加载速率对拟静力试验的影响
加载速率对拟静力试验结果的影响
摘要：静力试验是目前结构试验中最普遍和最常见的方法之一。静力试验中的加载速度直
接关系到实验结果的准确性和实验的时间成本。因此，选取合适的加载速率，既能得到准确
的实验结果，又能提高实验效率，节省时间成本。本文讨论了加载速率对实验结果的影响，
为试验中选择合理和加载速度提供了参考。
一、静力试验的意义和优势
由于土木工程涵盖的专业领域很宽，土木工程的荷载种类很多。如结构自重，土的自重，
风荷载，雪荷载，水压及流水压力，以及某些情况下产生的地震作用，温度作用等偶然何在
和间接作用。一般的，按照荷载的时间变异，将荷载分为永久作用——在设计基准期内量值
不随时间变化，或其变化值可以忽略、可变作用——在设计基准期内量值随时间的变化不可
忽略、偶然作用——在设计基准期内可能出现，且量值可能很大的作用。
严格地讲，所有的荷载作用都是随时间的发展而变化的，例如混凝土在长时间工作时的
碳化、剥落，钢结构构件的锈蚀等，都会改变结构的自重。回填土的密度随着降雨的变化而
变化。但上述这些变化本身都很小，加之变化持续的时间很长，变化引起的结构的加速度极
小，其加速度更是可以忽略不计。荷载能否按静载处理的关键不在于结构是否具有动力特性，
而在于是否使结构产生不可忽略的加速度。
结构拟静力试验是结构试验中最多，最常见的一种基本试验方法，因为绝大部分结构在
工作中承受的是静力荷载。在科技迅猛发展的今天，尽管各式各样的结构分析方法不断涌现，
动载试验也被置于越来越突出的位置，但是静载试验在结构研究、设计和施工中仍然起着重
要的作用。大型振动台的出现，无疑给结构抗震提供了一个有效手段，但是振动台试验存在
承载力小、试验费用高、技术复杂等弊病。低周反复试验（拟静力试验）和计算机-电液伺
服联机试验（拟动力试验）相比振动台试验，具有承载力大、技术简但、成本低廉等优势。
仍然在抗震试验中发挥着重要的作用。二、加载速率对岩石力学性能的影响
吴玉山等[1]根据岩石在单轴压缩下取得的荷载-位移全过程,对岩石破坏后区力学性状进
行了探讨。随着应变率的增加,峰值强度也随之增大。以大理岩情况为例,当应变率增加10
倍,强度增加5-15%。这一结果与日本西松裕一等人“应变率每增加10倍,强度增加75kg/cm”
的结论大致相符。但是,峰值强度前的变形量,随着应变率的增加,其变化不明显,均属同一数量
级。从该表可知,当应变率从10-7s/增加到10-4/s时,非弹性变形量减少了31%石左右。这一趋
势表明,随着应变率的增加,岩石越显脆性。岩石到达峰值前的非弹性变形量,随着应变率的增
加而减少。据大理岩试件的统计,其数值如表1所示。
大理岩花岗岩
角闪岩
图1不同加载速率下几种典型岩石的荷载-位移曲线表1大理岩在不同应变速率加载下的强度和变形指标
岩性应变速率1/s极限强度（MPa）峰值变形(mm)塑性变形
大理岩5.2*10-4130.30.350.075
大理岩5.2*10-5115.00.3150.080
大理岩5.2*10-698.50.3750.082
大理岩5.2*10-794.20.300.110
王学斌[2]使用有限差分软件FLAC编制的计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变
