結(jié)構(gòu)模型破壞試驗(yàn)

1、結(jié)構(gòu)模型破壞試驗(yàn)第1頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二一覽與線彈性模型試驗(yàn)的關(guān)系破壞試驗(yàn)的目的 結(jié)構(gòu)的安全度破壞試驗(yàn)的相似要求試驗(yàn)方法相似材料模型加載模型破壞階段的判別破壞形態(tài)的觀察與描述動(dòng)力模型破壞試驗(yàn)一瞥第2頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二一、與線彈性模型試驗(yàn)的關(guān)系結(jié)構(gòu)模型破壞試驗(yàn)，模型加載不限于彈性范圍內(nèi)，而將荷載繼續(xù)加至結(jié)構(gòu)模型破壞，即喪失承載能力為止。線彈性模型試驗(yàn)是研究結(jié)構(gòu)在材料的線彈性范圍內(nèi)的力學(xué)行為，而破壞模型試驗(yàn)則研究結(jié)構(gòu)在超過(guò)材料線彈性范圍、特別是在破壞階段的力學(xué)行為。 因此，在某種意義上可以說(shuō)線彈性模型試驗(yàn)是破壞模型試驗(yàn)的

2、開始階段。第3頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二二、破壞試驗(yàn)的目的研究結(jié)構(gòu)本身的承載能力；研究結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)及其發(fā)生和發(fā)展過(guò)程，即所謂破壞機(jī)理。是為了找出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，以便加以增強(qiáng)和改進(jìn)。所以，為選擇和確定設(shè)計(jì)方案，特別是采用新的設(shè)計(jì)方案或新的建筑材料時(shí)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)破壞試驗(yàn)具有重要意義。第4頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二三、結(jié)構(gòu)的安全度結(jié)構(gòu)的安全度，即安全系數(shù)結(jié)構(gòu)破壞時(shí)的外荷載與設(shè)計(jì)荷載之比。 結(jié)構(gòu)破壞時(shí)的外荷載設(shè)計(jì)荷載第5頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二根據(jù)相似理論，有模型荷載原型荷載模型設(shè)計(jì)荷載原型設(shè)計(jì)荷載模型破

3、壞荷載第6頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二四、破壞試驗(yàn)的相似要求破壞試驗(yàn)除了應(yīng)滿足線彈性模型試驗(yàn)相似要求外還應(yīng)滿足以下幾方面的相似要求：（1）模型與原型各部分應(yīng)始終保持幾何相似（C=1）。（2）模型與原型的材料強(qiáng)度完全相似 cm/cp=tm/tp=m/p=C（3）模型和原型的材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系全過(guò)程相似。第7頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二五、結(jié)構(gòu)模型破壞試驗(yàn)方法超載法強(qiáng)度儲(chǔ)備法綜合法第8頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二1.超載法 是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的一種試驗(yàn)方法。它認(rèn)為由于某種原因超過(guò)了設(shè)計(jì)荷載一定程度后, 致使

4、結(jié)構(gòu)物及地基遭到破壞。拱壩的破壞試驗(yàn)為例，采用這種方法進(jìn)行的破壞試驗(yàn),主要特點(diǎn)是壩體與地基巖體的容重及其力學(xué)參數(shù)均保持不變的條件下, 在正常運(yùn)行水荷載的基礎(chǔ)上, 逐漸增大上游面的水容重m或逐步提高上游庫(kù)水位,直至壩體或基巖破壞失穩(wěn)為止。 基巖體堅(jiān)硬完整, 又無(wú)軟弱結(jié)構(gòu)存在, 采用超載法進(jìn)行破壞試驗(yàn)是可行。第9頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二2.強(qiáng)度儲(chǔ)備法 當(dāng)作為在結(jié)構(gòu)物上的外荷載超過(guò)設(shè)計(jì)荷載的比例一般是較小時(shí)，比較可能的情況是：（1）由于混凝土所采用的原材料未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求選用，加之施工質(zhì)量不好等原因，致使凝土標(biāo)號(hào)低于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)， 在水的浸蝕等因素影響下， 導(dǎo)致強(qiáng)度進(jìn)一

