【建筑结构试验课件】第八章_结构抗震动力.pptVIP

第八章 结构抗震动力加载试验 第八章 结构抗震动力加载试验 主要内容： 8.1 概述 8.2 结构抗震动力加载试验的加载制度和加载设计 8.3 结构抗震周期性动力加载试验 8.4 结构抗震非周期性动力加载试验 本章的教学内容： 1．动荷特性的测定：包括主振源的测定，动荷特性测试方法； 2．结构动力特性的测定：包括自由振动法，强迫振动法，脉动法； 3．结构动荷反应的测定：包括结构动荷变形的测量，结构动力系数的测定 4．结构疲劳试验：包括试验荷载，加荷的频率，疲劳试验的观测。 重点：结构动力特性的测定；结构动荷反应的测定。 难点：动荷特性的测定，结构动荷特性的测定。 8.1 概述 结构抗震动力试验的一个目的是确定结构线性动力特性，即结构在弹性阶段变形比较小的情况下的自振周期，振型，能量耗散和阻尼值。 另一个目的是研究结构的非线性性能，如结构进入非线性阶段的能量耗散，滞回特性，延性性能，破坏机理和破坏特征。 8.1 概述 从结构抗震工程研究发展来看，目前抗震动力试验主要是从场地结构原型观测和试验室试验两个方面进行，抗震研究认为结构的静态试验和结构原型弹性阶段的动态试验所取得的资料数据，对抗震设计已不能反映客观的要求，特别是结构工作各个阶段的动态特性参数，对结构地震反应分析愈来愈有它的重要性。例如，多层砖石结构房屋当振动超出线性范围后，动力特性有显著变化，主要表现为周期增长2～4倍，阻尼也将增加两倍左右。为此必须进行原型结构进入非线性阶段的动力试验，提供结构系统力与变形的关系、能量吸收和破坏特征。特别是各种构件在结构中所引起的阻尼特性，各类结构部件的连接以及非结构构件连接的特性等资料。更由于结构建造在不同地震烈度区和各种不同条件的地基土壤上，通过场地原型结构动力试验尚可以研究地基土壤和结构的相互作用。 8.1 概述 相对于原型结构，目前较多地还是在试验室进行缩小比例尺的结构构件或模型试验。 随着结构动力试验设备和试验技术的发展，结构抗震动力加载试验逐渐引起人们的注意，并开始在结构抗震研究的实践中得到应用。在前述建筑结构低周反复静力加载试验中，由于受试验设备和试验技术条件的限制，人们用静力加载方法来模拟地震力的作用，以致整个试验进行全过程的时间是比较长的，甚至可在几个小时以上，这对结构的自振周期往往只在1秒以下相比，即使试验时间能从几小时缩短到几十秒、几秒钟时，这还可以看作是慢加载。当然这种方法的优点是设备简单，便于观测试验过程，但是与结构真正受动力荷载的作用相比，没有反映应变速率的影响。为此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。 8.1 概述 结构抗震动力试验的难度和复杂性比静力试验要大，这主要是：首先，荷载是以动力形式出现，它有速度，加速度或以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的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。 8.1 概述 在试验中人们经常用试验对象的自振周期(第一周期)作为标准，衡量和区分静力或动力试验的界限。如果试验对象的周期为0．3s，则加载周期超过0．3s时，可以认为是静力加载试验，反之如小于0．3s即可作为动力试验。当然这也是一个相对的时间概念，对于一个刚性结构，由于自振周期很小，研究这种结构的动力滞回性能，每周加载时间就应该很小。反之，对于柔性结构加载时间自然可以长一些，在实际工作中，有时受试验条件的限制，国外有学者对于自振周期小于ls的砖石结构，当试验加载周期为2s时，也称是动力试验。在钢筋混凝土梁的试验中，当变形速度为25cm／s时，也认为是动力试验。为此动力试验的特点是试验对象受动力荷载作用后，反映力与变形关系的滞回曲线是在小于或等于结构自振期的情况下获得，同时反映出结构应变速率2的影响 。 8.1 概述 在结构试验中，人们发现加荷速度愈快，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。 在地震力作用下，钢筋的应变速率取决于构件的反应，如钢筋混凝土框架的钢筋应变大致在0．01～0．02／s。 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。 8．2 结构抗震动力加载试验的加载制度和加载设计 由于试验设备和试验技术的不同，与结构抗震静力试验一样，结构抗震动力试验可以区分为周期性和非周期性的动力加载试验。　　 在结构抗震动力试验中，由于周期性的动力加载比较容易实现，所以目前在实际试验中应用得比较普遍，如采用偏心激振器、电液伺服加载器及单向周期性振动台等加载设备均能较好地满足