注册结构专业基础结构低周反复加载静力试验讲义secret文档格式.docx

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图中纵坐标是延性系数μ或位移值，横坐标为反复加载的周次，每一周以后增加位移的幅值。

用变幅加载来确定恢复力模型，研究强度、变形和耗能的性能。

（2）等幅加载

控制位移的等幅加载如图18—4—2所示。

这种加载制度在整个试验过程中始终按照等幅位移施加，主要用于研究构件的强度降低率和刚度退化规律。

（3）变幅等幅混合加载

混合加载制度是将变幅、等幅两种加载制度结合起来如图18—4—3所示。

这样可以综合地研究构件的性能，其中包括等幅部分的强度和刚度变化，以及在变幅部分特别是大变形增长情况下强度和耗能能力的变化。

在这种加载制度下，等幅部分的循环次数可随研究对象和要求不同而异，一般可从两次到十次不等。

在上述三种控制位移的加载方案中，以变幅等幅混合加载的方案使用得最多。

2．控制作用力加载法

控制作用力的加载方法是通过控制施加于结构或构件的作用力数值的变化来实现低周反复加载的要求。

控制作用力的加载制度如图18—4—1（b）所示。

纵坐标用力值表示，横坐标为加卸荷载的周数。

由于它不如控制位移加载那样直观地可以按试验对象的屈服位移的倍数来研究结构的恢复力特性，所以在实践中这种方法使用得比较少。

3．控制作用力和控制位移的混合加载法

混合加载法是先控制作用力再控制位移加载。

先控制作用力加载时，不管实际位移是多少，一般是经过结构开裂后逐步加上去，一直加到屈服荷载，再用位移控制。

开始施加位移时要确定一标准位移Jo，它可以是结构或构件的屈服位移，在无屈服点的试件中，δ0由研究者自定数值。

在转变为控制位移加载起，即按δ0值的倍数μ值控制，直到结构破坏。

（二）双向反复加载

为了研究地震对结构构件的空间组合效应，可在X、Y两个主轴方向同时施加低周反复荷载。

如对框架柱或压杆的空间受力和框架梁柱节点在两个主轴方向所在平面内采用梁端加载方案施加反复荷载试验时，可采用双向同步或非同步的加载制度。

1．X、Y轴双向同步加载

与单向反复加载相同，低周反复荷载作用在与构件截面主轴成45角的方向作斜向加载，使X、Y两个主轴方向的分量同步作用。

反复加载同样可以是控制位移、控制作用力和二者混合控制的加载制度。

2．X、Y轴双向非同步加载，

非同步加载是在构件截面的X、Y两个主轴方向分别施加低周反复荷载。

由于X、Y两个方向可以不同步的先后或交替加载。

因此，它可以有如图18—4—4所示的各种X、Y变化方案。

图18—4—4（a）为在X轴不加载，Y轴反复加载，或情况相反，即是前述的单向加载；

图18—4—4（b）为X轴加载后保持恒载，而Y轴反复加载；

图18—4—4（c）为X、Y轴先后反复加载；

图18—4—4（d）为X、Y两轴交替反复加载；

此外还有图18—4—4（e）的“8”字形加载或图18—4—4（f）的方形加载等。

当采用由计算机控制的电液伺服加载器进行双向加载试验时，可以对一结构构件在X、Y两个方向成90°

作用。

实现双向协调稳定的同步反复加载。

二、砖石及砌块结构墙体抗震性能试验

（一）试件和边界条件的模拟

砖石及砌块墙体试验时，当模拟横墙工作时，可采用带翼缘的单层单片墙，也有采用双层单片墙或开洞墙体的砌体试件（见前图18—1—4）。

对于纵墙则可按计算单元根据门窗孔洞分布的情况，采用有两个或一个窗间墙的双肢或单肢窗间墙试件（见前图18—1—5）。

多层砖石结构及砌块房屋在抗震设计时被假定为承受剪切变形，即在楼层间只有相对水平位移，而无层间的相对转角。

为了在试验中能再现墙体在地震力作用下经常出现的斜裂缝或交叉斜裂缝的震害破坏现象，在墙体安装及考虑试验装置时必须要满足结构边界条件的模拟。

（二）试验加载装置设计

