建筑结构抗震试验方法ppt课件

(5) 延性
延性系数是表示结构构件塑性变形能力的指标，
它反映了结构构件抗震性能的好坏。在结构塑性分
析中经常采用延性系数来表示，即：

u
y
确定截面的塑性转动比较复杂，需要了解塑性
区段长度、弯矩变化及弯矩一曲率关系。在实际工
作中，采用挠度(或位移)和曲率延性系数表达结构
构件的抗震性能比较方便。
§2.8 建筑结构抗震试验方法
目前，结构抗震试验方法主要分三种： 1．伪(拟）静力试验方法或低周反复加载静力试验 (Quasi Static Test) 2．地震模拟振动台试验方法（Shaking Table Test） 3．伪（拟）动力试验方法或计算联机试验(Pseudo Dynamic Test)。
在上述三种位移控制加载制度中。以变幅等幅
混合加载方案使用得最多。
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(2) 力控制加载
力控制加载是在加载过程中，以力作为控制值， 按一定的力幅值进行循环加载。因为试件屈服后难 以控制加载的力，所以这种加载制度较少单独使用。
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结构实验技术
教授 土木工程学院
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§2.7 建筑结构抗震试验方法
地震造成的灾害是极其严重的: 1976年唐山地震；1985年墨西哥城地震 1995年阪神地震；1999年台湾地震 2008年汶川地震等
为了减少人员伤亡和经济损失，提高建筑物 的抗震能力，确保人民生命和财产不受损失，需 要进行抗震理论的研究。
(a)为在x轴不加载、y轴反复加
载，或情况相反，即是前述的单
向加载；
(b)为x轴加载后保持恒载，而y
轴反复加载；
(c)为x、y轴先后反复加载；
(d)为x、y两轴交替反复加载；
(e) 8字形加载
(f) 方形加载
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当采用由计算机控制的电液伺服加载器 进行双向加载试验时，可以对一结构构件在x、 y两个方向成900作用。实现双向协调稳定的 同步反复加载。
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典型的拟静力试验加载系统
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3 单向反复加载制度
目前国内外较为普遍采用的单向(一维)反复加 载制度主要有三种： 位移控制加载 力控制加载 力—位移混合控制加载
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1 试验方法
静力试验是目前在结构(或构件)抗震性能研究 中应用最广泛的试验方法。它是以一定的荷载或位 移作为控制值对试件进行低周反复加载，以获得结 构非线性的荷载一变形特性，故又称为低周反复加 载试验或恢复力特性试验。
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对无明显屈服点的构件，可采用 荷载～变形曲线的能量等效面积 法近似确定屈服荷载和屈服位移。
具体方法是(见图)：由最大荷载点A作水平线AB，由原
点O作割线OD与AB线交于D点，由D点引垂线与曲线OA交
于E点，使面积ADCA与面积CFOC相等，则此时的E点即
为构件的屈服点，E点对应的荷载Q，为屈服荷载，位
(3) 力—位移混合控制加载 这种加载制度是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，一直 至试件破坏。
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Байду номын сангаас
《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01—96)规定： 试件屈服前，应采用载荷控制并分级加载，接
近开裂和屈服荷载前宜减少级差加载；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 级荷载可反复一次，屈服以后宜反复三次。
(c)反S形。它反映了更多的滑移影
响。例如：一般框架和有剪刀撑的 框架、梁柱节点和剪力墙等；
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(d)Z形，它反映了大量的滑移影 响。例如：小剪跨且斜裂缝又可 以充分发展的构件以及锚固钢筋 有较大滑移的构件等。
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§2.7 建筑结构抗震试验方法
这样人们不得不寻求试验的方法以解决理论 分析的不足。特别是对于大型复杂结构、超出抗 震设计规范规定的结构和新型结构体系，必须进 行必要的抗震试验以补充理论分析的不足，这样 抗震研究的一个主要研究方向是抗震试验方法的 研究。
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移△，为屈服位移。构件所能承受的最大荷载作用为
极限荷载值。
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(4) 刚度
从Q一△曲线可以看出，刚度与应力水平和反复 次数有关，在加载过程中刚度为变值，为了地震反 应分析需要，常用割线刚度代替切线刚度。在非线 性恢复力特性试验中，由于有加、卸载和正、反向 加载等情况，再加上有刚度蜕化现象，因此刚度问 题要比一次加载复杂得多。
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§2.7 建筑结构抗震试验方法
由于地震机制和结构抗震性能的复杂性，凭 理论分析的手段很难把握结构在地震作用下的性 能、反应过程和破坏机理，经常是理论分析与实 际地震作用下结构的反应、破坏现象差别较大。
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5．滞回曲线和骨架曲线的主要特征
(1) 曲线图形 根据各种构件恢复力特性研究结果，构件的滞回曲 线可归纳为四种基本形态。
(a)梭形。例如：受弯、偏压以 及不发生剪切破坏的弯剪构件 等；
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(b)弓形。它反映了一定的滑移影响， 有明显的“捏缩”效应。例如：剪 跨比较大，剪力较小并配有一定箍 筋的弯剪构件和偏压剪构件等；
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§2.8 建筑结构抗震试验方法
一、伪静力试验
50年代后期开始，由于非线性地震反应研究 工作的开展，结构和构件的恢复力特性试验开始 引起人们注意。到60～70年代就不单是为了地震 反应计算而研究结构或构件的恢复力模型，进而 要求从能量耗散的角度进行模拟地震作用的滞回 特性试验，以此探求结构的抗震性能。
应用该试验方法可以最大限度地利用试件提供 的各种信息，例如：承载力、刚度、变形能力、耗 能能力和损伤特征等。拟静力试验的根本目的是对 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。
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如图为在梁一柱节点拟静力试验中被普遍采用的一 种力—位移混合加载制度。
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4．双向反复加载制度
为了研究地震对结构构件的空间组合效应，克 服采用在结构构件单方向(平面内)加载时不考虑另 一方向(平面外)地震力同时作用对结构影响的局限 性，可在x，y两个主轴方向(二维)同时施加低周反 复荷载。
(2) 骨架曲线
加载一周得到的荷载—位移曲 线称为滞回曲线(滞回环)。在变幅 位移加载试验中，把每次滞回曲线 的峰点连接起来的包络线，叫做骨 架曲线。
图为钢筋混凝土剪力墙滞回环的骨架曲线与单调加
载曲线的对比图。骨架曲线的形状基本与单调加载曲线
相似、但极限荷载则略低一点。
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(3) 强度
构件在开裂前，荷载与位移成线性，处于弹性阶段； 开裂后，由于刚度降低，Q～△曲线出现第一个折点， 处于弹塑性阶段；屈服后，刚度进一步降低，Q一△ 曲线出现第二个折点，已处于塑性阶段。
构件加载至极限荷载后，出现较大 变形，并开始进入下降段。通常取 极限荷载下降至85％时所对应的变 形作为极限变形。
2．试验设备与加载装置
近年来随着经济的发展和科学技术水平的不断 提高，结构加载设备有了质的改变，目前许多结构 试验室主要采用电液伺服加载系统进行结构的拟静 力试验加载，并采用计算机进行试验控制和数据采 集。
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建议的几种试验加载装置
《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01—96)
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(6) 耗能
目前对构件的耗能能力没有统一的评定标准。 常用等效粘滞阻尼系数与功比指数来表示。 等效粘滞阻尼系数(如图）：
he

