第六章 结构低周反复加载
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通过试验结构或构件的破坏机理，为改进
抗震设计方法和修改设计规范提供依据。
优点：试验过程中
可以随时停下来观察结 构的开裂和破坏状态，可根据试验需要修 正和改变加载历程。 不足之处是：加载历程是事先由试验者确 定的，与地震 记录不发生关系。由于荷载 在是按照力或位移对称反复加载，与实际 地震反应相差很远，另外不能反映应变速 率对结构的影响。
双向加载制度 为了研究地震对结构构件的空间组合效 应，在X和Y方向同时施加低周反复荷载。 包括X和Y方向同步加载； X和Y方向不同步加载
6.2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6.3 结构低周反复加载静力试验 主要讲钢筋混凝土梁、柱节点组合体的 抗震性能试验 对于钢筋混凝土框架结构，节点抗震性 能好坏直接影响结构整体抗震性能。节点 承受弯矩、轴力和剪力的作用，这样复杂 的应力使节点产生复杂的变形，其中主要 是剪切变形。这样不仅使梁柱连接不能保 持直角，而且框架的应力和变形状态都会 发生变化，所以对结构抗震来说，节点抗 震性能研究比一般结构更有意义。
拟动力试验的工作原理
不需要假定恢复力模型，而可以由计 算机完成非线性地震反应微分方程的求解， 而恢复力是通过直接测量作用在试验对象 上的加载器的荷载值确定。
１.
荷载和支座反力通过测力传感器测定， 梁端加载需要柱端支座反力，而柱端加载 需要梁端支座反力。 ２. 荷载变形曲线通过电子位移计测得； ３. 对于梁端或柱端位移的测定，主要是量 测加载截面处的位移，并在控制位移加载 阶段依次控制加载程序； ４. 对于构件塑性铰区段曲率和转角的测点， 一般可在梁或柱距离柱或梁截面１／２截 面高度布置。
一种方法假定恢复力模型，然后通过计算机 计算分析，确定结构位移作为加载指令：
这种方法问题主要是在试验前必须确 定结构的恢复力特性，而假定试验模型是 否符合实际情况，还要试验结果来验证。 很难得到结构在地震作用下的真实反 应。 为了克服这个问题，提出了计算机－ 加载器联机加载试验，也称为拟动力试验。
6.1 概述 低周反复加载静力试验方法：主要研究 结构在地震作用下的性能。采用假定在第 一振型条件下，给试验对象施加低周反复 循环的力或位移。 由于反复加载时每一加载周期远远大于 结构本身的周期，实质上还是采用静力的 方法近似模拟地震作用。所以又称为伪静 力或拟静力试验。
目的： 研究结构在地震作用下的恢复力特性， 确定结构构件的恢复力计算模型。
钢筋混凝土柱滞回曲线
恢复力模型
恢复力：结构或构件承受外力产生变形后企图恢 复都原有状态的抗力，称为恢复力。
衡量结构的耗能能力，确定结构等效阻尼
比，从恢复力曲线确定结构一次加载到骨 架曲线，结构的初始刚度和刚度退化等重 要参数。
通过试验可以从强度、变形和能量等三个
方面判别和鉴定结构的抗震性能。
6.2
结构低周反复加载静力试验的加载制度 加载制度：一般国内外较普遍的为控制 位移加载、控制作用力加载和控制作用力 和位移的混合加载。 一、控制位移加载 是一种普遍的加载方式。加载过程中以 位移为控制值，或以屈服位移的倍数为加 载的控制值。位移可以是线位移，也可以 是转角、曲率或应变。
位移控制加载一般有等幅加载、变幅加 载和变幅等幅混合加载。
一、试件和边界条件的模拟
（a) 一般取上、下柱反弯点比为1 （b) 对于柱铰型结构，上、下柱反 弯点取为2.
