知識(shí)資料結(jié)構(gòu)試驗(yàn)(七)(新版)知識(shí)資料

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁(yè)/共頁(yè)需要課件請(qǐng)或三、鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)組合體的抗震性能實(shí)驗(yàn)鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的試件，可取框架在側(cè)向荷載作用下節(jié)點(diǎn)相鄰梁柱反彎點(diǎn)之間的組合體，常常采用十字形試件。按照實(shí)驗(yàn)研究的要求普通取上下柱反彎點(diǎn)比為1(圖18—4—9(a))，對(duì)于某些柱鉸型的組合體試件，上下柱的反彎點(diǎn)比也可取為2(圖18—4—9(b))。在柱上施加軸力N，并按地震時(shí)框架的應(yīng)力情況施加P1和P2，圖18—4—9(c)，(d)為相對(duì)框架中央線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)角的X形試件。為了反映鋼筋混凝土的材料特性，試件尺寸比例普通不小于實(shí)際構(gòu)件的1/2。對(duì)于主要研究節(jié)點(diǎn)構(gòu)造時(shí)，宜采用足尺試件，并保證配筋構(gòu)造符合或臨近實(shí)際。對(duì)于十字形試件為了避免因梁首先發(fā)生剪切破壞而影響取得預(yù)期的結(jié)果，建議梁的高跨比普通不小于1／3。在實(shí)際框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)側(cè)向荷載作用時(shí)，節(jié)點(diǎn)上柱反彎點(diǎn)可視為水平可移動(dòng)的鉸，相對(duì)于上柱反彎點(diǎn)，下柱反彎點(diǎn)可視為固定鉸，而節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁的反彎點(diǎn)均為水平可移動(dòng)的鉸(圖18—4—10(a))。這樣的邊界條件比較符合節(jié)點(diǎn)在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)。模擬這種邊界條件，需要采用柱端施加側(cè)向荷載或位移的計(jì)劃，其加載及支承裝置較為復(fù)雜。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中為了使加載裝置簡(jiǎn)便，往往采用梁端施加反駁稱(chēng)荷載的計(jì)劃，這時(shí)節(jié)點(diǎn)邊界條件是上下柱反彎點(diǎn)均為不動(dòng)鉸，梁兩側(cè)反彎點(diǎn)為自由端(圖18—4—10(b))。以上兩種計(jì)劃的主要差別在于后者忽略了柱子的荷載位移效應(yīng)。因此對(duì)于必須考慮荷載位移效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，如主要以柱端塑性鉸為研究對(duì)象時(shí)，應(yīng)該采用柱端加載的計(jì)劃。對(duì)于以梁端塑性鉸或核心區(qū)為主要研究對(duì)象時(shí)，可采用梁端反駁稱(chēng)加載計(jì)劃。當(dāng)采用X形試件時(shí)要如實(shí)模擬邊界條件比較艱難。但當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榱肆私夤?jié)點(diǎn)初始設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)和極限應(yīng)力狀態(tài)下的性能，或者是純粹的研究性實(shí)驗(yàn)，采用X形試件計(jì)劃也可達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。（一）實(shí)驗(yàn)加載裝置設(shè)計(jì)1．鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)組合體梁端加載實(shí)驗(yàn)裝置梁柱節(jié)點(diǎn)組合體試件安裝在荷載支承架內(nèi)，在柱的上下端都安裝有鉸支座，在柱頂自的另兩個(gè)支點(diǎn)A'、B'，對(duì)另一梁端和柱端的另一側(cè)施加荷載。每次荷載后須將試件反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)90角來(lái)實(shí)現(xiàn)和滿(mǎn)意反復(fù)加載的要求，這將會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大的不便。這時(shí)所有量測(cè)儀表必須通過(guò)異常設(shè)計(jì)的支架直接固定于試件上舉行量測(cè)。（二）實(shí)驗(yàn)加載程序?qū)嶒?yàn)加載采用控制作使勁和控制位移的混合加載法。當(dāng)采用梁端加載主意時(shí)，第一循環(huán)先是以控制作使勁加載，加載數(shù)值為計(jì)算屈服荷載的3／4、即為3／4Py，第二循環(huán)加載到梁的屈服荷載Py，以后控制位移加載，即以梁端屈服位移值的倍數(shù)(即梁端位移延性系數(shù))逐級(jí)加載。對(duì)于柱端加載的實(shí)驗(yàn)，則按柱端屈服時(shí)柱端水平位移的倍數(shù)來(lái)分級(jí)。在控制位移加載時(shí)，每級(jí)荷載下可以?xún)H僅反復(fù)一次，也可反復(fù)2～3次，視研究需要而定，直至破壞。當(dāng)需要研究試件的強(qiáng)度或剛度退化率時(shí)，則可以在同一位移下反復(fù)循環(huán)3—5次。（三）實(shí)驗(yàn)觀測(cè)與測(cè)點(diǎn)布置1．