结构低周反复加载静力试验
结构低周反复加载试验方法浅谈
结
构
工
程
师
Ｖｏ ． １２７，Ｓ ｐ ｅ ｕｐ ｌ
Ｓｔｕ ｔ ｒ ｌ ｒ ｃｕ ａ Ｅｎｇｎ ｅ ｓ ｉ ｅ ｒ
Ｊｎ ０ １ ａ ．２ １
结 构 低 周 反 复 加 载 试 验 方 法 浅 谈
卢 文胜 李 斌 ｈ 曹文 清 曹 海
（ 济 大 学 结 构 工 程 与 防灾 研 究 所 ， 海 ２０ ９ ） 同 上 ００ ２
摘
要
本 文首 先对试 验 系统 的组 成进 行 了简单 介 绍 ， 然后 对 试验 操 作及 试 验 过程 中容 易 出现 的 问题
进 行 了总结 ， 并提 出解 决设 想 。文 中着重 分析 了梁柱 节 点试 验反 力架 中存 在 的安 装 空 隙及 竖 向 力加 载
ｆ ｗ ｒ ｒ ｅ ｒｎｅ ｒｂｅ ｓ ｘ ｔ ｇｉ ｒａｔ ｎｆ ｍ ｆ ｅｍ— —ｏ ｍｎ ｏ ｔｅｔ ｓｃ ｓ ｒｂ ｍ ｆｎ ｏ ａｄｆ ｆ ｅ ｃ ．Ｐｏｌｍ ｉｉ ｅｃ ｏ ａ ｅｏ ａ ｔ ｃｌ ｉ ｓ， ｕｈａ ｏ ｌ ｓ — ｒ ｏ ｒｅ ｅ ｓｎ ｎ ｉ ｌ ｂ ｏ ｕ ｊｎｔ ｐ ｅ ｏｉ
所示为一个双作 动器 同时加载 的试验 。
构 伪静力试验 的一种方式 ， 也是结构试 验 中一项 重 要 的试 验方 法 。结 构低 周 反 复加 载试 验 加 载系 统
包 括液压 伺 服 作 动 器 、 源 、 道 系 统 、 感 器 系 油 管 传
统、 控制 及操作 系统等 。系统 的工作 原理是 根据 试 验要求 ， 由控制 操作 系统发 出加 载指 令 ， 通过 伺 服
Ｑｕ ｓ—ｔ ｔ ａ ｉｇ Ｔｅｔ ａ ｉｓａ ｉ Ｌｏ ｄｎ ｓ ｃ
低周反复加载试验
试验前准备工作
受弯构件恢复力特性试验
高架桥悬臂梁恢复力特性试验
恢高 复架 力桥 特悬 性臂 试梁 验平 面 外
高 层 建 筑 转 换 层 抗 震 性 能 试 验
梁 式 转 换 层 结 构 破 坏 现 象
砌块墙体低周反复加载试验
带窗混凝土小型空心砌块墙体滞回特性试验
混凝土砌块抗震性能试验
砖墙低周反复加载试验
砖墙低周反复加载试验
砖墙低周反复加载试验全貌
窗间墙低周反复加载试验
无砂碎砖混凝土低周反复加载试验
试 验
EVG 3 D 板 恢 复 力 特 性
带框剪力墙低周反复加载试验
载框 试架 验结 点 低 周 反 复 加
东 方 明 珠 电 视 塔 节 段 模 型 施 工
东方明珠电视塔节段双向恢复力特性试验
控制位移变幅加载
控制位移等幅加载
控制位移混合加载
双向加载制度
加载制度与研究目的的关系
位移控制变幅加载较多用于非线性地震反应研 究中通过试验建立恢复力模型，可给出明确的 P-曲线 控制位移变幅或混合加载可用于建立强度计算 公式和研究破坏机制 改进和发展抗震构造措施时，加载方案必须相 同，以便对比构件的强度和变形能力，可用变 幅或混合加载方案。 比较强度或刚度退化时，可用等幅加载方案。
斜向受力梁式试件
受扭试件
柱式试件
柱式试件可做压弯、压弯剪、受弯等多 种受力试验 柱式试件只有一个破坏截面，而梁式试 件在支托左右均有可能破坏 柱式试件为了试验时底部的固定，须做 刚度很大的底梁
柱式受弯试件
柱式试件
节点与框架组合试件
1. 2. 3.
