結(jié)構(gòu)試驗第5章試驗類型ppt課件

1、E-mail: luowglutSCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.u單調(diào)加載靜力荷載試驗單調(diào)加載靜力荷載試驗u偽靜力試驗偽靜力試驗u擬動力試驗擬動力試驗u結(jié)構(gòu)動力特性試驗結(jié)構(gòu)動力特性試驗u結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)試驗結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)試驗u結(jié)構(gòu)疲勞試驗結(jié)構(gòu)疲勞試驗u橋梁結(jié)構(gòu)原位荷載試驗橋梁結(jié)構(gòu)原位荷載試驗SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.單調(diào)靜力荷載試驗是指試驗荷載逐漸單調(diào)增加單調(diào)靜力荷載試驗是指試驗荷載逐漸單調(diào)增加到結(jié)構(gòu)破壞或預(yù)定的狀態(tài)目標，研究結(jié)構(gòu)受力到結(jié)構(gòu)破壞或預(yù)定的狀態(tài)目標，

2、研究結(jié)構(gòu)受力性能的試驗。性能的試驗。荷載圖式：荷載圖式：荷載在構(gòu)件上的布置形式類型和分布方式）荷載在構(gòu)件上的布置形式類型和分布方式）;設(shè)計原則：設(shè)計原則：與理論計算圖示一致或內(nèi)力等效的荷載圖示。與理論計算圖示一致或內(nèi)力等效的荷載圖示。即試驗期間荷載與試件的關(guān)系或稱荷載譜），包含荷載程序與荷載大小。 1.荷載程序三階段荷載程序三階段圖5.1.1 靜載試驗加載程序 預(yù)載預(yù)載 標準荷載正常使用荷載）標準荷載正常使用荷載） 破壞荷載破壞荷載SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.2.荷載大小荷載大小預(yù)載預(yù)載預(yù)載的目的在于：預(yù)載的目的在于：使試件各部分接觸良好，進入正使試件各部

3、分接觸良好，進入正常工作狀態(tài)，荷載與變形關(guān)系趨于常工作狀態(tài)，荷載與變形關(guān)系趨于穩(wěn)定；穩(wěn)定；檢驗全部試驗裝置的可靠性；檢驗全部試驗裝置的可靠性；檢驗全部量測儀表工作正常與否；檢驗全部量測儀表工作正常與否；檢查現(xiàn)場組織和人員的情況，起檢查現(xiàn)場組織和人員的情況，起演習作用。演習作用。一般分三級；三次；每級取標準荷一般分三級；三次；每級取標準荷載的載的20；脆性材料結(jié)構(gòu)，不宜超；脆性材料結(jié)構(gòu)，不宜超過計算開裂荷載的過計算開裂荷載的70(含自重含自重)。 SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT. 分級加載分級加載 分級加載目的：分級加載目的： 加載速度易控制；加載速度易控制；

4、變形易觀測及分析；變形易觀測及分析； 各點加載易協(xié)調(diào)。各點加載易協(xié)調(diào)。圖5.1.1 靜載試驗加載程序SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.正式加載正式加載 分級：分級：正常使用荷載之前，每級加載值不應(yīng)正常使用荷載之前，每級加載值不應(yīng)大于正常使用荷載的大于正常使用荷載的20，一般分，一般分5級級加至正常使用荷載；接近極限或開裂荷加至正常使用荷載；接近極限或開裂荷載時減小荷載范圍增加次數(shù)。載時減小荷載范圍增加次數(shù)。滿載時間滿載時間 ：標準短期荷載作用下的持續(xù)時問標準短期荷載作用下的持續(xù)時問 ?；??；炷良颁撃良颁?0min。空載時間空載時間 ：受載結(jié)構(gòu)卸載后到下一次重

5、新開始受受載結(jié)構(gòu)卸載后到下一次重新開始受載之間的間歇時間稱空載時間。載之間的間歇時間稱空載時間。 混凝混凝土土45分鐘；鋼分鐘；鋼30分鐘。分鐘。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.卸載卸載卸載一般可按加載級距進行，也可以卸載一般可按加載級距進行，也可以放大放大1倍或分倍或分2次卸完。次卸完。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.受彎構(gòu)件的試驗受彎構(gòu)件的試驗加載方案加載方案(a) (b) (c)圖5.1.2 簡支梁試驗等效荷載加載圖示SCHOOL OF CIVIL ENG

