结构实验复习资料

结构抗震设计理论经历的四个阶段及特点：静力理论、反应谱理论、直接动力分析和概率弹塑性理论。

绝对刚体水平振动，任意瞬时各点加速度相等，惯性力分布于质量分布正比；忽略结构弹性性质和动力特性，可以揭示强度刚度的退化/反应谱理论，地震波作用于单质点系，位移加速度速度的最大值与单质点系的周期的关系，考虑了结构动力特性，地震力作为静力，仅考虑振幅与频谱，忽略了持时影响，弹性理论为基础，无法反应强震夏非线性工作状态/直接动力分析，实际地震记录输入，离散化数值积分求解各时刻的地震反应，全面考虑地震三要素的影响，合理的全过程恢复力曲线描述结构弹塑性性质，便于结构的受力、屈服、薄弱层等分析/地震发生，及其时间空间强度的随机性，从概率论角度，采用随机动力分析方法，全面深入。

结构抗震试验/方法分类及优缺点：

结构抗震静力试验：周期性加载试验：拟静力试验等；非周期性加载试验/结构抗震动力试验:周期性动力试验：拟动力试验等；非周期性动力试验：地震模拟振动台试验等。拟静力试验：是采用一定的荷载控制和变形控制对试件进行低周反复加载，使试件从弹性阶段工作至破坏的一种实验方法。两层意思：加载速率很低，应变速率对实验结果的影响可以忽略；包括单调加载和循环加载试验。优点：可以对足尺或接近足尺的结构施加很大的反复荷载；最大限度的获得试件的各种信息，如承载力、刚度、耗能、变形能力和损伤特征等。具有经济性和实用性（实验设备和设施要求低、试件花费低，试验容易实现）；加载速率较低，不考虑应变速率影响所产生的变化，不同研究人员在不同实验室获得的实验结果用以进行比较。但是拟静力试验不能模拟结构在实际地震下的反应。地震模拟振动台试验：真实再现地震过程，最准确最直接；课研究结构地震反应和破坏机理、结构动力特性、设备抗震性能及抗震措施，也可用于检验结构抗震设计理论，方法和计算模型的正确性，可应用于其他各种振动问题。拟动力试验：（联机试验）将计算机和控制与结构试验相结合，与采用数值积分方法进行的结构非线性动力分析类似，不同的是结构的恢复力特性不是来自于数学模型，而是直接从被试结构上实时测取。特点：拟动力试验的加载过程是拟静力的，但加载目标由递推公式得到，结果反映真实地震反应。原型结构的动力测试：长期监测系统，了解实际结构的动力性能，对结构未来性能的预测和评估。

[拟静力试验]

目的：对材料或结构在荷载作用下的基本表现进行深入的研究，进而建立可靠的理论模型，理论分析上的力学或数学模型；检验现有方法的正确程度和存在的不足，为应用提供技术保证。试件类型：梁式构件，柱式，节点及框架组合件，框架，剪力墙及墙体试件。加载设备：机械式千斤顶或液压式千斤顶/电液伺服加载系统。数据采集：对表征试验对象在实验过程中各种变化的信号的量测和记录过程。特点是采集过程与试验控制过程协调一致。用途是实时监测。目的是分析结构反应情况。拟静力试验主要在试件的应力应变力和变形。力传感器，位移传感器和应变计。计算机—多测点长时间，数字化，同步性和实时处理功能。

电液伺服加载系统的组成及各部分的作用：由电液伺服作动器、模拟控制器、液压源、液压管路和测量仪器组成。

电液伺服作动器是电液伺服试验系统的动作执行者。电液伺服阀接受到命令信号后将电压信号转化成活塞杆的运动，从而对试件进行推和拉的加载实验/模拟控制器主要是对电液伺服作动器提供命令信号，指挥电液伺服作动器完成期望的加载过程，闭环控制实现试验加载自