及泊松比的FISH函数，模拟了加载速率对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响。加载速
率较低及适中时，岩样发生单剪切破坏，剪切带倾角及宽度不受加载速率影响，应力-轴向
应变曲线及应力与侧向应变曲线软化段的斜率不依赖于加载速率；高加载速率使岩样发生X
型剪切破坏，两种曲线软化段较平缓；在相同的轴向应变时，高加载速率使剪切带长度降低。
随着加载速率的增加，岩样失稳破坏的前兆越来越明显，当加载速率较高时，前兆反而不明
显，这是由于应力存在较大的波动，导致不正确地估计了应力峰值所对应的轴向应变。在应
变软化阶段，高加载速率使侧向应变与轴向应变曲线、泊松比与轴向应变曲线及体积应变与
轴向应变曲线变平缓，也使体积应变与轴向应变曲线的峰值及对应的轴向应变增加。
三、加载速率对混凝土力学性能的影响
由于混凝土是应变速率敏感性材料，随着应变速率的增加混凝土表现出与静态下不同的
力学特性和破坏形态。混凝土结构在地震、撞击和爆炸等动力作用下进行的结构分析时，若
不考虑应变速率的影响会带来较大的误差。
1.1.加载速率对混凝土材料单轴性能的影响
张玉敏[3]通过对不同强度等级的模浇混凝土和切割混凝土在不同加载速率下的力学性
能的实验研究，模制混凝土试验结果表明，随着应变速率的增加，单轴压缩状态下混凝土的
抗压强度也随之增长，其中C20~C35混凝土增长范围为1~33%，C40~C60的增长范围为2~31%；峰值应变的趋势与抗压强度相同，其中C20~C35混凝土增长范围为0.6~19%，C40~C60的增长范围为0.7~23%；混凝土初始弹性模量和泊松比则受应变速率的影响很小，
初始弹性模量大致在1.83~4.16×104N/mm2之间；泊松比在0.20上下波动且整体范围为
0.08~0.26；动态和拟静态试验的应力应变曲线形状相似。
切割混凝土试验结果表明，峰值应力和峰值应力对应的应变随应变速率的增加有所提高，
从最高速率10-1/s到最低速率10-5/之间，峰值应力的提高范围大致在22%~28%左右，其
对应的应变提高范围大致在23%~39%左右；初始弹性模量各强度等级在各个应变速率下变
化不大；峰值割线模量则基本随强度等级的增大而变大，应变速率则对峰值割线模量影响不
大，对于极限模量，随着混凝土强度等级和应变速率的提高，则呈上升的趋势。
1.1加载速率对混凝土劈裂性能的影响
王海龙等[4]利用大型液压伺服试验机研究了不同加载速率下饱和混凝土与干燥混凝土
的劈裂强度变化情况，试验研究表明：在准静态加载时，与干燥的混凝土相比饱和混凝土的
劈裂强度有所降低，随着加载速率的升高，饱和混凝土的的动态劈裂强度有较大的提高。在
快速加载条件下，与干燥的混凝土相比饱和混凝土的动力劈拉强度增高；增高的机理可以通
过裂纹中自由水弯月面对裂纹面产生的有益拉应力以及高速加载条件下的Stefan效应来解
释，而自由水的有益拉应力和Stefan效应对混凝土的影响程度与加载速度紧密相关，低速
时自由水的有益拉应力占主要作用而高速加载时Stefan效应起到主导作用。从断裂面上来
看，快速加载时断面较为平整且有较多的石子发生断裂，由此可以看出在较高的加载速率下
孔隙水对裂纹的有益拉力使得混凝土界面相的宏观强度相应提高，基体相的强度趋于均化，
因此快速加载时饱和混凝土的基体相类似于高强混凝土，强度提高的较多。
1.2加载速率对混凝土和钢筋粘结性能的影响
