第三章-動載試驗(yàn)

圖3.1三峽工程三期圍堰爆破試驗(yàn)場景

在24個(gè)深13.5米、直徑105毫米的地孔內(nèi)填充3噸炸藥，爆破方量5000方。此次是為了檢測現(xiàn)場混裝乳化炸藥車的性能和數(shù)碼雷管的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)以及混合炸藥的裝填、聯(lián)網(wǎng)、起爆等生產(chǎn)程序的全過程,為后期圍堰爆破拆除打下基礎(chǔ)。圖3.2爆破人員在為三峽工程三期圍堰爆破試驗(yàn)進(jìn)行最后的準(zhǔn)備二、動載試驗(yàn)的幾種情況1.結(jié)構(gòu)物在實(shí)際使用時(shí)的振動水平（頻率、振幅）及性狀；如：動力機(jī)械作用下廠房結(jié)構(gòu)的振動；移動荷載作用下橋梁的振動；地震時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的振動；2.激振后，結(jié)構(gòu)或模型的振動特性；如地震振動臺、正弦激振、隨機(jī)自然激振3.結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)，疲勞試驗(yàn)機(jī)。注明：結(jié)構(gòu)中遇到的動載有兩類：振動荷載與移動荷載。

圖3.3地震模擬器圖3.4框架結(jié)構(gòu)

3.2動載試驗(yàn)的量測儀器一、引言（P76）二、動態(tài)信號測試基本概念(P76~79自學(xué))三、結(jié)構(gòu)動載試驗(yàn)中的傳感器

(P79~91自學(xué))四、動載試驗(yàn)的加載方法與設(shè)備1.慣性沖擊力加載（1）沖擊力加載圖3.5

用張拉突卸法對結(jié)構(gòu)施加沖擊力荷載1.結(jié)構(gòu)物2.鋼拉桿3.保護(hù)索4.鋼絲繩5.絞車6.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?.鋼絲8.滑輪9.支架10.重物11.減振墊層（2）離心力加載圖3.6機(jī)械式激振器的原理圖（3）直線位移慣性力加載圖3.7直線位移慣性力加載系統(tǒng)圖3.8電磁振動臺組成系統(tǒng)圖

1.信號發(fā)生器2.自動控制儀3.功率放大器4.電磁激振器

5.振動臺臺面6.測振傳感器7.記錄系統(tǒng)8.試件9.臺坐2、電磁加載電磁式振動臺3.3結(jié)構(gòu)動力特性結(jié)構(gòu)動力特性是結(jié)構(gòu)固有的特性，包括固有頻率、阻尼、振型。它們只與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和材料有關(guān)。

一、方法1.自由振動法2.強(qiáng)迫振動法3.隨機(jī)荷載激振法圖3.9有阻尼自由振動

衰減曲線圖3.10結(jié)構(gòu)受強(qiáng)迫振動時(shí)的共振曲線04.11.22晚23時(shí)至23日6時(shí),華科大工程結(jié)構(gòu)檢測中心人員對海南省?？诤推綐蜻M(jìn)行了一次全方位“體檢”—動靜載試驗(yàn)。動載試驗(yàn)含脈動、跑車、剎車、跳車4項(xiàng)內(nèi)容。剎車試驗(yàn)中,試驗(yàn)車輛在通過橋一定斷面時(shí)突然剎車,通過此方式來采集當(dāng)時(shí)橋梁反應(yīng),包括橋梁上、下部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。試驗(yàn)前技術(shù)員已在橋底設(shè)置100多個(gè)傳感器和應(yīng)變計(jì)。橋上中間一側(cè)的人行道上,密密麻麻布滿了連著橋底感應(yīng)器和應(yīng)變計(jì)的一些黑色線。

實(shí)驗(yàn)車隊(duì)排成一條長龍

圖3.11有阻尼自由振動波形圖圖3.12無零線的有阻尼自由振動波形圖圖3.13動力系數(shù)曲線圖3.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)一、周期性動力荷載試驗(yàn)的加載制度

1.強(qiáng)迫振動共振加載。

2.有控制的逐級動力反應(yīng)測試試驗(yàn)。二、非周期性動力荷載試驗(yàn)的加載設(shè)計(jì)