1．竖向均布加载的悬臂式试验装置（图18—4—5）．

该装置在竖向加载器顶部装有特制的滚轴，当墙体受水平荷载产生水平位移时，竖向荷载的作用点与相对位置不发生变化，可以保证试件有可平移滑动的边界和受力状态。

采用这种装置时试件高宽比不宜大于1／3，否则试验时可能出现弯曲而产生水平裂缝，导致弯剪型破坏。

这种装置比较接近于顶层墙体的工作情况。

对于其他层次墙顶还有弯矩作用，这时要求墙顶作用的是非均布竖向荷载，可采用图18—4—6的装置，通过墙顶刚性的L型横梁，对墙顶产生弯矩效应。

另一种方法就是采用多层墙体试件，增大墙体的高宽比来满足弯剪型破坏的试验要求。

2．固端平移式试验装置（图18—4—7）

这种装置保证试验时只允许试件顶部产生水平位移而不产生转动，使试验最接近多层砖石房屋中墙体在地震时的受力状态和边界条件。

（三）试验加载程序

试验加载中模拟竖向荷载的液压加载器通过试件上部的压梁将荷载均匀分布地作用在砌体上，竖向荷载一次加到设计控制的数值，加载器的数量和荷载的大小根据砌体截面及控制竖向应力的大小来设计确定，在整个试验过程中，通过加载稳压装置保持竖向荷载数值不变。

水平反复荷载在弹性阶段，即砌体开裂前以荷载控制，为便于正确发现墙体开裂和确定墙体的开裂荷载，荷载的分级可取预计极限荷载的1／5—1／10，逐级增加。

墙体开裂后按变形进行控制，由于砖石及砌块墙体没有明显的屈服点，所以变形的控制数值也可按研究要求加以确定。

也有以开裂位移为控制参数，以后按此确定值的倍数逐级增加，直至结构破坏。

在进行低周反复加载时，每级荷载要求反复循环的次数，主要由试件变形是否趋于稳定而定，一般在墙体开裂前其变形曲线基本上是一直线，故在控制荷载试验时，每级荷载仅反复一次即可。

开裂后，墙体产生一定的塑性变形和摩擦变形，一般情况下反复2～3次，变形就基本上趋于稳定。

也有认为，砖石及砌块结构属于脆性，所以第一次反复加载后，即可以反映试件的变形性能。

这样在控制变形加载时，也与控制荷载试验时一样，每级荷载进行一次反复，直至试件完全破坏。

按位移控制加载时，应使骨架曲线出现下降段，墙体至少应加载到荷载下降为极限荷载的85％时，方可停止试验。

（四）试验观测与测点布置

1．墙体位移和荷载变形曲线测量

墙体位移主要是测量墙体在低周反复水平荷载作用下的侧向位移。

可以沿墙体高度在其中心线位置上均匀间隔布置五个测点（图18—4—8），这样既可以测到墙体顶部的最大位移，又可以得到墙体的侧向位移曲线。

测点φ6，φ7可测定墙体转动。

试验中要注意消除或修正试件的平移和转动对侧向位移的影响。

墙体的剪切的变形可以通过按墙体对角线布置的位移计来测量。

目前由于试验自动记录和绘图的要求，位移测量多数是采用电测位移传感器，它与荷载传感器一起通过放大器后分别输入X—Y函数记录仪，即可测得墙体顶点的荷载位移恢复力特性曲线，也可以输入磁带记录器，由磁带进行储存，必要时进行回放显示。

2．应变测量

为了量测墙体的剪切变形和主拉应力，应变测量均应布置应变网络测点，由于墙体材质的不均匀性，为了测量特定部位的平均应变，要求测点有较大的量测标距，跨越砖块与灰缝，所以较多地使用百分表量测应变装置或手持式应变仪进行量测，有时当使用长标距的电阻应变计量测墙体应变时，也经常会出现离散性较大，规律性较差的试验结果。

对于有构造柱或钢筋网抹灰加固的墙体，则可用电阻应变计直接粘贴在混凝土或砂浆表面及钢筋上进行量测。

例：

1．低周反复加载试验中低周是指（A）。

A.加载过程的时间周期

B.试验对象的同有周期

C.加载设备的固有周期

D.以上三种说法均不对

2.下列哪一条不是低周反复加载试验的目的?

（A）

（A）研究结构的动力特性;

（B）研究结构在地震荷载作用下的恢复力特性;

（C）判断和鉴定结构的抗震性能;

（D）研究结构的破坏机理。

3.下列低周反复加载试验的加载方案,哪一种是不对的?

