结构抗震试验方法综述

第44卷第19期

2 0 18 年 7 月

SHANXI ARCHITECTURE

山西建筑

Vol.44 No. 19Jul. 2018

•结构•抗震•

文章编号：1009-6825 (218) 19-0036-03

结构抗震试验方法综述+

孙柏涛12姜琪M

闫培雷M

(1.中国地震局工程力学研究所，黑龙江哈尔滨150080; 2.中国地震局地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江哈尔滨150080)

摘要:近年我国地震灾害频发，结构抗震试验为减轻地震损失做出了巨大贡献,主要介绍伪静力试验、拟动力试验和振动台试验 三种方法的原理、加载方式、算例等，以期指导实践。关键词：结构抗震试验，原理，加载制度中图分类号:TU311.3 1

概述

结构抗震试验大致分四个阶段:筹划、准备、加载、分析整理, 筹划阶段是根据试验目标来确定方法，准备阶段是确定加载方式 和加载制度，加载阶段即测点布置和采集数据，分析整理阶段即 数据的常规和特殊分析。

目前常用的结构抗震试验方法有:伪静力试验、拟动力试验、 地震模拟振动台试验，本文将对这三种方法进行分析比对。2

常用结构试验方法

结构试验的任务是在试验对象上使用各种仪器设备,在荷载 作用下,通过测量与结构工作性能有关的各种参数（变形、挠度、 频率、振幅等），从强度、刚度、抗裂性以及实际破坏形态来判断结 构的实际承载能力。2.1

伪静力试验方法

伪静力试验是通过提前设计的荷载或位移模式对试验对象人们的宝贵财产。充分挖掘资源，精心打造旅游产品，形成天堂 寨风景区的配套服务区;天堂寨最有吸引力的休闲游憩中心;天 堂寨文化旅游发展区，以大明时期的历史文化、名人文化、重大历 史事件为主题，依托原有的水系、地形进行改造，集“文化性、景观 性、艺术性、游憩性、体验性、科普性”六位一体的休闲旅游区，带 动区域旅游整体发展。参考文献：

[1] 夏春，付宴泽.深度挖掘民俗文化内涵大力发展休闲旅游

农业---以梅河口市休闲旅游现状为例[J].吉林农业（现代农业版），2017(11) ：3.

[2] 尹瑞.杭州市休闲旅游发展策略研究[].江苏商论,2017

文献标识码:A

进行往复的加载，以此来得到试验对象的荷载一变形曲线的试 验,它也称作低周往复加载试验，是结构抗震性能研究中应用最 广泛的一种实验方法。优点是对设备的要求低、成本低,但是它 根本缺点是不能反映地震时材料应变速率的影响。2.1.1试件和传力设备

伪静力试验的对象多为单独的构件，如柱、墙、梁等,也可以 是梁柱节点、简单的整体结构等。试件的尺寸要根据试验要求、 试验设备规模和试验成本来确定;试件的设置条件要与该构件在 实际情况下的边界条件、受力状态和布置形式尽可能吻合。传力 设备一般包括反力墙、反力地板、加载架等,根据试验的具体情况 还需附加一些传力杆件等。传力设备应具备足够的强度、刚度和 整体稳定性，同时还要具备满足试验要求的输出能力。

图1为伪静力试验中某墙体的设置方式，墙体通过千斤顶施 加竖向荷载，在门架梁和千斤顶之间应设置滚动导轨，其摩擦系数

(7)11-15.(10)20.

[4] 杭宇.浙江发展休闲旅游产业的对策与建议[J].管理观

察,2017(36) :118-120.

[5]杨 冉冉.郑州市休闲旅游发展刍议[J].美与时代,2016(6):

11-18.

[6] 侯晓静.张家界市休闲旅游发展研究[J].文化艺术研究，

2016(7)60-63.

[7] 张丽.洪泽湖休闲旅游发展研究[J].合作经济与科技，

2015(23) ：79-80.

[3] 刘洋.丽江文化休闲旅游发展探析[J].现代商业，2017

The present situation of tourism

development and promotion strategy of Tiantangzhai leisure tourism

Hong Zhandong

Abstract： Through the

development of tourism

(Anhui Urban Construction Design

Institute Corp.

