第六章-結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載

6.1概述低周反復(fù)加載靜力試驗(yàn)方法：主要研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能。采用假定在第一振型條件下，給試驗(yàn)對象施加低周反復(fù)循環(huán)的力或位移。由于反復(fù)加載時每一加載周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)本身的周期，實(shí)質(zhì)上還是采用靜力的方法近似模擬地震作用。所以又稱為偽靜力或擬靜力試驗(yàn)。目的：研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的恢復(fù)力特性，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的恢復(fù)力計算模型。鋼筋混凝土柱滯回曲線恢復(fù)力模型恢復(fù)力：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受外力產(chǎn)生變形后企圖恢復(fù)都原有狀態(tài)的抗力，稱為恢復(fù)力。衡量結(jié)構(gòu)的耗能能力，確定結(jié)構(gòu)等效阻尼比，從恢復(fù)力曲線確定結(jié)構(gòu)一次加載到骨架曲線，結(jié)構(gòu)的初始剛度和剛度退化等重要參數(shù)。通過試驗(yàn)可以從強(qiáng)度、變形和能量等三個方面判別和鑒定結(jié)構(gòu)的抗震性能。通過試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞機(jī)理，為改進(jìn)抗震設(shè)計方法和修改設(shè)計規(guī)范提供依據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)過程中可以隨時停下來觀察結(jié)構(gòu)的開裂和破壞狀態(tài)，可根據(jù)試驗(yàn)需要修正和改變加載歷程。不足之處是：加載歷程是事先由試驗(yàn)者確定的，與地震記錄不發(fā)生關(guān)系。由于荷載在是按照力或位移對稱反復(fù)加載，與實(shí)際地震反應(yīng)相差很遠(yuǎn)，另外不能反映應(yīng)變速率對結(jié)構(gòu)的影響。6.2結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗(yàn)的加載制度加載制度：一般國內(nèi)外較普遍的為控制位移加載、控制作用力加載和控制作用力和位移的混合加載。一、控制位移加載是一種普遍的加載方式。加載過程中以位移為控制值，或以屈服位移的倍數(shù)為加載的控制值。位移可以是線位移，也可以是轉(zhuǎn)角、曲率或應(yīng)變。位移控制加載一般有等幅加載、變幅加載和變幅等幅混合加載。變幅加載：一般用于確定構(gòu)件恢復(fù)力特性建立恢復(fù)力模型。等幅加載主要確定結(jié)構(gòu)在特定位移幅值下的特定性能。一般研究結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低率和剛度退化規(guī)律。等幅和變幅混合加載：綜合研究結(jié)構(gòu)的性能。研究結(jié)構(gòu)在不同加載幅值順序?qū)?gòu)件性能的影響。控制作用力加載法：通過控制施加于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的力的變化實(shí)現(xiàn)低周反復(fù)加荷要求。由于結(jié)構(gòu)屈服后很難以力控制加載，所以一般較少采用?？刂屏涂刂莆灰苹旌霞虞d法一般采用先控制力然后再控制位移加載方法。先控制力加載時，不管位移是多少，先加載到結(jié)構(gòu)屈服，然后施加位移（一般以一參考位移倍數(shù)加載），直到結(jié)構(gòu)破壞。6.2雙向加載制度為了研究地震對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間組合效應(yīng)，在X和Y方向同時施加低周反復(fù)荷載。包括X和Y方向同步加載；

X和Y方向不同步加載6.3結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載靜力試驗(yàn)主要講鋼筋混凝土梁、柱節(jié)點(diǎn)組合體的抗震性能試驗(yàn)對于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)抗震性能好壞直接影響結(jié)構(gòu)整體抗震性能。節(jié)點(diǎn)承受彎矩、軸力和剪力的作用，這樣復(fù)雜的應(yīng)力使節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生復(fù)雜的變形，其中主要是剪切變形。這樣不僅使梁柱連接不能保持直角，而且框架的應(yīng)力和變形狀態(tài)都會發(fā)生變化，所以對結(jié)構(gòu)抗震來說，節(jié)點(diǎn)抗震性能研究比一般結(jié)構(gòu)更有意義。

一、試件和邊界條件的模擬（a)一般取上、下柱反彎點(diǎn)比為1（b)對于柱鉸型結(jié)構(gòu)，上、下柱反彎點(diǎn)取為2.

