结构实验技术——工程结构抗震试验 1
工程结构抗震实验报告
工程结构抗震实验报告1. 引言地震是一种常见的自然灾害，给人们的生命财产造成了巨大的危害。
为了提高工程结构的抗震性能，进行抗震实验是非常必要的。
本次实验旨在研究不同工程结构在地震发生时的动力响应，并比较各结构的抗震性能。
2. 实验目的1. 了解不同工程结构在地震作用下的响应情况；2. 对比不同工程结构的抗震性能；3. 分析工程结构的抗震配置对其抗震性能的影响。
3. 实验内容本次实验采用了三种常见的工程结构：砖混结构、钢结构、混凝土框架结构。
每种结构都进行了相同的抗震配置，如使用了抗震设计软件进行抗震设计、采用了特殊的受力连接件等。
实验中首先对每种结构进行了抗震性能检测，然后在地震模拟台上进行了不同地震动作用下的动力响应测试。
4. 实验结果与分析4.1 抗震性能检测结果在进行地震模拟之前，对每种结构的抗震性能进行了检测。
结果显示，三种结构的抗震性能都符合设计要求，并满足国家相关抗震规范。
4.2 动力响应测试结果在进行不同地震动作用下的动力响应测试时，测量了每种结构的加速度、位移以及应变等参数。
结果显示，三种结构都受到了地震动力的作用，产生了一定的动力响应。
具体地，砖混结构的加速度响应相对较大，而钢结构的位移响应相对较小。
混凝土框架结构表现出了较好的整体刚度和抗震性能。
4.3 结果分析通过对实验结果的分析，可以得出以下结论：1. 砖混结构的抗震性能相对较弱，容易受到地震动力的影响；2. 钢结构在地震中具有较好的位移控制能力，能够减小结构的破坏程度；3. 混凝土框架结构在地震中表现出了较好的整体刚度和抗震性能。
5. 实验结论本次实验主要研究了不同工程结构在地震发生时的动力响应情况，并比较了它们的抗震性能。
根据实验结果，可以得出以下结论：1. 不同工程结构在地震中表现出了不同的动力响应特点；2. 钢结构在地震中具有较好的位移控制能力；3. 混凝土框架结构具有较好的整体刚度和抗震性能。
6. 改进建议根据实验结果，可以提出以下改进建议：1. 对于砖混结构，可以通过增加加固措施，如增加在结构中的钢筋数量等，提高其抗震性能；2. 钢结构可以进一步研究改进其位移控制能力，减小结构在地震中的破坏程度；3. 混凝土框架结构的抗震性能较好，可以继续进行相关研究，探索其应用范围和优化设计方案。
工程结构抗震试验
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多次性加载： 1、自由振动：测定结构的自振特性。 2、给台面输入微小(wēixiǎo)的运动，使结构的薄弱部位产
生微裂 3、加大台面的输入运动，使结构产生中等开裂。 4、再加大台面的输入运动，使结构的主要部位产生破坏 5、在增大台面的输入运动，使结构变为机动体系，稍加荷
险。用的较少。（高速摄影和电视摄像）可模拟试 件在一次强烈地震(dìzhèn)的反应
第三十六页，共40页。
地震模拟振动台试验 计算机控制的电液伺服加载系统(xìtǒng)，不直
接对试件加载，而是施加在一个钢平台。平台 上安放试件。 优点： 1、平台可再现天然地震波，这样安装在平台 上的试件就 能受到类似天然地震的作用。 2、可再现各种形式的地震波，模拟若干次地 震的初震、主震、余震的全过程。
框架梁柱(liánɡ zhù)节点试件梁端加载试验装置
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框架梁柱(liánɡ zhù)节点试件柱端加载试验装置
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2、单向伪静力加载试验 单向—一个方向加载 加载控制参数:力或位移 加载特点： 低周—周期长，反复加载一次的时间长。 在一个平面内，对试件在正反两个(liǎnɡ ɡè)方向重复加载卸载 广义位移：位移、转角、应变、曲率等
量测试件的侧向位移曲线 顶点(dǐngdiǎn)位移和平移
试件的转动
4、观测项目(xiàngmù)和测点布置 抗震试验的试件的观测项目(xiàngmù)和测点布置
与静载试验的试件基本相同。观测项目(xiàngmù) 一般有： 荷载（开裂，破坏，支反力）位移、转角、曲率、 应变（砼，钢筋、砌体等）裂缝、滑移等。 测点一试件般的在剪切内变力形最(bià大n x截íng)面或感兴趣的部位。 例
第八章 工程结构抗震实验
