建筑工程学院建筑工程学院辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 建筑结构试验建筑结构试验结结 构构 动动 载载 试试 验验主讲教师：杨晓明主要内容主要内容1 1 概述概述2 2 动载试验仪器仪表动载试验仪器仪表3 3 结构振动测试结构振动测试4 4 结构抗震试验结构抗震试验5 5 结构疲劳试验结构疲劳试验7/22/20247/22/20242 2概述概述v结构振动试验结构振动试验v结构抗震试验结构抗震试验v结构疲劳试验结构疲劳试验v爆炸或冲击试验爆炸或冲击试验v低周反复荷载试验低周反复荷载试验v结构拟动力试验结构拟动力试验7/22/20247/22/20243 3概述概述v动载与静载试验区别动载与静载试验区别: :（1 1）荷载随时间连续变化）荷载随时间连续变化（2 2）结构反应与自身动力特性相关）结构反应与自身动力特性相关（3 3）承载能力与使用性能要求发生变化）承载能力与使用性能要求发生变化（4 4）冲击或爆炸，荷载时间很短）冲击或爆炸，荷载时间很短7/22/20247/22/20244 4主要内容主要内容1 1 概述概述2 2 动载试验仪器仪表动载试验仪器仪表3 3 结构振动测试结构振动测试4 4 结构抗震试验结构抗震试验5 5 结构疲劳试验结构疲劳试验7/22/20247/22/20245 5动载试验仪器仪表动载试验仪器仪表v测试基本要求测试基本要求（1 1）测试频率。土木结构）测试频率。土木结构100Hz100Hz（2 2）信号滤波和衰减）信号滤波和衰减 低通、高通、带通、带阻低通、高通、带通、带阻（3 3）绝对测量和相对测量）绝对测量和相对测量 绝对加速度和绝对速度；相对位移绝对加速度和绝对速度；相对位移（4 4）测量仪器的分辨率）测量仪器的分辨率7/22/20247/22/20246 6动载试验仪器仪表动载试验仪器仪表v加速度传感器加速度传感器1.外壳 2.硬弹簧3.质量块 4.压电晶体7/22/20247/22/20247 7动载试验仪器仪表动载试验仪器仪表v动载试验加载设备动载试验加载设备（1 1）电液伺服加载系统）电液伺服加载系统（2 2）激励锤和激振器）激励锤和激振器（3 3）其他设备）其他设备7/22/20247/22/20248 8主要内容主要内容1 1 概述概述2 2 动载试验仪器仪表动载试验仪器仪表3 3 结构振动测试结构振动测试4 4 结构抗震试验结构抗震试验5 5 结构疲劳试验结构疲劳试验7/22/20247/22/20249 9结构振动测试结构振动测试v目的目的（1 1）掌握结构动力特性（）掌握结构动力特性（录像录像）（2 2）掌握作用在结构上的动荷载特性）掌握作用在结构上的动荷载特性（3 3）损伤诊断和健康监测）损伤诊断和健康监测 动力特性动力特性结构损伤结构损伤 监测信号变化监测信号变化健康监测健康监测7/22/20247/22/20241010结构振动测试结构振动测试v某大桥动力测试某大桥动力测试8 82020米米南南北北试验跨试验跨7/22/20247/22/20241111结构振动测试结构振动测试v全桥共用速度传感器全桥共用速度传感器3 3个，全部为竖向，分别布个，全部为竖向，分别布置在试验跨置在试验跨L/4L/4、L/2L/2、3L/43L/4桥面一侧。桥梁动挠桥面一侧。桥梁动挠度测试的测点布置在试验桥跨的跨中。度测试的测点布置在试验桥跨的跨中。 v江苏东华测试仪器有限公司生产的江苏东华测试仪器有限公司生产的DH5922-32DH5922-32振振动信号采集分析系统动信号采集分析系统 低频加速低频加速度传感器度传感器低通滤波低通滤波放大器放大器数据采集数据采集仪仪计算机分计算机分析系统析系统7/22/20247/22/20241212结构振动测试结构振动测试试验工况工况内容工况1脉动试验工况210 km/h，跑车试验工况320 km/h，跑车试验工况430 km/h，跑车试验工况510km/h，刹车制动试验工况65km/h，跳车试验7/22/20247/22/20241313结构振动测试结构振动测试7/22/20247/22/20241414结构振动测试结构振动测试7/22/20247/22/20241515结构振动测试结构振动测试试验工况试验工况试验车速试验车速(km/h)(km/h)冲击系数（冲击系数（1+1+）跑车跑车10101.0520201.1030301.121.12刹车刹车20201.131.13跳车跳车10101.151.157/22/20247/22/20241616结构振动测试结构振动测试v结论结论（1 1）理论计算固有频率值为）理论计算固有频率值为1.74Hz1.74Hz，实测桥梁结，实测桥梁结构固有频率构固有频率6.8Hz6.8Hz，大于理论计算值，说明桥梁，大于理论计算值，说明桥梁结构的实际刚度大于理论刚度。结构的实际刚度大于理论刚度。（2 2）根据动力冲击系数的实测值来评价桥梁结构）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的行车性能，动荷载跑车试验所实测冲击系数都小于小于1.21.2，说明桥梁结构的行车性能尚好，桥面，说明桥梁结构的行车性能尚好，桥面铺装较为完好。铺装较为完好。（3 3）实测桥梁结构阻尼比）实测桥梁结构阻尼比0.0250.025，对数衰减率为，对数衰减率为0.1570.157，与同类桥梁相比，该桥梁结构耗散外部，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。能量较快，说明桥梁结构存在开裂情况。7/22/20247/22/20241717主要内容主要内容1 1 概述概述2 2 动载试验仪器仪表动载试验仪器仪表3 3 结构振动测试结构振动测试4 4 结构抗震试验结构抗震试验5 5 结构疲劳试验结构疲劳试验7/22/20247/22/20241818结构抗震试验结构抗震试验v建筑结构抗震设计的基本概念：抗震延性的保证，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。