张伟平等[5]通过３７个试件的偏心拉拔试验，实时采集加载过程中的粘结－滑移关系数
据，分析了加载速率、保护层厚度、钢筋位置、箍筋和粘结长度等因素对破坏形态、粘结强
度及相对滑移的影响。研究结果表明：随着加载速率的增大，混凝土抗拉强度提高且混凝土
径向裂缝发展滞后，试件由混凝土劈裂破坏向钢筋拔出破坏转变，劈裂破坏试件的粘结强度
提高；在相同加载速率下，随着保护层厚度的增大，试件也会由混凝土劈裂破坏向钢筋拔出
破坏转变。1.3加载速率对钢筋混凝土构件承载力的影响
曹闻博[6]对混凝土梁和柱进行了不同速率下的单调和低周反复加载，随着加载速率的提
高，钢筋混凝土梁在单调加载下，其极限承载力能力得到提高，梁的开裂荷载、屈服荷载和
极限荷载与成很好的线性关系，位移延性系数有少量提高。梁的能量耗散量是随着加载速率
的增加而增加的，且增加的程度相对较大。在本文试验的加载速率范围内，钢筋混凝土梁均
发生弯曲破坏，但随着加载速率的提高，其裂缝分布愈加均匀。
随着加载速率的提高，钢筋混凝土柱在单调加载下，其极限承载力能力得到提高，柱的
屈服荷载和极限荷载与成很好的线性关系，位移延性系数有降低。能量耗散随着加载速率的
增加而增加的。
四、加载速率对金属材料性能的影响
杨丽等[7]对30A钢进行了霍普金森压杆实验，绘制了30A钢在高应变率下(4×102/s)
的压缩应力-应变曲线。与静态下材料的屈服强度(σs≈430MPa)相比,可以看出,随着应变率
的增加,材料的屈服强度升高,表现出明显的应变速率敏感效应。
静态或准静态加载的加载速率和变形速率比较低,因此可以忽略它对断裂过程带来的影
响。在高的加载和变形速率下,材料变形和断裂的性质发生了改变。在弹性阶段,应力与应变
的响应是以声速进行的,当变形速率低于材料的声速时,变形速率对材料的弹性变形性质没有
影响,但在塑性变形阶段,塑性变形过程是比较缓慢的,为进行充分的塑性变形,需要较长的时
间,当加载速率高时,变形速率超过了进行塑性变形所需的临界变形速率,则塑性变形过程受
到了约束和限制,将使材料的屈服点升高,塑性有可能降低,变形硬化过程也受到影响,从而增
加了材料的脆化倾向。
图230A钢在高加载速率下的应力-应变曲线
加载速率对材料的微观断裂机制也会产生影响,静态下材料的微观断裂机制为微孔聚集
型;动态下材料的断裂表现为由延性韧窝形态向准解理形态转变。
参考文献
[1]吴玉山,林卓英.单轴压缩下岩石破坏后区力学特性的试验研究[J].岩土工程学报,1987,卷缺失(1):23-31.[2]王学滨.加载速度对岩样全部变形特征的影响[J].岩土力学,2008,卷缺失(2):353-358.[3]张玉敏.不同应变率下混凝土力学性能的试验研究[D].[出版地不详]:北京工业大学,2012.[4]王海龙,李庆斌.不同加载速率下饱和混凝土的劈拉试验研究及强度变化机理[J].工程力学,2007,卷缺失(2):105-109.[5]张伟平,罗丹羽,陈辉,等.不同加载速率下钢筋与混凝土间粘结性能试验[J].中国公路学报,2014,卷缺失(12):58-64.[6]曹闻博.不同加载速率下钢筋混凝土构件力学特性研究[D].[出版地不详]:大连理工大学,2012.[7]杨丽,张宝友,崔约贤,等.加载速率对30A钢断裂韧性的影响[J].兵器材料科学与工程,2003,卷缺失(5):51-53,56.
