杨晓明建筑结构试验第四章结构动载试验

建筑工程学院 辽宁工程技术大学 建筑结构试验 结 构 动 载 试 验 主讲教师：杨晓明 2021/4/11 2 主要内容 1 概述 2 动载试验仪器仪表 3 结构振动测试 4 结构抗震试验 5 结构疲劳试验 2021/4/11 3 概述 结构振动试验 结构抗震试验 结构疲劳试验 爆炸或冲击试验 低周反复荷载试验 结构拟动力试验 2021/4/11 4 概述 动载与静载试验区别 : （ 1）荷载随时间连续变化 （ 2）结构反应与自身动力特性相关 （ 3）承载能力与使用性能要求发生变化 （ 4）冲击或爆炸，荷载时间很短 2021/4/11 5 主要内容 1 概述 2 动载试验仪器仪表 3 结构振动测试 4 结构抗震试验 5 结构疲劳试验 2021/4/11 6 动载试验仪器仪表 测试基本要求 （ 1）测试频率。土木结构 100Hz （ 2）信号滤波和衰减 低通、高通、带通、带阻 （ 3）绝对测量和相对测量 绝对加速度和绝对速度；相对位移 （ 4）测量仪器的分辨率 2021/4/11 7 动载试验仪器仪表 加速度传感器 1.外壳 2.硬弹簧 3.质量块 4.压电晶体 2021/4/11 8 动载试验仪器仪表 动载试验加载设备 （ 1）电液伺服加载系统 （ 2）激励锤和激振器 （ 3）其他设备 2021/4/11 9 主要内容 1 概述 2 动载试验仪器仪表 3 结构振动测试 4 结构抗震试验 5 结构疲劳试验 2021/4/11 10 结构振动测试 目的 （ 1）掌握结构动力特性（ 录像 ） （ 2）掌握作用在结构上的动荷载特性 （ 3）损伤诊断和健康监测 动力特性 结构损伤 监测信号变化 健康监测 2021/4/11 11 结构振动测试 某大桥动力测试 8 20米 南 北 试验跨 分隔带人行道 应变计 位移计 1 2 3 4 5 6 7 西 东 2021/4/11 12 结构振动测试 全桥共用速度传感器 3个，全部为竖向，分别布 置在试验跨 L/4、 L/2、 3L/4桥面一侧。桥梁动挠 度测试的测点布置在试验桥跨的跨中。 江苏东华测试仪器有限公司生产的 DH5922-32振 动信号采集分析系统 低频加速 度传感器 低通滤波 放大器 数据采集 仪 计算机分 析系统 2021/4/11 13 结构振动测试 试验工况 工况内容 工况 1 脉动试验 工况 2 10 km/h，跑车试验 工况 3 20 km/h，跑车试验 工况 4 30 km/h，跑车试验 工况 5 10km/h，刹车制动试验 工况 6 5km/h，跳车试验 2021/4/11 14 结构振动测试 2021/4/11 15 结构振动测试 2021/4/11 16 结构振动测试 试验工况 试验车速 (km/h) 冲击系数（ 1+ ） 跑车 10 1.05 20 1.10 30 1.12 刹车 20 1.13 跳车 10 1.15 2021/4/11 17 结构振动测试 结论 （ 1）理论计算固有频率值为 1.74Hz，实测桥梁结 构固有频率 6.8Hz，大于理论计算值，说明桥梁 结构的实际刚度大于理论刚度。 （ 2）根据动力冲击系数的实测值来评价桥梁结构 的行车性能，动荷载跑车试验所实测冲击系数都 小于 1.2，说明桥梁结构的行车性能尚好，桥面 铺装较为完好。 （ 3）实测桥梁结构阻尼比 0.025，对数衰减率为 0.157，与同类桥梁相比，该桥梁结构耗散外部 能量较快，说明桥梁结构存在开裂情况。 2021/4/11 18 主要内容 1 概述 2 动载试验仪器仪表 3 结构振动测试 4 结构抗震试验 5 结构疲劳试验 2021/4/11 19 结构抗震试验 建筑结构抗震设计的基本概念：抗震延性的保 证，包括抗震设计计算和抗震构造措施两部分。 