包括抗震设计计算和抗震构造措施两部分。v结构抗震性能研究的主要内容：地震荷载作用下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、强度结构的破坏机制、破坏形态、延性、耗能、强度等。等。v结构抗震性能研究的主要试验手段：结构抗震性能研究的主要试验手段： 伪静力试验伪静力试验 拟动力试验拟动力试验 振动台试验振动台试验7/22/20247/22/20241919结构抗震试验结构抗震试验伪静力试验伪静力试验v结构低周反复加载试验的主要研究内容：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破坏机制研究：为抗震设计提供方法和依据v伪静力试验的特点：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。情况下低周反复加载静力试验结果偏于安全。7/22/20247/22/20242020结构抗震试验结构抗震试验伪静力试验伪静力试验v常用的三种加载方法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的某一百分比来控制加载控制荷载加载法；控制荷载加载法；控制荷载和位移混合加载法。控制荷载和位移混合加载法。7/22/20247/22/20242121结构抗震试验结构抗震试验拟动力试验拟动力试验v拟动力试验，其实质就是按照某种确定性的地震拟动力试验，其实质就是按照某种确定性的地震反应进行加载。反应进行加载。v由于结构的恢复力模型未知，运动方程无法求解，由于结构的恢复力模型未知，运动方程无法求解，故采用故采用“边试验、边求解边试验、边求解”的方法分步得到实测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的结构恢复力模型，然后可完成整个试验加载过程。程。v加载设备可利用伪静力试验设备，但必须可联机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）（包含数个作动器，即加载器）7/22/20247/22/20242222结构抗震试验结构抗震试验拟动力试验拟动力试验优点：优点：v 适用于复杂结构的非线性地震反应分析，试验结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；果比较准确；v 可以缓慢再现结构地震反应，便于观测；可以缓慢再现结构地震反应，便于观测；v 可进行真型或大比例尺的结构在确定性地震下的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。试验研究。 缺点：缺点：v 不能实时再现真实地震反应，不能进行材料特性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；与时间有关的结构试验；v 结构实际反应所产生的惯性力用加载器的荷载来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；代替，因此仅适用于离散质量分布的结构；v 计算机系统除进行运动方程的数值积分外，还需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；要准确控制加载器，精度方面很难实现；v 试验设备庞大，分析系统复杂，试验费用高。试验设备庞大，分析系统复杂，试验费用高。7/22/20247/22/20242323结构抗震试验结构抗震试验振动台试验振动台试验v振动台试验：真实反映结构抗震性能振动台试验：真实反映结构抗震性能v振动台技术参数：振动台技术参数： 台面尺寸（台面尺寸（15m*15m15m*15m）和最大负荷）和最大负荷 台面自由度台面自由度 频率范围、最大位移、速度、加速度频率范围、最大位移、速度、加速度v模型的设计与制作模型的设计与制作 尺寸，材料，工艺尺寸，材料，工艺v数据采集数据采集 参数（位移、加速度），高速参数（位移、加速度），高速7/22/20247/22/20242424结构抗震试验结构抗震试验振动台试验振动台试验v振动台试验示例振动台试验示例 小型结构小型结构1,1, 小型结构小型结构2 2 大型结构大型结构1,1, 大型结构大型结构2,2, 大型结构大型结构3,3, 大型结构大型结构4 47/22/20247/22/20242525主要内容主要内容1 1 概述概述2 2 动载试验仪器仪表动载试验仪器仪表3 3 结构振动测试结构振动测试4 4 结构抗震试验结构抗震试验5 5 结构疲劳试验结构疲劳试验7/22/20247/22/20242626疲劳试验疲劳试验v结构物或构件在重复荷载作用下，达到结构物或构件在重复荷载作用下，达到破坏时的破坏时的应力比其静力强度要低得多应力比其静力强度要低得多。这种现象称为疲劳。这种现象称为疲劳。v试验目的：了解重复荷载作用下，结构的性能及试验目的：了解重复荷载作用下，结构的性能及其变化规律。其变化规律。 7/22/20247/22/20242727疲劳试验疲劳试验受弯构件的疲劳破坏标志受弯构件的疲劳破坏标志（1 1）正截面疲劳破坏标志：纵向主筋疲劳断裂，）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混凝土疲劳破坏，这是当配筋率过高或倒T T形截形截面时可能发生的。面时可能发生的。（2 2）斜截面疲劳破坏标志：与临界斜裂缝相交）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的主筋疲劳断裂，这是当纵向配筋率较底时可能发生的。发生的。7/22/20247/22/20242828疲劳试验疲劳试验v示例示例7/22/20247/22/20242929本章小结本章小结1 1 概述概述2 2 动载试验仪器仪表动载试验仪器仪表3 3 结构振动测试结构振动测试4 4 结构抗震试验结构抗震试验5 5 结构疲劳试验结构疲劳试验7/22/20247/22/20243030