为了反映钢筋混凝土材料特性，试件尺寸一般 不小于实际构件的1/2。最好采用足尺试件。 为了避免梁首先发生剪切破坏，建议梁的高跨 比一般不小于1/3。
边界条件： 实际框架在水平荷载作用下，节点上柱反弯点可 视为可移动的铰，下柱反弯点可视为固定铰。节 点两侧梁的反弯点可视为可水平移动的铰。
模拟这种边界条件，柱端需要施加侧向位移和荷载， 加载和支座装置比较复杂。在实际试验中一般采用柱 端为固定铰，梁两侧反弯点为自由端，适合于梁端塑 性铰或核心区为研究对象，但要研究柱端塑性铰，需 要在柱端施加荷载。
二、试验装置和加载设计
梁、柱节点试件安装在荷载支撑架内，柱
上、下端都有铰支座，在柱顶通过自由端 施加轴向荷载。 在梁的两端施加反对称低周反复荷载。 梁柱组合体有侧移柱端加载试验装置 为了反映节点在地震荷载作用下实际受 力性质，可以采用专门的几何可变式试验 架来满足试验要求。
加载程序：
一般采用混合加载法 开始采用力的控制方法， 等到加到梁的屈服荷载， 然后采用位移加载控制。 需要研究强度和 刚度退化时同一位移
下反复循环３－５次。
三、试验观察项目的测点布置
试验观察内容可根据试验目的来确定， 一般要求量测的项目有： 支座反力、荷载变形曲线、变形（梁端和 柱端位移）、梁或柱端塑性铰曲率或截面 转角、节点核心区剪切角，钢筋应力，核 心区箍筋应力，钢筋滑移以及裂缝观察。
５.
节点核心区剪切角可通过核心对角线位 移量来确定；
６.
钢筋应力一般通过电阻应变计测定。
７. 梁内纵筋滑移可通过主筋上一点对 柱面混凝土一点的位移来确定。
6.4 计算机-加载器联机试验 尽管低周反复加载试验可以测定结构在 反复荷载作用下的性能，但是由于试验历 程预先人为设定，不能反映结构在地震作 用下的真实反应。为了真实了解结构在地 震作用下的真实反应，需要按照地震反应 制定加载历程。
变幅加载：一般用于确定构件恢复力特性
建立恢复力模型。
等幅加载主要确定结构在特定位移幅值下
的特定性能。一般研究结构强度降低率和 刚度退化规律。 等幅和变幅混合加载：综合研究结构的性 能。研究结构在不同加载幅值顺序对构件 性能的影响。
控制作用力加载法： 通过控制施加于结构或构件上的力的变化 实现低周反复加荷要求。由于结构屈服后 很难以力控制加载，所以一般较少采用。 控制力和控制位移混合加载法 一般采用先控制力然后再控制位移加载方法。 先控制力加载时，不管位移是多少，先加 载到结构屈服，然后施加位移（一般以一 参考位移倍数加载），直到结构破坏。
抗震设计方法和修改设计规范提供依据。
优点：试验过程中
可以随时停下来观察结 构的开裂和破坏状态，可根据试验需要修 正和改变加载历程。 不足之处是：加载历程是事先由试验者确 定的，与地震 记录不发生关系。由于荷载 在是按照力或位移对称反复加载，与实际 地震反应相差很远，另外不能反映应变速 率对结构的影响。
双向加载制度 为了研究地震对结构构件的空间组合效 应，在X和Y方向同时施加低周反复荷载。 包括X和Y方向同步加载； X和Y方向不同步加载
6.2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6.3 结构低周反复加载静力试验 主要讲钢筋混凝土梁、柱节点组合体的 抗震性能试验 对于钢筋混凝土框架结构，节点抗震性 能好坏直接影响结构整体抗震性能。节点 承受弯矩、轴力和剪力的作用，这样复杂 的应力使节点产生复杂的变形，其中主要 是剪切变形。这样不仅使梁柱连接不能保 持直角，而且框架的应力和变形状态都会 发生变化，所以对结构抗震来说，节点抗 震性能研究比一般结构更有意义。
拟动力试验的工作原理
不需要假定恢复力模型，而可以由计 算机完成非线性地震反应微分方程的求解， 而恢复力是通过直接测量作用在试验对象 上的加载器的荷载值确定。
１.
