结构抗震试验概论

0.2
抗剪强度 （MPa）
0.090
平均值 （MPa）
0.102
0.302
5 0.5 0.160
0.284
正交试验设计法的优缺点


优点——大大减少试件数量，当因子数 为5，水平数为4时，试件由1024降为16 根 缺点——不能建立单个因子与试验目的 之间的函数关系，不能定量研究结构的 抗震性能。
数据分析误差

曲线数字化时产生的误差 数字绘制曲线时产生的误差
试验误差

系统误差——不因人而异的误差 非系统误差——因人而异的误差 有些误差很难减少——材质本身不均匀 产生的误差（砌体结构中最严重）
国内外结构抗震试验概况
1.
2.
构件类型和材料品种 构件类型——梁、柱、框架、节点、剪 力墙、整体结构 材料——钢筋混凝土、劲性混凝土、砖、 砌块、石料、土
国内外结构抗震试验概况

1.
2. 3.

恢复力特性的模型化和恢复力曲线的计 算 砌体破坏阶段剪力——滑移模型（吕西 林） 砌体结构半退化三线型模型（朱伯龙） 考虑裂面效应的混凝土等效应力—应变 关系（朱伯龙） 抗震试验的国际合作
强度误差可控制在10~15%
材料强度误差
1.
2.
钢材 同级同批同直径的钢筋屈服强度误差 5~8% 同一根钢筋取样产生的误差1~2%
试件安装误差


试件划线误差 支座、加力点与划线对中不准的误差 支座长度方向不平或试件底部不平引起 的试件扭转或出平面变形 支座太紧、摩擦力抵销一部分作用力
安装引起的误差可控制在1~3%
试验设备误差


材料试验机的精度和实验者的读数误差 试验加载装置的精度和实验者的读数误差 传感器精度和实验者读数误差 数据采集和记录设备内部元器件引起的误差
对试验机、加载装置、传感器、记录设备进行定 期标定，采用自动记录装置
试验方法非标准引起的误差


混凝土和砌体在临近破坏时，加载时间 越长，强度越低（5~8%） 在进行反复荷载加载试验时，当确定荷 载大小后，还应确定加载时间
结构试件设计

试件形状的选择 试件尺寸与数量的确定 构造措施
试件形状

造成和试验目的相一致的应力状态 必须注意边界条件的模拟
试件尺寸
尺寸效应——截面越小，强度越高 1. 确定一合理尺寸，使强度趋向稳定 2. 确定尺寸效应的关系，求得强度折减系数 构造效果 小尺寸试件很难满足构造要求 钢筋表面要求——光圆和螺纹 石子要求——石子粒径应满足钢筋之间浇捣 要求 振捣要求——试件越小越难振捣 立方体试块要求——大小、同一性
国内外结构抗震试验概况
1. 2.
3.
试验目的 研究结构恢复力特性 为改善结构的抗震能力进行不同方案的 试验比较 为改进规范条文提供科学依据
国内外结构抗震试验概况
1.
2.
3.
抗震试验设备 静力试验设备——电液伺服加载系统、 计算机联机试验 动力试验设备——多自由度模拟地震振 动台 试验数据采集与处理
总体设计分批进行
1.
2.
3.
水平数不变，设为3 分析因子数1，试件为3个，试验曲线为 1条 分析因子数2，试件为5个或9个，试验 曲线为3条 分析因子数3，试件为27个，试验曲线 为9 条
总体设计分批进行
1. 2.
分析因子数不变 水平数为2，试件8根，曲线4条 水平数为3，试件27根，曲线9条
高等结构试验
参考书： 朱伯龙主编 结构抗震试验 姚振纲主编 建筑结构试验
高等结构试验Leabharlann 结构抗震试验概论（2） 结构试验相似理论（4） 结构模型试验（4） 低周反复加载试验 振动台试验 结构动力特性试验
结构抗震研究

地震震害调查 结构振动理论 结构抗震试验
1. 2. 3.
试验时结构本身可以控制，其性能已知 试验时可选择地震作用 试验可研究某一因素的影响
多遇地震——1/3基本烈度 罕遇地震——2基本烈度


地震波的频谱

1. 2. 3. 4.
同一结构建在不同的场地，对于同样的地震， 破坏形式不一样 地震作用频率——0.5~33Hz 特征周期 Ⅰ类场地土——0.25~0.35S Ⅱ类场地土——0.35~0.45S Ⅲ类场地土——0.45~0.65S Ⅳ类场地土——0.65~0.90S
结构抗震试验再现地震反应