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture第八章工程结构抗震试验⏹8.1 概述⏹8.2结构伪静力试验方法⏹8.3结构拟动力试验方法⏹8.4结构模拟地震振动台试验Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture8.1 概述1 抗震试验主要任务：❑（1）研究开发具有抗震性能的新材料❑（2）对不同结构的抗震性能进行研究，提出新的抗震设计方法；❑（3）通过对实际结构的模型试验；验证结构抗震性能和能力；评定其安全性。
❑（4）为制定和修改抗震设计规范提供科学依据。
2 抗震试验的特点：在结构反复作用下产生很大变形来消耗地震作用输给的能量；试验难度及复杂性都较静力试验大。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture3 抗震试验要求：通常要做到结构进入屈服后，进入非线性工作阶段直至完全破坏，并量测结构的强度、变形、非线性性能和结构的实际破坏状态。
4 抗震试验分类：（1）伪静力试验方法（2）拟动力试验方法（3）模拟地震振动台试验方法（4）人工地震（5）天然地震试验Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture8.2 结构伪静力试验方法1.伪静力试验的基本概念定义: 以试件的荷载值或位移值作为控制量，在正、反两个方向对试件进行反复加载和卸载。
特点：每一个加载周期远远大于结构自振周期，所以实质上还是静力加载方法。
结构抗震试验方法
结构抗震试验方法结构抗震试验方法是评估建筑物在地震发生时的抗震性能的重要手段。
通过试验可以模拟地震力作用下建筑物的振动情况，从而评估结构的稳定性和抗震能力。
本文将介绍几种常见的结构抗震试验方法。
静力试验方法静力试验方法是一种简单且常用的结构抗震试验方法。
在试验过程中，通过给定一定的静力水平作用于结构上，观察结构的位移和应力响应，从而评估结构的稳定性。
静力试验方法适用于小型结构或需要进行初步评估的情况。
动力试验方法动力试验方法是一种更加真实的结构抗震试验方法。
在试验中，会施加模拟地震波或其他动态载荷于结构上，观察结构的振动响应。
通过动力试验可以更真实地模拟地震作用下的结构性能，评估其抗震性能和破坏机制。
大型结构试验方法对于大型建筑物或桥梁等大型结构，通常需要进行大型结构试验来评估其抗震性能。
这种试验方法会使用实际尺寸的结构进行试验，通过施加真实地震波或其他动态载荷，模拟结构在地震作用下的响应。
大型结构试验可以更准确地评估结构的抗震设计是否符合要求。
数值模拟与试验结合方法数值模拟与试验结合方法结合了数值模拟和实际试验，是一种综合评估结构抗震性能的方法。
通过在数值模拟中建立结构的有限元模型，并将实测数据与模拟结果相结合，可以更加准确地评估结构的抗震性能。
这种方法能够帮助工程师更好地优化结构设计和改进抗震设施。
结构抗震试验方法对于评估建筑物的抗震性能具有重要意义。
不同的试验方法可以提供不同层次的评估结果，有助于工程师优化结构设计和确保结构在地震发生时的安全性。
通过不断探索和改进结构抗震试验方法，可以更好地提高建筑物的抗震能力，确保公共安全。
工程结构抗震试验教材PPT课件
5.1.3.4人工地震模拟试验
采用地面或地下爆炸法引起地面运动的动力效应 来模拟某一烈度或某一确定性天然地震对结构的影响， 对大比列模型或足尺结构进行试验，并已在实际工程 试验中得到实践。
优点：方法直观简单，并可考虑场地的影响。 缺点：但试验费用高、难度大。
5.1.3.5天然地震试验
在频繁出现地震的地区或短期预报可能出现较大 地震的地区，有意识地建造一些试验性结构或在已建 结构上安装测震仪，以便一旦发生地震时可以得到结 构的反应。
工程结构抗震试验教材(PPT48页)
5.2.4.6 延性系数是指试验构件塑性变形能力的一个 指标，反映了结构构件抗震性能的好坏，按 下式计算：
工程结构抗震试验教材(PPT48页)
工程结构抗震试验教材(PPT48页)
5.2.4.7
退化率
反映试验结构构件抗力随反复加载次数的增加而降低的指 标。
（1）当研究承载力退化时，用承载力降低系数表示退化率
试验加载装置多采用反力墙或者专用抗侧力构架， 加载设备主要是用推拉千斤顶或电伺服结构试验系统 装置，并用计算机进行控制和数据采集。
图5.1 典型的拟静力试验系统加载
5.2.2加载制度
（1）单向反复加载制度 a.位移控制加载； b.力控制加载；
c.力—位移混合控制加载。
5.2.3钢管混凝土框架梁柱节点试验
5.1.3.2拟动力试验
拟动力试验又称计算机—加载器联机试验，是将 计算机的计算和控制与结构试验有机地结合在一起的 实验方法。
优点：结构的恢复力特性不再来自数学模型，而 是直接从被试验结构上实时侧取。
不足：拟动力试验不能反映实际地震作用时材料
应变速率的影响；
拟动力试验只能通过单个或几个加载器对试件加 载，不能完全模拟地震作用时结构实际所受的作用力 分布
