结构试验课件：第六章.ppt

1、2022-1-201School of Urban Construction and Management 2022-1-2026.1 概述在工程结构所受的荷载中，除了静荷载外，往往还会受到动荷载（动力作用）的作用。u动荷载：大小、位置和方向随时间变化的荷载。从动态角度来讲，静荷载只是动荷载的一种特殊形式。u动力作用的主要特点：作用及作用效应随时间发生变化。因此考虑动力荷载作用下结构的性能，不仅考虑荷载作用的大小和位置，还应考虑荷载作用的时间及结构响应随时间变化的关系。例如：地震发生时由于地面的运动引起建筑物的振动而造成建筑物的破坏；汽车或列车高速驶过桥梁，所造成的振动引起的桥梁的破坏；往复运

2、动造成结构的疲劳破坏；风作用而引起的桥梁破坏。因此，若需要了解结构在整个服役期内的工作状态，有必要了解结构在动荷载动荷载作用下的工作性能2022-1-2036.1 概述1940年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美元，建造了一座主跨度853.4米的悬索桥。建成4个月后，于同年11月7日碰到了一场风速为19 米/秒的风。虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接近9米），直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断导致桥面钢梁折断而塌毁， 坠落到峡谷之中。2022-1-2046.1 概述动力荷载作用下，结构的响应不仅与动力荷载的大小、位置、作用方式、变化规律有关，还与结构自身的

3、动力特性有关。因此一般将结构动力试验分为结构动力特性试验和结构动力响应试验。u结构动力特性试验：研究与外荷载无关的结构自身动力学特性。包括：结构的自振频率、振型、阻尼特性等。u结构动力响应试验：研究结构在动力荷载作用下位移、速度、加速度及变形、内力变化情况。如疲劳试验。2022-1-2056.2 结构动力特性测试试验结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。结构在动力荷载作用下的响应不仅与荷载的大小和荷载的形式有关，而且与结构自身特性关系密切。例如，在收到冲击荷载作用时，结构开始振动，荷载停止作用后，结构仍然会继续振动很长时间，振动的形式与结构自身特性密切相关。结构自身动力特性包括：自振周期

4、、自振频率、振型、阻尼等。这些特性是结构自身固有的振动参数，取决于结构的组成形式、质量及刚度分布、构造及连接方式等。2022-1-2066.2 结构动力特性测试试验用试验法测定结构动力特性，首先应设法使结构起振，通过分析记录到的结构振动形态，获得结构动力特性的基本参数。结构动力试验的方法：u迫振法：对被测结构施加外界机理，强迫结构起振。通过分析记录得到结构振动形态，获得结构动力特性的基本参数。分为和u脉动试验法：利用地脉动对建筑物引起的振动过程进行记录分析得到结构动力特性的方法。2022-1-2076.2 结构动力特性测试试验一、振动荷载法（共振法）利用结构的共振特性，迫使结构产生一个恒定的强

5、迫简谱运动（简谐振动），通过对结构受迫振动的测定，求得结构动力特性的基本参数。通过改变信号发生器的频率，可测的一阶、二阶、三阶及更高的自振频率。固支梁一阶、二阶、三阶自振频率对应的一、二、三阶振型2022-1-2086.2 结构动力特性测试试验应用共振法还测量结构振型。结构若按某一个固有频率作振动时形成的泰兴曲线成为对应此频率的振型。将若干拾振器（接收信号的装置）布置在结构的相应部位，当激振器使结构发生共振时，同事记录下结构各部位的振动过程，用过比较个各点的振幅和相位，也可以得到与共振频率相应的振型。2022-1-2096.2 结构动力特性测试试验二、撞击荷载法（自由振动法）自由振动法师设法使

6、结构产生自由振动快通过分析记录仪记录下的有衰减的自由振动曲线，获得结构的基本频率和阻尼系数。常用方法是对结构预加初位移。试验时，突然释放预加的初位移，使结构产生自由振动。也可采用突加荷载法和突卸荷载法。还可以使用反冲激振器对结构产生冲击荷载，使结构产生自由振动。用自由振动法得到的周期和阻尼系数均比较准确，但其缺点是只能测得基本频率。2022-1-20106.2 结构动力特性测试试验三、脉动法利用环境随即激振测定结构动力特性的方法称为脉动发。该方法不用专门的激振设备而是通过建筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小振动即“脉动”来确定建筑物的特性。u微小的地震u机器运转u车辆来往等认为扰动具体方法u

