拟静力试验
拟静力试验资料
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
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。
钢结构拟静力试验
钢结构拟静力试验钢结构拟静力试验是一种常用的试验方法，用于评估钢结构在静力荷载作用下的性能和承载能力。
通过测试钢结构在不同荷载下的变形、应力和位移等参数，可以验证结构的设计是否满足安全要求，并为实际工程提供依据。
钢结构是一种具有高强度、刚性和稳定性的结构体系，广泛应用于建筑物、桥梁、塔架等工程领域。
在设计和施工过程中，钢结构的质量和性能关系到工程的安全和可靠性。
因此，钢结构的性能评估和试验是必不可少的环节。
钢结构拟静力试验通常包括以下几个步骤：首先，根据设计要求和试验目的，确定试验方案和试验样品。
然后，搭建试验平台和加载设备，确保试验过程的稳定性和安全性。
接下来，根据试验方案逐步加荷，记录和监测试验样品的变形、应力和位移等参数。
最后，根据试验数据进行分析和评估，得出结构的性能和承载能力。
在钢结构拟静力试验中，需要关注的参数包括结构的刚度、强度和稳定性。
刚度是指结构在受力后的变形程度，反映了结构的刚性和变形能力。
强度是指结构在承受荷载时的抗力能力，反映了结构的承载能力。
稳定性是指结构在受力后的稳定性和失稳特性，反映了结构的安全性和可靠性。
钢结构的拟静力试验可以通过传感器和数据采集系统实时监测和记录试验数据，以确保试验的准确性和可靠性。
试验数据的分析和评估可以采用数学模型和计算方法，得出结构的性能参数和安全评价结果。
钢结构拟静力试验的结果可以用于验证结构设计的合理性和可行性，指导实际工程的施工和安装，提高结构的安全性和可靠性。
同时，试验数据还可以用于改进结构设计和优化结构参数，提高结构的经济性和工程效益。
钢结构拟静力试验是一种重要的试验方法，可以评估钢结构在静力荷载下的性能和承载能力，为实际工程提供可靠的依据。
通过合理的试验方案和准确的数据分析，可以确保钢结构的安全性和可靠性，推动工程质量的提升。
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。
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。
拟动力和拟静力试验的原理
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。
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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
• 图片
三、试验设备及装备
• 试验装置设计要求：
• 1）满足受力条件和支承方式的要求 • 2）反力装置应具有足够的刚度、强度和 整体稳定性。 • 3）试验台重量不小于试件最大重量的5倍 等等
四、加载制度
位移控制加载
加 单向反复加载 力控制加载 载 力—位移混合控制加载 制 x、y轴双向同步加载 度 双向反复加载
x、y轴双向非同步加载
四、加载制度
1）控制位移加载法：
以屈服位移的 倍数为控制值 有 控制位移确定 有无明确屈服点 无
主观制定一个恰 当得控制值
四、加载制度
1）控制位移加载法： （1）变幅加载：强度、变形、耗能的性 能。 （2）等幅加载：强度降低率、刚度退化 规律。 （3）变幅等幅混合加载：综合地研究构 件的性能。
八、总结
• 但它还是存在一些缺点： • 1、试验的加载历程是由研究者主观确定的，与
实际地震作用历程无关。 • 2、加载周期长，不能反映实际地震作用是应变 速率的影响。 • 所以得综合根据试验条件和试验要求选择合理的 试验方案。
谢谢大家！！
七、数据资料整理
• 骨架曲线：
• 1）荷载——变形滞回曲线
