结构拟静力与拟动力试验

布局抗震试验方法概述之袁州冬雪创作严健南京林业大学研究生院摘要：地震的多发性和破坏性，使得布局抗震试验研究越来越受到人类的广泛关注.今朝人类已经发了然很多布局抗震试验研究的方法，本文详细先容了今朝布局抗震试验常常使用的四种方法，分别是（1）拟静力试验方法；（2）多维拟静力试验方法；（3）地震摹拟振动台试验方法；（4）拟动力试验方法，并对其各自特点及存在的问题停止了概述.关键词:抗震试验；拟静力试验；振动台试验；拟动力试验；概述The Summary of the Dynamic Testing Method of Structures AbstractMore and more people pay more attention to the seismic research of structures which due to the multipleand devastating earthquake.Some dynamic test means were developed by human in the recent years. In this paper, four kinds of commonly used structure seismic test methods were describe, including ThePseudoStatic experimentmethod, Dimensional Quasi-Static test methods, seismic simulation shaking table experiment method, Pseudo-dynamic test method.Key wordsdynamic testing; the pseudo-static experiment;shakingtable experiment;pseudo-dynamic test;aseismatic design methods;summary0前言地震是危害人类生命财富平安最严重的突发式自然灾害之一.随着人类社会的发展和人们生活的高度城市化，地震势必对人们生命和生活设施及工业生产体系带来愈来愈严重的威胁.近十多年来国表里持续发生的大地震，如1994年美国洛杉矶的北岭(Northridge)6.7级地震，造成62人死亡，9000多人受伤，直接经济损失达300亿美元；1995年日本阪神(Kobe)7.2级地震，造成5466人丧生，3万多人受伤，几十万人无家可归，直接经济损失高达960亿美元；1999年8月17日的土耳其伊兹米特(Izmet) 7.4级地震，造成约17000死亡，45000人受伤，20多万人无家可归，经济损失约120亿美元，；1999年9月21日发生在我国台湾的7.6级集集地震，造成约2470人死亡，11305人受伤，直接经济损失约118亿元；2010年1月12日发生在加勒比岛国海地的7.0级地震，造成约22.25万人遇难，19.6万人受伤.[1]图0.1 土耳其伊兹米特级地震灾区震后图我国处在欧亚地震带和环太平洋地震带的包抄之中，汶川地震震害经历非常深刻，2008年5月12日发生在我国四川的8.0级汶川地震，造成69227人遇难，374643人受伤，1792人失踪，直接经济损失达8451亿元人平易近币；2010年4月14日发生在我国青海省玉树地区的7.1级地震，造成约2698人丧生，270人失踪.图0.2 汶川地震的灾区震后图地震造成的人员伤亡，经济损失，在很大程度上都是由布局的破坏引起的，为了防御和减轻地震灾害，呵护人平易近生命和财富平安，必须使建筑物具有足够的抗震才能及杰出的抗震性能.因此，为了防止、减少社会经济损失，有需要停止抗震实际分析和试验研究，为地震设防和抗震设计提供依据，提高各类建筑物的抗震才能.但是由于地震机理和布局抗震性能的复杂性，仅以实际的手段还不克不及完全的掌控布局在地震作用下的性能、反应过程和破坏机理，还需要通过布局试验摹拟地震作用研究布局抗震性能，研究布局在弹性阶段的自振周期、振型、能量耗散和阻尼值亦即布局的线性动力特性；也可以研究非线性阶段的能量耗散、滞回特性、延性性能、破坏机理亦即布局的非线性性能.1布局抗震试验方法今朝，布局抗震试验方法大体上分为四类，即拟静力试验、多维拟静力试验、地震摹拟振动台试验、拟动力试验.拟静力试验是今朝在布局工程应用最为广泛的试验方法，它可以最大限度的获得结试件的刚度、承载力、变形、和耗能才能和损伤特征等信息，但不克不及摹拟布局的地震反应过程；地震摹拟振动台试验是最能真实再现布局地震动和布局反应的试验方法，但由于台面尺寸和承载力的限制，只能停止小比例模子的试验，且往往配重缺乏，不克不及很好的知足相似条件，导致地震作用破坏形态的失真；拟动力试验吸取了拟静力试验和地震摹拟振动台试验两种试验方法的优点，可摹拟大型复杂布局的地震反应，在抗震试验方面得到广泛的应用.振动台试验在评估布局体系抗震性能方面是最为客观实际真实有效的，然而由于其高额的费用成本使得常常采取小比例尺振动台试验; 拟动力试验是一种保存了振动台试验的一些特点的试验方式.