拟静力试验资料
第四章 拟静力实验
第四章拟静力试验4.1概述4.1.1含义拟静力实验方法是目前研究结构或构件性能中应用广泛的一种实验方法。
采用一定的荷载控制或变形控制对试件进行低周反复加载，使试件从弹性阶段直至破坏的一种实验方法。
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。
4.1.2实验目的进行结构拟静力实验的主要目的主要为以下三部分♦恢复力模型（如图4-1）：通过实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，相当于结构的物理方程；♦抗震性能判定：从强度、刚度、变形、延性、耗能等方面判断和鉴定结构的抗震性能；♦破坏机制研究：通过实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方法和依据。
图4-1 结构恢复力模型4.1.3拟静力实验特点拟静力试验的优点：该实验的加载速率很低，因此由于加载速率而引起的应力、应变速率对实验结果的影响可以忽略，更重要的是这种实验可以最大限度的的利用试件提供各种基本信息，例如：承载力、刚度、变形能力、耗能能力和损伤特征等，但不能模拟结构的地震反应过程。
拟静力实验方法可用于获取构件的数学模型，为结构的计算机分析提供构件模型，并通过地震模拟振动台实验对结构模型参数做进一步的修正。
可以在试验过程中随时停下来观察结构的开裂的破坏状态；便于检验校核试验数据和仪器的工作情况；并可按试验需要修正和改变加载历程。
存在的不足：试验的加载历程是事先由研究者主观确定的，与地震记录不发生关系；由于荷载是按力或位移对称反复施加，因此与任一次确定性的非线性地震反应相差很远，不能反映出应变速率对结构的影响；拟静力实验控制软件还比较欠缺，大多数还是人工控制或半自动控制，与设备的发展不相适应。
第5章静力试验
沈阳建筑大学
土木工程结构试验与检测
5.1 单调静力荷载试验（monotonic static load testing）
单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加 到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能 的试验。
图5.1.1 静载试验加载程序
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土木工程结构试验与 简支梁试验等效荷载加载图示
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图5.3.1拟动力试验的基本原理
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图5.3.2 数值计算与拟动力试验之间的比较
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5.3.3 输入地震波的加速度时程曲线
5.3.4 7层钢筋混凝土结构的平面和剖面图
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图5.4.1加速度放大系数曲线
图5.4.2 未加固砌体试件受压破坏
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图5.4.3 混凝土偏心受压构件的破坏形态展开图
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本章系统的介绍了结构静力试验中的单调静力荷 载试验、拟静力试验和拟动力试验。 载试验、拟静力试验和拟动力试验。重点阐述了拟静 力试验、拟动力试验的基本原理、 力试验、拟动力试验的基本原理、试验设备和试验步 骤。系统地介绍了如何进行数据的整理换算、统计分 系统地介绍了如何进行数据的整理换算、 析和归纳演绎。学习本章之后，应熟悉基本构件单调 析和归纳演绎。学习本章之后， 静力试验的各个环节，重点掌握试件的安装、 静力试验的各个环节，重点掌握试件的安装、加载方 法，试验项目和测点布置，以及确定开裂荷载、极限 试验项目和测点布置，以及确定开裂荷载、 承载力等指标的概念和方法， 承载力等指标的概念和方法，掌握静力试验量测数据 的整理和结构性能的公式、 的整理和结构性能的公式、图像和数学模型的表达方 法。
拟静力试验
