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1、结构抗震静力实验方法综述李循锐(合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009)摘要：详细介绍了两种结构抗震试验方法:伪静力试验和拟动力试验,对伪静力试验的加载设备和装置及试验方法作了说明,具体阐述了拟动力试验的基本方法和等效单自由度体系的拟动力试验及子结构技术,以期指导实践。关键词：结构抗震静力试验；伪静力试验；拟动力试验0引言我国处在欧亚地震带和环太平洋地震带的包围之中，汶川地震震害教训非常深刻，为了防御和减轻地震灾害，保护人民生命和财产安全，必须使建筑物具备足够的抗震能力及良好的抗震性能。对建
2、筑结构进行抗震试验，可以对建筑结构的抗震能力和抗震性能进行评价。通过抗震试验，可以研究结构在弹性阶段的自振周期、振型、能量耗散和阻尼值亦即结构的线性动力特性；也可以研究非线性阶段的能量耗散、滞回特性、延性性能、破坏机理亦即结构的非线性性能。1概述在长期抵御地震灾害的过程中,人们认识到工程结构抗震试验是研究结构抗震性能的一个重要途径和方法。由于地震发生前的不确定性和发生传播的不确定性,这个也使结构在地震反应也是不确定性的。所以结构抗震试验很大程度上是简化或者是将不确定性确定化,从而让试验可以实施[1]。2结
3、构抗震静力实验结构抗震静力试验是以静力的方式模拟地震作用的试验。结构抗震试验又分为伪静力试验和拟动力试验。结构抗震静力试验优点是设备要求不高,成本低。但是,抗震静力试验最本质的缺点是不能反映地震时材料应变速率的影响。3伪静力实验3.1加载设备和装置3.1.1加载设备结构伪静力试验加载设备有很多种,以前一般采用手动加载的方法,实验室里主要采用机械式千斤顶或是液压式千斤顶。而手动加载自动化程度太低,也不容易提高试验数据的精度。目前,随着经济的发展,实验室里主要采用的是电液伺服加载系统。3.1.2加载的反力装置
4、电液伺服加载器一方面和试件相连,另一方面和反力装置相连,方便对结构进行加载作用。当然,试件也需要固定并模拟实际边界条件,所以反力装置与传力装置是伪静力加载试验中所必需的。目前常用的反力装置主要有反力墙、反力支座、门式钢架、反力架和相应的各种组合载荷架。从加载方向来看,有竖向反力装置和水平单向反力装置,而后者又包括固定式反力墙、移动式反力墙和移动式反力支架。3.2单向伪静力加载试验3.2.1加载规则1)力控制加载。力控制加载方式就是以每次循环的力的幅度作为控制量进行加载的一种方法。由于试件在屈服后很难控制加
5、载的力,所以试验加载中很少单独采用这种方法。2)位移控制加载。位移控制加载就是在加载过程中以位移作为控制量,按照一定的位移增幅进行循环的加载,幅值有从小到大变化的,也有恒定的,当然也有大小混合的。3)位移控制加载。力—位移混合控制加载:这种方法首先以力的控制进行加载,当试件达到屈服状态,则改用位移控制。在《建筑抗震试验方法规程》中有明确的规定。其中屈服状态的确定是个很不精确的概念,需要特别注意。3.2.2实验控制方法电液伺服结构试验设备的发展使得结构的伪静力试验变得简单。电液伺服试验系统主要由以下几个部分
6、组成:计算机、A/D和D/A转换器、模拟控制器、电液伺服加载器、传感器和有关的辅助设备。A/D,D/A转换器可以采用汇编语言、C语言或者是Basic语言编写;对于结构工程研究人员来说,整个过程采用高级语言编写软件进行控制比较简单。3.2.3恢复力模型、损伤模型以及参数确定构件的恢复力模型以及参数的确定是分析结构弹塑性地震反应的基础,只有合理地建立起基本构件的恢复力模型并且准确地确定模型参数,理论计算结果才能反映实际结构的真实特性。目前的恢复力模型有两大类:1)折线型;2)光滑型。折线型的恢复力模型主要有双
7、线性模型、三线性模型和滑移滞回模型等,在这个基础之上,进一步考虑强度退化和刚度退化将得到更为复杂的恢复力模型;光滑型模型主要是通过微分方程的形式来表示各个不同受力状态的构件恢复力滞回曲线和承载力、刚度退化效应。3.3双向伪静力加载试验地震对结构的作用不是试验中那么单方向的,其实是多方向的,而且有很大的不确定性,大量的地震灾害调查表明,水平双向地震比单向地震对钢筋混凝土结构的破坏作用要大很多。这是因为,一个方向的损伤直接导致了另一个方向上构件抗震性能的下降。因此研究结构或构件在双向受力状态下的抗震性能是非常
8、有意义的。由于结构的弹塑性变形特性与加载路径有关系,所以根据研究的目的和方法的不同,双向加载规则也有许多种形式。由于大多加载过程中采用的是位移控制规则,所以使用电液伺服加载试验设备是比较容易实现的。4拟动力实验4.1拟动力试验的基本方法拟动力试验的基本思想是基于结构动力方程的数值计算过程。对于一个离散的多自由度结构,其动力方程可以写成:(1)其中,M,C,K分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;,,x分别为结构相对于地面的加速度