然而大多数的布局构件或组件的试验都是采取拟静力试验方式，亦即低周反复加载试验.［2］2拟静力试验2.1拟静力试验的简介和作用原理20 世纪 70年月初，美国学者将拟静力试验方法用于获取构件的数学模子，为布局的计算机分析提供构件模子，并通过地震摹拟振动台试验对布局模子参数作进一步的修正.拟静力试验( quasi-static testing) 又称低周反复加载试验或伪静力试验，它是采取一定的载荷节制或变形节制对试件停止低周反复加载，使试件从弹性阶段直至破坏的一种试验.拟静力试验实质上是用静力加载方式摹拟地震作用，其优点是在试验过程中可以随时停下来观测试件的开裂和破坏状态，并可根据试验需要改变加载过程.但是加载过程与实际地震作用过程无关，不克不及反应时应变数率的影响，即拟静力试验只能得到构件或布局在反复荷载下的恢复力滞回特性，不克不及得到布局地震反应全过程.拟静力试验的目标是对构件或布局在荷载作用下的基本表示停止深入的研究，进而建立一种靠得住的实际分析上的力学或数学模子.而在许多实际工程中，布局或构件的检验性试验也采取此法，目标在于检验现有方法的准确程度和存在缺乏.拟静力试验包含单调加载和循环加载试验，加载方式有单点加载和多点加载.从试件种类来看，钢布局、钢筋混凝土布局、砖石布局以及组合布局是研究最多的；从试件的类型来看，梁、板、柱、节点、墙、框架和整体布局等都是拟静力加载试验的主要对象.过去在试验室中，拟静力试验主要采取机械式千斤顶或液压式千斤顶停止加载.这类加载设备主要是手动加载，试验加载过程不容易节制，往往造成数据丈量不稳定、不准确，试验成果分析坚苦.2.2拟静力试验发展现状与振动台试验和拟动力试验相比，由于其相对较低的经济成本以及其显著的技术优势，拟静力试验方法已经成为并将继续成为布局工程抗震范畴的最受欢迎的试验技术之一.［3］通过该试验方法技术可以有效获得布局构件( 组件) 的强度、刚度、变形、耗能等重要靠得住信息，从而为建立诸如恢复力模子、抗剪强度计算公式和研究破坏机制等，以及为发展和改进新型的抗震构造措施提供强有力的技术包管.［4］今朝许多布局试验室主要采取电液伺服加载系统停止布局的拟静力加载试验.电液伺服作动器与试件和反力装置的毗连与固定方式应符合布局物实际的受力条件，所以反力装置和传力装置以及毗连与固定方式也都是在拟静力加载试验中必须重视的问题.今朝常常使用的反力装置主要有反力墙、反力台座、门式刚架、反力架和相应的各种组合类型.国表里许多试验室都建有大型的、多维的反力墙和台座，最大的反力台座其长度达50m，反力墙高度达 23m，可以停止七层原型房屋布局的抗震试验研究.今朝，常常使用的拟静力加载试验规则有三种，即位移节制、力节制和力-位移混合节制加载.位移节制加载是以加载过程的位移作为节制量，依照一定的位移增幅停止循环加载.有时是由小到大变幅值的，有时幅值是恒定的，有时幅值是大小混合的；力节制加载方式是以每次循环的力幅值作为节制量停止加载，因为试件屈服后难以节制加载的力，所以这种加载方式较少单独使用；力-位移混合节制加载方法，即先以力节制停止加载，当试件达到屈服状态时改用位移节制. 5拟静力试验过程中的问题，一是试验过程中如何确定开裂荷载，今朝仍然是用人工方法检查，且逐级加载也难以准确地得到开裂荷载和屈服载荷而且今朝还没有一个确定屈服点的统一尺度；二是在试验过程中很难切确确定试件的屈服载荷，仍然是由人的经历断定，有些试件自己没有分明的屈服点，对于这样的试件，应当思索全过程用位移节制完成试验.别的，对于多维拟静力试验，加载规则也非常多，但是今朝还没有这方面的规范或规程.且节制形式的选择、特别是节制形式的转换条件很难确定多维拟静力试验分歧于一维拟静力试验.拟静力试验过程需要通过丈量仪器对试件的变更停止量测，拟静力加载试验中最关心的有试件的应力、应变、力和变形，因此力传感器、位移传感器和应变计是常常使用的量测传感器.将这些量测传感器合理地安插和组合，可以量测试件的力、位移、应变、矩和曲率等.过去常常使用的机械式和电子式的量测仪器正在被自动化和智能化的量测仪器所取代.拟静力试验发展现状虽然拟静力试验具有很广阔的应用前景及范畴，然而其独有的无法降服的技术优势或缺陷也是显而易见的.这些缺陷从某种程度上讲，也即是加载制度所存在的.1) 当地震作用下应变速率的影响不成忽略时，如果处理不当，拟静力试验方法会给出分歧适的甚至是错误的成果: ①当布局构件或布局体系的超强特性对于布局的反应相当重要和关键时;②当布局的破坏形式主要由应变率显著节制时，诸如冲击荷载下的布局构件; 而加载制度自然无法思索应变率的影响.2) 当布局的总体反应对布局的内力分布形式敏感或布局构件性能对弯剪比或弯压比敏感时，拟静力试验技术就只能给出有限甚至是缺乏的信息，这是由于其试验装置的简单性、模子试件的抱负简化所致.这一点今朝似乎其实不克不及在加载制度中予以思索.3) 当布局的延性和耗能才能很重要时，根据拟静力试验所获得的试验数据是否可以作为一种守旧的下限值不得而知.虽然很多的试验数据标明是可以的，但是对这些退化资料性能的过高估计或过低估计毕竟对布局整体的性能影响如何，并没有被有效研究过.4) 尺寸效应的思索.