结构试验-抗震试验
（e）短柱剪切破坏
结 构 测 试
结构非破损检测与鉴定
结构低周反复荷载试验
地震运动是一种随机的地面运动，没有确定性的规律，因此，在低周反
复荷载试验中，人为的对试验的加载制度做出规定。
水平加载器 试件 反力架
加载制度可分为三种：变形控 制加载，力控制加载和力－位移混合 控制加载。
地脚螺栓
结 构 测 试
构，出现钢筋屈服、形成塑性铰的现象。钢结构构
件也可能进入屈服阶段。 (2) 已经建立结构理论体系还不能完全预测结 构在遭遇地震时的非弹性行为。 (3)地震对结构作用均有往复的特点，不同于 结构在使用过程中受到的多次重复作用。
结 构 测 试
结构非破损检测与鉴定
结构低周反复荷载试验
(4)地震作用持续时间短，十几秒或数十秒的时间
（2） 多自由度结构拟动力试验方法 结构运动方程为矩阵形式：
CX F M g M X 1 x r
3.1
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压力传感器 液压伺服作动器
位移传感器
反力支架
实测恢复力
F (t)
施加的位移
.. .. . ( ) ( ) ( ) M x t +C x t +F t = - M x g
四、结构拟动力试验 结构拟动力试验方法就是用拟静力加载的 方式来模拟结构受到地震动力作用的一种试验 方法。 （1） 基本原理 弹性单自由度结构体系在地震作用下的运
动微分方程为：
3.1
cx kx m g m x x
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非线性单自由度结构体系在地震作用下的运动 微分方程可改为：
地震波(加速度) 数值分析模型
.. xg
3.1 18
结 构 测 试
第八章工程结构抗震试验.
2、单向伪静力加载试验
（1）加载规则 常用加载规则主要有三种。 位移控制加载 以加载过程的位移为控制量，按照一定的位移增幅进 行循环加载。
力控制加载 位移控制加载 力-位移控制加载
变幅加载：用于确定试件的恢 等幅加载：用于确定试件在特 混合变幅加载：研究不同加载幅 复力特性、建立恢复力模型 定位移幅值下的特定性能。 值的顺序对试件受力性能的影响。
位移反馈控制的 PID 控制方法 模拟控制部分： 或位移、速度和加速度共同进 行反馈的三参量反馈控制方法 控制系统： 数字控制部分： 采用开环迭代进行地震波再现
输入地震记录，连续地记录位移、 速度、加速度、应变等动力反应， 一次加载： 观察裂缝的形成和发展过程。其主 要特点是可以连续模拟结构在一次 加载程序： 强烈地震中的整个表现与反应。
3、加载程序
主要是将荷载按结构初裂、中等开 多次加载： 裂和破坏分成等级，然后荷载由小 到大逐级加载和观察。多级加载将 产生变形积累的影响。 振动台可以模拟若干次地震的现象的初震、主震及余震 的全过程，从而可以了解试验结构在相应各个阶段的力学性 能及破坏特征。 地震模拟振动台可以适时地再现地震作用过程，可以很 好地反应应变速率对结构材料强度的影响。但设备昂贵，不 能做大比例试验，不便于试验全过程观测。
力控制加载 以每次循环的力幅值作为 控制量进行加载。因试件屈服 后难以控制加载的力，该方法 较少单独使用。 材料 屈服 后应 力减 小， 变形 不断 增加。 材料 屈服 后应 力不 变， 变形 不断 增加。
力-位移混合控制加载 首先以力控制进行加载，当试件达到屈服状态时改用 位移控制。 有关规程规定，试件屈服前，应采用荷载控制并分级 加载，接近开裂和屈服荷载前减小级差加载；试件屈服后 应采用变形控制，变形值应取屈服试件的最大位移值，并 以该位移的倍数级差控制加载；施加反复荷载的次数应根 据试验目的确定，屈服前每级荷载可反复一次，屈服后宜 反复三次。
工程结构抗震试验
地震观测站是专门用于观测和记录地震活动的设施，通常由地震台和地震监测网 组成。地震台通常由地震仪、数据采集系统、传输系统等组成，用于实时监测地 震活动并记录地震数据。
地震监测网则是由多个地震台组成，通过协同工作实现对一定区域内的地震活动 进行全面监测。
地震观测和记录方法
01
地震观测和记录的方法主要有测震学方法、地震学方法和强震观测方法等。测 震学方法是通过测量地震波的传播和震源机制来分析地震活动，包括地震台网 监测、地震定位和震源深度测定等。
01
结果评估
根据采集的数据和观察到的现象，评 估试件的抗震性能和破坏模式，为工 程设计和优化提供依据。
05
03
施加振动激励
根据试验要求，选择合适的振动激励 方式和幅值、频率等参数，对试件进 行振动加载。
04
数据采集与分析
