结构抗震试验方法概述

结构抗震试验方法概述

严健南京林业大学研究生院

摘要：地震的多发性和破坏性，使得结构抗震试验研究越来越受到人类的广泛关注。目前人类已经发明了很多结构抗震试验研究的方法，本文详细介绍了目前结构抗震试验常用的四种方法，分别是（1）拟静力试验方法；（2）多维拟静力试验方法；（3）地震模拟振动台试验方法；（4）拟动力试验方法，并对其各自特点及存在的问题进行了概述。关键词:抗震试验；拟静力试验；振动台试验；拟动力试验；概述

The Summary of the Dynamic Testing Method of

Structures

Abstract

More and more people pay more attention to the seismic research of structures which due to the multiple and devastating earthquake. Some dynamic test means were developed by human in the recent years. In this paper, four kinds of commonly used structure seismic test methods were describe, including The Pseudo Static experiment method, Dimensional Quasi-Static test methods, seismic simulation shaking table experiment method, Pseudo-dynamic test method.

Key words

dynamic testing; the pseudo-static experiment; shaking table experiment; pseudo-dynamic test;aseismatic design methods; summary

0 前言

地震是危害人类生命财产安全最严重的突发式自然灾害之一。随着人类社会的发展和人们生活的高度城市化，地震必将对人们生命和生活设施及工业生产体系带来愈来愈严重的威胁。

近十多年来国内外连续发生的大地震，如1994年美国洛杉矶的北岭(Northridge)6.7级地震，造成62人死亡，9000多人受伤，直接经济损失达300亿美元；1995年日本阪神(Kobe)7.2级地震，造成5466人丧生，3万多人受伤，几十万人无家可归，直接经济损失高达960亿美元；1999年8月17日的土耳其伊兹米特(Izmet) 7.4级地震，造成约17000死亡，45000人受伤，20多万人无家可归，经济损失约120亿美元，如图0.1所示；1999年9月21日发生在我国台湾的7.6级集集地震，造成约2470人死亡，11305人受伤，直接经济损失约118亿元；2010年1月12日发生在加勒比岛国海地的7.0级地震，造成约22.25万人遇难，19.6万人受伤。[1]

图0.1 土耳其伊兹米特(Izmet) 7.4级地震灾区震后图

我国处在欧亚地震带和环太平洋地震带的包围之中，汶川地震震害教训非常深刻，2008年5月12日发生在我国四川的8.0级汶川地震，造成69227人遇难，374643人受伤，1792人失踪，直接经济损失达8451亿元人民币，图0.2为汶川地震的灾区震后图；2010年4月14日发生在我国青海省玉树地区的7.1级地震，造成约2698人丧生，270人失踪。

图0.2 汶川地震的灾区震后图

地震造成的人员伤亡，经济损失，在很大程度上都是由结构的破坏引起的，为了防御和减轻地震灾害，保护人民生命和财产安全，必须使建筑物具备足够的抗震能力及良好的抗震性能。因此，为了避免、减少社会经济损失，有必要进行抗震理论分析和试验研究，为地震设防和抗震设计提供依据，提高各类建筑物的抗震能力。但是由于地震机理和结构抗震性能的复杂性，仅以理论的手段还不能完全的把握结构在地震作用下的性能、反应过程和破坏机理，还需要通过结构试验模拟地震作用研究结构抗震性能，研究结构在弹性阶段的自振周期、振型、能量耗散和阻尼值亦即结构的线性动力特性；也可以研究非线性阶段的能量耗散、滞回特性、延性性能、破坏机理亦即结构的非线性性能。

1 结构抗震试验方法

目前，结构抗震试验方法大体上分为四类，即拟静力试验、多维拟静力试验、地震模拟振动台试验、拟动力试验。拟静力试验是目前在结构工程应用最为广泛的试验方法，它可以最大限度的获得结试件的刚度、承载力、变形、和耗能能力和损伤特征等信息，但不能模拟结构的地震反应过程；地震模拟振动台试验是最能真实再现结构地震动和结构反应的试验方法，但由于台面尺寸和承载力的限制，只能进行小比例模型的试验，且往往配重不足，不能很好的满足相似条件，导致地震作用破坏形态的失真；拟动力试验吸取了拟静力试验和地震模拟振动台试验两种试验方法的优点，可模拟大型复杂结构的

地震反应，在抗震试验方面得到广泛的应用。

振动台试验在评估结构体系抗震性能方面是最为客观实际真实有效的，然而由于其高额的费用成本使得常常采用小比例尺振动台试验; 拟动力试验是一种保留了振动台试验的一些特点的试验方式。然而大多数的结构构件或组件的试验都是采用拟静力试验方式，亦即低周反复加载试验。［2］

2 拟静力试验

2.1拟静力试验的简介和作用原理

20 世纪70年代初，美国学者将拟静力试验方法用于获取构件的数学模型，为结构的计算机分析提供构件模型，并通过地震模拟振动台试验对结构模型参数作进一步的修正。拟静力试验( quasi-static testing) 又称低周反复加载试验或伪静力试验，它是采用一定的载荷控制或变形控制对试件进行低周反复加载，使试件从弹性阶段直至破坏的一种试验。拟静力试验实质上是用静力加载方式模拟地震作用，其优点是在试验过程中可以随时停下来观测试件的开裂和破坏状态，并可根据试验需要改变加载历程。但是加载历程与实际地震作用历程无关，不能反应时应变数率的影响，即拟静力试验只能得到构件或结构在反复荷载下的恢复力滞回特性，不能得到结构地震反应全过程。

拟静力试验的目的是对构件或结构在荷载作用下的基本表现进行深入的研究，进而建立一种可靠的理论分析上的力学或数学模型。而在许多实际工程中，结构或构件的检验性试验也采用此法，目的在于检验现有方法的准确程度和存在不足。拟静力试验包括单调加载和循环加载试验，加载方式有单点加载和多点加载。从试件种类来看，钢结构、钢筋混凝土结构、砖石结构以及组合结构是研究最多的；从试件的类型来看，梁、板、柱、节点、墙、框架和整体结构等都是拟静力加载试验的主要对象。

过去在试验室中，拟静力试验主要采用机械式千斤顶或液压式千斤顶进行加载。这