由于实验室的试验才能及场地大小等诸多因素的限制，通常都是采取缩尺比例模子试件，这对于构件或组件的毗连节点，可以具有不成忽略的重要影响.5) 近场远场地震特性的影响.尤其是软土地震波的持时效应在加载制度中的思索.6) 加载制度中的最大幅值的规定.大多数加载制度并没有给出最大幅值的规定，只是采取试验停止到试件承载力下降到最大值的85% 或80% 即停止竣事，这对于深入研究倒塌问题来讲却显得缺乏.有需要停止足够大的幅值循环以使试件承载力下降更多诸如70%，从而获得更为全面的加载制度.[6]3多维拟静力试验今朝，多维拟静力试验停止的比较少，一种原因是多维实际方面的研究工作停顿比较缓慢；另外一种原因是多维拟静力试验设备、设施较少，特别是多维拟静力试验比较复杂，试验节制与布局的几何模子、力学模子、物理特征、作动器的加载位置、传感器的丈量位置等均有紧密亲密关系，试验加载节制比较坚苦.［7］4地震摹拟振动台试验4.1 地震摹拟振动台试验原理及其适用性地震摹拟振动台试验 ( shaking table testing)可以很好的再现地震过程和停止人工地震波的试验，它可以真实的再现地震过程，是今朝研究布局抗震性能最准确的试验方法.主要用于检验布局抗震设计实际、方法和计算模子的正确与否，还可以用于研究布局动力特性、设备抗震性能以及检验布局抗震措施等内容.不过，地震摹拟振动台也有其局限性，一般振动台试验都是模子试验，比例较小，容易发生尺寸效应，难以摹拟布局构造.且由于台面尺寸和承载才能的限制，只能停止小比例模子的试验，往往配重缺乏，不克不及很好知足相似条件，特别是进入弹塑性阶段工作时，更是如此，导致地震作用形态失真.将试验对象放在一个足够刚性的台面上，通过动力加载设备使台面再现各种类型地震波，并使试验对象随之发生近似地震作用下的振动，这就是地震摹拟振动台试验的基来历根基理.以今朝普遍使用的电液伺服地震摹拟振动台为例，系统主要由液压源系统、激振器、伺服摹拟节制器、台面、计算机节制系统组成，如图4.1、4.2、4.3所示.其中伺服摹拟节制器是以电液伺服阀为核心的摹拟节制器，其性能的好坏对整个系统起着决议性作用，是整个节制系统的核心部分.液压源系统主要是提供动力，包含液压泵站、蓄能器组、冷却系统等，液压泵的流量是根据地震波的最大速度值来设计的，为了节俭动力，今朝都是设置大容量的蓄能器组来提供作系统设有冷却器.地震摹拟振动台台面是试验的平台，台面的基本要求是要有足够的刚度，承载才能要求足够大.今朝地震摹拟振动台的台面采取的材质可分为三大类，钢筋混凝土布局台面、钢焊布局台面、铝合金或镁铝合金铸造布局台面.由于钢焊布局台面具有重量轻，台面弯曲频率高等优点，所以大部分的地震摹拟振动台都采取钢焊布局台面. 8图4.1 地震摹拟振动台系统示意图图4.2 振动台基本构造图4.3 振动台受力示意图评价振动台的性能有许多技术指标，对于单水平向的地震摹拟振动台应着重思索如下几项: 加速度波形失真、加速度竖向分量、台面主振方向的加速度不平均度、横向加速度分量、布景噪声和地震波再现才能.地震波的再现才能是振动台的一项重要技术指标，但它在概念上比较笼统，没有详细的尺度，一般是通过台面再现的波形和期望的波形停止比较来断定的.液压驱动系统给振动台以宏大的推力，由电液伺服系统来驱动液压加载器，推动台面能在垂直轴或水平轴的 X和 Y 方向上发生相位受控的正弦运动或随机运动，实现地震摹拟和波形再现的要求.为了降服地震摹拟振动台的这些限制,振动台出现了2种发展趋势.一种趋势是建造超大型的地震摹拟振动台,即振动台的大型化.通过加大振动台的台面尺寸，提高振动台的承载才能，以停止大比例模子试验，甚至原型模子试验,降服模子尺寸效应的影响.振动台大型化的一个最典型的代表是日本迷信技术厅( STA)和国立防灾迷信技术研究所(N IED) 1998年开端建造的世界上最大的地震摹拟振动台(图).[8[9计划于2005年头建成，拥有停止三向六自由度试验的才能，振动台台面尺寸为15m ×20m，最大的载重量为1 200 t，更详细的情况可以登陆网站http: / /www. bosai. go. jp / sougou / sanjigen /3De / index. htm停止懂得.我国建筑迷信研究院新建成的6m×6m的三向六自由度地震摹拟振动台，为国内最大的地震摹拟振动台,也可以看做是大型化的一个例子图4.4 日本1200t原型试验振动台地震摹拟振动台试验技术尺度今朝地震摹拟振动台的数字节制基本都是采取数字迭代法.它是一种开环节制方法.数字迭代节制方法是每次驱动振动台之后，将台面再现成果与预期信号停止比较，根据二者的差别对驱动信号停止修正后再次驱动振动台，再比较台面再现成果与期望信号，直到台面再现成果知足要求为止.这个详细的过程分三个步调完成: 首先通过输入、输出信号建立系统的传递函数；其次由期望信号和传递函数重新计算输入信号；第三重新检验台面的再现情况.振动台试验中收集数据需要许多传感器和测试仪器，常常使用的传感器有加速度计 (测加速度响应 )、位移传感器 (测相对或相对位移 )、应变片 (测应变响应 ).数据的收集系统将反应的时间过程记录下来，颠末模数转换送到数字计算机存储，停止分析处理.振动台的数据处理比较容易停止，因为现在振动信号处理软件必较多，可以应用软件方便的求出试件响应的频谱、均值、方差等，然后根据成果分析画图. 