荷載—變形曲線(xiàn)主要采用電測(cè)位移計(jì)，通過(guò)X—Y函數(shù)記錄儀記錄囫圇實(shí)驗(yàn)荷載—變形曲線(xiàn)全過(guò)程。要求位移傳感器保證精度要求外，尚要保證充足的量程，以滿(mǎn)意構(gòu)件進(jìn)入非線(xiàn)性階段量測(cè)大變形的要求。2．對(duì)于梁或柱端位移的測(cè)定，主要是量測(cè)加載截面處的位移，并在控制位移加載階段依此控制加載程序(圖18—4—14)。3．量測(cè)構(gòu)件塑性鉸區(qū)段曲率或轉(zhuǎn)角的測(cè)點(diǎn)，對(duì)于梁普通可在距柱面hb／2(梁高)或hb處布點(diǎn)，對(duì)于柱子則可在距梁面hc／2(柱寬)處布置測(cè)點(diǎn)(圖18—4—14)。4．節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切角可通過(guò)量測(cè)核心區(qū)對(duì)角線(xiàn)的位移量來(lái)計(jì)算決定(圖18—4—14)。5．梁柱縱筋應(yīng)力普通用電阻應(yīng)變計(jì)量測(cè)。測(cè)點(diǎn)布置以梁柱相交處截面為主(圖18—4—15(a))。在實(shí)驗(yàn)中為了測(cè)定塑性鉸區(qū)段的長(zhǎng)度或鋼筋錨固應(yīng)力，還可按照實(shí)驗(yàn)要求沿縱向鋼筋布置更多的測(cè)點(diǎn)。對(duì)于預(yù)制裝配節(jié)點(diǎn)，因?yàn)殇摻詈附拥纫蛩氐挠绊?，不能在梁柱交界處布置鋼筋?yīng)變測(cè)點(diǎn)時(shí)，則可將測(cè)點(diǎn)位置適當(dāng)外移。6．核心區(qū)箍筋應(yīng)力的測(cè)點(diǎn)可按核心區(qū)對(duì)角線(xiàn)方向布置，也可沿柱的軸線(xiàn)方向布點(diǎn)，則測(cè)得的是沿軸線(xiàn)方向垂直截面上的箍筋應(yīng)力分布邏輯(圖18—4—15)。7．梁內(nèi)縱筋通過(guò)核心區(qū)的滑移量△可以通過(guò)量測(cè)并比較逼近柱面處梁主筋上B點(diǎn)對(duì)于柱面混凝土C點(diǎn)之間的位移△l及B點(diǎn)相對(duì)于柱面處鋼筋上A點(diǎn)之間的位移△2得到△=△1一△2測(cè)點(diǎn)布置時(shí)(圖18—4—16)A點(diǎn)與C點(diǎn)應(yīng)盡量臨近。8．裂縫開(kāi)展情況的記錄與描繪。第五節(jié)結(jié)構(gòu)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)一、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)建造結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是反映結(jié)構(gòu)本身所固有的動(dòng)力性能。它的主要內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼系數(shù)和振型等一些基本參數(shù)，也稱(chēng)動(dòng)力特性參數(shù)或振動(dòng)模態(tài)參數(shù)。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)的主意主要有人工激振法和環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法。人工激振法又可分為自由振動(dòng)法和強(qiáng)迫振動(dòng)法。（一）人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性1．結(jié)構(gòu)自振頻率測(cè)量(1)自由振動(dòng)法在實(shí)驗(yàn)中采用初位移或初速度的突卸或突加荷載的主意，使結(jié)構(gòu)受一沖擊荷載作用而產(chǎn)生有阻尼的自由振動(dòng)。通過(guò)測(cè)量?jī)x器的記錄，可以得到結(jié)構(gòu)的有阻尼自由振動(dòng)曲線(xiàn)(圖18—5—1)。按照記錄紙帶速度或時(shí)光坐標(biāo)，量取振動(dòng)波形的周期，由此求得結(jié)構(gòu)的自振頻率f=1/T。為確切起見(jiàn)，可多取幾個(gè)波形，以求得其平均值。(2)強(qiáng)迫振動(dòng)法強(qiáng)迫振動(dòng)法也稱(chēng)共振法。采用偏心激振器對(duì)結(jié)構(gòu)施加周期性的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，在模型實(shí)驗(yàn)時(shí)可采用電磁激振器激振，使結(jié)構(gòu)和模型產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。，利用激振器可以延續(xù)改變激振頻率的特點(diǎn)，當(dāng)干擾力的頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率相等時(shí)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，振幅浮上極大值，這時(shí)激振器的頻率即是結(jié)構(gòu)的自振頻率。對(duì)于多自由度體系結(jié)構(gòu)具有延續(xù)分布的質(zhì)量系統(tǒng)，當(dāng)激振器延續(xù)改變激振頻率，由共振曲線(xiàn)(圖18—5—2)的振幅最大值(峰點(diǎn))對(duì)應(yīng)的頻率，即可相應(yīng)得到結(jié)構(gòu)的第一頻率(基頻)和其他高階頻率。2．結(jié)構(gòu)阻尼的測(cè)量(1)自由振動(dòng)法利用自由振動(dòng)法實(shí)測(cè)的振動(dòng)曲線(xiàn)圖形(圖18—5—3)所得的振幅變化決定阻尼比。在上式中又稱(chēng)為對(duì)數(shù)衰減率。令上式中n為衰減系數(shù)。