实时监测试件的响应，采集相关数据， 如位移、加速度、应变等，进行分析 和处理。
振动台试验结果分析
了解结构的动态性能。
性பைடு நூலகம்评价
根据评估目标，对结构的抗震 性能进行评价，判断其是否满 足预期的抗震要求。
薄弱环节识别
通过分析数据，识别结构中的 薄弱环节和易损部位，为加固 和优化设计提供依据。
改进建议
根据分析结果，提出针对性的 改进建议，包括加固、优化设 计方案等，以提高结构的抗震
性能。
THANKS
VS
数据采集阶段则是通过仪器实时采集 地震数据，并进行初步处理和存储。 数据传输阶段是将采集到的数据传输 到数据处理中心进行分析。最后，通 过数据分析阶段对采集到的数据进行 处理和分析，提取有关地震活动和工 程结构抗震性能的信息。
地震观测和记录结果分析
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四、双向反复加载制度 2. x、y轴双向非同步加载
(a)为在x轴不加载、y轴反 复加载，或情况相反，即 是前述的单向加载； (b)为x轴加载后保持恒载， 而y轴反复加载； (c)为x、y轴先后反复加载； (d)为x、y两轴交替反复加 载； (e) 8字形加载 (f) 方形加载
建研式四连杆拟静力试验加载系统
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内藏钢板剪力墙拟静力试验
三、单向反复加载制度 目前国内外较为普遍采用的单向(一维)
反复加载制度主要有三种： ➢位移控制加载 ➢力控制加载 ➢力—位移混合控制加载
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三、单向反复加载制度 1、 位移控制加载
位移控制加载是在加载过程中以位移作为控制 值，按一定的位移增幅进行循环加载。当试件具有 明确屈服点时，一般都以屈服位移的倍数为控制值。 当试件不具有明确的屈服点时(如轴压比较大的柱) 或干脆无屈服点时(如无筋砌体)，则由研究者根据 已有专业知识主观规定一个认为合适的位移标准值 来控制试验加载。
➢为了减少人员伤亡和经济损失，提高建筑物的 抗震能力，确保人民生命和财产不受损失，需要 进行抗震理论的研究。 ➢抗震研究的一个主要研究方向是抗震试验方法 的研究
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目前，结构抗震试验方法主要分三种： 1、拟 (伪）静力试验方法或低周反复加载 静力试验(Quasi Static Test) 2、拟（伪）动力试验方法或计算联机试验 (Pseudo Dynamic Test)。 3、地震模拟振动台试验方法（Shaking Table Test）
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考虑不规则地震作用加载制度
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四、双向反复加载制度 地震对结构的作用实际上是多维的作用，
通常水平双向地震比单向地震对结构的破坏 严重的多。为了模拟双向水平地震，可在x,y 两个主轴方向(二维)同时施加低周反复荷载， 采用较多的是双向同步或非同步的加载制度。
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四、双向反复加载制度 1. x、y轴双向同步加载
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对于x、y轴双向非同步拟静力加载制度， 由于两个方向上液压伺服加载器之间存在相 互藕联，很难协调控制，是目前拟静力试验 研究的一个热点和难点。
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五、常用试验数据整理与分析 1、试件破坏过程、破坏形态及分析
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三、单向反复加载制度 1、 位移控制加载
根据位移控制的幅值不同，又可分为变 幅加载和等幅加载。
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➢变幅位移控制加载多用于研究构件的恢复力特性，并建立 其恢复力模型。一般，每一级位移幅值下循环二～三次，则 由试验测得的滞回曲线可以建立构件的恢复力模型。 ➢等幅位移控制加载主要用于确定构件在特定位移幅值下的 特定性能，例如极限滞回耗能、强度降低率和刚度退化规律 等。以变幅位移控制加载方案使用得最多。