土木工程结构试验与检测
研究性试验：验证结构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、推理、假设及概念的正确性，或者为了创造某种新型结构体系及计算理论，而系统地进行的试验研究。静力试验：所谓“静力”一般是指试验过程中，结构本身运动均加速度效应（惯性力效应）可以忽略不计。单调静力荷载试验：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。拟静力试验：也叫低周期反复荷载试验或伪静力试验。利用加载系统对结构施加逐渐增大的反复作用荷载或交替变化的位移，使结构或构件受力的历程与结构在地震作用下的受力历程基本相似，属于结构抗震试验方法，但其加载速度远低于实际结构在地震作用下所经历的变形速度。结构动力试验主要包括：①动荷载的特性试验方法：直接测定法、间接测定法、比较测定法。②结构动力特性试验；③结构的动力反应试验；④模拟振动地震台试验；
⑤风洞试验；⑥疲劳试验。实体试验和模型试验；试验室试验和现场试验；非破坏性试验和破坏性试验。
结构检测：是为了评定结构工程的质量或鉴定既有结构的性能等所实施的检测工作。研究性试验包括哪几个阶段？设计阶段→准备阶段→实施阶段→总结阶段。试验阶段试验加载图式：试验荷载在试验结构构件上的布置（包括荷载类型和分布情况）称为加载图示。试验装置：①试验装置应有足够的刚度，在最大的试验荷载作用下，应有足够承载力（包括疲劳强度）和稳定性。②试验结构构件的跨度、支撑方式、支撑等条件和受力状态应符合设计计算简图，且在整个试验过程中保持不变。③试验装置要满足构件的边界条件和受力变形的真实状态，且不应分担试验结构构件承受的试验荷载和不应阻碍结构构件变形的自由发展。④应满足试件就位支撑、荷载设备安装、试验荷载传递和试验过程的正常工作要求。加载制度：是指试验进行期间荷载与时间的关系。测点的选择与布置：用仪器对结构或构件进行内力、变形等参数的量测时，测点的选择与布置应满足以下原则。仪器选择与测读原则：①选择的仪器，必须能满足试验所需的精度与量程要求。②仪器的量程应满足最大应变和扰度需要。试验中若仪器量程不够，中途调整必然会增加量测误差，应尽量避免。③现场试验时，仪器所处条件和环境较复杂，影响因素较多，电测仪器的适应性就不如机械式仪表。而测点较多时，机械式仪表却不如电测仪表灵活、方便。因此，选用对应做具体分析和技术比较。④为了简化工作，避免差错，量测仪器的型号、规格应尽可能一致，种类越少越好。结构试验准备阶段：将设计阶段确定的试件按要求制作、安装就位，将加载设备和测试仪器率定、安装就位，准备设计记录表格，算出各加载阶段试验结构各特征部位的内力及变形值。重物加载：它是利用物体本身的重量施加在结构上作为模拟荷载，在实验室内可以采用的重物有专门制作的标准铸铁砝码、混凝土试块和水箱等；在现场试验可以就地取材如砖、砂、石、袋装水泥等建筑材料作为加载物。气压加载：它分为正压加载与负压加载。正压加载是利用压缩空气的压力对结构施加压力负压加载是利用将实验结构物下面密封室内的空气抽出，使之形成真空，结构的外表面收到的大气压，就成为施加在结构上的均布荷载，由真空度可得出加载值。液压加载：液压千斤顶、大型结构试验机、电液伺服加载系统。电液伺服加载系统的组成：1、液伺服加作动器2、控制系统3、液压源。模拟地震振动台设备的组成：振动台台面与基础、液压驱动和动力系统、控制系统、测试和分析系统、动力加载法
大型铸钢节点加载试验研究
第３８卷第３０期 ２ ０ １ ２年１ ０月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．３０ Ｏｃｔ．２０１２ ・４５・
文章编号：１００９—６８２５（２０１２）３０—００４５—０３
大型铸钢节点加载试验研究
钱利锋 周益君 关富玲
（１．浙江绿城六和建筑设计有限公司，浙江杭州３１００２７；２．浙江大学建筑工程学院，浙江杭州３１００５８）