6、NIEERING. LUT.受彎構(gòu)件的試驗受彎構(gòu)件的試驗量測方案量測方案撓度測量布置撓度測量布置SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.受彎構(gòu)件的試驗受彎構(gòu)件的試驗量測方案量測方案應(yīng)變測量應(yīng)變測量梁正截面應(yīng)變分布的測點布置（a截面最大纖維應(yīng)變；（b測量中和軸的位置和應(yīng)變分布規(guī)律SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.受彎構(gòu)件的試驗受彎構(gòu)件的試驗量測方案量測方案裂縫觀測裂縫觀測混凝土受拉區(qū)抗裂測點布置17-混凝土應(yīng)變片測點SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.受彎構(gòu)件的試驗受彎構(gòu)件的試驗量測方案裂縫觀測量測方案裂縫觀

7、測（a） （b）圖5.1.10 混凝土斜截面裂縫測點布置SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.受壓構(gòu)件的試驗受壓構(gòu)件的試驗測點布置測點布置偏壓短柱試驗測點布置1試件；2鉸支座；3應(yīng)變計；4應(yīng)變儀測點；5撓度計SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.偽靜力試驗又稱低周反復(fù)荷載試驗，屬于工程偽靜力試驗又稱低周反復(fù)荷載試驗，屬于工程結(jié)構(gòu)抗震試驗。其基本原理是用低周往復(fù)循環(huán)加載的結(jié)構(gòu)抗震試驗。其基本原理是用低周往復(fù)循環(huán)加載的方法對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行靜力試驗，試驗中控制結(jié)構(gòu)的變方法對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行靜力試驗，試驗中控制結(jié)構(gòu)的變形值或荷載量，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正反兩個

8、方向反復(fù)加載形值或荷載量，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正反兩個方向反復(fù)加載和卸載，用以模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力過程。和卸載，用以模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力過程。偽偽 靜靜 力力 試試 驗驗pseudo-static testingSCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.（1變形控制加載法(位移控制)A：變幅加載：恢復(fù)力模型、強度、變形、滯回特性、破壞機理等；B：等幅加載：強度及剛度退化等；C：變幅等幅混合加載：二次加載或加載歷史對性能的研究。 圖5.2.4 變幅加載 圖5.2.5 等幅加載SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.(a) (b)圖5.2.6混

9、合加載（2荷載控制加載法 （3荷載變形雙控制加載法先控制力，屈服之后控制位移SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.（1x、y軸雙向同步加載（2x、y軸雙向非同步加載圖5.2.7 雙向低周反復(fù)加載制度SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.(a) (b)梁柱節(jié)點試驗裝置與變形特征SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.以剪切變形為主的構(gòu)件低周反復(fù)試驗裝置SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.以彎剪變形為主的構(gòu)件低周反復(fù)試驗裝

10、置SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.1荷載及支座反力2荷載變形曲線3塑性鉸區(qū)段曲率或轉(zhuǎn)角4節(jié)點核心區(qū)剪切角5梁柱縱筋應(yīng)力 6核心區(qū)箍筋應(yīng)力7鋼筋滑移8裂縫SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.梁柱節(jié)點測點布置14325322SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.滯回曲線 是結(jié)構(gòu)偽靜力試驗中，以試驗荷載為縱坐標，以結(jié)構(gòu)變形為橫坐標的連續(xù)曲線。 SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.結(jié)構(gòu)荷載（1開裂荷載（2屈服荷載和屈服變形（3極限荷載（4破壞荷載和極限變形5.2.10 荷載-變形關(guān)

11、系曲線SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.結(jié)構(gòu)剛度 （1初次加載剛度 （2卸載剛度 （3反向加載、卸載剛度和重復(fù)加載剛度 （4等效剛度 SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.骨架曲線在偽靜力試驗所得荷載-變形滯回曲線中，取所有每一級荷載第一次循環(huán)的峰點卸載頂點連接的包絡(luò)線作為骨架曲線，它是每次循環(huán)的荷載-變形曲線達到最大峰點的軌跡。 SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.延性系數(shù) 延性系數(shù)是試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性變形能力的一個指標， 按下式計算： -在荷載下降段相應(yīng)于破壞荷載的變形； -相應(yīng)于屈服荷載的變形。 yu

12、uySCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.退化率 強度退化率反映試驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力隨反復(fù)加載次數(shù)增加而降低的指標。 當研究剛度退化時，即在位移不變條件下，隨反復(fù)加載次數(shù)的增加而剛度降低的情況，用環(huán)線剛度表示并按下式計算： 1maxmin、jijiQQniijniijiQK11SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.能量耗散結(jié)構(gòu)構(gòu)件吸收能量能力的好壞，可由滯回曲線(結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下的力與非彈性變形間的關(guān)系曲線)所包圍的滯回環(huán)面積和它的形狀來衡量。由滯回曲線的面積可以求得等效黏滯阻尼系數(shù) ：5.2.11 等效黏滯阻尼系數(shù)計算OBDABC