1）墙体试验观测 观测项目：裂缝、开裂荷载、破坏荷载、墙体位移、应 变及荷载位移曲线。 2）框架节点试验观测 观测项目：荷载数值及支座反力；荷载——变形曲线。
测量墙体的 转动情况
六、试验观测
六、试验观测
变形：梁端和柱端
位移、塑性铰区曲率 或截面转角、节点核心 区剪切角。
应力：梁柱交界处纵
筋应力、梁柱塑性铰区 或核心区箍筋应力。
裂特性
变形能力、 耗能能力
抗震能力
强度、刚度 延性等
是否有足够 承载力
七、数据资料整理
• 恢复力曲线模型： • 1）定义：恢复力随着变
形变化的曲线。是进行抗 震分析的基础。 • 2）包括：骨架曲线、滞 回特性、刚度退化规律三 个组成部分。 • 3）有双线性模型、 克拉夫退化双线性模型、田 模型等
he
1 ABC面积 2 OBD面积
he 1 ABC图形面积 2 OBD三角形面积
七、数据资料整理
5）退化率
（1）刚度、强度退化率：低周反复加载时，每施加一周 荷载后强度或刚度降低的速率。
i
Pji，max
-1 Pji，max
（2）反映了结构是否经得起地震的反复作用
Pji i j
试验 or 实验？
试验
为了察看某事的结果或某物的性能而 从事某种活动。
实验
为了检验某种科学理论或假设而 进行某种操作或从事某种活动。
目录
• • • • • • • • 一、前言 二、拟静力试验的基本概念 三、试验设备及装备 四、加载制度 五、加载方法 六、试验观测 七、数据资料整理 八、总结
一、前言
三、试验设备及装备
• 图片
三、试验设备及装备
拟静力试验调研报告
理工大学国防工程学院攻读硕士学位研究生读书报告学号S201304116姓名潘璐学科、专业防灾减灾工程与防护工程研究方向指导教师方秦教授2014年4月16日1.拟静力试验应用综述拟静力试验(quasi-static test) 也称伪静力试验或低周反复加载试验，是结构抗震试验的一种，也是目前结构或构件性能研究中应用最广泛的试验方法。
这种试验方法是在20世纪60～70年代基于结构非线性地震反应分析的要求提的，其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。
除拟静力试验，结构抗震实验还包括地震模拟振动台实验、拟动力实验。
地震模拟振动台实验最能真实再现结构地震动和结构反应,是目前研究结构抗震性能最准确的试验方法，主要用于检验结构抗震设计理论、方法和计算模型的正确与否。
但由于台面尺寸和承载力的限制,只能进行小比例模型的试验,且往往配重不足,导致地震作用破坏形态的失真。
拟动力试验与拟静力试验实验设备相同，但拟动力试验中已经通过数值方法考虑了惯性力和阻尼力的影响,试验结果比较能代表结构的真实地震反应。
与以上两种试验相比，虽然拟静力试验不能模拟结构的地震反应过程但其具有以下优点：（1）加载速率较低，由加载速率引起的应力、应变速率对实验结果的影响可以忽略；（2）试验过程可以随时停下来观察结构的开裂的破坏状态；便于检验校核试验数据和仪器的工作情况，并可按试验需要修正和改变加载历程；（3）可以最大限度的测试试件在荷载作用下的基本表现，如：●恢复力模型：通过实验所得的滞回曲线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。
●性能判定：判断试件的强度、刚度、变形、延性等。
●破坏机制：通过实验研究结构构件的破坏机制及抗震性能。
对大型结构来说，足尺试验是必须的，为克服大型结构在室内进行实验时的各种我们选取重要的结构构件进行拟静力试验，以获取用于计算机分析的数学模型。
低周反复荷载
低周反复荷载是一种对结构或结构构件施加多次往复循环作用的静力试验，也称为静力试验或拟静力试验。
这种方法通过模拟地震时结构在往复振动中的受力特点和变形特点，用静力方法求得结构振动时的效果。
在试验中，结构或构件会在正反两个方向重复加载和卸载，用以模拟地震作用下的受力情况。
这种方法可以帮助研究人员更好地了解结构在地震等极端情况下的性能和安全性。
低周反复荷载试验可以揭示结构在强震下的非线性性能，如强度、刚度、滞回特性和耗能能力等。
这些性能指标对于评估结构的抗震性能具有重要意义。
通过低周反复荷载试验，可以对结构的抗震性能进行定性和定量的评估，从而为结构的抗震设计和加固提供科学依据。
拟静力试验的滞回曲线
拟静力试验的滞回曲线拟静力试验的滞回曲线是工程材料力学中常用的试验方法之一，它可以通过外加载荷与相应变形之间的关系曲线来反映材料的强度、韧性和塑性等力学特性。
滞回曲线是一个反映材料在加荷-卸荷过程中变形、应力、应变、能量等信息随时间变化的曲线。
下面将详细介绍拟静力试验滞回曲线的相关知识。