摘要：为了准确了解大型铸钢节点的承载性能，对节点进行了加载试验研究，并进行了数值模拟分析，通过试验结果与有限元分
析结果的对比，表明节点具有良好的加工性能，满足安全性要求。
关键词：铸钢节点，加载试验，有限元分析
中图分类号：ＴＵ３９１ 文献标识码：Ａ
０ 引言
对于铸钢节点国内目前没有成熟的设计方法，对此类节点主
要进行荷载试验来检验其受力性能“ 。但一般试验只能测量到
节点外表面的应力状态，对节点内部应力状况无法测试，需要通
过铸钢节点表面现场测试和有限元分析比较，相互印证，以有限
元分析的结果来推断整个铸钢节点内部的应力状况。例如上海 南站无柱雨棚铸钢节点 Ｊ、南京奥体中心体育场钢屋盖主拱铸钢
节点 Ｊ、苏州博物馆多杆相交铸钢节点 等典型的工程均运用试
验研究和理论分析相结合的方法来测试节点的受力性能、加工工
端弯矩和剪力，处于复合受力状态，内力传递机理较复杂，受很多
因素如框架梁和框架柱类型、钢材的种类、节点连接的构造形式
等的影响。由于当前研究的异型节点为特殊的“强梁弱柱”型节
点，在研究过程中只分析了轴压比、梁高比对此类节点承载力的 影响，对其他参数的影响和“强柱弱梁”型异型节点还没有进行研
究，且试验试件梁、柱内大都采用Ｑ２３５钢，不能适应梁柱采用多
种钢材型号的需要。 ３）异型节点的空间性能和静力及动力性能研究较少：从现有
的试验资料来看，因试验条件限制，目前钢结构梁柱异型节点的
试验仅为平面加载的拟静力试验。而拟静力试验无法真实的反
浅谈结构拟动力试验
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浅谈结构拟动力试验
作者：张萍
来源：《城市建设理论研究》2013年第14期
摘要: 拟动力试验方法是进行结构抗震试验十分有力且适用面广的方法。本文介绍了拟动力试验的基本原理与实现过程，对国内外拟动力试验的研究现状进行了评述，最后对该抗震试验方法的发展进行了展望。
关键词: 抗震试验；拟动力试验；远程协同试验
中图分类号： TU973+.31 文献标识码： A 文章编号：
前言
我国是世界上多地震国家之一，历史上曾发生多次强烈地震。中国这7%的国土上承受了全球33%的大陆强震，是世界上大陆强震最多的国家[1]。例如1976年的唐山地震、2008年的汶川地震，波及范围之广、遭受损失之大、人员伤亡之多在世界上也是少有的。这些地震给人民生命财产和国民经济造成了十分严重的损失。因此，提高建筑物的抗震能力，保障人民生命财产安全是广大工程技术人员的当务之急。
由于地震机制和结构抗震性能的复杂性，人们仅以理论分析的手段尚不能完全把握结构在地震作用下的性能、反应过程和破坏机理，需要通过结构抗震试验，才能准确地把握结构的抗震性能 特别是对大型复杂结构、超出抗震设计规范规定的结构和新型结构体系，必须进行抗震试验。目前，拟静力试验、振动台试验和拟动力试验[2]是三种主要的结构抗震试验方法。拟动力试验方法吸收了前2种试验方法的优点，也吸收了结构理论分析和计算的优点，可进行大比例模型或足尺结构抗震试验，可慢速再现结构在地震作用下的弹性-弹塑性-倒塌全过程反应，自开发成功以来，在抗震试验方面得到了广泛应用。
本文首先简单介绍了拟动力试验的研究进展，阐述了拟动力试验的基本原理、试验过程并给出了不同的拟动力试验分类及拟动力试验限制，对该方法在国内的实际应用及有关研究成果进行了评述。
一、拟动力试验的研究进展
《结构检验》部分复习题参考答案
《结构检验》部分复习题参考答案
一、名词解释
1、静载试验与动载试验：结构静载试验是用物理力学方法，测定和研究结构在静力荷载作用下的反应，分析、判断结构的工作状态与受力情况；通过动力加载设备直接对结构施加动力荷载，了解结构的动力特性，研究结构在一定动力荷载下的动力反应，评估结构在动力荷载作用下的承载力及疲劳寿命等特性的试验称为结构动载试验。
2、刻度值与量程：刻度值指的是仪器的指示或显示装置所能指示的最小测量值，即是每一最小刻度所表示被测量的数值。量程是指仪器所能测量的最大范围。
