拟静力试验调研报告

理工大学国防工程学院

攻读硕士学位研究生

读书报告

学号S201304116

姓名潘璐

学科、专业防灾减灾工程与防护工程研究方向

指导教师方秦教授

2014年4月16日

1.拟静力试验应用综述

拟静力试验(quasi-static test) 也称伪静力试验或低周反复加载试验，是结构抗震试验的一种，也是目前结构或构件性能研究中应用最广泛的试验方法。这种试验方法是在20世纪60～70年代基于结构非线性地震反应分析的要求提的，其根本目的是对结构在荷载作用下的基本性能进行深入的研究，进而建立恢复力模型和承载力计算公式，探讨结构的破坏机制，并改进结构的抗震构造措施。

除拟静力试验，结构抗震实验还包括地震模拟振动台实验、拟动力实验。地震模拟振动台实验最能真实再现结构地震动和结构反应,是目前研究结构抗震性能最准确的试验方法，主要用于检验结构抗震设计理论、方法和计算模型的正确与否。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,导致地震作用破坏形态的失真。拟动力试验与拟静力试验实验设备相同，但拟动力试验中已经通过数值方法考虑了惯性力和阻尼力的影响,试验结果比较能代表结构的真实地震反应。

与以上两种试验相比，虽然拟静力试验不能模拟结构的地震反应过程但其具有以下优点：（1）加载速率较低，由加载速率引起的应力、应变速率对实验结果的影响可以忽略；（2）试验过程可以随时停下来观察结构的开裂的破坏状态；便于检验校核试验数据和仪器的工作情况，并可按试验需要修正和改变加载历程；（3）可以最大限度的测试试件在荷载作用下的基本表现，如：

●恢复力模型：通过实验所得的滞回曲线求得结构的等效阻尼比，衡量结构的耗能能力，同时还可得到骨架曲线，结构的初始刚度及刚度退化等参数。

●性能判定：判断试件的强度、刚度、变形、延性等。

●破坏机制：通过实验研究结构构件的破坏机制及抗震性能。

对大型结构来说，足尺试验是必须的，为克服大型结构在室内进行实验时的各种我们选取重要的结构构件进行拟静力试验，以获取用于计算机分析的数学模型。

2.拟静力试验系统组成及要求

拟静力试验系统主要用于安装于反力墙或反力架上，对大型构件进行加载试验。主要包含作动器、液压泵站、协调加载控制系统。

加载

过去在实验室中,拟静力实验主要采用机械式千斤顶或液压式千斤顶进行加载。这类加载设备主要是手动加载,实验加载过程不容易控制,往往造成数据测量不稳定、不准确,实验结果分析困难。现在多采用电液伺服加载系统进行构件的加载。

伺服控制系统是物体的方位、状态等输出被控制量能跟随输入值的变化而变化的自动控制系统。而伺服加载系统一方面以计算机发出的电信号指令为标准，控制伺服阀；另一方面，由传感器检测出的试件的某一力学参量转换为电信号，与设定的电参量比较，将得出的差值信号放大后控制电液伺服阀；两方面共同作用控制油源的输出油量从而实现对作动器的控制。

完成拟静力加载试验的作动器的工作频率一般小于5Hz，最大静载可达1000k 或500kN。作动器两端安装旋转支座，通过支座球形支承及予负荷调节机以消除间隙，减少摩擦，而不影响其自由度。在作动器中安装有力传感器和位移传感器，能精确测量活塞施加荷载及其位移。

控制系统

实验过程中数据采集发展趋势是自动化和智能化, 计算机进行数据采集已经成为主流, 这不仅提高了实验的精度, 而且在实验过程中可以实时处理有关量测数据。控制系统控制加载主要有三种方式：

位移控制加载

位移控制加载是以加载过程的位移作为控制量,按照一定的位移增幅进行循环加载。常以屈服位移或最大层间位移的某一百分比来控制加载，有时是由小到大变幅值的,有时幅值是恒定的,有时幅值是大小混合的，该控制方式是目前抗震恢复特性实验中使用最普遍的一种加载方控制方案。

当实验对象具有明确屈服点时，一般都以屈服位移的倍数为控制值。当没有

明确的屈服点（如轴力大的柱）或无屈服点时（如无筋砌体），则由研究者主观制定一个认为恰当的位移标准值来控制实验加载。

●力控制加载

力控制加载方式是以每次循环的力幅值作为控制量进行加载, 由于必须事先对实验结构的承载力进行估算，根据估算的承载力分级控制加载量，又试件屈服后难以控制加载的力, 所以这种加载方式较少单独使用。

●力--位移混合控制加载

力- 位移混合控制加载方法, 即先以力控制进行加载, 当试件达到屈服状态时改用位移控制。《建筑抗震试验方法规程》规定：试件屈服前，应采用荷载控制并分级加载，接近开裂和屈服荷载前宜减小级差加载；试件屈服后应采用变形控制，变形值应取屈服时试件的最大位移值，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试验目的确定，屈服前每级可反复一次，屈服后宜反复三次。

液压泵站

液压泵站是试验动力的提供者，主要由油泵电机组，油箱，油源冷却装置，电控系统，液压附件和子站及管路组成。

液压能源的压力和流量应满足系统负载所需要的压力和流量，同时又不能造成能量及设备的浪费。当液压能源的压力-流量特性曲线完全包围负载压力-流量曲线并留有一定余量时，能源装置选择就是合理的。

根据作动器最大静载及数量，该液压泵站应具备五组油泵电机组，由柔性联轴节与电机连接，并根据作动器数量和试验要求选择开启的数量。

油源可以直接选择500L/min的较高供油压力，好处是:在相同的输出功率时，由于压力高，流量小，可以减小部件的尺寸和重量，使液压装置结构紧凑，有利于提高系统的响应速度，也可以选择选择较200L/min的低供油压力需要结合蓄能器进行运作。

蓄能器是液压系统中的常用辅助元件，其主要作用是：

●作为辅助动力源，常在间歇性操作工况的液压系统中采用。

当液压泵的供给流量大于系统的需要而有富余时，蓄能器把多余的油液暂时