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![[注册结构专业基础]结构低周反复加载静力试验讲义_secret](https://img.taocdn.com/s3/m/fb9af599fe4733687f21aa5e.png)
第四节结构低周反复加载静力试验结构承受的地震荷载实质上是承受多次反复的水平荷载作用，由于结构是依靠本身的变形来消耗地震输给的能量，所以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。
由于设备和试验条件的限制，国内外大量的结构抗震试验都是采用低周反复加载的试验方法，即假定在第一振型(倒三角形)条件下给试验对象施加低周反复循环作用的位移或力(图18—4—1)，由于低周反复加载时每一加载的周期远远大于结构自身的基本周期，所以这实质上还是用静力加载方法来近似模拟地震作用。
为此人们又称低周反复静力加载试验为伪静力或拟静力试验。
低周反复加载静力试验的不足之处在于试验的加载历程是事先由研究者主观确定的，荷载是按位移或力对称反复施加，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。
一、结构低周反复加载静力试验的加载制度（一）单向反复加载1．控制位移加载法控制位移加载法是在加载过程中以位移为控制值，或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数。
当试验对象具有明确有屈服点时，一般都以屈服位移的倍数为控制值。
当构件不具有明确的屈服点时(如轴力大的柱子)或干脆无屈服点时(无筋砌体)，则由研究者主观制订一个认为恰当的位移标准值δ0来控制试验加载。
在控制位移的情况下，又可分为变幅加载、等幅加载和变幅等幅混合加载。
(1)变幅加载控制位移的变幅加载如图18—4—1(a)所示。
图中纵坐标是延性系数μ或位移值，横坐标为反复加载的周次，每一周以后增加位移的幅值。
用变幅加载来确定恢复力模型，研究强度、变形和耗能的性能。
(2)等幅加载控制位移的等幅加载如图18—4—2所示。
这种加载制度在整个试验过程中始终按照等幅位移施加，主要用于研究构件的强度降低率和刚度退化规律。
(3)变幅等幅混合加载混合加载制度是将变幅、等幅两种加载制度结合起来如图18—4—3所示。
结构低周反复荷载试验
7）梁内纵筋通过核心区的滑移量
由量测靠近柱面处横梁主筋上B点对柱面混凝土C点之间的位移Δ1与B点相对于柱面处钢筋上的A点之间的位移Δ2的比较，求得滑移量Δ=Δ1-Δ2。见图8-10。
图8-10纵筋滑移测点布置
8）节点和梁柱组合体混凝土裂缝开展及分布情况。
6）节点核心区箍筋应变
测点可按节点核心区箍筋排列位置的对角线方向布置(图8-9(a))，这样，可以测得箍筋的最大应力。如沿柱的轴线方向布点，如图7-9(b)所示，则可测得沿柱轴线垂直截面上箍筋应力的分布规律，每一箍筋上布置2-4个测点。由此可估算箍筋的抗剪能力和核心区混凝土剪切破坏后的应变发展情况。
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。
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。
结构试验试题(参考题)
全国2010年1月自学考试建筑结构试验试题课程代码:02448一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1.为了帮助试验者在静力状态下进行拟动力试验，量测结构在输入地面运动加速度作用时的动力反应，在结构试验中常采用与计算机联机的电液伺服( )A.激振器B.作动器C.振动台D.加载系统2.利用油压能使液压加载器产生较大的荷载，并具有试验操作安全方便的优点，是结构试验中应用比较普遍和理想的一种加载方法称为( )A.重力加载B.液压加载C.机械加载D.气压加载3.使用油压表测定荷载值选用油压表的精度不应低于．．．．( )A.1.0级B.1.5级C.2.0级D.2.5级4.结构疲劳试验机的脉动频率可根据试验的不同要求，任意调节选用的范围是( )A.100—200次／分B.100—300次／分C.100—400次／分D.100—500次／分5.电子计算机技术的发展在传统的理论与试验之间提供了一条通过________建立联系的新途径。
( )A.计算B.设计C.量测D.数据6.建筑结构试验是以________方式测试有关数据，反映结构或构件的工作性能、承载能力以及相应的可靠度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要的依据。
( )A.模拟B.仿真C.实验D.计算7.在实际工作中，进行动力试验之前，为了了解结构在静力荷载下的工作特性，往往先进行( ) A.静力试验 B.模拟试验C.计算D.分析8.地震模拟振动台试验是一种________抗震动力试验。
( )A.低周反复B.伪动力特性C.非周期性D.周期性9.利用在磁场中通电的导体受到与磁场方向相垂直的作用力的原理实施的加载方法称( ) A.电磁加载 B.机械加载C.气压加载D.重力加载10.在电测仪器中，能够将信号放大，并能使电路与传感器、记录器和显示器相匹配的仪器称为( )A.显示器B.示波器C.传感器D.放大器二、填空题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)请在每小题的空格中填上正确答案。
第六章 结构低周反复加载
５.