10地震摹拟振动台试验的加载过程包含布局动力特性、地震动力反应试验和量测布局分歧工作阶段自振特性变更等试验内容.对于布局动力特性试验，在模子装置振动台前后都可采取自由振动法或脉动法停止试验量测.也可以用正弦波输入的持续扫频，通过共振法测得模子的动力特性.根据试验目标分歧，在选择和设计振动台台面输入加速度时程曲线后，试验的加载过程有一次加载和多次加载.一次加载，输入一个适当的地震记录，持续地记录位移、速度、加速度、应变等动力反应，并观察裂痕的形成和发展过程用以，研究布局在弹性、弹塑性和破坏阶段的各种性能.特点是可以持续摹拟布局在一次强烈地震中的整个表示和反应，但对试验过程中的量测和观察要求过高，破坏阶段的观测比较危险.因此，没有足够经历的情况下很少采取这种加载方法；多次加载，今朝，在地震摹拟振动台试验中，大多数的研究者均采取此种方法停止试验.一般情况为: 动力特性试验；振动台台面输入运动，使布局发生微裂痕；加大台面输入运动，使布局发生中等程度的开裂；加大台面输入加速度幅值，布局振动使其主要部位发生破坏，但布局还有一定的承载才能；继续加大台面运动，使布局变成机动体系，稍加荷载就会发生破坏倒塌.4.3地震摹拟振动台试验优点振动台模子试验是今朝所有试验方中最为直接的试验方法，在试验中能详细地懂得布局在大震作用下的抗震性能，对构件的破坏机理有直观的懂得.别的，振动台模子试验往往是评估新型布局、超限布局以及具有隔震、减震装置布局等抗震性能的重要手段.对于大跨桥梁、大跨建筑物及管道线还需要用振动台台阵来研究基于多点地震波输入下的抗震性能.振动台试验是今朝并可以在将来的一段时间内处理布局在地震作用下的非线性反应和倒塌机理比较有效的手段. 115 拟动力试验拟动力试验 ( pseudo- dynam ic testing) 又称计算机-加载器联机试验，是将计算机的计算和节制与布局有机的连系在一起的试验方法，即用试验方法和数值积分方法相连系的方式停止布局抗震试验.拟动力试验原理及其适用范围拟动力试验适用于混凝土布局、钢布局、砌体布局、组合布局的模子试体在静力试验台上，摹拟实施地震动力反应的抗震性能试验.拟动力试验的原理是:根据数值化的典型地震加速度记录时程曲线，取某一时刻的地震加速度值和试验中前一时刻加载后实测的布局恢复力，用逐步积分振动方程的动力反应分析方法计算出该时刻布局试体的地震反应位移，并对布局试体施加此位移，实现该时刻布局试体的地震反应；实测此时的布局恢复力，按地震过程取下一时刻的地震加速度值，停止该时刻布局试体地震反应位移计算，再将位移施加到布局试体上.如此逐时刻反复实现计算位移一施加位移一实测布局恢复力一再计算位移的循环过程，即摹拟了布局试体在地震中的实际动态反应过程如图5.1. 12图5.1 拟动力试验原理图拟动力试验的目标是希望可以真实的摹拟地震动对布局的作用，此法的关键是布局的恢复力特性不再来自数学模子，而是直接从被试验布局上实时测取.拟动力试验依照试验模子的自由度，分为单自由度、等效单自由度、有限自由度体系拟动力试验；拟动力试验研究的对象有构件、子布局体系和整体布局，对原布局或原布局模子停止的拟动力试验称为全布局拟动力试验，对部分布局或部分布局模子停止的拟动力试验称为子布局拟动力试验；拟动力试验方法主要包含: 多质点试验、等效单质点试验和子布局试验.由于仪表等待度的限制，采取多质点试验方法停止试验，则难度较大；至于子布局试验，今朝试验条件尚不成熟; 加载方式有单自由度体系、等效单自由度和多自由度体系; 采取数值积分方法有线性加速度法、中央差分法、隐式无条件稳定的方法.布局拟动力试验可以停止大规模、大比例模子，甚至是布局原型的抗震试验.同时，由于试验过程中加载是逐步停止的，这样可详细地观察布局的破坏过程.与振动台试验相比，拟动力试验的缺点是不克不及真实地反映出布局动力反应的时间效应，因为拟动力试验中所得到的速度和加速度是计算出来的，而不是实测的.按试验模子的自由度，将布局拟动力试验分为单自由度、等效单自由度和有限自由度体系拟动力试验.对原布局或原布局模子停止的拟动力试验称为全布局拟动力试验；对部分布局或部分布局模子停止的拟动力试验称为子布局拟动力试验.布局在地震作用下将发生破坏，但破坏往往只发生在布局的某些部位或构件上，其它部分仍处于完好或基本完好状态，所以将容易破坏的具有复杂非线性特性的这部分布局停止试验，而其余处于线弹性状态的布部分分用计算机停止计算摹拟，被试验的布部分分和计算机摹拟部分在一个整体布局动力方程中得到统一.用于试验的布部分分称为试验子布局，其余由计算机摹拟的布部分分称为计算子布局，整体布局由试验子布局和计算子布局两部分组成，它们共同形成整体布局的动力方程.由于试验子布局的恢复力呈复杂的非线性特征，实际上难以处理，因此直接由试验获得；而计算子布局处于线弹性范围，恢复力呈简单的线性特征，因此由计算机停止摹拟.按试验节制方法，又将布局拟动力试验分为位移节制拟动力试验和力节制拟动力试验.位移节制拟动力试验方法比较成熟，采取较多.对于刚度大、位移反应小的试验模子多采取力节制方法.在试验模子进入恢复力特性曲线的下降段之前，两种节制方。