,

Ltd,

Hefei

230000 , China')its of

on-site investigation of the Tiantangzhai , using the existing literature and research

of

materi

tourism environment and tourism resources of

in

the Tiantangzhai

and

scenic spot and the predicament to the leisure

current develo

special resources , and then summarizes the countermeasures and suggestions for the development of the scenic spot. With a view to promoting the

Tiantangzhai ,

tourism development

enlightenment an

Key words ： Tiantangzhai , leisure tourism , historical culture

收稿日期：018-04-6 ★:黑龙江省应用技术研究与开发计划（国家项目省级资助GX16C009);国家科技支撑计划课题(2015BAK17B06);中国地震局创新团队发展计划资助；国家自然科学基金项目（51508531)

作者简介:孙柏涛（1961-)男，研究员

第44卷第19期2 0 1 8年7月

孙柏涛等:结构抗震试验方法综述

• 37 •

不应大于0.01。

千斤顶滚动导航门架

厂：：_\\—^： x

载，在门架加载梁和千斤顶之间应设置滚动导轨，其摩擦系数不 应大于0.01。伺服液压往复作动器一端球铰与反力墙相连，另一 端球铰通过拉杆、压梁与试体相连，同时用锚杆把试体与反力地 板相连。

rf

试体

~

1

往复作动器侧

i反力墙

1

---------输入地震动

r-L

1 #计算机系统

2)伺服控制系统

反力地板

图1伪静力试验某试体设置方式

2.1.2 加载制度和加载方式

试验加载制度指的就是试验运行时，荷载和加载时间的相互 Ma+Cv +Kd=-M{I}ag

下步位移的计算

试件

I 位移的传A

Iip控制关系。对这种相互关系有影响的参数包括:加载速度、加载 时间步长、分级荷载和加、卸载循环次数等。

单向往复加载试验的加载制度:变位移控制加载、变荷载控 制加载和变荷载一变位移混合控制加载等方式。一般，通常采用 变位移控制的加载制度，双向往复的加载制度比单项往复复杂， 但有时为了精确模拟实际受力状态往往会采用双向同时加载。

试验正式开始前，预先施加反复荷载调试两次，例如:对混凝 土结构和砌体结构试体，预先施加荷载值不应当超过开裂荷载值 的30%和20%。试验正式开始时，施加荷载的方法要综合考虑试 验目标和试件特点确定。首先应当施加预估开裂荷载值的 40%〜60%，重复此过程2次〜3次，然后逐级加载，直至预估开 裂荷载值。验证试件承载能力和破坏特征时，首先对试件施加荷 载，直到极限荷载的下降段，以混凝土结构试件为例，下降值应控 制在最大荷载的85%以内。试件屈服前，采用荷载控制并分级加 载，试体屈服后应采用变形控制，以屈服时的最大变形值为级差 进行控制加载。反复荷载次数在试体屈服前每级可一次，试体屈 服后每级宜3次。2.1.3试验结果分析

伪静力试验的典型试验结果是试体的滞回曲线，它反映了试 体的刚度、强度、变形以及耗能特性，是确定结构本构关系和进行结 构地震反应分析的依据。滞回曲线是复杂和离散的，应根据多个构 件的试验结果确定其滞回曲线的性状，并用定量参数予以描述。2.2 拟动力试验

拟动力试验是一种混合了加载、量测、数值计算等手段的试 验方法。2.2.1

拟动力试验的原理

拟动力试验的基本思想是基于结构动力方程的数值计算过 程。结构被简化为离散多自由度的，每个自由度的位移在试验中 由一个作动器控制，其动力平衡微分方程为：

Ma + Cv+Kd= -M\\I\\ag。

其中，M，C，K分别为结构的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵； a，，d分别为结构运动的加速度向量、速度向量、位移向量；为

单位向量;ag为地面水平地震加速度。

首先建立结构的离散模型，其次在试验进程当中采用逐步积 分法求解其运动微分方程，并应当预先确定结构质量和粘滞阻 尼;刚度在试验中是根据时间步长来实时测定的。对应时间间隔

仏，采用逐步积分法求得各个自由度的位移，然后通过作动器将 对应自由度的位移施加于试件，试件因变形产生的恢复力由力传 感器测得，根据这些参数确定刚度K并循环往复直至地震动结 束。具体原理流程图见图2。2.2.2 图例及试验装置

图3为两层混凝土框架模型试验，通过千斤顶施加竖向荷

反力{0#+}位移{!#+!}卜~~|0据采集系（

#=#+1

图h2F拟动力^

试验原理图

反力墙

加载梁

水平加载

i

垂直恒载滚子滑板伺服作动器/伺 服作动器4试体

拉杆、压梁

，锚杆

反力地板

]

图3两层的混凝土框架模型试验

2．3

地震模拟振动台试验

振动台试验是利用振动台装置进行的结构强迫振动试验的

一种。2005年日本建成的15 mx 20 m、承载能力1 200 t的振动 台（E-Defence)是当今世界最大规模的地震模拟振动台。

通过地震模拟试验，可以测得不同结构的动力特性、地震响 应、震害特征、破坏机理，可以验证结构本构关系、健康诊断技术、 抗震加固技术等，为结构控制、地震工程、赈灾应急等的理论研 究、工程应用和实际应用提供了丰富的试验数据。

举例说明典型的电液伺服式地震模拟振动台，其基本构成如 图4所示。基本上由七大系统组成，即台面及支承导向系统、激 振系统、控制系统、液压源系统、供电系统、量测系统和基础。各 部分视地震模拟振动台建造成几个自由度而决定其所包含的组 成内容。

/传感器

叫测量系统-----^ 试件

叫控制系$

匕

激振系统

H液压源系统I—「

-a 台,

而

、支/导,

—供电系统

I

向系统

基础

图4电液伺服式地震模拟振动台

3

结语

结构抗震试验是研究结构破坏的重要组成部分，它的特点是 可以清晰直观的看到结构破坏的过程，并为理论模拟分析提供试 验数据支撑，是当今土木工程领域重要的研究方法。参考文献：

[1] 马永欣，郑山锁.结构试验[M].北京：科学出版社，2201.[2] 张敏政•地震工程的概念和应用[M]•北京：地震出版社，

2015.