节点核心区剪切角可通过核心对角线位 移量来确定；
６.
钢筋应力一般通过电阻应变计测定。
７. 梁内纵筋滑移可通过主筋上一点对 柱面混凝土一点的位移来确定。
6.4 计算机-加载器联机试验 尽管低周反复加载试验可以测定结构在 反复荷载作用下的性能，但是由于试验历 程预先人为设定，不能反映结构在地震作 用下的真实反应。为了真实了解结构在地 震作用下的真实反应，需要按照地震反应 制定加载历程。
பைடு நூலகம்
１.
荷载和支座反力通过测力传感器测定， 梁端加载需要柱端支座反力，而柱端加载 需要梁端支座反力。 ２. 荷载变形曲线通过电子位移计测得； ３. 对于梁端或柱端位移的测定，主要是量 测加载截面处的位移，并在控制位移加载 阶段依次控制加载程序； ４. 对于构件塑性铰区段曲率和转角的测点， 一般可在梁或柱距离柱或梁截面１／２截 面高度布置。
钢筋混凝土柱滞回曲线
恢复力模型
恢复力：结构或构件承受外力产生变形后企图恢 复都原有状态的抗力，称为恢复力。
衡量结构的耗能能力，确定结构等效阻尼
比，从恢复力曲线确定结构一次加载到骨 架曲线，结构的初始刚度和刚度退化等重 要参数。
通过试验可以从强度、变形和能量等三个
方面判别和鉴定结构的抗震性能。
通过试验结构或构件的破坏机理，为改进
抗震设计方法和修改设计规范提供依据。
优点：试验过程中
可以随时停下来观察结 构的开裂和破坏状态，可根据试验需要修 正和改变加载历程。 不足之处是：加载历程是事先由试验者确 定的，与地震 记录不发生关系。由于荷载 在是按照力或位移对称反复加载，与实际 地震反应相差很远，另外不能反映应变速 率对结构的影响。
低周反复试验加载方案
1、加载制度
试验采用在恒定竖向力作用下施加往复水平位移的拟静力试验方法。
试验加载装置如图1所示。
试件通过地梁固定在试验台座上，采用液压千斤顶对试件施加恒定的竖向压力，采用一个液压伺服千斤顶施加往复水平位移，水平加载高度距离地梁顶面3150mm，施加水平位移时先推（正向加载）后拉（反向加载）。
前两级加载的位移角为1/1000、1/500，每级位移循环1次；之后加载的位移角分别为1/200、1/150、1/100、1/75、1/50、1/40、1/35、1/30，每级位移循环2次，位移角加载到1/30或水平承载力下降至极限承载力的85%时，试验结束。
其中位移角为试件加载板上测点的水平位移与该测点高度3150mm的比值。
表2 试件承载力计算
各试件轴压比均为0.13.。
第二章 习题11to结8学生_677204730
第二章结构试验的加载设备结构静力（单调）加载试验结构低周反复加载试验（伪静力试验）2-1 当用一个加载器施加两点或两点以上荷载时常通过分配梁实现。
下列哪一项对分配梁的要求提法不当？（A）单跨简支形式；（B）刚度足够大；（C）配置层数按实际需要而定；（D）重量尽量小。
2-2 在确定试验的观测项目时，应该按哪一项考虑？（A）整体变形测量；（B）局部变形测量；（C）首先考虑整体变形测量，其次考虑局部变形测量；（D）首先考虑局部变形测量，其次考虑整体变形测量。
2-3 用应变计测控制截面的内力，图18-1中哪种布置是不当的？（a）（c）（d）2-4 为测定混凝土应力-应变全曲线，除了对加载装置的强度有要求外，还必须满足下列哪项要求？（A）有足够的刚度；（B）便于试件安装；（C）便于观测；（D）构造简单。
2-5 预加载的目的不包括下列哪一项？（A）使结构进入正常的工作状态；（B）检查现场的试验组织工作和人员工作情况；（C）检查全部试验装置和荷载设备的可靠性；（D）确定开裂荷载值。
