结构低周反复荷载试验

低周反复加载静力试验

学习建筑结构的抗震试验，首先要解决如下的问题：抗震试验按照试验方法和试验手段的不同，可以分为哪几种方法？各有什么特点？低周反复加载静力试验的加载制度？伪静力试验量测项目和容一般应包括哪些？伪静力试验的结果如何表达，如何用于进行结构抗震性能的评定？如何通过结构的强度、刚度、延性、退化率和能量耗散等方面的综合分析，来分析结构的特性和能力？拟动力试验的特点？地震模拟振动台动力加载试验在抗震研究中有什么作用？在选择和设计振动台台面的输入运动时，需要考虑哪些因素？

掌握结构抗震试验的特点是荷载作用反复，结构变形很大，试验要求做到结构构件屈服以后，进入非线性工作阶段，直至完全破坏。因此试验中要同时观测结构的强度、变形、非线性性能和结构的实际破坏状态。

建筑结构的抗震试验按照试验方法和试验手段的不同，可以分为低周反复加载试验（伪静力试验）、拟动力试验和动力加载试验。要理解各种试验方法和试验手段的特点，以便更好地获得测试结果和进行分析。

通过伪静力试验，能获得结构构件超过弹性极限后的荷载变形工作性能(恢复力特性)和破坏特征，也可以用来比较或验证抗震构造措施的有效性和确定结构的抗震极限承载能力。进而为建立数学模型，通过计算机进行结构抗震非线性分析服务，为改进现行抗震设计方法和修订设计规提供依据。这种试验方法的设备比较简单，甚至可用普通静力试验用的加载设备。加载历程可人为控制，并可按需要加以改变或修正。

试验过程中，可停下来观察结构的开裂和破坏状态，便于检验校核试验数据和仪器设备工作情况。由于对称的、有规律的低周反复加载与某一次确定性的非线性地震相差甚远，不能反映应变速率对结构的影响，无法再现真实地震的要求。

为了弥补伪静力试验的不足，可利用计算机技术，用计算机来检测和控制整个试验。结构的恢复力可直接通过测量作用在试验对象上的荷载值和位移值而得到，然后再通过计算机来完成非线性地震反应微分方程的求解。这种方法称为拟动力试验。

人们总希望通过动力加载试验来研究结构的动力反应、结构抵抗动力荷载的实际能力与安全储备。结构抗震动力试验的难度与复杂性比静力试验要大。首先，荷载是以动力形式出现，它以速度、加速度或一定频率对结构产生动力响应，由于加速度作用引起惯性力。以致荷载的大小又直接与结构本身的质量有关，动力荷载对结构产生共振使应变及挠度增大。其次，动力荷载作用于结构还有应变速率的问题。应变速率的大小，又直接影响结构材料的强度。在结构试验中，人们发现加荷速度愈高，引起结构或构件的应变速率愈高，则试件强度和弹性模量也就相应提高。在冲击荷载作用下，强度与弹性模量的变化尤为显著。在动力反复荷载作用下，结构的强度要比静力低周反复加载提高10％以上，由此可见动力加载对应变速率所产生的作用。结构抗震动力试验可以分为周期性的动力加载试验和非周期性的动力加载试验。要掌握其加载方式和响应特点。

一、建筑结构抗震的低周反复加载静力试验

学习加载制度，要掌握静力试验加载制度的种类：

掌握单向反复加载的方法（控制位移加载法，控制作用力加载法以及控制作用力和控制位移的混合加载法），特点和作用。在控制位移的情况下，掌握变幅加载、等幅加载和变幅等幅混合加载等方法的基本做法和研究目的。

了解双向反复加载的方法、特点、作用及适用围。

掌握《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01—96)规定的伪静力试验加载方法，注意加载的分级，加载的阶段，加载控制，加载的次数以及明确需要获得的参数，结构伪静力试验的观测项目和量测仪器，掌握对结构伪静力试验的观测设计，构件选择。确定伪静力试验量测项