3、应变计灵敏系数：表示单位应变引起应变计的阻值的变化。
4、测量电桥：用电阻应变仪测量应变时，用电阻应变仪中的电阻和电阻应变计共同组成的惠斯通电桥称为测量电桥。
5、正位实验与异位试验：在结构构件安装位置与实际工作状态相一致的情况下进行的试验称为正位试验；在结构构件安装位置与实际工作状态不相一致的情况下进行的试验称为异位试验；
6、结构振型与振幅：在结构某一固有频率下，结构振动时各点的位移之间呈现一定的比例关系，如果这时沿结构各点将其位移连接起来，即形成一定形式的曲线，这就是结构在对应某一固有频率下的一个不变的振动形式，称为对应该频率时的结构振型；振幅是结构振动位移曲线中离开平衡位置的最大距离。
7、基本频率和高阶频率：固有频率中最小的频率称为基本频率；除基本频率外的其他固有频率称为高阶频率。
8、强度退化与刚度退化：在循环往复荷载的作用下，当保持相同的峰点位移时，峰值荷载随循环次数得增多而降低现象称作强度退化；在循环往复荷载的作用下，当保持相同的峰值荷载时，峰点位移随循环次数的增多而增加的现象称为刚度退化。
9、滞回曲线与骨架曲线：滞回曲线是指加载一周得到的荷载--位移曲线，它是拟静力试验的典型实验结果；骨架曲线是将各次滞回曲线的第一循环峰值点连接后形成的包络线。
二、填空题
1.根据不同的试验目的，结构试验可归纳为科学研究性试验和 生产鉴定性试验两大类。
第31-32讲结构试验3
1 第三节 结构单调加载静力试验
建筑结构单调加载静力试验是指在短时期内对试验对象进行平稳地一次连续施加荷载，荷载从“零”开始一直加到结构构件破坏，或是在短时期内平稳地施加若干次预定的重复荷载后，再连续增加荷载直到结构构件破坏。
一、结构单调加载静力试验的加载制度
试验加载制度指的是试验进行期间荷载与时间的关系。试验加载的数值及加载程序取决于不同的试验对象和试验目的。科学研究与生产鉴定的结构构件试验一般均需作破坏试验，试验加载常是分级并按几个循环进行，最后才加载至结构破坏。
在进行混凝土结构试验时就必须按试验的性质和要求分别确定相应于各个受力阶段的试验荷载值。各种不同的试验荷载值可按《混凝土结构设计规范》和《混凝土结构试验方法标准》要求进行计算。
图18—3—1是一个典型的单调加载静力试验的加载程序。
混凝土结构试验的荷载分级、加载程序和测读时间等可按《混凝土结构试验方法标准》(GB 50152—92)第四章试验荷载和加载方法第三节加载程序的规定进行。
二、受弯构件试验
（一）试件安装和加载方法
预制板和梁等受弯构件一般都是简支的，试验安装时都采用正位试验。板一般是承受均布荷载，应将荷载均匀施加于板面。梁承受的荷载较大，施加集中荷载时可用杠杆加载，更方便的是用液压加载器通过分配梁或由液压加载系统控制多台加载器直接加载。
受弯构件试验中经常采用等效荷载，即用几个等效的集中荷载来替代均布荷载进行试验。
（二）试验观测和测点布置
1．挠度测量
受弯构件最主要量测跨中的最大挠度值fmax和弹性挠度曲线。
为了测得真正的fmax，同时还必须量测构件两端支座处支承面的刚性位移或沉降值，
所以至少要按图18—3—2(a)所示布置三个测点。
对于跨度较大的梁，为了求得梁在变形后的弹性挠度曲线，则相应的要增加至5—7个测点，并沿梁的跨间对称布置，如图18—3—2(b)所示。
对于宽度较大的单向板，一般均需在板宽的两侧布点，当有纵肋的情况下，挠度测点
结构检验复习资料
复习资料对应教材：《结构检验》
第一章 绪论
结构试验的任务：
结构试验的任务是通过对结构物受作用后的性能进行观测和对量测数据进行分析，从而对结构物的工作性能作出评价，对结构物的结构性能作出正确估计，并为验证和发展结构的计算理论提出可靠依据。
结构试验的分类：
试验目的：科学研究性试验、生产鉴定性试验
荷载性质：静力试验（单调静力荷载试验，拟静力试验，拟动力试验）
动力试验（疲劳试验，动力特性试验，地震模拟振动台试验，风洞试验)