首先，在一次拟静力试验中，滞回曲线通常是通过于材料上施加往复应力来获取的。
在试验开始时，先对待测材料施加一个初加载荷，然后在保持该荷的情况下，对材料进行往复载荷施加。
产生的应变和应力被记录下来，形成一条滞回曲线。
初加载荷通常是轻微的，以保证试验材料处于线性弹性阶段。
往复载荷可以选用不同的幅值和频率，在每个应力循环过程中，材料都会经历应力–应变特性不同的状态，这样就可以了解材料在不同应力水平下的变形响应情况以及应力水平对材料力学性质的影响。
滞回曲线的形状通常被描述为一个 "八" 字形，如下图所示。
在这个 "八" 字形滞回曲线中，第一段 BB' 表示材料的线性弹性阶段。
在该阶段，应变与应力成比例关系。
然后，随着施加的载荷超过材料的竖向强度极限，材料就开始漏塑性，进入塑性阶段。
当卸载时，应力会由高水平向低水平过渡。
在 C 点，应力归零并达到最大压缩应变量。
然后，当应变继续下降时，施加负载荷，材料进入负周期。
同样，当卸载时材料有一定的漏塑性，所以在减小应变时，应力保持在一个负载荷水平，直到达到最大应变值的 D 点。
在 D 点，应变达到最小值，同时应力也达到最小值。
然后，当应变再次增加，上述过程重复一遍，形成一个八字形状的滞回曲线。
对于不同种类的材料，滞回曲线的形态各异。
比如，对于脆性材料，滞回曲线形态通常呈六边形，而其弯曲部分比较平直；而对于韧性材料，则滞回曲线通常是 "八" 字形。
滞回曲线的形态对于材料的应力水平极限、应变极限、强度、韧性等都有很大影响。
拟静力试验
模拟控制器
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液压源
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加载装置
常用的反力装置主要有反力墙、反力台 座、门式刚架、反力架和相应的各种组 合类型
加载反力装置应具有足够的刚度、承载 力和整体稳定性，能够满足试件的受力 状态和模拟试件的实际边界条件
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墙片试验装置
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梁式构件试验装置
钢筋混凝土柱的滞回曲线 和恢复力模型
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钢筋混凝土柱恢复力模型参数
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钢管混凝土柱的滞回曲线 和恢复力模型
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钢管混凝土柱恢复力模型参数
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思考题
何谓拟静力试验，它有什么特点？ 简述电液伺服加载系统的组成及各部分
的作用。 常用的试验加载反力装置有哪些，应满
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割线刚度
Ki
Fi Xi
Fi Xi
式中Fi－第i次峰点荷载值；
X i－第i次峰点位移值。
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延性系数
Xu
Xy
式中X
－试体的极限位移；
u
X
－试体的屈服位移。
y
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荷载降低系数
i
F
i j
F i1 j
式中Fji－位移延性系数为j时，第i次循环峰点荷载值；
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一、加载设备
机械式千斤顶或液压式千斤顶 电液伺服加载系统 主要包括电液伺服
作动器、模拟控制器、液压源、液压管 路和测量仪器等
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电液伺服作动器
电液伺服阀接到 一个命令信号后立 即将电压信号转换 成活塞杆的运动， 从而对试件进行推 和拉的加载试验。
结构拟静力与拟动力试验
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