荷载和支座反力通过测力传感器测定， 梁端加载需要柱端支座反力，而柱端加载 需要梁端支座反力。 ２. 荷载变形曲线通过电子位移计测得； ３. 对于梁端或柱端位移的测定，主要是量 测加载截面处的位移，并在控制位移加载 阶段依次控制加载程序； ４. 对于构件塑性铰区段曲率和转角的测点， 一般可在梁或柱距离柱或梁截面１／２截 面高度布置。
一种方法假定恢复力模型，然后通过计算机 计算分析，确定结构位移作为加载指令：
这种方法问题主要是在试验前必须确 定结构的恢复力特性，而假定试验模型是 否符合实际情况，还要试验结果来验证。 很难得到结构在地震作用下的真实反 应。 为了克服这个问题，提出了计算机－ 加载器联机加载试验，也称为拟动力试验。
6.1 概述 低周反复加载静力试验方法：主要研究 结构在地震作用下的性能。采用假定在第 一振型条件下，给试验对象施加低周反复 循环的力或位移。 由于反复加载时每一加载周期远远大于 结构本身的周期，实质上还是采用静力的 方法近似模拟地震作用。所以又称为伪静 力或拟静力试验。
目的： 研究结构在地震作用下的恢复力特性， 确定结构构件的恢复力计算模型。
钢筋混凝土柱滞回曲线
恢复力模型
恢复力：结构或构件承受外力产生变形后企图恢 复都原有状态的抗力，称为恢复力。
衡量结构的耗能能力，确定结构等效阻尼
比，从恢复力曲线确定结构一次加载到骨 架曲线，结构的初始刚度和刚度退化等重 要参数。
通过试验可以从强度、变形和能量等三个
方面判别和鉴定结构的抗震性能。
6.2
结构低周反复加载静力试验的加载制度 加载制度：一般国内外较普遍的为控制 位移加载、控制作用力加载和控制作用力 和位移的混合加载。 一、控制位移加载 是一种普遍的加载方式。加载过程中以 位移为控制值，或以屈服位移的倍数为加 载的控制值。位移可以是线位移，也可以 是转角、曲率或应变。
位移控制加载一般有等幅加载、变幅加 载和变幅等幅混合加载。
一、试件和边界条件的模拟
（a) 一般取上、下柱反弯点比为1 （b) 对于柱铰型结构，上、下柱反 弯点取为2.
为了反映钢筋混凝土材料特性，试件尺寸一般 不小于实际构件的1/2。最好采用足尺试件。 为了避免梁首先发生剪切破坏，建议梁的高跨 比一般不小于1/3。
边界条件： 实际框架在水平荷载作用下，节点上柱反弯点可 视为可移动的铰，下柱反弯点可视为固定铰。节 点两侧梁的反弯点可视为可水平移动的铰。
模拟这种边界条件，柱端需要施加侧向位移和荷载， 加载和支座装置比较复杂。在实际试验中一般采用柱 端为固定铰，梁两侧反弯点为自由端，适合于梁端塑 性铰或核心区为研究对象，但要研究柱端塑性铰，需 要在柱端施加荷载。
二、试验装置和加载设计
梁、柱节点试件安装在荷载支撑架内，柱
上、下端都有铰支座，在柱顶通过自由端 施加轴向荷载。 在梁的两端施加反对称低周反复荷载。 梁柱组合体有侧移柱端加载试验装置 为了反映节点在地震荷载作用下实际受 力性质，可以采用专门的几何可变式试验 架来满足试验要求。
加载程序：
一般采用混合加载法 开始采用力的控制方法， 等到加到梁的屈服荷载， 然后采用位移加载控制。 需要研究强度和 刚度退化时同一位移
下反复循环３－５次。
三、试验观察项目的测点布置
试验观察内容可根据试验目的来确定， 一般要求量测的项目有： 支座反力、荷载变形曲线、变形（梁端和 柱端位移）、梁或柱端塑性铰曲率或截面 转角、节点核心区剪切角，钢筋应力，核 心区箍筋应力，钢筋滑移以及裂缝观察。
５.
节点核心区剪切角可通过核心对角线位 移量来确定；
６.
钢筋应力一般通过电阻应变计测定。
７. 梁内纵筋滑移可通过主筋上一点对 柱面混凝土一点的位移来确定。
6.4 计算机-加载器联机试验 尽管低周反复加载试验可以测定结构在 反复荷载作用下的性能，但是由于试验历 程预先人为设定，不能反映结构在地震作 用下的真实反应。为了真实了解结构在地 震作用下的真实反应，需要按照地震反应 制定加载历程。
变幅加载：一般用于确定构件恢复力特性
建立恢复力模型。
等幅加载主要确定结构在特定位移幅值下
的特定性能。一般研究结构强度降低率和 刚度退化规律。 等幅和变幅混合加载：综合研究结构的性 能。研究结构在不同加载幅值顺序对构件 性能的影响。
控制作用力加载法： 通过控制施加于结构或构件上的力的变化 实现低周反复加荷要求。由于结构屈服后 很难以力控制加载，所以一般较少采用。 控制力和控制位移混合加载法 一般采用先控制力然后再控制位移加载方法。 先控制力加载时，不管位移是多少，先加 载到结构屈服，然后施加位移（一般以一 参考位移倍数加载），直到结构破坏。