為了反映鋼筋混凝土材料特性，試件尺寸一般不小于實(shí)際構(gòu)件的1/2。最好采用足尺試件。為了避免梁首先發(fā)生剪切破壞，建議梁的高跨比一般不小于1/3。邊界條件：實(shí)際框架在水平荷載作用下，節(jié)點(diǎn)上柱反彎點(diǎn)可視為可移動的鉸，下柱反彎點(diǎn)可視為固定鉸。節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁的反彎點(diǎn)可視為可水平移動的鉸。

模擬這種邊界條件，柱端需要施加側(cè)向位移和荷載，加載和支座裝置比較復(fù)雜。在實(shí)際試驗(yàn)中一般采用柱端為固定鉸，梁兩側(cè)反彎點(diǎn)為自由端，適合于梁端塑性鉸或核心區(qū)為研究對象，但要研究柱端塑性鉸，需要在柱端施加荷載。二、試驗(yàn)裝置和加載設(shè)計梁、柱節(jié)點(diǎn)試件安裝在荷載支撐架內(nèi)，柱上、下端都有鉸支座，在柱頂通過自由端施加軸向荷載。在梁的兩端施加反對稱低周反復(fù)荷載。梁柱組合體有側(cè)移柱端加載試驗(yàn)裝置為了反映節(jié)點(diǎn)在地震荷載作用下實(shí)際受力性質(zhì)，可以采用專門的幾何可變式試驗(yàn)架來滿足試驗(yàn)要求。加載程序：一般采用混合加載法開始采用力的控制方法，等到加到梁的屈服荷載，然后采用位移加載控制。需要研究強(qiáng)度和剛度退化時同一位移下反復(fù)循環(huán)３－５次。三、試驗(yàn)觀察項(xiàng)目的測點(diǎn)布置試驗(yàn)觀察內(nèi)容可根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康膩泶_定，一般要求量測的項(xiàng)目有：支座反力、荷載變形曲線、變形（梁端和柱端位移）、梁或柱端塑性鉸曲率或截面轉(zhuǎn)角、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角，鋼筋應(yīng)力，核心區(qū)箍筋應(yīng)力，鋼筋滑移以及裂縫觀察。１.荷載和支座反力通過測力傳感器測定，梁端加載需要柱端支座反力，而柱端加載需要梁端支座反力。２.荷載變形曲線通過電子位移計測得；３.對于梁端或柱端位移的測定，主要是量測加載截面處的位移，并在控制位移加載階段依次控制加載程序；４.對于構(gòu)件塑性鉸區(qū)段曲率和轉(zhuǎn)角的測點(diǎn)，一般可在梁或柱距離柱或梁截面１／２截面高度布置。５.節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角可通過核心對角線位移量來確定；６.鋼筋應(yīng)力一般通過電阻應(yīng)變計測定。

７.梁內(nèi)縱筋滑移可通過主筋上一點(diǎn)對柱面混凝土一點(diǎn)的位移來確定。6.4計算機(jī)-加載器聯(lián)機(jī)試驗(yàn)盡管低周反復(fù)加載試驗(yàn)可以測定結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下的性能，但是由于試驗(yàn)歷程預(yù)先人為設(shè)定，不能反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實(shí)反應(yīng)。為了真實(shí)了解結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實(shí)反應(yīng)，需要按照地震反應(yīng)制定加載歷程。一種方法假定恢復(fù)力模型，然后通過計算機(jī)計算分析，確定結(jié)構(gòu)位移作為加載指令：這種方法問題主要是在試驗(yàn)前必須確定結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力特性，而假定試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠穹蠈?shí)際情況，還要試驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證。很難得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實(shí)反應(yīng)。為了克服這個問題，提出了計算機(jī)－加載器聯(lián)機(jī)加載試驗(yàn)，也稱為擬動力試驗(yàn)。擬動力試驗(yàn)的工作原理

不需要假定恢復(fù)力模型，而可以由計算機(jī)完成非線性地震反應(yīng)微分方程的求解，而恢復(fù)力是通過直接測量作用在試驗(yàn)對象上的加載器的荷載值確定。