① 变形控制加载法 变幅加载 根据控制位 移值规律的 不同 等幅加载
主要用于研究构件的强度退化和 刚度退化规律。 这种加载制度每加载一周后，都会 增加位移的幅值，当对一个构件的 性能不太了解，作为探索性的研究 或者在确定恢复力模型的时候，多 用变幅加载来研究构件的强度、变 形和耗能的性能。
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
♦ 单向反复加载制度有变形控制加载、荷载控制加载 以及荷载－变形双控制加载3种方法； ① 变形控制加载法 ♦目前在结构抗震恢复力特性试验中使用最为普遍和最 多的一种加载方法； ♦加载过程中以位移为控制值，以屈服位移的倍数作为 加载的控制值，这里位移的概念是广义的，它可以是 线位移，也可以是转角、曲率或应变等相应的参量。
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 单向反复加载制度
③荷载－变形双控制加载法
《混凝土结构试验方法标准》 中给出的加载方法和加载程序， 要求根据结构构件特点和试验 研究目的确定，并应符合相关 规定，见教材P79。
我国规范规定的加载制度
一、拟静力试验
3. 加载制度与加载方法 双向反复加载制度
♦为了研究地震作用对结构构件的空间组合效应，克服结构构
第六章 结构拟静力与拟动力试验
安徽工业大学建工学院
一、拟静力试验
1. 概述
拟静力试验，也称伪静力试验，低周反复荷载 试验，属于工程结构抗震试验；
基本原理：
用低周往复循环加载的方法对结构构件进行静力试验， 试验中控制结构的变形值或荷载量，使结构构件在正反两个 方向反复加载和卸载，用以模拟结构在地震作用下的受力过 程。
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2延性系数
延性系数是试验结构构件塑性变形能力的一个指标，
按下式计算： u
y
其中 ——试验结构构件的延性系数 u ——在荷载下降段相当于破坏荷载的变
形； y ——相当于屈服荷载的变形.
3退化率 定义：反映试验结构构件抗力随反复加载次数增加而降低的指标。
强度退化
刚度退化
i
Qi j.min
（a）可以综合的研究构件的性能 尤其是大变形情况下的耗能能力， 等幅循环3~6次 （b）为模拟构件承受二次地震作 用，其中小循环加载用来模拟余震 作用
具体实验过程需要注意的问题 ①正式试验前，应先进行预加反复荷载试验2次；混凝土试件预加载值不超过开裂荷载计 算值30%；砌体结构试件不宜超过开裂荷载的20%。试验时应首先施加轴向荷载，并在施 加反复荷载时保持轴向荷载值稳定。 ②正式实验时的加载方法应根据试件的特点和实验目的的确定，宜先施加试件预计开裂 荷载的40%~60%，并重复2-3次，再逐步加到100%，接近开裂和屈服荷载前应减少极差进 行加载 ③实验工程中，应保持反复加载的连续性和均匀性，加载或卸载的速度宜一致。 ④当进行承载能力和破坏特征实验时，应加载到试件极限荷载下降段；对混凝土结构试 件下降值应控制到最大荷载的85%
5.2拟静力试验（pseudo-static testing）
剪切变形
5.2.1加载装置
梁柱节点
r
弯剪变形
5.2.2加载制度及加载方法
1单向反复加载制度 (1)变形荷载控制法
1）体现强度变形和耗能的性能
2）强度降低率和刚度退化规律
3）变幅等幅混合加载
（2）荷载控制加载法 （3）荷载—变形双控制加载法
1抗力与变形
5.2.4数据分析
（1）开裂荷载：取试验结构或者构件出现的第一条垂直裂缝或斜裂 缝的荷载 （2）屈服极限和屈服变形：取试验结构构件上在荷载稍有增加而变 形有较大增长时承受的最小荷载和其相应的变形为屈服变形。对混凝 土而言是指受拉主筋应力屈服时的荷载或相应变形。 （3）极限荷载：取试验构件所承受的最大荷载值。 （4）破坏荷载和极限变形：在试验过程中，当构件丧失承载力或超 过极限荷载后，下降到85%极限荷载时，所对应的荷载值即为破坏荷 载，其相应变形为 u
2双向反复加载制度
为了研究地震作用对结构构件的空间组合效应，克服结构构件在单方向加载时，不考 虑另一方向地震作用对结构造成的局限性。
（1）x，y轴双向同步加载
（2）x，y双轴非同步加载
1荷载与变形
5.2.3量测方案
2区箍筋应力
6钢筋滑移 7裂缝
Q1 j,max
n
n
Ki Q
i 1
i 1
4能量消耗
结构构件吸收能量的好坏，可 以由滞回曲线所包围的面积和他的 形状来衡量。
等效粘滞阻尼系数 he
s 1
ABC
he 2
sOBD
Thank you