第5章 试验类型

5.2 伪静力试验
5.2.1单向反复加载制度
（1）变形控制加载法(位移控制)
A：变幅加载：恢复力模型、强度、变形、滞回特性、破坏机理等； B：等幅加载：强度及刚度退化等； C：变幅等幅混合加载：二次加载或加载历史对性能的研究。
图5.2.4 变幅加载
图5.2.5 等幅加载
5.2 伪静力试验
(a)
(b)
输入地震波的加速度时程曲线
5.3 拟动力试验
➢拟动力试验的特点与局限性 特点
1）拟动力试验是将地震实际反应所产生的惯性力作为荷载加在 试验结构上； 2）加载过程完全可以看成是静态的，试验结构重现地震作用的 反应也就可以人为的缓慢进行，特别是破坏过程，更利于观察和 研究。
局限性
1）不是实时的试验分析过程 ； 2）要求有一定的设备和技术条件； 3）拟动力试验是用静力试验方法来重现；
单调加载静力荷载试验 伪静力试验 拟动力试验 结构动力特性试验 结构动力响应试验 结构疲劳试验 桥梁结构原位荷载试验
5.1单调加载静力试验
5.1.1荷载图式的选择与设计
单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加 到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力 性能的试验。 荷载图式： 荷载在构件上的布置形式（类型和分布方式）; 设计原则： 与理论计算图示一致或内力等效的荷载图示。
图5.2.6混合加载
（2）荷载控制加载法 （3）荷载－变形双控制加载法先控制力，屈服之后控制位移
5.2 伪静力试验 5.2.2双向反复加载制度
（1）x、y轴双向同步加载 （2）x、y轴双向非同步加载
图5.2.7 双向低周反复加载制度
5.2 伪静力试验 5.2.3试验装置
(a)
(b)
梁柱节点试验装置与变形特征
5.1单调加载静力试验
5.1.2荷载制度
即试验期间荷载与试件的关系（或称荷载谱），包 含荷载程序与荷载大小。
1.荷载程序三阶段
• 预载 • 标准荷载（正常使用荷载） • 破坏荷载
图5.1.1 静载试验加载程序
5.1单调加载静力试验
2.荷载大小 •预载
预载的目的在于： ①使试件各部分接触良好，进入正常工作状态，荷载与变形 关系趋于稳定； ②检验全部试验装置的可靠性； ③检验全部量测仪表工作正常与否； ④检查现场组织和人员的情况，起演习作用。
i
1
Q j、m a x
当研究刚度退化时，即在位移不变条件下，随反复
加载次数的增加而刚度降低的情况，用环线刚度表
示并按下式计算：
n
Qij
Ki

i 1 n
i j
i 1
5.2 伪静力试验
能量耗散
结构构件吸收能量能力的好坏，可由滞回曲线(结构或构 件在反复荷载作用下的力与非弹性变形间的关系曲线)所包围的滞回环 面积和它的形状来衡量。由滞回曲线的面积可以求得 等效黏滞阻尼系数 ：
5.3 拟动力试验
➢试验步骤
（1）在计算机系统中输入地震加速度时程 曲线，并按一定的时间间隔数字化。 （2）把各时刻的地震加速度值代入运动方 程，解出时刻的地震反应位移值。 （3）由计算机控制电液伺服加载系统，将 施加到结构上，实现这一步的地震反应。 （4）量测此时试验结构的反力，并代入运 动方程，按地震反应过程的加速度进行时 刻的位移的计算，量测试验结构反力。 （5）重复上述步骤，按输入时刻的地震加 速度值，求解位移和结构反力，连续进行 加载试验，直到试验结束。
n d
x0
2
arctg d x0 x0 n x0

Ai Ai 1

Ae nti Ae n (ti Td )
e nTd
5.4 结构动力特性试验 强迫振动法
共振时的振动图形和共振曲线
5.4 结构动力特性试验 强迫振动法
x AB
xm
以不同车速分别进行匀速跑车试验。跑车速度一般定为每 小时5km、10km、20Km、30km、40km、50km，高速公 路桥梁采用60km。
he