结构抗震性能研究的主要内容：地震荷载作用下 结构的破坏机制、破坏形态、延性、耗能、强度 等。 结构抗震性能研究的主要试验手段： 伪静力试验 拟动力试验 振动台试验 2021/4/11 20 结构抗震试验 伪静力试验 结构低周反复加载试验的主要研究内容： 恢复力模型：相当于结构的物理方程 抗震性能判定：强度、刚度、变形、延性、耗能 破坏机制研究：为抗震设计提供方法和依据 伪静力试验的特点： 试验装置及加载设备简单、观测方便，但加载制 度是人为确定的，与真实情况差异较大，且不能 考虑应变速度及阻尼的影响。试验值偏低，一般 情况下低周反复加载静力试验结果偏于安全。 2021/4/11 21 结构抗震试验 伪静力试验 常用的三种加载方法 控制位移加载法；常以屈服位移或最大层间位移 的某一百分比来控制加载 控制荷载加载法； 控制荷载和位移混合加载法。 2021/4/11 22 结构抗震试验 拟动力试验 拟动力试验，其实质就是按照某种确定性的地震 反应进行加载。 由于结构的恢复力模型未知，运动方程无法求 解，故采用 “ 边试验、边求解 ” 的方法分步得到 实测的结构恢复力模型，然后可完成整个试验加 载过程。 加载设备可利用伪静力试验设备，但必须可联机 控制加载，即计算机控制的电液伺服加载系统 （包含数个作动器，即加载器） 2021/4/11 23 结构抗震试验 拟动力试验 优点： 适用于复杂结构的非线性地震反应分析，试验结 果比较准确； 可以缓慢再现结构地震反应，便于观测； 可进行真型或大比例尺的结构在确定性地震下的 试验研究。 缺点： 不能实时再现真实地震反应，不能进行材料特性 与时间有关的结构试验； 结构实际反应所产生的惯性力用加载器的荷载来 代替，因此仅适用于离散质量分布的结构； 计算机系统除进行运动方程的数值积分外，还需 要准确控制加载器，精度方面很难实现； 试验设备庞大，分析系统复杂，试验费用高。 2021/4/11 24 结构抗震试验 振动台试验 振动台试验：真实反映结构抗震性能 振动台技术参数： 台面尺寸（ 15m*15m）和最大负荷 台面自由度 频率范围、最大位移、速度、加速度 模型的设计与制作 尺寸，材料，工艺 数据采集 参数（位移、加速度），高速 2021/4/11 25 结构抗震试验 振动台试验 振动台试验示例 小型结构 1, 小型结构 2 大型结构 1, 大型结构 2, 大型结构 3, 大型结构 4 2021/4/11 26 主要内容 1 概述 2 动载试验仪器仪表 3 结构振动测试 4 结构抗震试验 5 结构疲劳试验 2021/4/11 27 疲劳试验 结构物或构件在重复荷载作用下，达到 破坏时的 应力比其静力强度要低得多 。这种现象称为疲 劳。 试验目的：了解重复荷载作用下，结构的性能及 其变化规律。 2021/4/11 28 疲劳试验 受弯构件的疲劳破坏标志 （ 1）正截面疲劳破坏标志：纵向主筋疲劳断 裂，这是当配筋率正常或较底时可能发生的；受 压区混凝土疲劳破坏，这是当配筋率过高或倒 T 形截面时可能发生的。 （ 2）斜截面疲劳破坏标志：与临界斜裂缝相交 的腹筋疲劳断裂，这是当腹筋配筋率正常或较低 时可能发生的；混凝土剪压疲劳破坏，这是当腹 筋配筋率很高时可能发生的；与临界斜裂缝相交 的主筋疲劳断裂，这是当纵向配筋率较底时可能 发生的。 2021/4/11 29 疲劳试验 示例 2021/4/11 30 本章小结 1 概述 2 动载试验仪器仪表 3 结构振动测试 4 结构抗震试验 5 结构疲劳试验