13、eSSh21SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.受彎鋼筋凝受彎鋼筋凝土構(gòu)件的滯土構(gòu)件的滯回曲線回曲線SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.1 水平集中力模擬地震力，為等效靜力；由靜力的方法驗證結(jié)構(gòu)部分動力性能。2 試驗荷載譜人為設(shè)計，試驗頻率低；不能體現(xiàn)地震的動力特性。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.數(shù)值計算與擬動力試驗之間的比較SCHOOL OF CIVIL ENGNIE

14、ERING. LUT.加載裝置加載裝置擬動力試驗的加載設(shè)備一般由計算機、擬動力試驗的加載設(shè)備一般由計算機、加載裝置與加載控制系統(tǒng)等組成。加載裝置與加載控制系統(tǒng)等組成。計算機是加載過程的控制和試驗數(shù)據(jù)采計算機是加載過程的控制和試驗數(shù)據(jù)采集都由計算機來實現(xiàn)，同時對試驗結(jié)構(gòu)的集都由計算機來實現(xiàn)，同時對試驗結(jié)構(gòu)的其他反應(yīng)參數(shù)，如應(yīng)變、位移等進行演算其他反應(yīng)參數(shù)，如應(yīng)變、位移等進行演算和處理。和處理。加載裝置與加載控制系統(tǒng)其功能是根據(jù)加載裝置與加載控制系統(tǒng)其功能是根據(jù)該時刻由計算機傳來的位移指令轉(zhuǎn)換為電該時刻由計算機傳來的位移指令轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入，用于電液伺服系統(tǒng)，使加載壓信號輸入，用于電液伺服系統(tǒng)，

15、使加載器按指定指令工作。擬動力試驗可采用與器按指定指令工作。擬動力試驗可采用與靜力試驗或擬靜力試驗一樣的加載裝置。靜力試驗或擬靜力試驗一樣的加載裝置。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.試驗步驟試驗步驟（1在計算機系統(tǒng)中在計算機系統(tǒng)中輸入地震加速度時程曲輸入地震加速度時程曲線，并按一定的時間間線，并按一定的時間間隔數(shù)字化。隔數(shù)字化。（2把各時刻的地震把各時刻的地震加速度值代入運動方程，加速度值代入運動方程，解出時刻的地震反應(yīng)位解出時刻的地震反應(yīng)位移值。移值。（3由計算機控制電由計算機控制電液伺服加載系統(tǒng)，將施液伺服加載系統(tǒng)，將施加到結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)這一加到結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)

16、這一步的地震反應(yīng)。步的地震反應(yīng)。（4量測此時試驗結(jié)量測此時試驗結(jié)構(gòu)的反力，并代入運動構(gòu)的反力，并代入運動方程，按地震反應(yīng)過程方程，按地震反應(yīng)過程的加速度進行時刻的位的加速度進行時刻的位移的計算，量測試驗結(jié)移的計算，量測試驗結(jié)構(gòu)反力。構(gòu)反力。（5重復(fù)上述步驟，重復(fù)上述步驟，按輸入時刻的地震加速按輸入時刻的地震加速度值，求解位移和結(jié)構(gòu)度值，求解位移和結(jié)構(gòu)反力，連續(xù)進行加載試反力，連續(xù)進行加載試驗，直到試驗結(jié)束。驗，直到試驗結(jié)束。輸入地震波的加速度時程曲線SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.擬動力試驗的特點與局限性擬動力試驗的特點與局限性特點特點1擬動力試驗是將地震實際

17、反應(yīng)所產(chǎn)生擬動力試驗是將地震實際反應(yīng)所產(chǎn)生的慣性力作為荷載加在試驗結(jié)構(gòu)上；的慣性力作為荷載加在試驗結(jié)構(gòu)上；2加載過程完全可以看成是靜態(tài)的，試加載過程完全可以看成是靜態(tài)的，試驗結(jié)構(gòu)重現(xiàn)地震作用的反應(yīng)也就可以人為驗結(jié)構(gòu)重現(xiàn)地震作用的反應(yīng)也就可以人為的緩慢進行，特別是破壞過程，更利于觀的緩慢進行，特別是破壞過程，更利于觀察和研究。察和研究。 局限性局限性1不是實時的試驗分析過程不是實時的試驗分析過程 ；2要求有一定的設(shè)備和技術(shù)條件；要求有一定的設(shè)備和技術(shù)條件； 3擬動力試驗是用靜力試驗方法來重現(xiàn)；擬動力試驗是用靜力試驗方法來重現(xiàn)； SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.S

