方法结构抗震设计理论：静力理论反应谱理论直接动力分析理论概率弹塑性理论1.3结构抗震试验方法分类1.结构抗震静力试验低周反复加载静力试验——周期性加载试验中控制结构的变形值或荷载量，使结构构件在正反两个方向反复加载和卸载，模拟地震荷载对结构的受力过程。§1结构抗震试验方法概述现代结构试验方法低周反复加载试验的目的首先是研究结构在地震荷载作用下的恢复力特性，确定结构构件恢复力模型。通过试验可以从强度、变形和能量等三个方面判别和鉴定结构的抗震性能。结构构件的破坏机理，为改进现行抗震设计方法和修改设计规范提供依据。§1结构抗震试验方法概述低周反复加载试验的特点优点：⑴设备简单，耗资少，便于观察试验现象⑵加载历程可人为控制，并可按需加以修正⑶能做大型的结构试验及各种类型的结构试验缺点：不能与任一次确定性的非线性地震反应结果相比。§1结构抗震试验方法概述1.3结构抗震试验方法分类1.结构抗震静力试验拟动力试验（计算机—加载器联机试验）——非周期性加载用计算机参与试验的执行和控制，模拟实际地震位移时程曲线驱动和控制电液伺服加载器对结构施加荷载；同时量测结构反应，得到结构的瞬时非线性变形和恢复力间的关系，再由计算机算出下一次加载后的变形，并将之转化为控制信号，驱动加载器强迫结构按实际地震反应实现结构的变形和受力。§1结构抗震试验方法概述现代结构试验方法拟动力试验工作流程拟动力试验结构运动方程n时刻的地震反应位移值加载控制系统结构或模型量测结构反力n+1时刻优点：⑴使结构荷载和变形与地震作用下所经历的真实过程完全一致。　　　⑵不需对恢复力特性做任何假设。⑶能作振动台试验所不能胜任的较大型结构模型试验。缺点：不能反映实际地震时材料应变速率的影响。§1结构抗震试验方法概述现代结构试验方法1.3结构抗震试验方法分类2.结构抗震动力试验周期性动力试验设备：⑴安装在结构上的激振器⑵电液伺服加载器⑶振动台§1结构抗震试验方法概述现代结构试验方法1.3结构抗震试验方法分类2.结构抗震动力试验非周期性动力试验⑴模拟地震振动台试验⑵人工地震试验⑶天然地震试验§1结构抗震试验方法概述现代结构试验方法1.4混凝土结构抗震试验的目的研究结构构件的抗震性能——承载力、刚度、变形能力、滞回环形状、耗能能力、破坏机制改善结构的抗震能力改进和发展抗震构造措施建立恢复力模型，改进恢复力特性曲线的计算§1结构抗震试验方法概述现代结构试验方法2.1加载设备和装置应满足的1.满足最大荷载和变形条件2.考虑反复受力的可能性3.抗侧力装置有足够的承载力、抗弯、抗剪刚度4.推拉千斤顶行程足够，两端设铰支座5.满足边界条件§2加载设备和装置现代结构试验方法2.2加载设备1.手动加载自动化程度不高，加载过程不易控制2.电液伺服加载系统组成控制原理：闭环控制现代结构试验方法§2加载设备和装置2.3加载装置现代结构试验方法§2加载设备和装置2.3加载装置现代结构试验方法§2加载设备和装置固端平移式试验装置2.3加载装置分配梁悬吊支撑加载试验装置现代结构试验方法§2加载设备和装置3.1加载制度一维：1.控制位移：变幅加载等幅加载混合加载§3加载制度及试验方法现代结构试验方法3.1加载制度2.控制作用力3.控制作用力和控制位移混合加载§3加载制度及试验方法现代结构试验方法3.1加载制度二维——控制位移§3加载制度及试验方法现代结构试验方法3.2回载控制点屈服前（控制力）——（0.5、0.75、1.0）屈服荷载屈服后（控制位移）——（1.0、2.0、3.0、4.0）屈服时位移§3加载制度及试验方法现代结构试验方法3.3反复加载次数屈服前：每级荷载可反复一次屈服后：每级荷载宜反复三次§3加载制度及试验方法现代结构试验方法3.4量测内容1.荷载值、支座反力2.拉、压主筋的应变3.受力箍筋的应变4.各级荷载下变形5.主筋在锚固区的粘结滑移6.裂缝§3加载制度及试验方法现代结构试验方法4.1开裂荷载开裂荷载及变形应取试体受拉区出现第一条裂缝时相应的荷载和相应变形。方法：⑴放大镜观察法⑵荷载—挠度曲线判别法⑶连续布置应变计法§4试验数据的整理分析现代结构试验方法4.2屈服荷载、屈服变形取试件在荷载稍有增加而变形有较大增长时所能承受的最小荷载和其相应的变形为屈服变形。方法：⑴有明显屈服点的构件——荷载—变形曲线上明显拐点处⑵无明显屈服点的构件——A.