结构静载试验是用物理力学方法，测定和研究结构在静力荷载作用下的反应，分析、判断结构的工作状态与受力情况；
通过动力加载设备直接对结构施加动力荷载，了解结构的动力特性，研究结构在一定动力荷载下的动力反应，评估结构在动力荷载作用下的承载力及疲劳寿命等特性的试验称为结构动载试验。
试验对象：原型试验验、模型试验
试验场合：试验室试验，现场试验
试验时间：短期荷载试验，长期荷载试验
第二章 结构试验设计
结构试验的一般步骤
结构试验设计包括试验构件设计、试验加载方案设计、试验测试方案设计。
缩尺效应：材料的力学性能不再是一个常数，而是随着材料几何尺寸的变化而变化
因子：试件性能影响因素 水平：每个因子都可以发生变化，变化的幅度或者量值
试件数量设计方法：因子设计法、正交试验设计法（上因下水下标个数）
结构模型：
建筑结构模型试验按研究的范围和目的可将结构模型分为弹性模型和强度模型。
弹性模型的试验目的是获得原结构在单性阶段的资料，研究范围限于结构的弹性工作阶段，模型材料不必和原型结构材料完全相似，例如，用有机玻璃制作的桥梁弹性模型。
强度模型研究原型结构受荷全过程性能，重点是破坏形态和极限承载能力。强度模型的材料与原型结构相同 钢筋混凝土结构的模型试验常采用强度模型。
相似常数：
相似条件：相似常数之间所应满足的一定关系就是模型与原型结构之间的相似条件，是模型设计需要遵循的原则。
加载速率对拟静力试验的影响
加载速率对拟静力试验结果的影响
摘要：静力试验是目前结构试验中最普遍和最常见的方法之一。静力试验中的加载速度直
接关系到实验结果的准确性和实验的时间成本。因此，选取合适的加载速率，既能得到准确
的实验结果，又能提高实验效率，节省时间成本。本文讨论了加载速率对实验结果的影响，
为试验中选择合理和加载速度提供了参考。
一、静力试验的意义和优势
由于土木工程涵盖的专业领域很宽，土木工程的荷载种类很多。如结构自重，土的自重，
风荷载，雪荷载，水压及流水压力，以及某些情况下产生的地震作用，温度作用等偶然何在
和间接作用。一般的，按照荷载的时间变异，将荷载分为永久作用——在设计基准期内量值
不随时间变化，或其变化值可以忽略、可变作用——在设计基准期内量值随时间的变化不可
忽略、偶然作用——在设计基准期内可能出现，且量值可能很大的作用。
严格地讲，所有的荷载作用都是随时间的发展而变化的，例如混凝土在长时间工作时的
碳化、剥落，钢结构构件的锈蚀等，都会改变结构的自重。回填土的密度随着降雨的变化而
变化。但上述这些变化本身都很小，加之变化持续的时间很长，变化引起的结构的加速度极
小，其加速度更是可以忽略不计。荷载能否按静载处理的关键不在于结构是否具有动力特性，
而在于是否使结构产生不可忽略的加速度。
结构拟静力试验是结构试验中最多，最常见的一种基本试验方法，因为绝大部分结构在
工作中承受的是静力荷载。在科技迅猛发展的今天，尽管各式各样的结构分析方法不断涌现，
动载试验也被置于越来越突出的位置，但是静载试验在结构研究、设计和施工中仍然起着重
要的作用。大型振动台的出现，无疑给结构抗震提供了一个有效手段，但是振动台试验存在
承载力小、试验费用高、技术复杂等弊病。低周反复试验（拟静力试验）和计算机-电液伺
服联机试验（拟动力试验）相比振动台试验，具有承载力大、技术简但、成本低廉等优势。
仍然在抗震试验中发挥着重要的作用。二、加载速率对岩石力学性能的影响
吴玉山等[1]根据岩石在单轴压缩下取得的荷载-位移全过程,对岩石破坏后区力学性状进
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。原因之一是拟静力实验比较复杂，实验软件与结构静力模型、结构类型、试件特征、作动器的位置安排、测量传感器的布置等均有密切关系。目前应用的控制软件TUST，实现了力与位移控制模式的实时平滑转换。
伪静力试验——精选推荐
伪静力试验又称低周反复荷载试验，是指对结构或结构构件施加