所以，結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)在囫圇衰減過(guò)程中，不同的波段可以求得不同的n值。所以在實(shí)際工作中常常取振動(dòng)圖中K個(gè)整周期舉行計(jì)算(圖18—5—1)，以求得平均衰減系數(shù)。式中K——計(jì)算所取的振動(dòng)波數(shù)；xn，xn+K—K個(gè)整周期波的最初波和總算波的振幅值。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)得到的有阻尼自由振動(dòng)記錄波形圖普通沒(méi)有零線(xiàn)，如圖18—5—4所示。所以在測(cè)量結(jié)構(gòu)阻尼時(shí)可采用波形的峰到峰的幅值，則對(duì)數(shù)衰減率λ為，阻尼比式中xn—第n個(gè)波的峰峰值；xn+K—為第n十K個(gè)波的峰峰值。(2)強(qiáng)迫振動(dòng)法由單自由度有阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程可以得到動(dòng)力系數(shù)(放大系數(shù))μ(θ)為如以μ(θ)為縱坐標(biāo)，以θ為橫坐標(biāo)，即可畫(huà)出動(dòng)力系數(shù)(共振曲線(xiàn))的曲線(xiàn)，見(jiàn)圖18—5—5所示。按照結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理，用半功率法(0．707法)可以由共振曲線(xiàn)決定結(jié)構(gòu)阻尼比ξ。在共振曲線(xiàn)圖的縱坐標(biāo)上取值，即0．707μ(θ)處作一水平線(xiàn)，使之與共振曲線(xiàn)相交于A、B兩點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于A、B兩點(diǎn)在橫坐標(biāo)上得ωl，ω2，即可求得衰減系數(shù)和阻尼比：衰減系數(shù)結(jié)構(gòu)的阻尼比3．結(jié)構(gòu)振型測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)的位移、速度和加速度都是時(shí)光和空間的函數(shù)。結(jié)構(gòu)在某一固有頻率振動(dòng)時(shí)，將各點(diǎn)位移銜接起來(lái)形成一定形式的曲線(xiàn)，就是結(jié)構(gòu)在對(duì)應(yīng)某一固有頻率下的一個(gè)不變的振動(dòng)型式，稱(chēng)為對(duì)應(yīng)該頻率時(shí)的結(jié)構(gòu)振型。為了實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)的振型曲線(xiàn)，當(dāng)結(jié)構(gòu)在按某一階固有頻率振動(dòng)時(shí)需要沿結(jié)構(gòu)高度或跨度方向延續(xù)布置水平或垂直方向的測(cè)振傳感器，普通至少要布置五個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)于整體結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)時(shí)常常是在各層樓面及屋面上布置測(cè)點(diǎn)。對(duì)于高層建造和高聳構(gòu)筑物，測(cè)點(diǎn)的數(shù)量只要滿(mǎn)意能獲得殘破的振型曲線(xiàn)即可。實(shí)驗(yàn)時(shí)各測(cè)點(diǎn)儀器必須要鄭重同步。在量取各點(diǎn)位移值時(shí)必須注重振動(dòng)曲線(xiàn)的相位，以決定位移值的正負(fù)。對(duì)于采用自由振動(dòng)法時(shí)，則多數(shù)用初位移或初速度法在結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生最大位移值的位置舉行激振，隨后在自由振動(dòng)狀態(tài)下測(cè)取結(jié)構(gòu)振型，普通情況下自由振動(dòng)法只能測(cè)得結(jié)構(gòu)的基頻與第一主振型。采用強(qiáng)迫振動(dòng)法激振時(shí)，是將機(jī)械式偏心激振器安裝于結(jié)構(gòu)頂層，延續(xù)舉行頻率掃描，通過(guò)共振可以測(cè)得結(jié)構(gòu)的幾階固有頻率和相應(yīng)的振型。（二）環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性人們?cè)趯?shí)驗(yàn)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，建造結(jié)構(gòu)因?yàn)槭芡饨绲母蓴_而常常處于極小而不規(guī)矩的振動(dòng)之中，其振幅普通在10微米以下(0．01mm)稱(chēng)之為脈動(dòng)。建造物的脈動(dòng)與地面脈動(dòng)、風(fēng)或氣壓變化有關(guān)，異常是受城市車(chē)輛、機(jī)器設(shè)備等所產(chǎn)生的擾動(dòng)和附近地殼內(nèi)部小的破碎以及遠(yuǎn)處地震傳來(lái)的影響尤為顯著，其脈動(dòng)周期為0．1—0．8秒，因?yàn)樵谌魏螘r(shí)候都存在著環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)，從而引起建造物的響應(yīng)。建造物的脈動(dòng)源都是不規(guī)矩的隨機(jī)變量，在隨機(jī)理論中這種無(wú)法用決定的時(shí)光函數(shù)描述的變量稱(chēng)為隨機(jī)過(guò)程，因此建造物的脈動(dòng)也必然是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。因?yàn)榈孛婷}動(dòng)所包含的頻譜是相當(dāng)豐盛的，