2-7 为求得柱与压杆纵向弯曲系数的试验时，构件两端均应采用什么支座形式？（A）可动铰支座；（B）国定铰支座；（C）球铰支座；（D）刀口支座。
2-9 下列哪一条不是低周反复加载试验的目的？（A）研究结构的动力特性；（B）研究结构在地震荷载作用下的恢复力特性；（C）判断和鉴定结构的抗震性能；（D）研究结构的破坏机理。
2-10 下列低周反复加载试验的加载方案，哪一种是不对的？（A）控制位移加载；（B）控制加速度加载；（C）控制作用力加载；（D）控制作用力和位移的混合加载。
2-11 图18-7所示双向低周反复试验加载制度中哪一种属于X、Y轴先后反复加载？2-12砌体结构抗震性能试验中，为了能再现地震力作用下墙体经常出现的斜裂缝或交叉斜裂缝的破坏现象，试验装置形式的选择主要取决于下列哪一项？（A）试件破坏形式是否符合墙体的震害规律和试件的受力简图；（B）试验设备的加载能力；（C）试验加载设备的先进性和精度；（D）试件的大小。
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§1 结构抗震试验方法概述
拟动力试验
150万人口中死亡24万，伤16万；直接经济损失100亿元, 震后重建费用100亿元。
§1 结构抗震试验方法概述
现代结构试验方法
1.1 震害
唐山市河北省矿业学院图书馆，三层高的阅览室，系装 配式纯框架结构，西头倒毁，东头框架幸存。
§1 结构抗震试验方法概述
现代结构试验方法
1.1 震害
➢ 日本阪神地震
工作流程
现代结构试验方法
拟动力试验
结构运 动方程
n时刻的地 震反应位
移值
加载控 制系统
结构或 模型
量测结 构反力
n+1时刻
优点：⑴使结构荷载和变形与地震作用下所经历的真实过程完全一致。
⑵不需对恢复力特性做任何假设。 ⑶能作振动台试验所不能胜任的较大型结构模型试验。
缺点：不能反映实际地震时材料应变速率的影§1响。结构抗震试验方法概述
§1 结构抗震试验方法概述
现代结构试验方法
1.4混凝土结构抗震试验的目的
研究结构构件的抗震性能
——承载力、刚度、变形能力、滞回环形状、耗能能力、 破坏机制
改善结构的抗震能力 改进和发展抗震构造措施 建立恢复力模型，改进恢复力特性曲线的计算
§1 结构抗震试验方法概述
现代结构试验方法
2.1加载设备和装置应满足的要求
§2 加载设备和装置
现代结构试验方法
2.3加载装置
§2 加载设备和装置
现代结构试验方法
2.3加载装置
固端平移式试验装置
§2 加载设备和装置
现代结构试验方法
2.3加载装置
分配梁悬吊支撑 加载试验装置
§2 加载设备和装置
现代结构试验方法
3.1加载制度
一维： 1.控制位移：
变幅加载 等幅加载 混合加载
1995年1月17日凌晨5时46分，在日本兵库县南部发生7.2 级地震，震源在兵库县首府神户市和淡路岛之间的海底。这 次地震的震源浅、震级大，发震断层穿城而过。地震死亡 5466人，受伤34523人，直接经济损失约1000亿美元。
§1 结构抗震试验方法概述
底层破坏造成房屋倒塌
§1 结构抗震试验方法概述
1.满足最大荷载和变形条件 2.考虑反复受力的可能性 3.抗侧力装置有足够的承载力、抗弯、抗剪刚度 4.推拉千斤顶行程足够，两端设铰支座 5.满足边界条件
§2 加载设备和装置
现代结构试验方法
2.2加载设备
1.手动加载 自动化程度不高，加载过程不易控制 2.电液伺服加载系统 组成 控制原理：闭环控制