目和容应根据研究或检验的目的确定，一般宜包括：试验荷载值(开裂荷载、屈服荷载和极限荷载)和结构支承反力值；结构构件在每级荷载作用下的变形，包括挠度、位移、支座转角、曲率和剪切变形等；结构主体材料混凝土和砌体的应变；结构构件主筋和箍筋的应变；结构构件钢筋在锚固区的粘结滑移；裂缝宽度及分布形态。要注意不同类型试件及不同测试参数时的测点布置布置原理各自的特点。主要涉及墙体试件和钢筋混凝土框架节点及梁柱组合体试验的观测项目和测点布置。合理选择结构伪静力试验的量测仪表，针对所测试的项目选择合适的仪表和设备，注意仪器和设备的使用原理。随着测试技术的发展和计算机在结构试验数据采集中的应用，各种被测量(如位移、变形、曲率、转角、应变等)均可通过各种传感器将信号输入计算机进行数据采集和处理，要注意掌握起采集原理。

结构伪静力试验的主要目的是研究结构在经受模拟地震作用的低周反复荷载后的力学性能和破坏机理。伪静力试验的结果通常是由荷载-变形的滞回曲线以及有关参数来表达，它们是研究结构抗震性能的基本数据，可用以进行结构抗震性能的评定。同时，通过这些指标的综合评定，可以相对比较各类结构、各种构造和加固措施的抗震能力，建立和完善抗震设计理论，提出合适的抗震设计方法。因此要掌握对所测量项目的进一步分析方法。基本概念和所反映的性能。主要指标包括强度，刚度，滞回曲线形状，骨架曲线，延性系数，退化率，能量耗散。由伪静力试验都可以获得上述各个方面的指标和一系列具体参数，通过对这些量值的对比分析，可以判断各类结构抗震性能的优劣并做出适当的评价。

建筑结构抗震的低周反复加载静力试验步骤

结构伪静力试验的加载制度

1．静力试验加载制度的分类

（1）单向反复加载

1）控制位移加载法

又可分为变幅加载、等幅加载和变幅等幅混合加载等方法。

a．变幅加载

控制位移的变幅加载如图8-1(a)所示。

（a）控制位移（b）控制作用力

图8-1 伪静力试验低周反复加载制度

b．等幅加载

控制位移的等幅加载如图8-2所示：

c．变幅等幅混合加载

混合加载制度是将变幅、等幅两种加载制度结合起来，如图8-3所示。

图8-2 控制位移的等幅加载制度图

图8-3 控制位移的变幅等幅混合加载制度

2）控制作用力加载法

控制作用力的加载制度如图8-1(b)所示。

3）控制作用力和控制位移的混合加载法

混合加载法是先控制作用力，一直加到屈服荷载，再用位移控制。从转变为控制位移加载起，即按屈服位移值的倍数μ值控制，直到结构破坏。

（2）双向反复加载

1）X，Y轴双向同步加载

2）X，Y轴双向非同步加载

非同步加载是在构件截面的X，Y两个主轴方向分别施加低周反复荷载。有如图8-4所示的各种变化方案。

图8-4 双向低周反复加载制度

2．《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01—96)规定的伪静力试验加载方法

（1）伪静力试验加载应采用控制作用力和控制位移的混合加载法。试件屈服前，按作用力(荷载)控制分级加载，在临近开裂荷载值和屈服时宜减小级差，以便准确得到开裂荷载值和屈服荷载值。试件屈服后，按位移控制。

（2）正式试验前，应先进行预加载，可反复试验两次。混凝土结构预加荷载值不宜超过开裂荷载计算值的30％；砌体结构不宜超过开裂荷载计算值的20％。

（3）正式试验时，宜先施加试件预计开裂荷载的40％-60％，并重复2-3次，再逐步加到100％。

（4）试验过程中，应保持反复加载的均匀性和连续性，加载卸载的速率宜保持一致。

（5）施加反复荷载的次数，屈服前，每级荷载可反复一次，屈服后，宜反复三次。当进行承载力或刚度退化试验时，反复次数不宜少于五次。

（6）对整体原型结构或结构整体模型进行伪静力试验时，荷载按地震作用倒三角形分布，施加水平荷载的作用点集中在结构质量集中的部位，即作用在屋盖及各层楼面板上。结构顶层为1，底部为零，中间各层自上而下按高度比例递减。