18、CHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.1 振動臺臺體結(jié)構(gòu) 2 液壓驅(qū)動和動力系統(tǒng) 3 控制系統(tǒng) 4 測試和分析系統(tǒng) SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT. 結(jié)構(gòu)的動力特性反映結(jié)構(gòu)本身所固有的動力特性。包括結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼系數(shù)比）、振型等參數(shù)動力參數(shù)或模態(tài)參數(shù)）。這些參數(shù)決定于結(jié)構(gòu)的形式、剛度、質(zhì)量分布、材料特性及構(gòu)造連接等因素，而與外載無關(guān)。結(jié)構(gòu)的動力特性是進行結(jié)構(gòu)抗震計算、解決結(jié)構(gòu)共振問題及診斷結(jié)構(gòu)累積損傷的基本依據(jù)。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERIN

19、G. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.1 自由振動法 2 強迫振動法共振法） 3 環(huán)境隨機振動法(脈動法) 圖6.2.2 自由振動時間歷程曲線tSCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.1iiAA)(dininTttAeAednTe)sin()(tAetxdtn 20020dnxxxA000arctg xxxndSCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.共振時的振動圖形和共振曲線由共振曲線求阻尼系數(shù)和阻尼比AxBxm0.707xmax用共振法測建筑物振型212n脈動信號記錄圖SCHOOL OF CIVIL

20、 ENGNIEERING. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT. 結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)試驗是測定結(jié)構(gòu)在實際工作時的振動參數(shù)振幅、頻率及性狀，例如動力機器作用下廠房結(jié)構(gòu)的振動、在移動荷載作用下橋梁的振動、地震時建筑結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)強震觀測等。量測得到的這些資料，用來研究結(jié)構(gòu)的工作是否正常、平安，存在何種問題，薄弱環(huán)節(jié)在何處等。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.1 強迫振動共振加載 2 有控制的逐級動力荷載測試 1 地震模擬振動臺 2 爆破震動 3 天然地震 工程結(jié)構(gòu)中存

21、在著許多疲勞現(xiàn)象，如承受吊車荷載作用的吊車梁，直接承受懸掛吊車作用的屋架。這些結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件在重復(fù)荷載作用下達到破壞時的應(yīng)力比其靜力強度要低得多，這種現(xiàn)象稱為疲勞。結(jié)構(gòu)疲勞試驗的目的就是要了解在重復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能及變化規(guī)律。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.1)抗裂性及開裂荷載； 2)裂縫寬度及其發(fā)展；3)最大撓度及其變化幅度； 4)疲勞極限值。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT. 為了滿足鑒定橋梁承載力的要求，試驗荷載工況的選擇應(yīng)反映橋梁結(jié)構(gòu)的最不利受力狀態(tài)，簡

22、單結(jié)構(gòu)可選12個工況，復(fù)雜結(jié)構(gòu)可適當多選幾個工況，但不宜過多。在進行各荷載工況布置時，可參照截面內(nèi)力或變形影響線進行，一般設(shè)兩三個主要荷載工況，同時可根據(jù)試驗橋梁結(jié)構(gòu)體系的具體情況再設(shè)若干個附加荷載工況。 SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.（1靜載級別靜載級別 為了加載安全和了解結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變位隨試驗荷載增加的變化關(guān)系，對橋為了加載安全和了解結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變位隨試驗荷載增加的變化關(guān)系，對橋梁荷載試驗各主要工況的加載應(yīng)分級進行，而且一般安排在開始的幾梁荷載試驗各主要工況的加載應(yīng)分級進行，而且一般安排在開始的幾個加載程序中執(zhí)行。附加工況一般只設(shè)置最大內(nèi)力加載程序。個加載程

23、序中執(zhí)行。附加工況一般只設(shè)置最大內(nèi)力加載程序。l分級控制的原則。當加載分級較為方便時，可按最大控制截面內(nèi)力荷分級控制的原則。當加載分級較為方便時，可按最大控制截面內(nèi)力荷載工況均分為載工況均分為45級。當使用載重車加載，車輛稱重有困難時也可級。當使用載重車加載，車輛稱重有困難時也可分成分成3級加載。級加載。2車輛荷載加載分級的方法。逐漸增加加載車輛數(shù)。先上輕車后上重車輛荷載加載分級的方法。逐漸增加加載車輛數(shù)。先上輕車后上重車。加載車位于內(nèi)力影響線的不同部位。車。加載車位于內(nèi)力影響線的不同部位。SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING. LUT.（2動載級別動載級別 在動載試驗中，跳車、剎車、重物卸載、跑車以及脈動在動載試驗中，跳車、剎車、重物卸載、跑車以及脈動試驗中，需對跑車的速度和重物的重量進行分級處理。試驗中，需對跑車的速度和重物的重量