结构实验复习资料

结构抗震设计理论经历的四个阶段及特点：静力理论、反应谱理论、直接动力分析和概率弹塑性理论。

绝对刚体水平振动，任意瞬时各点加速度相等，惯性力分布于质量分布正比；忽略结构弹性性质和动力特性，可以揭示强度刚度的退化/反应谱理论，地震波作用于单质点系，位移加速度速度的最大值与单质点系的周期的关系，考虑了结构动力特性，地震力作为静力，仅考虑振幅与频谱，忽略了持时影响，弹性理论为基础，无法反应强震夏非线性工作状态/直接动力分析，实际地震记录输入，离散化数值积分求解各时刻的地震反应，全面考虑地震三要素的影响，合理的全过程恢复力曲线描述结构弹塑性性质，便于结构的受力、屈服、薄弱层等分析/地震发生，及其时间空间强度的随机性，从概率论角度，采用随机动力分析方法，全面深入。

结构抗震试验/方法分类及优缺点：结构抗震静力试验：周期性加载试验：拟静力试验等；非周期性加载试验/结构抗震动力试验:周期性动力试验：拟动力试验等；非周期性动力试验：地震模拟振动台试验等。

拟静力试验：是采用一定的荷载控制和变形控制对试件进行低周反复加载，使试件从弹性阶段工作至破坏的一种实验方法。

两层意思：加载速率很低，应变速率对实验结果的影响可以忽略；包括单调加载和循环加载试验。

优点：可以对足尺或接近足尺的结构施加很大的反复荷载；最大限度的获得试件的各种信息，如承载力、刚度、耗能、变形能力和损伤特征等。

具有经济性和实用性（实验设备和设施要求低、试件花费低，试验容易实现）；加载速率较低，不考虑应变速率影响所产生的变化，不同研究人员在不同实验室获得的实验结果用以进行比较。

但是拟静力试验不能模拟结构在实际地震下的反应。

地震模拟振动台试验：真实再现地震过程，最准确最直接；课研究结构地震反应和破坏机理、结构动力特性、设备抗震性能及抗震措施，也可用于检验结构抗震设计理论，方法和计算模型的正确性，可应用于其他各种振动问题。

拟动力试验：（联机试验）将计算机和控制与结构试验相结合，与采用数值积分方法进行的结构非线性动力分析类似，不同的是结构的恢复力特性不是来自于数学模型，而是直接从被试结构上实时测取。

特点：拟动力试验的加载过程是拟静力的，但加载目标由递推公式得到，结果反映真实地震反应。

原型结构的动力测试：长期监测系统，了解实际结构的动力性能，对结构未来性能的预测和评估。

[拟静力试验]目的：对材料或结构在荷载作用下的基本表现进行深入的研究，进而建立可靠的理论模型，理论分析上的力学或数学模型；检验现有方法的正确程度和存在的不足，为应用提供技术保证。

试件类型：梁式构件，柱式，节点及框架组合件，框架，剪力墙及墙体试件。

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。

数据采集：对表征试验对象在实验过程中各种变化的信号的量测和记录过程。

特点是采集过程与试验控制过程协调一致。

用途是实时监测。

目的是分析结构反应情况。

拟静力试验主要在试件的应力应变力和变形。

力传感器，位移传感器和应变计。

计算机—多测点长时间，数字化，同步性和实时处理功能。

电液伺服加载系统的组成及各部分的作用：由电液伺服作动器、模拟控制器、液压源、液压管路和测量仪器组成。

电液伺服作动器是电液伺服试验系统的动作执行者。

电液伺服阀接受到命令信号后将电压信号转化成活塞杆的运动，从而对试件进行推和拉的加载实验/模拟控制器主要是对电液伺服作动器提供命令信号，指挥电液伺服作动器完成期望的加载过程，闭环控制实现试验加载自动化/液压源为整个试验系统提供液压动力，要求油压及流量工作稳定，有安全监测设备/管路：油循环路径，要求有过滤装置保持洁净，有冷却装置/测量仪器用来量测试验过程中试件的变化。