多次往复循环作用的静力试验，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。 结构的拟静力试验是目前研究结
构或结构构件受力及变形性能时应用最广泛的方法之一。它采用一定
的荷载控制或位移控制对试件进行低周反复循环的加载方法，使试件从开始受力到破坏的一种试验方法，由此获得结构或结构构件非弹性
的荷载—变形特性，因此又称为恢复力特性试验。 该方法的加载速率很低，因此由于加载速率而引起的应力、应变的变化速率对于试验
结果的影响很小，可以忽略不计。同时该方法为循环加载，也称为周
期性加载。 进行结构拟静力试验的主要目的，首先是建立结构在地震作用下
的恢复力特性，确定结构构件恢复力的计算模型，通过试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。
由此可以进一步从强度、变形和能量等三个方面判断和鉴定结构的抗震性能。最后可以通过试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依据。 拟静力实验方法是目前研究结构或构件性能中应用最广泛的实
验方法。它是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。它含有两层意思，一是指它的加载速率很低，应变速率对实验结果的影响可以忽略；另一是
它包含单调加载和循环加载实验。通常循环加载实验也称为周期性加载实验，而单调加载实验可以认为是循环加载实验的一个特例。应用
这种方法进行的实验不仅在数量上远远超过其他种类的实验，更重要的是拟静力加载实验可以最大限度地利用试件提供各种信息，例如承
载力、刚度、变形能力、耗能能力和损伤特征等。根据对美国近5
年地震工程实验研究的统计，发表在主要结构工程刊物上的实验研究85％～90％属于拟静力实验。拟静力加载实验的根本目的是对材料或
隔震桥梁子结构拟动力实验中加载速率的影响因素研究
第３卷第ｌ期 震灾防御技术
２００８年３月Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ
袁涌，熊世树，资道铭，庞军，２００８．隔震桥梁子结构拟动力实验中加载速率的影响因素研究．震灾防御技术，
隔震桥梁子结构拟动力实验中加载
速率的影响因素研究
袁 涌 ， 熊世树 ， 资道铭 庞 军 ）
１）华中科技大学土木工程与力学学院，武汉４３００７４ ２）华中科技大学控制结构湖北省重点实验室，武汉４３００７４ ３）中国地质大学，武汉４３００７４ ４）柳州欧维姆机械股份有限公司，柳州５４５００５
摘要本研究运用ＤＳＰ高速数字信号处理器的实时信号处理与控制技术，研究了基于速度控制
法、ＯＳ数值积分法和相应的实验误差控制法的子结构拟动力实验系统。该试验系统对动力加载
装置采用速度控制，在加载过程中考虑了加载速率对实验结果的影响，使隔震橡胶支座的速度相
关性能在试验中得到充分体现，同时采用ＯＳ数值积分法，充分地减少了试验的时滞误差，提高
了试验精度。并通过不同加载速率的子结构拟动力实验研究了天然橡胶支座、高阻尼橡胶隔震支
座和超高阻尼橡胶隔震支座对桥梁的隔震效果，在对实验结果进行分析对比后，定量地研究了不
同的加载速率对隔震桥梁子结构拟动力实验结果的影响。
关键词：子结构拟动力实验速度控制法ＤＳＰ高速数字信号处理器橡胶隔震支座
引言
地震灾害造成了大量建筑、桥梁结构的破坏，并导致人员伤亡，对社会经济造成巨大
的损失。而公路、桥梁作为生命线工程，在震后救灾中起着巨大的作用，因此，对公路、
桥梁结构进行有效的隔震保护显得非常迫切。隔震桥梁的实际隔震效果需要研究，以便为
隔震桥梁的设计奠定基础。和地震波振动台实验相比，子结构拟动力实验综合了拟静力实
验、振动台实验和地震反应数值计算的优点，使用普通油源的动力加载装置，就有可能实
现传统的足尺实时地震波振动台实验的效果（邱法维等，２０００）。但是现阶段的子结构实验