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建筑结构的抗震试验学习

日期:2008年8月3日 09:47

  学习建筑结构的抗震试验,首先要解决如下的问题:抗震试验按照试验方法和试验手段的不同,可以分为哪几种方法?各有什么特点?低周反复加载静力试验的加载制度?伪静力试验量测项目和内容一般应包括哪些?伪静力试验的结果如何表达,如何用于进行结构抗震性能的评定?如何通过结构的强度、刚度、延性、退化率和能量耗散等方面的综合分析,来分析结构的特性和能力?拟动力试验的特点?地震模拟振动台动力加载试验在抗震研究中有什么作用?在选择和设计振动台台面的输入运动时,需要考虑哪些因素?

  掌握结构抗震试验的特点是荷载作用反复,结构变形很大,试验要求做到结构构件屈服以后,进入非线性工作阶段,直至完全破坏。因此试验中要同时观测结构的强度、变形、非线性性能和结构的实际破坏状态。

极速赛车APP下载  建筑结构的抗震试验按照试验方法和试验手段的不同,可以分为低周反复加载试验(伪静力试验)、拟动力试验和动力加载试验。要理解各种试验方法和试验手段的特点,以便更好地获得测试结果和进行分析。

  通过伪静力试验,能获得结构构件超过弹性极限后的荷载变形工作性能(恢复力特性)和破坏特征,也可以用来比较或验证抗震构造措施的有效性和确定结构的抗震极限承载能力。进而为建立数学模型,通过计算机进行结构抗震非线性分析服务,为改进现行抗震设计方法和修订设计规范提供依据。这种试验方法的设备比较简单,甚至可用普通静力试验用的加载设备。加载历程可人为控制,并可按需要加以改变或修正。

极速赛车APP下载  试验过程中,可停下来观察结构的开裂和破坏状态,便于检验校核试验数据和仪器设备工作情况。由于对称的、有规律的低周反复加载与某一次确定性的非线性地震相差甚远,不能反映应变速率对结构的影响,无法再现真实地震的要求。

  为了弥补伪静力试验的不足,可利用计算机技术,用计算机来检测和控制整个试验。结构的恢复力可直接通过测量作用在试验对象上的荷载值和位移值而得到,然后再通过计算机来完成非线性地震反应微分方程的求解。这种方法称为拟动力试验。人们总希望通过动力加载试验来研究结构的动力反应、结构抵抗动力荷载的实际能力与安全储备。结构抗震动力试验的难度与复杂性比静力试验要大。首先,荷载是以动力形式出现,它以速度、加速度或一定频率对结构产生动力响应,由于加速度作用引起惯性力。以致荷载的大小又直接与结构本身的质量有关,动力荷载对结构产生共振使应变及挠度增大。其次,动力荷载作用于结构还有应变速率的问题。应变速率的大小,又直接影响结构材料的强度。在结构试验中,人们发现加荷速度愈高,引起结构或构件的应变速率愈高,则试件强度和弹性模量也就相应提高。在冲击荷载作用下,强度与弹性模量的变化尤为显著。在动力反复荷载作用下,结构的强度要比静力低周反复加载提高10%以上,由此可见动力加载对应变速率所产生的作用。

  结构抗震动力试验可以分为周期性的动力加载试验和非周期性的动力加载试验。要掌握其加载方式和响应特点。

一、建筑结构抗震的低周反复加载静力试验

  学习加载制度,要掌握静力试验加载制度的种类:

  掌握单向反复加载的方法(控制位移加载法,控制作用力加载法以及控制作用力和控制位移的混合加载法),特点和作用。在控制位移的情况下,掌握变幅加载、等幅加载和变幅等幅混合加载等方法的基本做法和研究目的。了解双向反复加载的方法、特点、作用及适用范围。掌握《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01—96)规定的伪静力试验加载方法,注意加载的分级,加载的阶段,加载控制,加载的次数以及明确需要获得的参数。

  结构伪静力试验的观测项目和量测仪器,掌握对结构伪静力试验的观测设计,构件选择。确定伪静力试验量测项目和内容应根据研究或检验的目的确定,一般宜包括:试验荷载值(开裂荷载、屈服荷载和极限荷载)和结构支承反力值;结构构件在每级荷载作用下的变形,包括挠度、位移、支座转角、曲率和剪切变形等;结构主体材料混凝土和砌体的应变;结构构件主筋和箍筋的应变;结构构件钢筋在锚固区的粘结滑移;裂缝宽度及分布形态。要注意不同类型试件及不同测试参数时的测点布置布置原理各自的特点。主要涉及墙体试件和钢筋混凝土框架节点及梁柱组合体试验的观测项目和测点布置。合理选择结构伪静力试验的量测仪表,针对所测试的项目选择合适的仪表和设备,注意仪器和设备的使用原理。随着测试技术的发展和计算机在结构试验数据采集中的应用,各种被测量(如位移、变形、曲率、转角、应变等)均可通过各种传感器将信号输入计算机进行数据采集和处理,要注意掌握起采集原理。

