结构抗震静力试验方法

宋亚磊

(扬州大学 江苏 扬州 225000)

结构抗震静力试验方法

宋亚磊

(扬州大学 江苏 扬州 225000)

结构抗震实验包括动力试验与静力试验，其中静力试验分为伪静力试验和拟动力试验，本文主要介绍工程实践中最常用的两种结构抗震静力试验方法。

结构抗震静力试验；伪静力试验；拟动力试验

引言

直到上世纪初，人们对建筑的抗震研究依然没有得到重视，这导致了因地震对建筑物的破坏造成大量生命和财产损失。1906年发生在美国旧金山的地震对旧金山造成了严重的破坏，死亡人数在3000人以上。1924年日本关东地区地震则造成15万人丧生。这两次大地震之后,结构抗震实验研究得到了重视。1933年美国开始进行强震观测,取得了大量的地震动记录和结构地震反应记录,为直接将实际地震记录输入到结构中进行数值分析提供了先决条件[1]，此后人们对建筑物的抗震试验与理论研究迅速发展。

对建筑结构进行抗震试验，可以对建筑结构的抗震性能进行评价，从而可以为人们建筑抗震设计提供依据。我国很大一部分地区处在亚欧板块与太平洋板块、印度洋板块的交界处，曾经发生的唐山地震、汶川地震等震害教训非常深刻，为了预防可能发生的地震灾害对人民生命财产造成严重损失，有必要进行抗震实验研究来发展抗震技术，这样才能使建筑物具备良好的抗震性能。

1 概述

工程结构抗震试验可分为两大类，即结构抗震动力试验与抗震静力试验[2]。工程抗震动力试验通常指震动台模拟试验，即利用振动台模拟地震作用。建筑结构震动台模拟试验可以真实的再现地震过程，但地震模拟振动台试验有很大的局限性，振动台试验装置成本非常高，国内只有少数高校及研究所拥有5米以上的大尺寸振动台。由于试验条件的限制往往只能进行小比例缩尺模型的试件进行试验,这容易产生尺寸效应,不能很好的满足相似条件,以至于产生地震作用破坏形态的偏差。

在试验室经常进行的工程抗震静力试验方法包括拟静力试验和拟动力试验。与抗震动力试验方法相比，抗震静力试验因其具有经济、实用等优点，在抗震试验研究中更为常用。

2 拟静力试验

拟静力试验又称低周反复荷载试验，是指对结构或结构构件施加多次往复循环作用的静力试验，是使结构或结构构件在正反两个方向重复加载和卸载的过程，用以模拟地震时结构在往复振动中的受力特点和变形特点。这种方法是用静力方法求得结构振动时的效果，因此称为拟静力试验，或伪静力试验。结构的拟静力试验是目前研究结构或结构构件受力及变形性能时应用最广泛的方法之一。这种试验方法是在20世纪中期基于结构非线性地震反应分析的要求提出的,应用该试验方法可以最大限度地利用试件提供的各种信息[3]。它采用一定的荷载控制或位移控制对试件进行低周反复循环的加载方法，使试件从开始受力到破坏的一种试验方法，由此获得结构或结构构件非弹性的荷载—变形特性，因此又称为恢复力特性试验。

拟静力试验有以下加载规则：(1)力控制加载。力控制加载方式就是以每次循环加载的力的大小作为控制量进行加载的一种方式。当试验对象具有明确屈服点时，一般都以屈服位移的倍数做为控制值；当试件没有明确屈服点时由试验研究者根据经验规定一个合适的位移值来控制试验的加载。(2)位移控制加载。位移控制加载就是在试件加载过程中以位移作为控制量,按照一定的位移增幅进行循环加载。(3)力—位移混合控制加载。这种方法先以力的控制进行加载,当试件达到屈服状态时改用位移控制加载，直到试件破坏。规程[4]规定：试件屈服前应采用力控制加载，而在试件屈服后应采用位移控制加载。

拟静力试验具有设备要求不高,成本低、可操作性强等优点，在工程抗震试验中被广泛应用。应用该试验方法可以最大限度地利用试件提供的各种信息，对建立恢复力模型和承载力计算公式有很大帮助。

3 拟动力试验

拟动力试验方法最早于1969年由日本学者M.Hakuno等人提出[5]，拟动力试验是一种联机试验，通过计算机控制加载模拟地震过程。拟动力试验方法即结合了拟静力加载试验和地震模拟振动台试验两种方法的优点，同时又考虑了结构理论分析和计算的特色，可以做到模拟大型复杂结构的地震反应，拟动力试验在工程结构抗震试验方面得到了广泛的应用。

3.1 拟动力试验方法

拟动力试验技术把电液伺服试验装置与计算机控制系统结合起来,通过加载试验给出结构恢复力的实际数据,利用计算机数据分析技术给出加载试验的逐步控制数据。与理论计算相比，拟动力试验无需对工程结构作任何假定就能获得结构体系的真实地震反应特征；而与拟静力试验和地震模拟振动台试验相比，它既有拟静力试验那样经济方便的特点，又具有振动台那样真实模拟地震作用的能力。拟动力试验周期缩短,并且由于采用地震动时程作为加载制度,因此,试验结果能够良好地指示结构的地震反应过程。

3.2 子结构技术

上世纪80年代到90年代中期，拟动力试验方法有了突破性的发展，其中最有代表的进展就是子结构技术的应用[6]。从震害的角度来看,结构在地震作用下的破坏往往都是局部的,结构的倒塌也是由于局部的严重破坏引起的。如果将结构中最容易破坏的部分进行实验,而其余结构部分由计算机模拟是最为经济合理的方案，子结构拟动力实验方法就是为了实现这一目标而提出的。子结构方法把结构划分为试验子结构和计算子结构，将易破坏具有复杂非线性特性的部分作为试验子结构进行试验，其余线性部分作为计算子结构由计算机进行仿真模拟。子结构技术在一定程度上解决了工程结构大型化和试验设备和经费规模有限的矛盾。

结论

结构抗震静力试验是结构抗震试验的重要组成部分,它的最大特点是试验设备较简单、试验周期短、可操作性强，且在逐步加载中可以让试验人员有机会看清破坏的过程，研究结构抗震静力试验对抗震设计的发展具有重要作用。

[1] 赵荣国,李卫平.世界地震灾害损失的统计[J].国际地震动态,1996.12.

[2] 朱伯龙.结构抗震试验[M].北京:地震出版社,1989.

[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,2014.06.

[4] 吴世英.《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101-96)简介.工程抗震[J],1997.12.

[5] 田石柱,赵桐.抗震拟动力试验技术研究.世界地震工程[J],2001.12.

[6] 李玉顺,单炜.子结构法拟动力试验技术研究.土木工程学报[J].2010.03.

TU317

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1672-5832(2016)07-0266-01