1
2
S ABC SOBD
5.2.11 等效黏滞阻尼系数计算
5.2 伪静力试验
受弯钢筋凝 土构件的滞 回曲线
5.2 伪静力试验
伪静力试验的特点与不足
1 水平集中力模拟地震力，为等效静力；由静力的方 法验证结构部分动力性能。
2 试验荷载谱人为设计，试验频率低；不能体现地震 的动力特性。
5.3 拟动力试验 5.3.1拟动力试验
5.1单调加载静力试验
受弯构件的试验
•量测方案 裂缝观测
混凝土受拉区抗裂测点布置 1~7-混凝土应变片测点
5.1单调加载静力试验
受弯构件的试验
•量测方案裂缝观测
（a）
（b）
图5.1.10 混凝土斜截面裂缝测点布置
5.1单调加载静力试验
受压构件的试验
测点布置
偏压短柱试验测点布置 1—试件；2—铰支座；3—应变计；
5.2 伪静力试验
5.2.wk.baidu.com几个常用概念
结构刚度
（1）初次加载刚度 （2）卸载刚度 （3）反向加载、卸载刚度 和重复加载刚度 （4）等效刚度
5.2 伪静力试验
5.2.4几个常用概念
骨架曲线
在伪静力试验所得荷载-变 形滞回曲线中，取所有每 一级荷载第一次循环的峰 点（卸载顶点）连接的包 络线作为骨架曲线，它是 每次循环的荷载-变形曲线 达到最大峰点的轨迹。
2）车辆荷载加载分级的方法。①逐渐增加加载车辆数。②先上轻车后上重 车。③加载车位于内力影响线的不同部位。
5.7 桥梁结构原位荷载试验
5.7.2荷载级别
（2）动载级别 在动载试验中，跳车、刹车、重物卸载、跑车以及脉动试
验中，需对跑车的速度和重物的重量进行分级处理。 动载试验一般安排标准汽车车列（对小跨径桥也可用单车）
5.4 结构动力特性试验
5.4.1 频率
1 自由振动法 2 强迫振动法（共振法） 3 环境随机振动法(脉动法)
5.4 结构动力特性试验 自由振动法
t
图6.2.2 自由振动时间历程曲线
5.4 结构动力特性试验
x(t) e nt A sin(d t )
A
x02