中，取每一级荷载第一次循 环的峰点所连接成的包络线。 • 2）骨架曲线的形状大体和 单次加载曲线相似，但极限 荷载略有降低。 • 3）反映了构件受力与变形 的各个不同阶段及特性，是 确定恢复力模型特征点的依 据。
七、数据资料整理
• 滞回特性：
结构破坏
四、加载制度
• 图形
四、加载制度
4）双向反复加载制度：考虑了空间组合效应 1）x、y轴双向同步加载
在与构件截面主轴成a角的方向进行斜向加载， 使x、y两个主轴方向的荷载分量同步 2）x、y轴双向非同步加载 在x、y分别施加低周反复荷载
四、加载制度
• 图形
单项加载 x恒载，Y加载 x、y先后加载
四、加载制度
四、加载制度
2）控制作用力加载法： 1）定义：控制施加在构件上的作用力实 现低周反复加载的要求。 2）缺点：错误估计构件的实际承载力很 容易发生失控现象，故实际试验中很少采 用。
四、加载制度
3）控制作用力和控制位移混合加载法：
按初始设定 逐级增加 的控制力加载 开裂后，加 载至试件屈 确定标准位移 服 无 标 准 位 移 研究人员自行 确定位移加载 按标准位移 的倍数加载
x、y 交替加载
8字形加载
方形加载
五、加载方法
加载方法：
正式试验前，预 加反复荷载试验 三次 施加预计开裂 荷载的40%~60% 重复2~3次 承载能力和破坏 特征试验
加载至极限 荷载下降段
混 凝 弹性阶段用荷载控制 土 试 加载，开裂后用变形量控 件
制加载
加载至下降段 最大荷载85%
六、试验观测
一、前言
作为一个土木人我们可以做些什么？
够了么？
一、前言
试验！！理论联系实际！
二、拟静力试验的基本概念
人工地震模拟加载试验
结 场地结构原型试验 构 天然地震加载试验 抗 震 拟静力试验 试 试验室试验 拟动力试验 验 地震模拟地震台试验
二、拟静力试验的基本概念
拟静力试验（低周反复加载静力试验）： 1、在正反两个方向对试件反复加载和卸 载。 2、试件的荷载值或位移值作为控制量。 3、加载速率低，对应力应变的影响小。 4、获得结构非弹性的荷载—变形特征。
一、前言
• ●世界震级最大的是1960年5月21日的智利大地震， 震级 为9.5级。 • ●中国震级最大的是1950年8月15日的西藏8.6级 地震 • ●死亡人数最多的是1201年7月发生在地中海东部 的地震，死亡110万人 • ●地震损失最大的是2011年3月11日的东日本大地 震，损失金额估计在1220亿至2350亿美元（约合 人民币8000亿元到1.5万亿元）之间
i 1 i 1 n n
Ki
表示变形 系数为j时， 加载循环的 峰点荷载值
表示变形 系数为j时， 加载循环的 最小荷载值
八、总结
• 总的来说，拟静力试验是一种很好的测试 试件抗震性能的方法。 • 1、试验过程相对来说简单。
• 2、在试验过程中能随时停下来观察结构的开裂 和破坏形态，便于检验校核试验数据和仪器的工 作情况。 • 3、可根据试验需要修改或改变加载历程。
二、拟静力试验的基本概念
拟静力试验的目的： （1）研究结构在地震荷载作用下的恢复力 特性，确定恢复力模型。 （2）通过试验可以从强度、变形和能量三 个方面判别和鉴定结构的抗震性能。 （3）研究构件破坏机理，为改进现行设计 方法、修改抗震规范提供依据。
三、试验设备及装备
• 拟静力试验设备： 加载装置——双向作用加载器（千斤顶）； 反力装置——反力墙或反力架、试验台座。
卸载刚度，接近 开裂刚度或屈服 刚度 等效刚度，随循环 次数增加而不断 降低
七、数据资料整理
3）延性系数 结构破坏时的极限变形和屈服时的屈服变形值之比
u y
4）耗能能力 试件在地震反复作用下吸收能量的大小，以滞回曲线包围的 面积来衡量。由面积可求得等效粘滞阻尼系数 h
e
he
1 ABC图形面积 2 OBD三角形面积
• • • • • 1）强度 2）刚度 3）延性系数 4）耗能能力 5）退化率
七、数据资料整理
1）强度 （1）开裂荷载 （2）屈服荷载 （3）极限荷载 （4）破损荷载
七、数据资料整理
2）刚度 （1）初次加载制度K0 （2）卸载刚度Ku （3）反向荷载、卸载刚度和重复加载刚度 （4）等效刚度Ke
初次加载刚度， 可用来计算结构 自振周期