5、步降低；（2）巖體內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面或軟巖層的強(qiáng)度，在工程投入運(yùn)行后，隨著時(shí)間推移，其強(qiáng)度會(huì)不斷降低，一般是難以避免的?；谝陨蟽牲c(diǎn)，便可能導(dǎo)致壩體結(jié)構(gòu)破壞或失穩(wěn)。第10頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二由模型材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和模型破壞時(shí)的實(shí)際強(qiáng)度比值即可求得強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)K， 用以評(píng)定工程的安全性。在模型試驗(yàn)中，材料強(qiáng)度常以c、值控制，但因原型c 值一般較小,故模型c值將更小，一股忽略不計(jì)，慮, 故一般只計(jì)tan=f的影響，用強(qiáng)度降低前后的摩擦系數(shù)值的比得到K 。 以拱壩為例，這種方法，是在保持壩體或壩基巖體自重及正常水荷載作用不變的情況下，引用強(qiáng)度儲(chǔ)備的概念，不斷降低材料的

6、強(qiáng)度到最低，直至破壞為止。第11頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二它不僅考慮了壩體受正常水荷載的作用，更主要的是考慮了材料強(qiáng)度降低影響這一不可忽視的因，它是在超載法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種方法。 但是, 要在同一模型上實(shí)現(xiàn)不斷降低材料強(qiáng)度直至破壞的全過(guò)程， 更加困難。主要是是模型材料不好解決， 若要進(jìn)行這種試驗(yàn), 則要改變一次力學(xué)參數(shù)，相應(yīng)地作一個(gè)模型，這就要作多個(gè)模型才能得出強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)值，工作量太大， 難以滿足工程進(jìn)度要求， 這也正是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外一般仍采用超載法的根本原因之一。當(dāng)當(dāng)當(dāng)，變溫相似材料系列出爐。強(qiáng)儲(chǔ)法考慮了正常荷載, 但念及可能的超載因素影響, 這也是本法的不

7、足之處 。第12頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二綜合法超載與強(qiáng)度儲(chǔ)備法相結(jié)合 前述兩種方法是各自從單一因素考慮去進(jìn)行破壞試驗(yàn)，均有其不足之處。因此，將兩種可能出現(xiàn)的因素綜合起來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，必然更為全面。 由兩種因素分別求得超載系數(shù)K1 及強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)K2 ，最后由下式求得綜合安全系數(shù)K。第13頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二變溫相似材料 + 綜合法 新材料出來(lái)前絕配！第14頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二六、相似材料上一點(diǎn)我們提到了高帥富材料變溫相似材料。 其實(shí)，嚴(yán)格地說(shuō)幾乎所有的材料都可以作為破壞試驗(yàn)的模型材料，常用

8、的相似材料有微?；炷痢⑺畵?jù)浮石混合材料、石膏復(fù)合材料等。 目前國(guó)內(nèi)最常用的是石膏混合材料。上幾節(jié)課已經(jīng)討論，不再贅述。第15頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二七、模型加載破壞模型的加載設(shè)備與線彈性模型試驗(yàn)相同.也可采用油壓干斤頂系統(tǒng)、杠桿或堆載等.第16頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二對(duì)脆性模型材料而言，結(jié)構(gòu)按其破壞階段可分為裂紋出現(xiàn)(K1) 和最終破壞(K2)兩種情況。對(duì)后一種情況比較較易判別，即荷載已不能再繼續(xù)增加，而同時(shí)位移又突然大量增低，這說(shuō)明結(jié)構(gòu)已完全喪失承載能力，即結(jié)構(gòu)已最終破壞。 在達(dá)到K 1 時(shí)，結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)裂紋，由于荷載仍可

9、繼增加，故不易從荷載變化來(lái)判斷。八、模型破壞階段的判別第17頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二我們從應(yīng)變和位移的變化規(guī)律來(lái)進(jìn)行分析：當(dāng)結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)裂紋時(shí)，其附近的應(yīng)變片的應(yīng)變值會(huì)產(chǎn)生突變，如圖所示： 圖：出現(xiàn)裂縫時(shí)附近電阻應(yīng)變片應(yīng)變變化曲線第18頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二第種情況說(shuō)明裂紋穿過(guò)應(yīng)變片中間A 點(diǎn)為開始破裂點(diǎn)。第種情況說(shuō)明裂紋發(fā)生在應(yīng)變片附近，此時(shí)對(duì)該應(yīng)變片而言有如應(yīng)力釋放.即應(yīng)變值向相反方向突變，因此B 點(diǎn)可視為開始破裂點(diǎn)。第19頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二圖：荷載位移變化曲線圖OA 段為結(jié)構(gòu)常工