1.地震模擬振動臺動力反應(yīng)測試試驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)。

2.人工地震模擬動力荷載測試試驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)。

3.對于天然地震，則是在頻繁發(fā)生地震的地區(qū)等待天然地震對結(jié)構(gòu)的動力影響。I:\huakeda\建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)教案（按章分裝）\9建筑物對地震的反應(yīng).avi

三、強(qiáng)震觀測

地震發(fā)生時(shí)，用儀器觀測地面運(yùn)動的過程和建筑物的動力反應(yīng)。結(jié)構(gòu)物在強(qiáng)震過程中的振動記錄。自動觸發(fā)啟動，蓄電池供電【美國洛衫磯】凡新建六層以上、面積超過6000平方英尺的建筑物必須設(shè)置強(qiáng)震儀3臺?！緱钇执髽蚝徒鹈髲B】已安裝了強(qiáng)震記錄網(wǎng)絡(luò)，僅金茂就安裝了6臺。上海計(jì)劃在十五期間普及更多，通過立法，達(dá)到10層以上的建筑都安裝。【浦東機(jī)場深井群】安放了深度不同的地震記錄儀,最淺30米,最深300多米,其他還有50米、100多米及200多米,這些井群可測量到不同深度接收到的不同地震波強(qiáng)度。【中華人民共和國防震減災(zāi)法】

要求在重大工程和生命線工程等建筑上安裝強(qiáng)震動觀測設(shè)備。⑴可以檢查建筑物的“健康狀況”，根據(jù)震動記錄數(shù)據(jù)及時(shí)掌握地震或其他強(qiáng)震動發(fā)生時(shí)建筑物受損情況；⑵從記錄數(shù)據(jù)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而不斷改進(jìn)建筑物抗震設(shè)防設(shè)計(jì)；⑶通過已形成的觀測網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)震動觀測，可以快速掌握地震裂度分布情況，為地震預(yù)測與震后救災(zāi)提供可靠的信息。四、偽靜力試驗(yàn)與擬動力試驗(yàn)的加載制度

為了求得結(jié)構(gòu)抗震基本性能，評定結(jié)構(gòu)抗震能力而做的試驗(yàn)。表3.1偽靜力試驗(yàn)與擬動力試驗(yàn)的比較

(1)偽靜力試驗(yàn)和擬動力試驗(yàn)(2)偽靜力試驗(yàn)(亦稱低周反復(fù)荷載試驗(yàn))加載方法(P122)a)控制位移加載法：變幅加載；等幅加載；混合加載圖3.14單向控制位移的圖3.15單向控制位移的等

變幅加載制度幅加載制度圖3.16控制位移的變幅等幅混合加載制度圖3.17一種專門設(shè)計(jì)的變幅等幅混合加載制度b)控制作用力加載法注明：力控制加載是在加載過程中，以力作為控制值，按照一定的力幅值進(jìn)行循環(huán)加載。因?yàn)闀r(shí)間屈服后難以控制加載的力，所以這種加載制度較少單獨(dú)使用。圖3.18控制作用力的加載方案c)控制作用力和控制位移的混合加載法試驗(yàn)裝置圖3.19幾種典型的偽靜力試驗(yàn)加載裝置圖3.20幾種典型的偽靜力試驗(yàn)加載裝置(3)擬動力試驗(yàn)加載方法(P134)圖3.21計(jì)算機(jī)數(shù)值分析控制試驗(yàn)加載（聯(lián)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖）3.5結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)

結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件在重復(fù)荷載作用下，達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)力比其靜力強(qiáng)度要低得多。這種現(xiàn)象稱為疲勞。試驗(yàn)?zāi)康模毫私庵貜?fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的性能及其變化規(guī)律。

圖3.22疲勞應(yīng)力與荷載次數(shù)關(guān)系圖

一、疲勞測試項(xiàng)目（P141）

1鑒定性試驗(yàn)①抗裂性及開裂荷載②裂縫寬度及發(fā)展③最大撓度及其變化幅度④疲勞強(qiáng)度

2科研性疲勞試驗(yàn)①各階段截面應(yīng)力分布狀況，中和軸變化規(guī)律②抗裂性及開裂荷載③裂縫寬度、長度、間距及發(fā)展④最大撓度及其變化規(guī)律⑤疲勞強(qiáng)度的確定⑥破壞特征分析二、疲勞測試荷載