§1 结构抗震试验方法概述
低周反复加载试验的目的
首先是研究结构在地震荷载作用下的恢复 力特性，确定结构构件恢复力模型。
通过试验可以从强度、变形和能量等三个 方面判别和鉴定结构的抗震性能。
结构构件的破坏机理，为改进现行抗震设 计方法和修改设计规范提供依据。
§1 结构抗震试验方法概述
低周反复加载试验的特点
现代结构试验方法
第四章 结构低周反复加载静力试验
现代结构试验方法
第四章 结构低周反复加载静力试验
§1 结构抗震试验方法概述 §2 加载设备和装置 §3 加载制度及试验方法 §4 试验数据的整理分析 §5 结构低周反复加载静力试验
1.1 震害
➢ 唐山大地震
1976年7月28日凌晨，在河北省唐山、丰南一带发生了7.8 级强烈地震。 主震之后，发生了多次强余震。截至当年9月 23日，共发生4级以上的强余震423次，其中5-5.9级的25 次，6-6.9级的5次；最大的一次强余震为7.1级，发生在主震 当天的18时45分。
现代结构试验方法
桥梁钢筋混凝土墩的剪切破坏
§1 结构抗震试验方法概述
5.12汶川地震
2008年5月12日14时28分，四川省汶川县境内发生了里氏8.0级特大地 震，地震造成重大人员伤亡和经济损失。
直接经济损失是6920亿，四川是6177亿，占四川的 GDP58.8%，相当于四川一年的GDP的接近60%，相当于全国 GDP的2.5%，加在一起直接的经济损失占全国的2.8%，
§3 加载制度及试验方法
现代结构试验方法
3.1加载制度
2.控制作用力
3.控制作用力和控制位 移混合加载
§3 加载制度及试验方法
现代结构试验方法
3.1加载制度
二维——控制位移
§3 加载制度及试验方法
现代结构试验方法
3.2回载控制点
屈服前（控制力） ——（0.5、0.75、1.0）屈服荷载 屈服后（控制位移） ——（1.0、2.0、3.0、4.0）屈服时位移
优点：⑴设备简单，耗资少，便于观察试验现象
⑵加载历程可人为控制，并可按需加以修正 ⑶能做大型的结构试验及各种类型的结构试验
缺点：不能与任一次确定性的非线性地震反应结果相
比。
§1 结构抗震试验方法概述
现代结构试验方法
1.3结构抗震试验方法分类
1.结构抗震静力试验
❖拟动力试验（计算机—加载器联场实测阶段
地震模拟实验阶段 抗震实验广泛应用
结构抗震设计理论： •静力理论
•反应谱理论
•直接动力分析理论
•概率弹塑性理论
§1 结构抗震试验方法概述
现代结构试验方法
1.3结构抗震试验方法分类
1.结构抗震静力试验
❖低周反复加载静力试验——周期性加载
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，模拟地震荷载对结构的受力过程。
地震能量巨大、烈度超强。 震源深度浅、破裂长度大、震害范围广。 发震方式特殊、震动持续时间长
启示：预防为主。
土木工程方法是指场地选 择、场地安全性评价、抗震设 计、合理施工、正确使用和维 护及时加固。
土木工程手段是防灾减灾的主要 手段。
现代结构试验方法
1.2结构抗震试验方法的发展
静力试验方法
现代结构试验方法
1.3结构抗震试验方法分类
2.结构抗震动力试验
❖周期性动力试验 设备：⑴安装在结构上的激振器
⑵电液伺服加载器 ⑶振动台
§1 结构抗震试验方法概述
现代结构试验方法
1.3结构抗震试验方法分类
2.结构抗震动力试验
❖ 非周期性动力试验 ⑴模拟地震振动台试验 ⑵人工地震试验 ⑶天然地震试验