结构试验-动载试验.ppt

结 构 测 试 动载试验 结构拟动力试验是用拟静力加载的方式来模拟结构受地震动力作用的一种试验方法。 地震作用下的运动微分方程为： 对于非弹性体系，例如，混凝土开裂、受拉钢筋屈服等现象使结构体系的恢复力与结构体系的位移偏离线性关系， Fr为结构体系的非弹性恢复力。 彻底消除恢复力模型误差的思路就是抛弃假设的恢复力模型，直接在试验中量测结构体系的恢复力。 四、结构抗震试验－拟动力试验 结 构 测 试 动载试验 原理：运行一个求解结构运动方程的逐步积分程序，输入的地震波，计算结构在地震作用下的当前位移，控制作动器使结构按计算的当前位移值发生位移。接收力传感器量测结构恢复力。将量测的结构恢复力代入运动方程，通过逐步积分，得出下一步结构位移，再控制作动器使结构变形到新的位移状态。如此循环，得到结构在地震作用下的全部位移过程。 结 构 测 试 动载试验 上述位移时程曲线计算的递推格式如下： 按离散的时间表示， 再将差分关系代入， 已知位移xi－1和位移xi，恢复力Fri和地面加速度，即可求得（i＋1）Δt时刻的位移xi＋1 结 构 测 试 动载试验 结构运动方程为矩阵形式： 采用中心差分法，得到递推格式的解答， 对于框架结构和可以忽略转动惯量的结构，可以直接采用前式。 多自由度结构的拟动力试验，采用基底剪力法，将结构等效为单自由度体系。 可对结构非弹性反应部分进行试验，另一部分结构的弹性反应可以通过计算机求解。 结 构 测 试 动载试验 结构拟动力试验方法的主要优势在于结构拟动力试验中可以采用较大的结构试验模型。 采用大的结构模型甚至原型结构尺寸可以反映地震作用对结构构件性能和结构局部构造的影响，使试验结果更加准确的反映结构的抗震性能。 计算结果与实验结果相结合，积分方法和步长，估计阻尼，误差不可避免。 拟动力试验的误差分为系统误差和随机误差。 结 构 测 试 动载试验 四、结构抗震试验－疲劳试验 疲劳破坏是材料损伤累积而导致的一种破坏形式。特征： （1） 交变荷载作用下，在构件中的交变应力远低于材料静力强度的条件下有可能发生疲劳破坏； （2） 在单调静载试验中表现为脆性或塑性的材料，发生疲劳破坏时，宏观上均表现为脆性断裂，疲劳破坏的预兆不明显； （3） 疲劳破坏具有显著的局部特征，疲劳裂纹扩展和破坏过程发生在局部区域。 （4） 疲劳破坏是一个累积损伤的过程，要经历足够多次导致损伤的交变应力才会发生疲劳破坏。 疲劳破坏与静力破坏和冲击荷载作用下的破坏有着本质上的区别。 结 构 测 试 动载试验 较为典型的疲劳试验有： （1） 钢筋混凝土和预应力混凝土梁的疲劳试验； 如钢筋混凝土吊车梁，铁路钢筋混凝土简支梁等。 （2） 焊接钢结构疲劳试验； 如焊接钢结构节点，焊接钢梁等。 （3） 用于预应力混凝土结构的锚夹具组装件疲劳试验； 按照有关技术标准，锚夹具产品应进行疲劳试验。 （4） 拉索疲劳试验； 拉索主要用于斜拉桥的斜拉索或吊杆拱桥的吊杆。 （5） 新型材料或新结构构件的疲劳试验； 如钢纤维混凝土梁的疲劳试验， 钢－混凝土组合结构疲劳试验， 粘钢加固或粘贴碳纤维加固混凝土梁的疲劳试验等 疲劳试验的典型特点是试验结构受到交替变化但幅值保持不变的荷载的多次反复作用。 结 构 测 试 动载试验 （1） 构件开裂荷载和荷载循环次数； （2） 裂缝宽度随荷载循环次数的变化以及新裂缝的发生和发展； （3） 构件的最大挠度及其随荷载循环次数的发展规律； （4） 预应力混凝土构件中锚固区钢丝的回缩； （5） 构件承载能力与疲劳荷载的关系； （6） 循环荷载作用下构件的破坏特征。 对于钢筋混凝土或预应力混凝土构件，疲劳试验中的观测项目： 钢结构构件，疲劳试验中的观测项目： （1） 局部应力或最大应力的变化； （2） 构件的最大变形及其随荷载循环次数的发展规律； （3） 断裂裂纹的萌生和发展； （4） 构件承载能力与疲劳荷载的关系。 结 构 测 试 动载试验 疲劳荷载的描述由3个参量构成，即最大荷载Pmax，最小荷载Pmin和平均荷载Pm。 循环应力各量之间的关系 应力幅值： σa＝（σmax－σmin）/2 应力幅度： Δσ＝2σa 应力比： ρ＝σmin/σmax 应力水平