拟静力与拟动力试验

拟动力试验

拟动力试验的原理是：根据数值化的典型地震加速度记录时程曲线，取某一时刻的地震加速度值和试验中前一时刻加载后实测的结构恢复力，用逐步积分振动方程的动力反应分析方法计算出该时刻结构试体的地震反应位移，并对结构试体施加此位移，实现该时刻结构试体的地震反应；实测此时的结构恢复力，按地震过程取下一时刻的地震加速度值，进行该时刻结构试体地震反应位移计算，再将位移施加到结构试体上。如此逐时刻反复实现计算位移－施加位移－实测结构恢复力－再计算位移……的循环过程，即模拟了结构试体在地震中的实际动态反应过程。

对动力方程中的M ，C ，p 三个量，拟动力试验都可以较好的反应。 M容易准确测量，而且在试验中一般保持不变； K虽然在试验中不断变化，但由于直接从试件测得，也可以准确反应试件的真实情况； P一般依据事先选定的地震波加速度时程确定，也很明确。拟动力试验中的一个难点就是阻尼矩阵 C的问题。阻尼的实质是：在基于状态的动力平衡方程中为表征能量耗散而引入的一个数学概念。在拟动力试验中，并不是由于试验测定，而是事先人为假定的，而且假定整个试验过程中保持不变。实际上矩阵由人为假定的振型阻尼比转化为数值积分采用的比例阻尼矩阵，就带有很大的主观性和近似性。在试验过程中，矩阵是不断变化的，进入塑性阶段后，阻尼的机理也会发生改变，这显然与矩阵保持不变的假定矛盾。在实际试验中也发现输入的阻尼对试验结果有很大影响。有关研究阻尼对拟动力试验影响的文献非常少。由于阻尼的复杂性，目前的拟动力试验仍是采用传统的人为假定振型比例阻尼的办法。拟动力试验另一个问题是以集中力代替实际的分布惯性力，对这种力分布形式的简化带来的影响目前也缺乏研究。对拟动力试验模型相似关系的研究比起振动台试验也少得多。我国《建筑抗震试验方法规程》规定的拟动力试验模型相似要求实际是静力相似，而国内实际完成的拟动力模型试验多数是按动力相似进行的。以上三点是拟动力试验与振动台试验相比的缺陷，也是拟动力试验今后应该重点研究和改进的地方。

拟静力试验

静力试验又称低周反复荷载试验，是指对结构或结构构件施加多次往复循环作用的静力试验，是使结构或结构构件在正反两个方向重复加载和卸载的过程，用以模拟地震时结构在往复振动中的受力特点和变形特点。这种方法是用静力方法求得结构振动时的效果，因此称为拟静力试验，或伪静力试验。

结构的拟静力试验是目前研究结构或结构构件受力及变形性能时应用最广泛的方法之一。它采用一定的荷载控制或位移控制对试件进行低周反复循环的加载方法，使试件从开始受力到破坏的一种试验方法，由此获得结构或结构构件非弹性的荷载—变形特性，因此又称为恢复力特性试验。该方法的加载速率很低，因此由于加载速率而引起的应力、应变的变化速率对于试验结果的影响很小，可以忽略不计。同时该方法为循环加载，也称为周期性加载。

进行结构拟静力试验的主要目的，首先是建立结构在地震作用下的恢复力特性，确定结构构件恢复力的计算模型，通过试验所得的滞回曲线和曲线所包围的面积求得结构的等效阻尼比，衡量结构的耗能能力，同时还可得到骨架曲线，结构的初始刚度及刚度退化等参数。由此可以进一步从强度、变形和能量等三个方面判断和鉴定结构的抗震性能。最后可以通过试验研究结构构件的破坏机制，为改进现行结构抗震设计方法及改进结构设计的构造措施提供依据。