1．土木工程结构试验分哪几类？各类试验的目的是什么？A根据试验目的,可以分为研究性试验和检验性试验。

研究性试验具有研究、探索和开发的性质。

其目的在于验证结构设计的某一理论,或验证各种科学的判断、推理、假设及概念的正确性,或者是为了创造某种新型结构体系及其计算理论,而系统地进行的试验研究。

检验性试验对象一般是真实的结构或构件,其目的是通过试验来检验结构构件是否符合结构设计规范及施工验收规范的要求,并对检验结果作出技术结论。

B根据试验的荷载性质,可分为静力试验和动力试验两大类。

静力试验是结构试验中最常见的试验。

所谓"静力"一般是指试验过程中,结构本身运动的加速度效应〔惯性力效应可以忽略不计。

根据试验性质的不同,静力试验可分为单调静力荷载试验,拟静力试验和拟动力试验。

研究动荷载的特性、结构的动力特性以及结构在不同性质动荷载作用下的动力反应试验,如研究铁路或公路桥梁的振动特性、工业厂房中的吊车梁的疲劳强度与疲劳寿命、大跨结构和高耸结构在风荷载作用下的动力问题。

结构动力试验主要包括动荷载特性试验、结构的动力特性试验、结构动力反应试验、模拟地震振动台试验、风洞试验和结构疲劳试验等。

C根据试验对象的不同,可以分为实体试验和模型试验。

实体试验的试验对象一般是实际结构或构件。

模型是仿照原型〔真实结构并按照一定比例关系复制而成的试验代表物,它具有实际结构的全部或部分特征。

模型的设计制作及试验是根据相似理论,用适当的比例和相似材料制成与实际结构几何相似的试验对象,在模型上施加相似力系〔或称比例荷载,使模型受力后重演原型结构的实际工况,最后按照相似理论由模型试验结果推算实际结构的性能。

D结构试验按试验场合分为试验室试验和现场试验。

实验室试验是指在有专门设备的实验室内进行的试验。

现场试验是指在生产和施工现场进行的试验。

E根据结构或构件破坏与否,可以分为非破坏试验和破坏性试验。

非破坏试验有使用性能检验和承载力检验。

结构试验：在试验对象(实际结构物、杆件、构件、子结构或其模型)上，以仪器设备为工具，用各种试验技术为手段，在施加各种作用(荷载、机械扰动力、模拟的地震作用、力、温度、变形……)的工况下，量测与试验对象工作性能有关的各种参数(应变、变形、振幅、频率……)和实际破坏形态，来评定试验对象的刚度、抗裂度、裂缝状态、强度、承载力、稳定和耗能能力等，确定工程结构对使用要求的符合程度，并用以检验和发展结构的计算理论工程结构试验的任务根据不同的试验目的，以实验方式测定结构在各种作用下的相关数据,由此反映结构成构件的工作性能、承载能力和相应的安全度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要的依据工程结构试验的目的：生产鉴定或科学研究1生产鉴定性试验试验对象：实际结构或构件试验目的：检验产品是否符合结构设计规范及施工验收规范的要求，并对检验结果作出技术结论；该类试验包括a对结构设计和施工进行鉴定（重要或新型结构、新工艺方法施工）b判断改建和加固的工程结构的实际承载能力c 为工程事故鉴定提供技术根据；2科学研究性试验a目的: 验证结构设计计算的各种假定；通过制定各种设计规范，发展新的设计理论，改进设计计算方法；为发展和推广新结构、新材料及新工艺提供理论与实践的经验。

b内容: 1验证结构计算理论的假定；2为制定或修订设计规范提供依据；3为发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验根据试验目的不同可分：生产性试验和科研性试验。

试验荷载性质不同可分：静力（载荷）试验和动力（载荷）试验。

静力试验指：试验过程中，加荷导致结构本身运动的加速度效应(惯性力效应)可以忽略不计。

1静力试验又可分：单调静力荷载试验、拟静力试验和拟动力试验。

单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，用于研究结构受力性能的试验。

2动力试验包括研究动荷载的特性、结构的动力特性及结构在不同性质动荷载作用下的动力反应试验。

动荷载的特性：包括作用力的大小、方向、频率及其作用规律等；动荷载的特性试验量测内容：动荷载自身参数和主振源的测定试验；通常采用直接测定法、间接测定法和比较测定法；结构的动力特性包括结构的自振频率、阻尼比、振型等参数。