4、缺点：加载制度主观确定，与实际地震 作用历程无关，很难真实反映地震作用； 多为构件试验，仅能应用于以第一振型变 形为主的结构；仅能评价抗震性能，不能 得到抗震能力
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二、试验设备与加载装置
1、加载设备：过去主要采用双向机械式千斤 顶或液压千斤顶进行试验加载。目前许多结构试验 室主要采用电液伺服加载系统进行结构的拟静力试 验加载，并采用计算机进行试验控制和数据采集。
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§5.2 拟静力试验
一、概论 1、定义：以一定的荷载或位移作为控制值 对试件进行低周反复加载，使结构从弹性 阶段直至破坏的一种试验方法。 2、试验目的：建立构件恢复力模型和承载 力计算公式，探讨结构的破坏机制，进而 评价构件的抗震性能
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一、概论
3、优点：加载制度简单明确，可以进行多 参数构件试验，进而建立构件恢复力模型 和承载力计算公式，评价构件的抗震性能。 （性价比最高的抗震试验方法）
地震——对人类威胁最大的自然灾害之一
2010年04月14 日7时49分青 海玉树发生 7.1级地震， 遇难2220人， 失踪70人。
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第五章 工程结构抗震试验 §5.1 概述
地震——对人类威胁最大的自然灾害之一
2010年1月12 日当地时间16 时53分，海地 首都太子港发 生7.3级地震， 死亡人数 20~30万人。
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三、单向反复加载制度 2、 力控制加载
力控制加载是在加载过程中，以力作为 控制值，按一定的力幅值进行循环加载。因 为试件达到极限荷载后难以控制加载的力， 所以这种加载制度较少单独使用。
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三、单向反复加载制度 3、力—位移混合控制加载
《建筑抗震试验方法规程》(JGJl01—96) 规定：试件屈服前，应采用载荷控制并分级 加载，接近开裂和屈服荷载前宜减少级差加 载；试件屈服后应采用变形控制，变形值应 取倍次数屈数服 为应时级根据试差件进试的行验目最 控大 制的屈 确位 加确服定定移 载点？值 ；，如， 施屈何并 加服以反前该复每位荷级移载荷的的载 可反复一次，屈服以后宜反复三次。
结构试验技术
Structural Testing Technology
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第五章 工程结构抗震试验 §5.1 概述
地震——对人类威胁最大的自然灾害之一
2008年05月12日 14时28分，四川 汶川发生8.0级 地震，死亡人数 69227人，17923 人失踪，直接经 济损失8451亿人 民币。
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第五章 工程结构抗震试验 §5.1 概述
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二、试验设备与加载装置
2、加载装置：《建筑抗震试验方法规程》 (JGJl01—96)中建议的几种试验加载装置
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二、试验设备与加载装置
2、加载设备：《建筑抗震试验方法规程》 (JGJl01—96)中建议的几种试验加载装置
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二、试验设备与加载装置
2、加载设备：典型的拟静力加载装置—四联杆 机构
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第五章 工程结构抗震试验 §5.1 概述
地震——对人类威胁最大的自然灾害之一
2010年2月27 日当地时间凌 晨3时34分， 智利康塞普西 翁发生8.8级 地震，死亡人 数799人。
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第五章 工程结构抗震试验 §11日 当地时间14时 46分，日本本 州岛附近发生 9.0级地震，官 方确认死亡人 数12554人， 15153人失踪。