试验加载反力装置类型及要求：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。

作用：固定试件,可以模拟实际边界条件；要求：具有足够的刚度，承载力和整体稳定性，能满足反复荷载时的疲劳强度要去，能够满足试件的受力状态和模拟试件的实际边界条件。

尽可能结构简单，安装方便，以缩短整个实验过程的周期。

向大型化和多功能化发展。

加载制度方案及选用原则：一维/主轴向单向受力的加载制度:变位移加载（变幅加载/等幅加载/混合加载）变力加载,变力－变位移加载制度；二维双向受力加载制度：同步加载（当用一个加载器在与截面主轴成一定角度作斜向加载时，两个主轴向的分量是同步的；斜向加载的加载制度与单向受力加载相同）非同步加载（非同步加载要用两个加载器分别在截面两个主轴方向加力，远比单向受力复杂；单向加载、一向恒载一向加载、先后加载、交替加载、8字形加载、方形加载）原则：研究恢复力特性，建立恢复力模型—变幅值位移加载；研究特定位移幅值下的特定性能—等幅值位移加载；研究不同加载幅值的顺序对试件受力性能的影响—混合幅值位移加载；建立强度计算公式及研究破坏机制—混合幅值位移加载；改进和发展抗震构造措施—变位移加载（变幅加载/等幅加载/混合加载）。

试验控制方法：电液伺服试验系统：计算机，A/D,D/A转换器，由电液伺服作动器、模拟控制器、液压源、液压管路和测量仪器，传感器和辅助设备。

软件：要满足加载规则，具备中断功能，可随时改变或调整实验过程参数，可以进行量值计算和实时处理，具有实时监控和显示功能。

加载规则中位移/力控制与电液伺服加载系统中的位移/力控制区别：电液伺服加载系统的控制模式是指整个闭环控制系统的控制方式，位移控制模式是指加载系统的命令信号是位移指令，反馈信号是位移测量值；力控制模式是指加载系统的命令信号是力指令，反馈信号是力测量值；整个系统是一个力控制闭环。

加载规则是针对试件的控制参量而言，系统控制模式是针对试验设备而言。

力-位移混合加载制度：试件屈服前，采用载荷控制，分级加载；试件屈服后，采用变形控制，变形值应取屈服试件的最大位移值，并以该位移的倍数为级差进行控制加载；施加反复荷载的次数应根据实验的目的确定，屈服前每级荷载可反复一次，屈服后宜反复三次。

实现方法：软件控制，判断指标由所测得的恢复力转为位移；控制模式与加载模式一致，作动器由力环控制模式转为位移环控制模式；问题/周期性加载的局限性：在难以准确准确的开裂荷载，对屈服点的确定无统一标准或试件无明显屈服点（此时可在整个过程中采用位移环控制模式进行加载，选择较小位移步长）影响延性系数的确定。

恢复力模型：折线型（双线性-钢构，三线性-RC，滑移滞回-砌体，X型支撑框架，在此基础上考虑强度刚度退化）光滑型（微分方程用于弹塑性系统随机动力分析）参数影响：结构形式，受力特征，材料特征，试件尺寸）损伤模型：刻画结构在地震或其他动力荷载下的耗能损伤及损伤积累。

