结构抗震性能一般包括结构的强度、刚度、延性、耗能性能和刚度退化等。结构抗震能力是结构抗震性能的表现,也就是结构能抵御多大地震烈度的能力。根据中国现行的抗震设计规范,结构应具有“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震能力,或者满足更高的安全与功能等抗震性能。
结构抗震实验
通过试验手段模拟地震作用,测试和评价结构抗震性能的实践活动。
- 英文名称
- structural seismic tests
- 所属学科
- 土木工程
结构抗震实验的任务是:①确定结构的动力特性,包括结构的自振周期(频率)、阻尼和振型等动力特征参数。②确定结构构件在模拟地震荷载作用下的恢复力特性,包括结构承载力、变形性能、滞回特性、耗能能力和延性性能等。③研究结构的地震损伤过程、破坏机理与破坏特征,验证在设计地震荷载作用下的结构抗震性能和抗震能力。④研究和验证结构抗震和加固措施的有效性。⑤在给定的模拟地震作用下测定结构的动力响应,验证理论模型和设计计算方法的合理性和可靠性,评定结构的安全性。⑥为制定和修改抗震设计规范和规程提供科学依据。
结构抗震实验主要有拟静力试验、拟动力试验、模拟地震振动台试验、人工地震模拟加载试验和天然地震结构试验。
对结构或结构构件施加多次往复循环荷载,模拟地震对结构的作用,获得结构的恢复力特性,评价结构抗震性能和抗震能力的试验方法。又称低周反复荷载试验或伪静力试验。拟静力试验的最大特点是加载设备比较简单,试验过程中可以暂停下来观察结构的变形或破坏现象,试验结果比较明确和清晰。其不足之处是加载作用力或位移是人为设定的,与真实地震有很大的差别;加载周期较长,不能反映应变速率、阻尼比等的影响;多维加载时的控制方式也有很多的不确定性。
一种计算机联机土木结构的试验方法,通过计算机控制加载模拟结构弹塑性地震响应全过程。该方法利用数值模拟进行结构非线性地震反应分析,并控制作动器对结构整体或者局部构件进行模拟地震作用的加载方式。又称混合模拟。通过该试验可获得试件在特定地震波作用下的恢复力-位移特性曲线及非线性反应全过程,可用于评价结构抗震性能和抗震能力。当试验对象为局部结构构件时,称为子结构拟动力试验;当加载速率足够快时,也称为实时拟动力试验。
拟动力试验的特点是通过数值模拟求得地震下结构的非线性反应,可进行大比例尺结构模型试验。其不足之处是通常加载周期较长,不能较好地反映实际地震作用时应变速率的影响;对边界条件通常有较多的简化模拟;测试分析迭代的精度要求较高等。
利用刚性平台模拟随机地震波,对安装在台面的试件进行动力加载的试验方法。该方法通过控制算法对台面及其试件进行动力分析,在台面或者试件特定部位再现地震波形,使结构试件出现变形、开裂、破坏和倒塌等地震反应。通过该试验可获得试件在一组或者多组地震波作用下的非线性反应全过程,可用于观察和评价结构抗震性能和抗震能力。
模拟地震振动台试验最大特点是可以比较真实地再现实际地震随机性及其对结构的动力作用,能直观反映结构受地震作用的工作状态;可再现多种地震波形,为结构试验多波输入分析提供了可能性;当结构与其他介质共同工作时(地基土壤、海浪等),也可以通过该方法获得结构破坏过程的感性认识。其不足之处是受振动台规模、性能和运行费用的限制,一般只能进行缩尺比例的结构模型试验,需考虑尺寸效应、材料模拟、构造模拟等诸多问题,控制技术难度很大。
在试验现场的地面或地下引爆一定吨位的炸药,或按一定规律引爆一系列的地下爆炸线源,从而产生接近于天然地震的地面运动。利用这种人工模拟“地震”,对预先在试验场地建造的结构或缩尺模型进行抗震试验,从而获得接近于天然地震对结构破坏的试验结果。人工地震模拟加载试验与天然地震在荷载能量、频谱和作用时间等方面存在差异,必须进行专门的试验设计。
利用天然地震对结构进行加载,观察和测试结构受力破坏情况和震害现象。该试验方法投资大、周期长,准备工作要求细微周密,通常与地震工程研究中的强震观测相结合进行。