1.疲勞測試荷載取值上限荷載：最大標(biāo)準(zhǔn)荷載最不利組合下產(chǎn)生的彎距計(jì)算下限荷載：根據(jù)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的要求而定。國內(nèi)多采用等幅勻速荷載圖3.23等幅勻速荷載2.疲勞測試的荷載頻率

荷載頻率影響材料的塑性變形和徐變，頻率過高對試驗(yàn)設(shè)施有影響，使構(gòu)件在實(shí)際工作時(shí)受力狀態(tài)一致，構(gòu)件與荷載架不能發(fā)生共振。荷載頻率θ與結(jié)構(gòu)固有頻率ω之比應(yīng)滿足：

3.疲勞循環(huán)次數(shù)

經(jīng)受所確定控制次數(shù)的疲勞荷載作用后，其抗裂性、剛度、強(qiáng)度等必須滿足規(guī)范中有關(guān)規(guī)定。

中級制吊車梁

重級制吊車梁圖3.24疲勞測試步驟示意三、疲勞測試程序(P141~143)1.加載程序可歸納為兩種；①為求得疲勞極限而對構(gòu)件從頭到尾施加重復(fù)荷載；②靜荷載與疲勞荷載交替施加。

2.疲勞試驗(yàn)過程中要進(jìn)行的四種形式試驗(yàn)

（1）預(yù)加載：預(yù)加載值為最大荷載的20%，以消除支座等連接件之間的不良接觸，檢查儀器工作是否正常。

（2）靜載試驗(yàn)：靜載試驗(yàn)的最大荷載按正常使用的最不利組合選取。試驗(yàn)方法按結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)各章介紹的方法進(jìn)行，觀測項(xiàng)目可適當(dāng)簡化。在正常情況下，如果出現(xiàn)裂縫，應(yīng)與靜載試驗(yàn)一樣描述裂縫開裂情況。

（3）疲勞試驗(yàn)：首先調(diào)整最大、最小荷載，待穩(wěn)定后開始記數(shù)，直到需做靜載試驗(yàn)的次數(shù)。在運(yùn)行過程中，需要做動態(tài)撓度與動應(yīng)變測量。

（4）破壞試驗(yàn)：構(gòu)件在達(dá)到要求的疲勞次數(shù)后，一般需做破壞試驗(yàn)。這時(shí)加載情況有兩種：第一種加載情況是繼續(xù)做疲勞試驗(yàn)直至破壞，構(gòu)件出現(xiàn)疲勞極限標(biāo)志，得出疲勞荷載的極限次數(shù)，這需要很長時(shí)間，甚至構(gòu)件不能破壞；第二種是做靜載破壞試驗(yàn)，得到疲勞后的承載力極限荷載。

3.用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)來測定對稱循環(huán)的疲勞極限σ-1.

設(shè)備簡單、最常使用＝，＝-(2-17)式中I=d圖3-25旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)原理示意圖圖3-26受力簡圖及彎矩圖【步驟】試樣1的兩端裝入左右兩個(gè)心軸2；旋緊左右螺桿3,試樣與兩心軸組成一承受彎曲“整體梁”，它支承于兩端的滾珠軸承4上；載荷P作用于“梁”上，試樣中段為純彎曲；“梁”由高速電機(jī)6帶動，在套筒7中高速旋轉(zhuǎn)；試樣橫截面上任一點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力，皆為對稱循環(huán)交變應(yīng)力，若試樣的最小直徑為dmin，最小截面邊緣上一點(diǎn)的最大和最小應(yīng)力為（I=π/64d4min）

試樣每旋轉(zhuǎn)一周，應(yīng)力完成一個(gè)循環(huán)；試樣斷裂后套筒壓迫停止開關(guān),裝置自動停機(jī)；循環(huán)次數(shù)由計(jì)數(shù)器8中讀出。＝，