能量等效面积法B.通用屈服弯矩法§4试验数据的整理分析现代结构试验方法屈服荷载的确定有明显屈服点的构件§4试验数据的整理分析屈服荷载的确定无明显屈服点的构件通用屈服弯矩法能量等效面积法4.3极限荷载试体的承受最大荷载和变形应取试体承受荷载最大时相应的荷载和相应变形。§4试验数据的整理分析现代结构试验方法4.4破坏荷载破坏荷载及相应变形应取试体在最大荷载出现之后，随变形增加而荷载下降至极限荷载的85%时的相应荷载和相应变形。§4试验数据的整理分析现代结构试验方法4.5骨架曲线荷载—位移曲线的各级的第一循环的峰点（卸载顶点）连接起来的包络线作为骨架曲线。形状：与单调加载曲线相似。§4试验数据的整理分析现代结构试验方法4.6延性系数是试件塑性变形能力的一个指标。——在荷载下降段相应于破损荷载的变形——相应于屈服荷载的变形挠度延性系数转角延性系数曲率延性系数§4试验数据的整理分析现代结构试验方法4.7承载力退化在位移幅值不变的条件下，构件承载力随反复加载次数的增加而降低的特性。——承载力降低系数——位移延性系数为j时，第i次加载循环的峰点荷载值——位移延性系数为j时，第一次加载循环的峰点荷载值§4试验数据的整理分析现代结构试验方法4.8刚度退化初次加载刚度卸载刚度等效刚度§4试验数据的整理分析现代结构试验方法4.8刚度退化刚度退化：在位移幅值不变的条件下，结构构件的刚度随反复加载的次数的增加而降低的特性。§4试验数据的整理分析4.9滞回环在低周反复荷载作用下，反复加载一个循环的荷载—变形曲线构成一个滞回环（滞回曲线）。§4试验数据的整理分析现代结构试验方法4.9滞回环面积：可用来衡量结构、构件耗能能力的大小。形状；反映不同的破坏机制。梭形弓形反S形Z形§4试验数据的整理分析4.9滞回环1、梭形偏心受压构件,以及不发生剪切破坏的受弯构件2、弓形跨度较大,剪力较小并且配有一定箍筋的弯剪和偏压构件。3、反S形一般的框架或者由剪力撑的框架,或者梁柱结点和剪力墙4、Z形小剪跨并且斜裂缝可以充分发展的构件以及锚固钢筋有较大滑移的构件§4试验数据的整理分析5.1砖石及砌块结构抗震性能试验1.试件和边界条件的模拟带翼缘或不带翼缘的单层单片墙双层单片墙体或开洞墙体的砌体试件纵墙：两个或一个窗间墙的双肢或单肢窗间墙试件5.1砖石及砌块结构抗震性能试验2.试验装置和加载设计为了满足试件受力的边界条件，试验装置设计必须考虑以下条件：A.试验装置应尽可能模拟水平地震荷载作用下墙体的受力状态，重现地震时震害出现的剪切破坏现象；B.试验装置对墙体试件底部应满足固定边界条件，顶部能实现平移边界条件，对于高宽比较小的墙体，顶部也可采用自由边界条件。竖向均布加载的悬臂式试验装置悬臂式试验装置空心砖砌体玻璃纤维布加固砼砌块砌体的对比试验抗震墙竖向均布加载的悬臂式试验装置模拟墙顶弯矩试验装置固端平移式试验装置只允许墙顶产生水平位移但不产生转动5.1砖石及砌块结构抗震性能试验3.加载制度竖向:一次加载水平:荷载控制位移控制5.1砖石及砌块结构抗震性能试验4.试验观测项目与测点布置裂缝和初裂荷载破坏荷载墙体位移和荷载变形曲线应变测量墙体位移和荷载变形曲线应变测量5.2钢筋混凝土框架梁柱节点组合体的抗震性试验1.试件和边界条件的模拟5.2钢筋混凝土框架梁柱节点组合体的抗震性试验2.试验装置和加载设计钢筋混凝土梁柱节点组合体梁端加载试验装置5.2钢筋混凝土框架梁柱节点组合体的抗震性试验2.试验装置和加载设计钢筋混凝土梁柱节点组合体有侧移柱端加载试验装置钢筋混凝土框架节点5.2钢筋混凝土框架梁柱节点组合体的抗震性试验3.试验观测项目的测点布置荷载及支座反力可通过测力传感器测定荷载－变形曲线梁或柱端位移的测定构件塑性铰区段曲率或转角节点核心区剪切角梁柱纵筋应力核心区箍筋应力梁内纵筋通过核心区的滑移值裂缝开展情况的与描绘。本章作业练习1.结构抗震试验有哪些类型？各自的特点是什么？2.伪静力试验的加载装置设计要求和试件的边界条件相一致，为什么？3.若进行墙体试验和梁柱组合体试验，测点应如何布置？4.名词解释：极限荷载、破坏荷载、等效刚度、骨架曲线、延性系数、退化率、滞回曲线。5.伪静力试验加载制度若采用荷载控制和位移控制混合方式进行，如何操作？6.拟动力试验的基本原理是什么？THEEND