单参数模型：承载力、变形、累计滞回耗能等单一参数为损伤准则；双参数模型：变形和累计滞回耗能共同刻画。

加载规则不同引起累计滞回耗能、承载力和刚度退化的差异。

多质点体系加载方式及问题：各质点加载力按倒三角分布，取上部作动器为主作动器，以下为从动。

主作动器采用位移换控制模式监测力大小，其余力环控制模式，作用力根据主控作动器测量值按比例确定。

保证同步性方法：模控方法，力信号乘比例系数；数控方法，上述力控制加载通过调整迭代。

问题：多质点体系，尤其刚度较大的，各个自由度之间耦合，预定的加载过程可能导致不真实力或位移分布；各质点按比例加载忽略了高阶模态，结构动力反应只受主模态控制。

更适合拟动力或动力试验，以便与结构的局部损伤联系起来。

结构抗震试验模型与结构原型的相似条件：静力试验模型的相似要求：1、物理条件相似—模型与原型的相应各点应力和应变关系相同。

2、几何条件相似—模型与原型各相应部分长度互成比例。

3、边界条件相似—模型与原型在与外界接触的区域内的各种条件保持相似。

支承的约束条件相似—可通过结构构造来保证。

边界条件相似—通常指力的边界条件。

动力模型的相似要求：质点动力平衡方程式相似/运动的初始条件相似。

泊松比相似系数=原型泊松系数/模型的泊松系数=1。

钢筋应力应变弹性模量角位移为1。

线位移1/a 。

相似比确定：相似系数=原型物理量/模型物理量；确定原则—应力相等；缩尺：模型/原型=1/a 集中力：1/a^2 线荷载：1/a 面荷载;1/a 力矩：1/a^3 刚度：1/a 质量密度：a 时间：sqrt(质量/刚度)=sqrt(密度X 体积/力÷长度)=sqrt(1/a)拟静力试验数据处理：开裂荷载及变形—应取试体受拉区出现第一条裂缝时（肉眼首次观察到）相应的荷载和相应变形（预测部位很重要），或P —Δ曲线刚度有变化。

屈服荷载及变形—对钢筋屈服的试体，应取受拉区主筋达到屈服应变时相应的荷载和变形(材料试验在先)。

极限荷载及变形—试体承受的最大荷载和变形应取试体受荷载最大时的相应荷载和变形。

强度：开裂强度、屈服强度、极限强度；破坏荷载及变形—应取试体最大荷载出现之后，随变形增加而荷载下降到最大荷载85%时的相应荷载和变形。

砼试件骨架曲线—应取荷载变形曲线的各加载级第一循环的峰点所连成的包络线。

屈服荷载确定方法：破坏荷载法、屈服弯矩法、面积互等法。

刚度—割线刚度来表示，割线刚度Ki 应按下式计算：K=(|+Fi|+|-Fi|)/(|+Xi|+|-Xi|)其中Fi —第i 次峰点荷载值；Xi —第i 次峰点位移值；初始刚度（切线刚度）、开裂刚度（割线刚度）、屈服刚度（割线刚度）延性系数—应根据极限位移Xu 和屈服位移Xy 之比计算：μ=Xu/Xy 中： Xu —试体的极限位移（下降至85%时位移）Xy —试体的屈服位移；承载力降低的性能—应用同一级加载各次循环所得荷载降低系数进行比较：λi=Fij/Fi-1j 式中:Fij 第j 级加载，第i 次循环峰点荷载值; Fi-1j 第j 级加载，第i-1次循环峰点荷载值，含义：试体在i 次循环的最大荷载与第一次循环的最大值之比。

能量耗散能力—应以荷载—变形滞回曲线所包围的面积来衡量，能量耗散系数E 应按下式计算：E=S[ABC+CDA]/S[OBE+ODF],弹性是吸收能量后还将能量转换/弹塑性阶段希望耗散地震输入结构的能量/能量耗散能力与不同的加载方案有关。

恢复力模型的确定—非线性分析的关键问题：o x m kx x c x m -=++弹性()o xm x F x c x m -=++弹塑性。

“捏缩效应”反映了一定的滑移影响。

一般的，开始为梭形，逐步发展到弓形，再反S 形，最后Z 形。

滑移：指主筋在砼中的滑移。

比如Z 形滞回环，加载时位移增长很快，其中相当一部分位移由滑移造成，而钢筋在滑移过程中的受力较小，所以相当一段荷载上升很慢，当位移达到滑移过程快完成的时候，荷载值上升速度显著加快；卸载时，荷载下降快，位移减小慢，说明变形恢复能力很差，塑性变形为主，反向加载时，同样是滑移的很厉害。