10、作階段A-B 段為結(jié)構(gòu)開裂階段B后可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)已破壞。第20頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二上述方法必須在模型上有足夠數(shù)量的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)或位移測(cè)點(diǎn)，且應(yīng)變測(cè)點(diǎn)盡量設(shè)置在估計(jì)可能開裂的部位上，這樣才能有足夠的資料來(lái)進(jìn)行分析判斷。第21頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二九、破壞形態(tài)的觀察與描述結(jié)構(gòu)模型破壞試驗(yàn)的一個(gè)重要目的是通過(guò)試驗(yàn)確定結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)，這包括破壞部位以及破壞發(fā)生發(fā)展的過(guò)程。因此對(duì)破壞試驗(yàn)而言，用肉眼或通過(guò)必要設(shè)備(照相機(jī)、攝像機(jī)、高速攝影機(jī)等在試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行觀察并加劇描述就顯得十分重要，.同時(shí)，在試驗(yàn)結(jié)束拆模時(shí)，還應(yīng)對(duì)模型的破壞和變形情

11、況進(jìn)行觀察、記錄、描述。為了描述的方便，有時(shí)可事先在模型表面畫上小方格網(wǎng)。第22頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二第二部分 動(dòng)力結(jié)構(gòu)模型破壞試驗(yàn)淺嘗結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型試驗(yàn)的目的主要是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的抗震性能,不僅要了解原型的彈性反應(yīng),更重要的是了解原型破壞時(shí)的行為以確定其抗震性能。許多大地震的震害表明,在強(qiáng)烈地面運(yùn)動(dòng)的作用下,即使混凝土大壩這樣的實(shí)體結(jié)構(gòu),它的某些部位的振動(dòng)也會(huì)超出彈性界限進(jìn)入塑性范圍甚至開裂。因此,為了更好地估計(jì)結(jié)構(gòu)在地震作用下的可靠性,就必須進(jìn)行彈性以外的動(dòng)力模型破壞試驗(yàn)。由于影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力破壞的因素很多,保持模型與原型間的相似性比較困難,并且需要更嚴(yán)格的相似關(guān)系

12、。第23頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二1、模型破壞試驗(yàn)的相似條件在模型上進(jìn)行破壞試驗(yàn)時(shí)，不僅要求在彈性階段模型的應(yīng)力和變形狀態(tài)與原型相似，同時(shí)要保證在超出彈性階段后一直到破壞為止，模型的應(yīng)力和變形狀態(tài)也與原型相似。破壞試驗(yàn)需要以下四種相似條件：（1）內(nèi)力-重力-慣性力-面力相似 彈性模型試驗(yàn),可以將各種荷載分別進(jìn)行試驗(yàn)，將結(jié)果疊加即可。當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性階段后，疊加原理失效，因此必須在模型中模擬全部荷載，包括各種靜力荷載和動(dòng)力荷載。為了使結(jié)構(gòu)的變形過(guò)程相似，必須滿足內(nèi)力-重力-慣性力-面力相似。第24頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二（2）應(yīng)力

13、-應(yīng)變曲線相似 超出材料的彈性范圍以后，材料的應(yīng)力-應(yīng)變特性就不能再用常數(shù)E來(lái)描述，而必須由完整的應(yīng)力-應(yīng)變曲線來(lái)體現(xiàn)。這樣，為了達(dá)到破壞相似，原、模型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)該保持相似。 另外，在不同的加載速率下，材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線是不一樣的，為了保證地震作用下的破壞相似，還必須滿足不同加載速率下的應(yīng)力一應(yīng)變曲線相似。第25頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二（3）累積損傷曲線相似在隨機(jī)荷載作用下結(jié)構(gòu)主要有兩種破壞形式，一種是首次偏移破壞；一種是疲勞破 壞。地震時(shí)的地面運(yùn)動(dòng)通常是由小到大，然后再由大到小，即使結(jié)構(gòu)屬于首次偏移破壞，一般也在若干次振動(dòng)之后，在首次偏移破壞之前，己經(jīng)包含疲勞累積的因素。因此，為了使原、模型在隨機(jī)荷載作用下破壞相似，必須滿足原、模型材料的累積損傷相似。第26頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)17分，星期二（3）斷裂特性相似從理論上推測(cè)，,假如能滿足上述要求，那么在原、模型上應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)破壞相似。但是要尋找一種模型材料，使?jié)M足所有上面的要求是非常困難的事，因此要根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌艑捯恍┫拗茥l件，達(dá)到對(duì)原型破壞近似模擬的目的。第27頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日