研究性试验：验证结构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、推理、假设及概念的正确性，或者为了创造某种新型结构体系及计算理论，而系统地进行的试验研究。

静力试验：所谓“静力”一般是指试验过程中，结构本身运动均加速度效应（惯性力效应）可以忽略不计。

单调静力荷载试验：试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能的试验。

拟静力试验：也叫低周期反复荷载试验或伪静力试验。

利用加载系统对结构施加逐渐增大的反复作用荷载或交替变化的位移，使结构或构件受力的历程与结构在地震作用下的受力历程基本相似，属于结构抗震试验方法，但其加载速度远低于实际结构在地震作用下所经历的变形速度。

结构动力试验主要包括：①动荷载的特性试验方法：直接测定法、间接测定法、比较测定法。

②结构动力特性试验；③结构的动力反应试验；④模拟振动地震台试验；⑤风洞试验；⑥疲劳试验。

实体试验和模型试验；试验室试验和现场试验；非破坏性试验和破坏性试验。

结构检测：是为了评定结构工程的质量或鉴定既有结构的性能等所实施的检测工作。

研究性试验包括哪几个阶段？设计阶段→准备阶段→实施阶段→总结阶段。

试验阶段试验加载图式：试验荷载在试验结构构件上的布置（包括荷载类型和分布情况）称为加载图示。

试验装置：①试验装置应有足够的刚度，在最大的试验荷载作用下，应有足够承载力（包括疲劳强度）和稳定性。

②试验结构构件的跨度、支撑方式、支撑等条件和受力状态应符合设计计算简图，且在整个试验过程中保持不变。

③试验装置要满足构件的边界条件和受力变形的真实状态，且不应分担试验结构构件承受的试验荷载和不应阻碍结构构件变形的自由发展。

④应满足试件就位支撑、荷载设备安装、试验荷载传递和试验过程的正常工作要求。

加载制度：是指试验进行期间荷载与时间的关系。

测点的选择与布置：用仪器对结构或构件进行内力、变形等参数的量测时，测点的选择与布置应满足以下原则。

仪器选择与测读原则：①选择的仪器，必须能满足试验所需的精度与量程要求。

钢结构拟静力试验钢结构拟静力试验是一种常用的试验方法，用于评估钢结构在静力荷载作用下的性能和承载能力。

通过测试钢结构在不同荷载下的变形、应力和位移等参数，可以验证结构的设计是否满足安全要求，并为实际工程提供依据。

钢结构是一种具有高强度、刚性和稳定性的结构体系，广泛应用于建筑物、桥梁、塔架等工程领域。

在设计和施工过程中，钢结构的质量和性能关系到工程的安全和可靠性。

因此，钢结构的性能评估和试验是必不可少的环节。

钢结构拟静力试验通常包括以下几个步骤：首先，根据设计要求和试验目的，确定试验方案和试验样品。

然后，搭建试验平台和加载设备，确保试验过程的稳定性和安全性。

接下来，根据试验方案逐步加荷，记录和监测试验样品的变形、应力和位移等参数。

最后，根据试验数据进行分析和评估，得出结构的性能和承载能力。

在钢结构拟静力试验中，需要关注的参数包括结构的刚度、强度和稳定性。

刚度是指结构在受力后的变形程度，反映了结构的刚性和变形能力。

强度是指结构在承受荷载时的抗力能力，反映了结构的承载能力。

稳定性是指结构在受力后的稳定性和失稳特性，反映了结构的安全性和可靠性。

钢结构的拟静力试验可以通过传感器和数据采集系统实时监测和记录试验数据，以确保试验的准确性和可靠性。

试验数据的分析和评估可以采用数学模型和计算方法，得出结构的性能参数和安全评价结果。

钢结构拟静力试验的结果可以用于验证结构设计的合理性和可行性，指导实际工程的施工和安装，提高结构的安全性和可靠性。

同时，试验数据还可以用于改进结构设计和优化结构参数，提高结构的经济性和工程效益。

钢结构拟静力试验是一种重要的试验方法，可以评估钢结构在静力荷载下的性能和承载能力，为实际工程提供可靠的依据。

通过合理的试验方案和准确的数据分析，可以确保钢结构的安全性和可靠性，推动工程质量的提升。

1、根据不同试验目的，结构试验可分为生产性试验和科研性试验两大类2、生产性试验：①综合鉴定重要工程和建筑的设计与施工质量②对已建结构进行可靠性检验，以推断和估计结构的剩余寿命③工程改建和加固，通过试验判断具体结构的实际承载能力④处理受灾结构和工程质量事故，通过试验鉴定提供技术依据⑤鉴定预制构件的产品质量3、按试验对象的尺寸分类：①原型试验②模型试验4、按试验荷载的性质分类：①结构静力试验②结构动力试验5、按试验时间长短分类：①短期荷载试验②长期荷载试验6、按试验场所在地分类：①试验室结构试验②现场结构试验7、试验工作者在试验设计中经常采用一种解决多因素问题的试验设计方法——正交试验设计法8、所谓等效荷载是指在它的作用下，结构构件的控制截面和控制部位上能产生与原来荷载作用时相同的某一作用效应的荷载9、测点的选择与布置有一下几条原则：①在满足试验目的的前提下，测点宜