  结构伪静力试验的主要目的是研究结构在经受模拟地震作用的低周反复荷载后的力学性能和破坏机理。伪静力试验的结果通常是由荷载-变形的滞回曲线以及有关参数来表达,它们是研究结构抗震性能的基本数据,可用以进行结构抗震性能的评定。同时,通过这些指标的综合评定,可以相对比较各类结构、各种构造和加固措施的抗震能力,建立和完善抗震设计理论,提出合适的抗震设计方法。因此要掌握对所测量项目的进一步分析方法。基本概念和所反映的性能。主要指标包括强度,刚度,滞回曲线形状,骨架曲线,延性系数,退化率,能量耗散。由伪静力试验都可以获得上述各个方面的指标和一系列具体参数,通过对这些量值的对比分析,可以判断各类结构抗震性能的优劣并做出适当的评价。

二、建筑结构拟动力试验  

  掌握拟动力试验(又称为伪动力试验或计算机-加载器联机试验)的概念,即是指计算机与试验机联机对试件进行加载试验。计算机系统的目的是采集结构反应的各种参数,并根据这些参数进行非线性地震反应分析计算,并通过D/A转换,向加载器发出下一步加载指令。当试件受到加载器作用后,发出反应,计算机再次采集试件反应的各种参数,并进行计算,向加载器发出指令,……直至试验结束。了解计算机进行的结构地震反应时程分析计算方法,如线性加速度法、Newmarkβ法、Wilson-θ法等。

  了解拟动力试验的基本步骤和试验特点。输入地面运动加速度,计算下一步的位移值,位移值的转换,量测恢复力及位移值,由数据采集系统进行数据处理和反应分析。整个试验工作的流程是连续循环进行的,全部由计算机自动控制操作。拟动力试验由于将计算机直接用于控制结构试验加载、数据采集和分析处理,使结构试验技术获得了飞跃的发展,为结构试验的自动化创造了良好的条件。为此需要对计算机的应用有充分的了解。拟动力试验具有以下特点:拟动力试验在整个数值分析过程中不需要对结构的恢复力特性作任何假设,这对于分析非线性的系统性能特别有利。对于恢复力特性比较复杂的结构,也可以根据试验结果来再现实际的地震反应;由于拟动力试验加载的时间周期近乎静态,为此,有条件给试验者以足够时间来观测结构性能变化和受损破坏的过程,从而获得比较详细的数据资料;对于一些足尺或大比例尺模型,在地震模拟振动台上进行试验由于受设备技术条件限制或相似条件等不能满足而没有可能性时,可以采用拟动力试验,由计算机控制并通过电液伺服加载器直接对结构物进行地震模拟加载。
  由于大多数的建筑结构都是多自由度系统,因此,在进行联机试验时,为模拟结构受到的地震作用,一般要在试验结构的各层,即质量集中的部位安装加载器,随后用分析得到的各层位移反应控制加载器进行加载。由于多自由度系统中外力分布不仅是很复杂的,而且随时间呈随机分布,以致使加载分布在每一高度的变化都很复杂。更由于结构地震反应试验必须进入非线性阶段,结构又必须能在较大的非线性范围内控制位移加载,这样,使多自由度体系在试验控制上给数学模型的建立、计算机计算和液压加载控制等各方面都带来一系列困难。因此,有人还提出了子结构,将多自由度体系改为仅对某一层进行加载的拟动力试验方法。

三、建筑结构地震模拟振动台试验

  在地震模拟振动台上进行动力试验,具有其他抗震动力和静力试验不同的特点,地震模拟振动台能再现各种形式的地震波,它为试验的多波输入分析提供了可能。

  在学习地震模拟振动台试验时,要了解地震模拟振动台动力加载试验在抗震研究中的作用。其主要作用体现在:研究结构的动力特性、破坏机理及震害原因;验证抗震计算理论和计算模型的正确性;研究动力相似理论,为模型试验提供依据;检验产品质量,提高抗震性能,为生产服务;为结构抗震静力试验,提供试验依据。明确要研究的关于结构在振动荷载作用下的强度、刚度以及如何满足与正常使用条件有关的问题,确定对结构施加振动荷载的方法、形式和控制。熟悉地震模拟振动台试验的加载过程和试验方法。在选择和设计台面的输入运动时,还需要考虑下列因素:试验结构的周期;结构所在的场地条件;考虑振动台台面的输出能力,考虑一次性加载和多次性加载的特点。

  地震模拟振动台试验的结构反应量测:需要确定量测的指标,量测的位置,量测的方法。

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