7、主谐量法u统计法u频谱分析法u功率谱分析法2022-1-20116.3 疲劳试验结构或材料受重复荷载作用后其物理力学性能将发生变化，其强度极限将低于相同静荷载作用下的极限值，这种现象称为结构或材料的疲劳。疲劳破坏是材料损伤累积而导致的一种破坏形态。金属疲劳的特征：1.交变荷载作用下，在构件的交变应力远低于材料静力强度的条件下有可能发生的疲劳破坏2.在单调静载实验中变现为脆性或塑性的材料，发生疲劳破坏时，宏观上均表现为脆性断裂，疲劳破坏的预兆不明显。3.疲劳破坏具有显著的局部特征，疲劳裂纹扩展和破坏过程发生在局部区域。4.疲劳破坏是一个累计损伤的过程，要精力足够多次导致损伤的交变应力才会发生疲劳

8、破坏。2022-1-20126.3 疲劳试验2022-1-20136.3 疲劳试验一、结构疲劳试验的目的结构疲劳试验的直接目的是确定结构的疲劳极限，为了获得结构的疲劳极限，必须对结构施加重复荷载，并测定结构达到疲劳破坏时的荷载循环次数。结构所能承受的荷载重复次数及应力达到的最大值均与应力的变化幅度有关。研究表明，在一定应力变化幅度下，应力与重复荷载作用次数的增加不会再引起结构的疲劳破坏。该疲劳应力值成为疲劳极限应力。2022-1-20146.3 疲劳试验根据结构疲劳试验的目的可以将试验分为研究性试验和检验性试验。1.研究性试验一般应包括：(1) 应力随荷载重复次数的变化情况(2) 抗裂性及开裂

9、荷载(3) 裂缝宽度、长度、间距及其发展与荷载重复次数关系(4) 最大挠度及其变化规律(5) 疲劳强度的确定(6) 破坏特征分析01000020000300004000050000051015202530354045505560657075繰返回数 N(Cycles)裂長2a(mm)循环次数裂缝长度2022-1-20156.3 疲劳试验根据结构疲劳试验的目的可以将试验分为研究性试验和检验性试验。2.鉴定性试验一般应包括：(1) 抗裂性及开裂荷载(2) 裂缝宽度及其发展(3) 最大挠度及其变化规律(4) 疲劳强度的确定2022-1-20166.3 疲劳试验二、结构疲劳试验的方法一般均在专门疲劳试

10、验机上进行。1.疲劳试验荷载由三个参量构成：(1) 最大荷载(2) 最小荷载(3) 平均荷载2022-1-20176.3 疲劳试验2.疲劳荷载的频率选择疲劳试验荷载在单位时间内重复作用的次数称为荷载的频率。目前尚无统一规定，主要依据疲劳试验机的性能而定。但应避免构件共振。考虑到试验时间，应在疲劳试验机容许的加载频率范围内选用较快的加载频率。2022-1-20186.3 疲劳试验3.疲劳试验加载程序(1) 静荷载试验阶段预加载至20%Qmax，消除连接之间的不良接触，检查测试仪表是否正常工作。静荷载试验同一般静力试验，荷载等级按20%Qmax分5级加至Qmax，然后按同样等级卸载。经过Qmin时

11、应增设一个级次。(2) 疲劳试验极端保持荷载上、下限稳定，误差不超过最大荷载的3%。试验过程中有计划的停机进行静态测点读数（静荷载试验）。(3) 破坏试验极端打到要求疲劳次数后，进一步讲试件家合作至破坏。a. 继续施加疲劳荷载直至破坏，得出承受荷载的极限次数；b. 做静荷载破坏试验，得出其极限承载力2022-1-20196.3 疲劳试验三、疲劳试验测试内容(1) 疲劳强度构件所能承受疲劳荷载作用次数，取决于最大应力值smax（或最大荷载Qmax）及应力变化幅度r(r= smax/ smin)。(2) 疲劳试验的应变测量(3) 疲劳试验的裂缝测量(4) 疲劳试验的挠度测量1041051061071085060708090100繰返回数 N (cycles)応力範囲ssn (MPa)DLF60DLF70DLF80DLF90ssn=218.7N0.077循环次数裂缝长度2022-1-20206.3 疲劳试验四、疲劳试验的安装装置结构疲劳试验连续进行的时间长，过程中振动大，因此试件的安装就位以及相配合单圈措施均需认真对待。具体做到：(1) 严格对中(2) 保持平稳(3) 安全防护措施