x0
5.2 伪静力试验
延性系数
延性系数是试验结构构件塑性变形能力的一个指标，
按下式计算：
u y
u -----在荷载下降段相应于破坏荷载的变形；
y -----相应于屈服荷载的变形。
5.2 伪静力试验
退化率
强度退化率反映试验结构构件抗力随反复加载次数
增加而降低的指标。
i
Q j、m in
5.3 拟动力试验 5.3.1概念
5.3 拟动力试验
数值计算与拟动力试验之间的比较
5.3 拟动力试验
➢加载装置
拟动力试验的加载设备一般由计算机、加载装置与加 载控制系统等组成。 计算机是加载过程的控制和试验数据采集都由计算机 来实现，同时对试验结构的其他反应参数，如应变、 位移等进行演算和处理。 加载装置与加载控制系统其功能是根据该时刻由计算 机传来的位移指令转换为电压信号输入，用于电液伺 服系统，使加载器按指定指令工作。拟动力试验可采 用与静力试验或拟静力试验一样的加载装置。
5.1单调加载静力试验
受弯构件的试验
•加载方案
(a)
(b)
(c)
图5.1.2 简支梁试验等效荷载加载图示
5.1单调加载静力试验
受弯构件的试验
量测方案 挠度测量布置
5.1单调加载静力试验
受弯构件的试验
•量测方案 应变测量
梁正截面应变分布的测点布置 （a）截面最大纤维应变；
（b）测量中和轴的位置和应变分布规律
结构的动力响应试验是测定结构在实际 工作时的振动参数（振幅、频率）及性状， 例如动力机器作用下厂房结构的振动、在移 动荷载作用下桥梁的振动、地震时建筑结构 的动力反应（强震观测）等。量测得到的这 些资料，用来研究结构的工作是否正常、安 全，存在何种问题，薄弱环节在何处等。
5.5 结构动力响应试验
5.5.1 周期性动力响应试验
一般分三级；三次；每级取标准荷载的20％；脆性材料结构，不宜超过
计算开裂荷载的70％(含自重)。
5.1单调加载静力试验
• 分级加载
分级加载目的： ①加载速度易控制； ②变形易观测及分析； ③各点加载易协调。
图5.1.1 静载试验加载程序
5.1单调加载静力试验
•正式加载
分级：
正常使用荷载之前，每级加载值不应大于正常使用荷载 的20％，一般分5级加至正常使用荷载；接近极限或开 裂荷载时减小荷载范围增加次数。
4—应变仪测点；5—挠度计
5.2 伪静力试验
伪静力试验
pseudo-static testing
伪静力试验又称低周反复荷载试验，属于工程 结构抗震试验。其基本原理是用低周往复循环加载的 方法对结构构件进行静力试验，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，用以模拟结构在地震作用下的受力过程。
5.6 结构疲劳试验
5.6.1疲劳测试项目
1)抗裂性及开裂荷载；
2)裂缝宽度及其发展；
3)最大挠度及其变化幅度； 4)疲劳极限值。
5.6.2疲劳测试荷载
5.6.3疲劳测试程序 5.6.4疲劳试件安装要求
5.7 桥梁结构原位荷载试验
5.7.1荷载工况
为了满足鉴定桥梁承载力的要求，试验 荷载工况的选择应反映桥梁结构的最不利受 力状态，简单结构可选1～2个工况，复杂结 构可适当多选几个工况，但不宜过多。在进 行各荷载工况布置时，可参照截面内力（或 变形）影响线进行，一般设两三个主要荷载 工况，同时可根据试验桥梁结构体系的具体 情况再设若干个附加荷载工况。
5.3 拟动力试验 5.3.2 地震模拟振动台试验
5.3 拟动力试验
5.3.2 地震模拟振动台试验
1 振动台台体结构 2 液压驱动和动力系统 3 控制系统 4 测试和分析系统
5.4 结构动力特性试验
结构的动力特性反映结构本身所固有的 动力特性。包括结构的自振频率、阻尼系 数（比）、振型等参数（动力参数或模态 参数）。这些参数决定于结构的形式、刚 度、质量分布、材料特性及构造连接等因 素，而与外载无关。结构的动力特性是进 行结构抗震计算、解决结构共振问题及诊 断结构累积损伤的基本依据。
0.707xmax
n 由共振曲线求阻尼系数和阻尼比
2
1 用共振法测建筑物振型
2
5.4 结构动力特性试验 环境随机振动法
脉动信号记录图
5.4 结构动力特性试验 环境随机振动法
5.4 结构动力特性试验 5.4.2 振型
5.4 结构动力特性试验 5.4.3 阻尼
5.5 结构动力响应试验
5.7 桥梁结构原位荷载试验
5.7.2荷载级别
（1）静载级别 为了加载安全和了解结构应变和变位随试验荷载增加的变化关系，对桥梁 荷载试验各主要工况的加载应分级进行，而且一般安排在开始的几个加 载程序中执行。附加工况一般只设置最大内力加载程序。
l）分级控制的原则。①当加载分级较为方便时，可按最大控制截面内力荷载 工况均分为4～5级。②当使用载重车加载，车辆称重有困难时也可分 成3级加载。
满载时间 ：
标准短期荷载作用下的持续时问 。混凝土及钢30min。
空载时间 ：
受载结构卸载后到下一次重新开始受载之间的间歇时间 称空载时间。 混凝土45分钟；钢30分钟。
5.1单调加载静力试验
•卸载
卸载一般可按加载级距进行，也可以放大1倍或 分2次卸完。
5.1单调加载静力试验 5.1.3试验装置
1 强迫振动共振加载 2 有控制的逐级动力荷载测试
5.5.2 非周期性动力响应试验
1 地震模拟振动台 2 爆破震动 3 天然地震
5.6 结构疲劳试验
工程结构中存在着许多疲劳现象，如承 受吊车荷载作用的吊车梁，直接承受悬挂吊 车作用的屋架。这些结构物或构件在重复荷 载作用下达到破坏时的应力比其静力强度要 低得多，这种现象称为疲劳。结构疲劳试验 的目的就是要了解在重复荷载作用下结构的 性能及变化规律。
3
5
1 4 3
2
2 2 梁柱节点测点布置
5.2 伪静力试验
5.2.4几个常用概念
滞回曲线
是结构伪静力试验中，以 试验荷载为纵坐标，以结 构变形为横坐标的连续曲 线。
5.2 伪静力试验
5.2.4几个常用概念
结构荷载
（1）开裂荷载 （2）屈服荷载和屈服变形 （3）极限荷载 （4）破坏荷载和极限变形
5.2.10 荷载-变形关系曲线
5.2 伪静力试验
以剪切变形为主的构件低周反复试验装置
5.2 伪静力试验
以弯剪变形为主的构件低周反复试验装置
5.2 伪静力试验
观测方案
1．荷载及支座反力 2．荷载－变形曲线 3．塑性铰区段曲率或转角 4．节点核心区剪切角 5．梁柱纵筋应力 6．核心区箍筋应力 7．钢筋滑移 8．裂缝
5.2 伪静力试验