少不宜多，②测点的位置必须要有代表性③为了保证量测数据的可靠性，应该布置一定数量的校核性测点④测点的布置对试验工作的进行应该是方便的、安全的10、试验加载设备应满足下列基本要求：①荷载值准确且符合实际荷载作用模式及传递模式，产生的内力或在要分析部位产生的内力与设计计算等效②荷载易于控制，能够按照设计要求的精度逐级加载和卸载③加载设备本身应具有足够的承载力、刚度，确保加载和卸载安全可靠④加载设备不应参与试验结构或构件的工作，不影响结构自由变形，不影响试验结构受力⑤试验加载方法力求采用先进技术，减少人为误差，提高工作效率11、使用砂、石等松散材料作为均布荷载时应注意重物的堆放方式，勿将材料连续堆放以免荷载材料本身的起拱作用造成结构卸载12、利用水作为重力加载用的荷载简单、方便而又经济。

加载可以利用进水管，卸载则可利用虹吸管原理，可以减少大量的加载劳动。

应注意水荷载的不均匀性对结构受力所产生的影响。

利用水作为均布荷载的缺点是全部承载面的被掩盖，不利布置测量仪表及裂缝观测。

拟动力试验方法的发展综述作者：郭浩来源：《科学与财富》2018年第16期摘要：拟动力试验方法是一种研究建筑结构抗震性能的有效方法。

考虑试验场地和费用等因素，子结构拟动力试验方法被提出，它是将建筑结构中的关键部位进行试验，其余部分通过有限元软件OpenSees进行数值分析，试验子结构和数值子结构通过OpenFresco平台建立连接，实现数据的传递，不仅可以提高效率，还能降低费用，因此，拟动力试验技术具有较好的研究价值和发展前景。

关键词：拟动力试验；有限元分析；试验子结构；数值子结构1 研究目的和意义随着我国经济及城市化的快速发展，越来越多的超高层建筑出现在各个地区。

伴随着大跨度、复杂的建筑结构的出现，对工程结构的抗震性能要求也越来越高。

我国是世界上多地震国家之一，历史上曾发生多次强烈地震，例如2010年的青海省玉树县的7.1级地震、2013年的四川省雅安市的7.0级地震、2014年新疆于田的7.3级地震，都造成巨大的经济损失和人员伤亡，因此提高建筑结构的抗震减振性能就显得尤为关键。

结构抗震试验为评判结构抗震性能、研究结构抗震机理发挥不可替代的作用，受到科学研究者的广大重视[1]。

当前抗震试验主要有拟静力试验、地震模拟振动台、拟动力试验三种方式。

拟动力试验综合拟静力和地震模拟振动台的优点，可以较好的模拟大型结构的地震反应。

但是出于实验设备和费用的考虑，子结构拟动力试验方法被提出，建筑物发生严重破坏通常是局部的构件，将建筑结构中最易被破坏的部分进行试验，其余部分进行计算机模拟，通过试验和模拟的结合让整体结构在动力方程中得到统一[2]。

本文将对拟动力试验方法的起源、发展及研究近况进行简要的介绍，分析拟动力试验方法中存在的问题；然后对拟动力试验方法的数值计算方法的稳定性和精确性进行讨论，最后对拟动力实验方法未来的发展情况做出简要的概述。

2 拟动力试验的研究概况2.1 拟动力试验的定义拟动力试验方法自1969年由日本学者M.Hakuno等[3]首次提出后，经过多年的发展，拟动力试验由早期的单自由度试验发展到后来的多自由度拟动力试验，以及近些年来比较关注的子结构拟动力试验。

理工大学国防工程学院攻读硕士学位研究生读书报告学号S201304116姓名潘璐学科、专业防灾减灾工程与防护工程研究方向指导教师方秦教授2014年4月16日1.拟静力试验应用综述拟静力试验(quasi-static test) 也称伪静力试验或低周反复加载试验，是结构抗震试验的一种，也是目前结构或构件性能研究中应用最广泛的试验方法。

这种试验方法是在20世纪60～70年代基于结构非线性地震反应分析的要求提的，其根本目的是对结构在荷载作用下的基本性能进行深入的研究，进而建立恢复力模型和承载力计算公式，探讨结构的破坏机制，并改进结构的抗震构造措施。

除拟静力试验，结构抗震实验还包括地震模拟振动台实验、拟动力实验。

地震模拟振动台实验最能真实再现结构地震动和结构反应,是目前研究结构抗震性能最准确的试验方法，主要用于检验结构抗震设计理论、方法和计算模型的正确与否。

但由于台面尺寸和承载力的限制,只能进行小比例模型的试验,且往往配重不足,导致地震作用破坏形态的失真。

拟动力试验与拟静力试验实验设备相同，但拟动力试验中已经通过数值方法考虑了惯性力和阻尼力的影响,试验结果比较能代表结构的真实地震反应。

与以上两种试验相比，虽然拟静力试验不能模拟结构的地震反应过程但其具有以下优点：（1）加载速率较低，由加载速率引起的应力、应变速率对实验结果的影响可以忽略；（2）试验过程可以随时停下来观察结构的开裂的破坏状态；便于检验校核试验数据和仪器的工作情况，并可按试验需要修正和改变加载历程；（3）可以最大限度的测试试件在荷载作用下的基本表现，如：●恢复力模型：通过实验所得的滞回曲线求得结构的等效阻尼比，衡量结构的耗能能力，同时还可得到骨架曲线，结构的初始刚度及刚度退化等参数。