输入——地面运动（地震工作者研究） 系统——结构本身的自振特性 输出——结构的地震反应（加速度、速 度、位移）
输入——系统——输出
地震波三要素

地震波峰值 地震波的频谱 地震波持续时间
地震波峰值

7度——0.1~0.15g 8度——0.2~0.25g 9度——0.4~0.45g
2.
正交试验设计法 选择正交表 综合评价 总体设计分批进行 水平数不变 分析因子数不变
正交表 L4(23)
列号 试件号 1 1 1 2 1 3 1
2
3
1
2
2
1
2
2
4
2
2
1
砖砌体试件试验数据
试件号
1 0.2 4 5 2.5 0.5 0.302 0.302 0.064 0.407 0.160
截面积 （m2）
砂浆强度 （MPa）
0.5
垂直压应力 （MPa）
0.064
抗剪强度 （MPa）
0.090
平均值 （MPa）
0.248
0.7
7 2.5 0.111
0.136
砖砌体试件试验数据
试件号
1 0.5 5 7 0.7 0.7 0.302 0.064 0.302 0.160 0.111
砂浆强度 （MPa）
截面积 （ m2 ）
材料强度误差
试件的实际材料强度与名义值（标准试 块确定）之间的差别所产生的误差
材料强度误差
1. 2. 3. 4.
5.
6.
混凝土——要求试块和试件具有同一性 具有相同的混凝土（同一次拌和） 具有相同条件的外模 具有相同的振捣条件 具有相同的拆模时间 具有相同的养护状况 具有相同的试验时刻
材料强度误差
1. 2. 3.
分析因子 砌体截面积A 砂浆强度fm 垂直压应力0
砖砌体试件试验数据
试件 号
1
截面积 （m2）
砂浆强度 （MPa）
0.5
垂直压应力 （MPa）
0.064
抗剪强度 (MPa)
0.090
2 3 4 5 6 7 8
0.2
2.5
0.5
0.7 2.5
0.302 0.064 0.302 0.064 0.302 0.064 0.302
地震持续时间

地震持续时间长危险大 高应变下的疲劳 反应谱不能反映地震持续时间（时程分 析、振动台试验）
结构抗震试验分类

1. 2.
静力试验
周期性试验——低周反复加载试验 非周期性试验——拟动力试验

1. 2.
动力试验
周期性试验——激振器加载、振动台加载 非周期性试验——模拟地震振动台、人工爆炸模拟地震、 天然地震
结构抗震试验的缺点

结构模型和地基条件与实际不符合 材料性质上的差别 模型尺寸影响 结构构造差别 地震作用的大小、方向不同
结构抗震试验的任务



确定结构的动力特性 确定结构构件在地震作用下的恢复力特 性 研究结构或构件的破坏机理和破坏特性 验证抗震措施或加固措施的有效性 在给定的地震作用下测定结构的 地震反 应
试件数量



试件数量直接关系到试验工作量和是否 满足试验任务的要求，同时受试验经费 和时间期限的限制 分析因子——参与研究问题有决定性的 影响参数 水平数——同一参数的几种状态
钢筋混凝土试件分析因子


钢筋强度 混凝土强度 配筋率 配箍率 剪跨比 轴向应力
砌体结构抗剪强度试验
0.240 0.169 0.407 0.064 0.160 0.111 0.275
试件组合数
分析因 子数
1 2 3 4 5
水平数
2 2 4 8 16 32 3 3 9 27 81 243 4 4 16 64 256 1024 5 5 25 125 625 3125
试件数量设计
1. 2. 1.

设备条件

吊车起吊能力 试验室净空条件 试验加载设备 试验台座 反力墙
经费可能



在满足试验要求的前提下，一般情况下 试件尺寸愈小愈经济 要处理好试件尺寸、数量之间的关系 要求反映构造特点的试件尺寸可适当大 一些，力求接近实际 以研究破坏机制为主的可适当小一些， 以增加试件数量
结构抗震动力试验


1. 2. 3.
加载频率大于结构自振频率，可以提供 一定的应变速率，反映应变速率对结构 试验的影响 周期性动力加载试验 在结构上安装激振器加载 采用电液伺服加振器加载 采用周期性振动台加载
结构抗震动力试验
1. 2. 3.
非周期性动力加载试验 模拟地震振动台试验 人工爆破模拟地震试验 天然地震试验
1. 2. 3. 4.
5.
影响砌体强度的因素 块材的强度 砂浆的强度及和易性 砌筑时块材的湿润程度 砌筑者的技术水平（误差达50%） 试验时的龄期
材料强度误差
1.
2.
3.
保持砌体试块和试件同一性的方法 每批试块和试件采取分皮流水作业—— 减少因砌筑者水平不同引起的差异 每皮砌完后所拌砂浆不足以砌完下一皮 时，宁可放弃重拌。 所用块材力求材质均匀，同等条件浸湿