[3] 王墩，赵海琼，吕西林.建筑结构拟静力试验方法的加载

制度[J] •四川建筑科学研究，2014,40(3) :54-59.

• 38 •

第44卷第19期

2 0 1 8 年 7 月

SHANXI ARCHITECTURE

山 西建筑

Vol. 44 No. 19Jul. 2018

文章编号：1009-6825 (2018) 19-0038-03

铝合金网壳结构研究现状

马晓锋许杨健

(河北工程大学土木工程学院，河北邯郸056038)

摘要:铝合金空间网壳结构具有极大的发展前景。从典型工程实例、杆件稳定性、网壳结构三个方向展开，总结了国内外铝合金 空间网壳结构的研究现状，阐明了当前针对铝合金网壳结构的主要研究内容集中在蒙皮效应、节点半刚性、杆件初始缺陷对整体 稳定性的影响以及抗火性能的分析。关键词:铝合金，网壳结构，稳定性，研究现状

中图分类号:TU395〇

引言

文献标识码:A2

轴心受压构件

空间网壳结构的杆件在实际服役过程中受力方式以轴心受 压为主，轴心受压构件也是我国研究得最为深入的内容之一[]。

与钢材相比，铝合金具有质轻，耐腐蚀，无磁，易回收等优势。

2016年，铝的年产量约为1 500万t，仅次于钢铁，是工业最常用的 金属之一[1]。铝合金的强度与Q235钢材接近，而密度却仅为钢 材的1/3,深受结构工程师的喜爱[2]。将网壳结构的几何优势与 铝合金的材料性能优势结合，具有极大的理论研究价值和社会经 济价值。

简要介绍了国内外铝合金网壳结构的典型工程实例，从构件 和整体结构两个层次展开，介绍了铝合金杆件轴压稳定性以及铝 合金网壳整体结构力学性能研究现状。1

典型工程实例

铝合金特有的材料属性在与网壳结构几何形式相结合的过 程中逐渐崭露头角，受到越来越多的关注[1]。目前全球已有超过 7 000座铝合金空间结构，国外几个典型实例见图1〜图4,如 1951年，英国建造了跨度达111.3 m的“探索”穹顶（Festival South Bank Exhibition)[](见图 1 );跨度 14 m 的意大利 Civitavecchia 的某发电厂[](见图4)，是目前世界上跨度最大的铝合金网壳结 构。我国对铝合金的研究与应用起步较晚，但发展很快，建成了 一批具有代表性的铝合金网壳结构，见图5，图6。

图3埃米拉学院穆雷体育中心图4 Civitavecchia—合金网壳

图5平津战役纪念馆 图6上海国际体操中心

1999年，同济大学李明、钱若军等[]通过对几种不同长细比 铝合金圆管形轴心压杆的稳定试验，计算得出了铝合金轴心压杆 的稳定系数，并与几种公式的计算结果对比，得出了铝合金轴心

压杆设计的稳定系数计算公式。2001年，西安交通大学硕士研究 生林缄光[]通过试验与数值模拟相结合的方法，得出了铝合金轴 心压杆的稳定系数的近似表达式。2014年，清华大学研究生常 婷[]在大量试验的基础上，采用有限元软件ANSYS对包括多个

图1英国“探索”穹顶

图2南极穹顶

箱形截面及工形截面的铝合金轴压构件的稳定性能进行了研究， 探讨了局部几何初始缺陷、整体几何初始缺陷、屈服强度、Rambeg-山西建筑，2010,36(19) :86-87.

[4]马新建，刘伟，张斌.结构抗震静力实验方法综述[J].

Summary of structural test metliods and feasilbility study on small reaction wall^

SunBaitao1,2 Jiang Qi12 Yan Peilei1,2

(1. Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration，Harbin 150080 , China；

2. Key Laboratory of Earthquake

Engineering

and, Engineering

Vibration of China Earthquake Administration，Harbin

1

Abstract ： In

recent years，the earthquake

loss.

This

paper

disaster occurred frequently in China，and mainly

introduces the

the structural seismic test

reducing the earthquake principles，loading methods and examples of three

pseudo dynamic test and shaking table test, in order to guide practicc.

Key words： structural aseismic test，principle，loading system

收稿日期：018-04-21

作者简介：马晓锋（1991-)，男，在读硕士；许杨健（1956-)，男，硕士生导师，教授