●性能判定：判断试件的强度、刚度、变形、延性等。

●破坏机制：通过实验研究结构构件的破坏机制及抗震性能。

对大型结构来说，足尺试验是必须的，为克服大型结构在室内进行实验时的各种我们选取重要的结构构件进行拟静力试验，以获取用于计算机分析的数学模型。

结构抗震静力实验方法综述结构抗震静力实验方法综述李循锐(合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009)摘要：详细介绍了两种结构抗震试验方法:伪静力试验和拟动力试验,对伪静力试验的加载设备和装置及试验方法作了说明,具体阐述了拟动力试验的基本方法和等效单自由度体系的拟动力试验及子结构技术,以期指导实践。

关键词：结构抗震静力试验；伪静力试验；拟动力试验0引言我国处在欧亚地震带和环太平洋地震带的包围之中，汶川地震震害教训非常深刻，为了防御和减轻地震灾害，保护人民生命和财产安全，必须使建筑物具备足够的抗震能力及良好的抗震性能。

对建筑结构进行抗震试验，可以对建筑结构的抗震能力和抗震性能进行评价。

通过抗震试验，可以研究结构在弹性阶段的自振周期、振型、能量耗散和阻尼值亦即结构的线性动力特性；也可以研究非线性阶段的能量耗散、滞回特性、延性性能、破坏机理亦即结构的非线性性能。

1概述在长期抵御地震灾害的过程中,人们认识到工程结构抗震试验是研究结构抗震性能的一个重要途径和方法。

由于地震发生前的不确定性和发生传播的不确定性,这个也使结构在地震反应也是不确定性的。

所以结构抗震试验很大程度上是简化或者是将不确定性确定化,从而让试验可以实施[1]。

2 结构抗震静力实验结构抗震静力试验是以静力的方式模拟地震作用的试验。

结构抗震试验又分为伪静力试验和拟动力试验。

结构抗震静力试验优点是设备要求不高,成本低。

但是,抗震静力试验最本质的缺点是不能反映地震时材料应变速率的影响。

3 伪静力实验3.1 加载设备和装置3.1.1 加载设备结构伪静力试验加载设备有很多种,以前一般采用手动加载的方法,实验室里主要采用机械式千斤顶或是液压式千斤顶。

而手动加载自动化程度太低,也不容易提高试验数据的精度。

目前,随着经济的发展,实验室里主要采用的是电液伺服加载系统。

3.1.2 加载的反力装置电液伺服加载器一方面和试件相连,另一方面和反力装置相连,方便对结构进行加载作用。

1.1.1 土木工程结构试验（structural testing）土木工程结构试验是在结构物或试验对象（杆件、构件、子结构或其模型）上，利用设备仪器为工具，以各种试验技术为手段，在施加各种作用（荷载、机械扰动力、模拟的地震作用、风力、温度、变形……）的工况下，通过量测与试验对象工作性能有关的各种参数（应变、变形、振幅、频率……）和试验对象的实际破坏形态，来评定试验对象的刚度、抗裂度、裂缝状态、强度、承载力、稳定和耗能能力等，并用以检验和发展结构的计算理论。

根据不同的试验目的、荷载性质、试验对象、试验场合、构件破坏与否、荷载作用时间等不同因素进行分类。

可分为研究性试验和检验性试验、静力试验和动力试验、实体（原型）试验和模型试验、实验室试验和现场试验、破坏性试验和非破坏性试验，以及短期荷载试验和长期荷载试验。

根据试验的荷载性质，可分为静力试验和动力试验两大类。

（1）静力试验（static testing）静力试验是结构试验中最常见的试验。

所谓“静力”一般是指试验过程中，结构本身运动的加速度效应（惯性力效应）可以忽略不计。

根据试验性质的不同，静力试验可分为单调静力荷载试验，拟静力试验和拟动力试验。

单调静力荷载试验是指试验荷载逐渐单调增加到结构破坏或预定的状态目标，研究结构受力性能的试验。

拟静力试验也称低周反复荷载试验或伪静力试验。

它是利用加载系统对结构施加逐渐增大的反复作用荷载或交替变化的位移，使结构或构件受力的历程与结构在地震作用下的受力历程的基本相似，属于结构抗震试验方法，但其加载速度远低于实际结构在地震作用下所经历的变形速度。

拟动力试验也是一种结构抗震试验方法，是将地震实际反应所产生的惯性力作为荷载加在试验结构上，使结构所产生的非线性力学特征与结构在实际地震动作用下所经历的真实过程完全一致。

由于这种试验是用静力方式进行的而不是在振动过程中完成的，故称拟动力试验。

（2）动力试验（dynamic testing）研究动荷载的特性、结构的动力特性以及结构在不同性质动荷载作用下的动力反应试验，如研究铁路或公路桥梁的振动特性、工业厂房中的吊车梁的疲劳强度与疲劳寿命、大跨结构和高耸结构在风荷载作用下的动力问题。