1 2
.
ABC OBD
图形面积 三角形面积
功比指数：
I
s w

Qi i Qy y
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则由试验测得的滞回曲线可以建立构件的恢复力模
型。
等幅位移控制加载：
主要用于确定构件在特定位移幅值下的特定性
能，例如极限滞回耗能、强度降低率和刚度退化规
律等。
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混合位移控制加载： 可以综合地研究构件的性能，其中包括等幅部
分的强度和刚度变化，以及在变幅部分、特别是大 变形增长情况下强度和耗能力的变化。
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对于有明显屈服点的构件，在试 验过程中，当试验荷载达到屈服 荷载后，构件的刚度将出现明显 的变化，即构件的荷载一变形曲 线上出现明显拐点。此时，相应 于该点的试验荷载为屈服荷载， 变形为屈服变形。
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(1) 位移控制加载
位移控制加载是在加载过程中以位移作为控制 值或以屈服位移的倍数作为控制值，按一定的位移 增幅进行循环加载。当试件具有明确屈服点时，一 般都以屈服位移的倍数为控制值。当试件不具有明 确的屈服点时(如轴压比较大的柱)或无屈服点时(如 无筋砌体)，则由研究者根据已有专业知识主观规定 一个认为合适的位移标准值来控制试验加载。
2．试验设备与加载装置
拟静力试验常用设备：加载设备、反力墙、试 验台座、荷载架等，其中加载设备种类较多，过去 主要采用双向机械式千斤顶或液压千斤顶进行试验 加载。由于这类加载设备主要是手动加载，自动化 程度不高，加载过程不易控制，往往造成数据测量 不稳定、不准确，试验结果分析困难。
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反复加载同样可以采用位移控制、力控制和两 者混合控制的加载制度
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(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。由于x、y两个方向可以不同步的先
后或交替加载，因此，它可以有如图各种变化方案。
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例如：对框架柱或压杆的空间受力和框架梁柱节点在两 个主轴方向所在平面内采用梁端加载方案施加反复荷载 试验时，可采用双向同步或非同步的加载制度。
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(1) x、y轴双向同步加载
与单向反复加载相同，低周反复荷载作用在与 构件截面主轴成角的方向作斜向加载，使x、y两个 主轴的方向的分量同步作用。
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(4) 刚度
在进行刚度分析时，可取每一循环峰点的荷载 及相应的位移与屈服荷载及屈服位移之比，即将其 无量纲化后再绘出骨架曲线，经统计可得弹性刚度、 弹塑性刚度以及塑性刚度。关于卸载刚度及反向加 载刚度均可由构件的恢复力模型直接确定。
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在位移控制加载中，根据位移控制的幅值不同， 又可分为变幅加载、等幅加载和变幅等幅混合加载。
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变幅位移控制加载：
多用于研究构件的恢复力特性，并建立其恢复
力模型。一般，每一级位移幅值下循环二～三次，
(7) 不同加载制度引起的耗能差异
每一控制位移加载一次
每一控制位移下反复三次
控制荷载超过屈服点的多次反复
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控制荷载超过极限荷载下的反复