（B）

（A）控制位移加载;

（B）控制加速度加载;

（C）控制作用力加载;

（D）控制作用力和位移的混合加载。

三、钢筋混凝土框架梁柱节点组合体的抗震性能试验

钢筋混凝土框架梁柱节点的试件，可取框架在侧向荷载作用下节点相邻梁柱反弯点之间的组合体，经常采用十字形试件。

根据试验研究的要求一般取上下柱反弯点比为1（图18—4—9（a）），对于某些柱铰型的组合体试件，上下柱的反弯点比也可取为2（图18—4—9（b））。

在柱上施加轴力N，并按地震时框架的应力情况施加P1和P2，图18—4—9（c），（d）为相对框架中心线转动角的X形试件。

为了反映钢筋混凝土的材料特性，试件尺寸比例一般不小于实际构件的1/2。

对于主要研究节点构造时，宜采用足尺试件，并保证配筋构造符合或接近实际。

对于十字形试件为了避免因梁首先发生剪切破坏而影响取得预期的结果，建议梁的高跨比一般不小于1／3。

在实际框架结构中，当侧向荷载作用时，节点上柱反弯点可视为水平可移动的铰，相对于上柱反弯点，下柱反弯点可视为固定铰，而节点两侧梁的反弯点均为水平可移动的铰（图18—4—10（a））。

这样的边界条件比较符合节点在实际结构中的受力状态。

模拟这种边界条件，需要采用柱端施加侧向荷载或位移的方案，其加载及支承装置较为复杂。

在实际试验中为了使加载装置简便，往往采用梁端施加反对称荷载的方案，这时节点边界条件是上下柱反弯点均为不动铰，梁两侧反弯点为自由端（图18—4—10（b））。

以上两种方案的主要差别在于后者忽略了柱子的荷载位移效应。

因此对于必须考虑荷载位移效应的试验，如主要以柱端塑性铰为研究对象时，应该采用柱端加载的方案。

对于以梁端塑性铰或核心区为主要研究对象时，可采用梁端反对称加载方案。

当采用X形试件时要如实模拟边界条件比较困难。

但当试验目的为了了解节点初始设计应力状态和极限应力状态下的性能，或者是纯粹的研究性试验，采用X形试件方案也可达到试验的目的。

（一）试验加载装置设计

1．钢筋混凝土梁柱节点组合体梁端加载试验装置

梁柱节点组合体试件安装在荷载支承架内，在柱的上下端都安装有铰支座，在柱顶自

的另两个支点A'

、B'

，对另一梁端和柱端的另一侧施加荷载。

每次荷载后须将试件反复转动90角来实现和满足反复加载的要求，这将会对试验带来很大的不便。

这时所有量测仪表必须通过特殊设计的支架直接固定于试件上进行量测。

（二）试验加载程序

试验加载采用控制作用力和控制位移的混合加载法。

当采用梁端加载方法时，第一循环先是以控制作用力加载，加载数值为计算屈服荷载的3／4、即为3／4Py，第二循环加载到梁的屈服荷载Py，以后控制位移加载，即以梁端屈服位移值的倍数（即梁端位移延性系数）逐级加载。

对于柱端加载的试验，则按柱端屈服时柱端水平位移的倍数来分级。

在控制位移加载时，每级荷载下可以仅仅反复一次，也可反复2～3次，视研究需要而定，直至破坏。

当需要研究试件的强度或刚度退化率时，则可以在同一位移下反复循环3—5次。

（三）试验观测与测点布置

1．荷载—变形曲线主要采用电测位移计，通过X—Y函数记录仪记录整个试验荷载—变形曲线全过程。

要求位移传感器保证精度要求外，尚要保证足够的量程，以满足构件进入非线性阶段量测大变形的要求。

2．对于梁或柱端位移的测定，主要是量测加载截面处的位移，并在控制位移加载阶段依此控制加载程序（图18—4—14）。

3．量测构件塑性铰区段曲率或转角的测点，对于梁一般可在距柱面hb／2（梁高）或hb处布点，对于柱子则可在距梁面hc／2（柱宽）处布置测点（图18—4—14）。

4．节点核心区剪切角可通过量测核心区对角线的位移量来计算确定（图18—4—14）。

5．梁柱纵筋应力一般用电阻应变计量测。

测点布置以梁柱相交处截面为主（图18—4—15（a））。

在试验中为了测定塑性铰区段的长度或钢筋锚固应力，还可根据试验要求沿纵向钢筋布置更多的测点。

对于预制装配节点，由于钢筋焊接等因素的影响，不能在梁柱交界处布置钢筋应变测点时，则可将测点位置适当外移。

6．核心区箍筋应力的测点可按核心区对角线方向布置，也可沿柱的轴线方向布点，则测得的是沿轴线方向垂直截面上的箍筋应力分布规律（图18—4—15）。

7．梁内纵筋通过核心区的滑移量△可以通过量测并比较靠近柱面处梁主筋上B点对于柱面混凝土C点之间的位移△l及B点相对于柱面处钢筋上A点之间的位移△2得到

△=△1一△2

测点布置时（图18—4—16）A点与C点应尽量接近。

8．裂缝开展情况的记录与描绘。