＝-

【現(xiàn)象】靜載下塑性性能好的材料,承受交變應(yīng)力時(shí),往往在應(yīng)力低于屈服極限無明顯塑性變形情況下,突然斷裂?！咎卣鳌科跀嗫诿黠@分為兩個(gè)區(qū)域：較為光滑的裂紋擴(kuò)展區(qū)和較為粗糙的斷裂區(qū)?！窘忉尅苛鸭y形成后，交變應(yīng)力使裂紋兩側(cè)時(shí)而張開時(shí)而閉合,相互擠壓反復(fù)研磨,光滑區(qū)形成。荷載的間斷和大小的變化，在光滑區(qū)留下多條裂紋前沿線。至于粗糙的斷裂區(qū)，則是最后突然斷裂形成的。

圖3－27疲勞斷口示意圖4．受彎構(gòu)件的疲勞破壞標(biāo)志

（1）正截面疲勞破壞標(biāo)志：縱向主筋疲勞斷裂，這是當(dāng)配筋率正常或較底時(shí)可能發(fā)生的；受壓區(qū)混凝土疲勞破壞，這是當(dāng)配筋率過高或倒T形截面時(shí)可能發(fā)生的。

（2）斜截面疲勞破壞標(biāo)志：與臨界斜裂縫相交的腹筋疲勞斷裂，這是當(dāng)腹筋配筋率正?；蜉^低時(shí)可能發(fā)生的；混凝土剪壓疲勞破壞，這是當(dāng)腹筋配筋率很高時(shí)可能發(fā)生的；與臨界斜裂縫相交的主筋疲勞斷裂，這是當(dāng)縱向配筋率較底時(shí)可能發(fā)生的。

（3）鋼筋與混凝土錨固疲勞破壞：這種情況常發(fā)生在采用熱處理鋼筋、冷拔低碳鋼絲、鋼絞線配筋的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中?！舅伎碱}】1.下列是鋼筋混凝土構(gòu)件在低周反復(fù)荷載作用下恢復(fù)力特性試驗(yàn)得到的四種滯回曲線，()圖形是不發(fā)生剪切破壞的受彎構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果。難！2.下列（）不是低周反復(fù)試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)。A．設(shè)備比較簡單，耗資較少；B．在逐步加載過程中可以停下來仔細(xì)觀察反復(fù)荷載下結(jié)構(gòu)的變形和破壞現(xiàn)象；C．能做比較大型的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)及各種類型的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；D．能與任一次確定性的非線性地震反應(yīng)結(jié)果相比。3.混合加載是將變幅、等幅兩種加載制度結(jié)合起來運(yùn)用，下列各圖符合上述要求的是(

)

4.低周反復(fù)加載試驗(yàn)中下列()參數(shù)不屬于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)。

A.開裂荷載B.屈服荷載

C.破損荷載D.延性系數(shù)5.下列各項(xiàng)特性（）不是結(jié)構(gòu)的動力特性。A．固有頻率B．固有振型

C．阻尼系數(shù)D．動力的大小和方向6．低周反復(fù)加載試驗(yàn)中，下列哪種加載方式容易產(chǎn)生失控現(xiàn)象?()A.控制位移變幅加載法B.控制力加載法

C.控制位移等幅、變幅混合加載法

D.控制位移等幅加載法7．在結(jié)構(gòu)抗震動力試驗(yàn)中，下列（）加載方法既能較好地模擬地震又易于實(shí)現(xiàn)。A．采用機(jī)械式偏心激振器激振

B．采用地震模擬振動臺C．采用炸藥爆炸模擬人工地震

D．采用電磁激振器激振。

8．測定結(jié)構(gòu)的動力特性的方法有哪幾種？答：①自由振動法；②共振法；③脈動法9.沖擊力加載的特點(diǎn)是荷載作用________極為短促，在它的作用下使被加載結(jié)構(gòu)產(chǎn)生_____，適用于進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力特性的試驗(yàn)。10．?dāng)M動力試驗(yàn)彌補(bǔ)了低周反復(fù)加載試驗(yàn)的不足，可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，即由計(jì)算機(jī)來監(jiān)測和控制整個(gè)試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)的（）不需要事先假定，而可直接通過測量作用在試驗(yàn)對象上的荷載值和位移而得到，然后通過計(jì)算機(jī)來完成非線性地震反應(yīng)微分方程的求解工作。A.恢復(fù)力 B.作用力C.位移 D.變形想一想11.低周反復(fù)加載試驗(yàn)中下列()參數(shù)不屬于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)。

A.開裂荷載B.屈服荷載

C.破損荷載D.延性