动化/液压源为整个试验系统提供液压动力，要求油压及流量工作稳定，有安全监测设备/管路：油循环路径，要求有过滤装置保持洁净，有冷却装置/测量仪器用来量测试验过程中试件的变化。

试验加载反力装置类型及要求：有反力墙、反力台座、门式刚架、反力架和相应的各种组合类型。作用：固定试件,可以模拟实际边界条件；要求：具有足够的刚度，承载力和整体稳定性，能满足反复荷载时的疲劳强度要去，能够满足试件的受力状态和模拟试件的实际边界条件。尽可能结构简单，安装方便，以缩短整个实验过程的周期。向大型化和多功能化发展。加载制度方案及选用原则：一维/主轴向单向受力的加载制度:变位移加载（变幅加载/等幅加载/混合加载）变力加载,变力－变位移加载制度；二维双向受力加载制度：同步加载（当用一个加载器在与截面主轴成一定角度作斜向加载时，两个主轴向的分量是同步的；斜向加载的加载制度与单向受力加载相同）非同步加载（非同步加载要用两个加载器分别在截面两个主轴方向加力，远比单向受力复杂；单向加载、一向恒载一向加载、先后加载、交替加载、8字形加载、方形加载）原则：研究恢复力特性，建立恢复力模型—变幅值位移加载；研究特定位移幅值下的特定性能—等幅值位移加载；研究不同加载幅值的顺序对试件受力性能的影响—混合幅值位移加载；建立强度计算公式及研究破坏机制—混合幅值位移加载；改进和发展抗震构造措施—变位移加载（变幅加载/等幅加载/混合加载）。

试验控制方法：电液伺服试验系统：计算机，A/D,D/A转换器，由电液伺服作动器、模拟控制器、液压源、液压管路和测量仪器，传感器和辅助设备。软件：要满足加载规则，具备中断功能，可随时改变或调整实验过程参数，可以进行量值计算和实时处理，具有实时监控和显示功能。

加载规则中位移/力控制与电液伺服加载系统中的位移/力控制区别：电液伺服加载系统的控制模式是指整个闭环控制系统的控制方式，位移控制模式是指加载系统的命令信号是位移指令，反馈信号是位移测量值；力控制模式是指加载系统的命令信号是力指令，反馈信号是力测量值；整个系统是一个力控制闭环。加载规则是针对试件的控制参量而言，系统控制模式是针对试验设备而言。力-位移混合加载制度：

试件屈服前，采用载荷控制，分级加载；试件屈服后，采用变形控制，变形值应取屈服试件的最大位移值，并以该位移的倍数为级差进行控制加载；施加反复荷载的次数应根据实验的目的确定，屈服前每级荷载可反复一次，屈服后宜反复三次。实现方法：软件控制，判断指标由所测得的恢复力转为位移；控制模式与加载模式一致，作动器由力环控制模式转为位移环控制模式；问题/周期性加载的局限性：在难以准确准确的开裂荷载，对屈服点的确定无统一标准或试件无明显屈服点（此时可在整个过程中采用位移环控制模式进行加载，选择较小位移步长）影响延性系数的确定。恢复力模型：折线型（双线性-钢构，三线性-RC，滑移滞回-砌体，X型支撑框架，在此基础上考虑强度刚度退化）光滑型（微分方程用于弹塑性系统随机动力分析）参数影响：结构形式，受力特征，材料特征，试件尺寸）损伤模型：刻画结构在地震或其他动力荷载下的耗能损伤及损伤积累。单参数模型：承载力、变形、累计滞回耗能等单一参数为损伤准则；双参数模型：变形和累计滞回耗能共同刻画。加载规则不同引起累计滞回耗能、承载力和刚度退化的差异。多质点体系加载方式及问题：各质点加载力按倒三角分布，取上部作动器为主作动器，以下为从动。主作动器采用位移换控制模式监测力大小，其余力环控制模式，作用力根据主控作动器测量值按比例确定。保证同步性方法：模控方法，力信号乘比例系数；数控方法，上述力控制加载通过调整迭代。问题：多质点体