结构实验方案.docx
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结构实验方案
题目一：
钢筋混凝土剪力墙低周反复荷载实验方案
实验目的：
（1）研究主要参数对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响；
（2）肯定其抗弯及抗剪承载力的计算方式。
（参数包括轴压比、高宽比、混凝土强度、边缘约束构件纵筋、边缘约束构件箍筋等）
实验步骤：
1．构件设计
考虑各参数对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响及东南大学九龙湖结构实验室反力墙的孔道尺寸，成立如下7个构件模型，其中包括1个基准构件（Q1）和6个转变构件，各试件设计参数如表1。
表1构件主要参数
试件编号
试件尺寸（厚*宽*高）m
高宽比
轴压比
混凝土强度
墙身受力主筋
墙体约束边缘构件纵筋
墙体约束边缘构件箍筋
Q1
*1*4
4
C30
10@100
8Φ6
8@200
Q2
*2*4
2
C30
12@100
8Φ6
8@200
Q3
*1*4
4
C30
10@100
8Φ6
8@200
Q4
*1*4
4
C35
10@100
8Φ6
8@200
Q5
*1*4
4
C30
10@100
8Φ6
8@200
Q6
*1*4
4
C30
10@100
8Φ6
8@100
Q7
*2*4
2
C30
12@100
8Φ6
8@200
（注：
Q7构件的水平散布筋取8@500，使其先发生受剪破坏，得出抗剪承载力计算方式。
）
与试件制作同时，每一试件别离留有150×150×150mm的立方体试块，受力主筋也别离留有试样以测定材性。
2．构件的制作和实验装置的布置
浇注钢筋混凝土剪力墙，设置侧向支撑，避免墙体在实验中发生侧向屈曲破坏。
（1）实验时沿墙高均匀布置五个位移传感器，量测墙体水平位移。
（2）主筋应变、混凝土应变：
采用粘贴应变片测量。
在浇注混凝土以前，先将主筋上粘贴应变片处用树脂修复成滑腻面，此滑腻面注意了胶的厚度和涂抹面积的控制，在滑腻的前提下争取了胶的厚度最薄；混凝土粘贴应变片处用砂纸打磨平用树脂粘贴，并由静态电阻应变仪TDS-303收集数据。
应变片的具体布置如图1所示。
图1
设剪力墙的竖向荷载为1000kN，由200t单向油压千斤顶分五次施加到1000kN并维持不变；水平反复荷载由1500kN电液伺服加载系统分级施加。
对于试件2需再次加荷至1500kN。
实验装置如图2所示，通过墙体顶部刚性的L型横梁施加水平反复荷载，以模拟墙体顶部水平荷载和竖向荷载作用下的弯矩效应。
图2实验装置
1—试件，2—Ⅰ型刚性梁，3—竖向荷载加载器，4—滚轴，5—竖向荷载支承架，
6—水平荷载双作用加载器，7—荷载传感器，8—水平荷载支承架，
9—液压加载控制台，10—实验台座，11—输油管
图2-1实际加载装置
3．加载方式
竖向荷载采用控制作使劲的逐级加载制度。
每级荷载以200kN为增量向上递增，每级荷载停留至应变仪读数稳固以后再进行下一级加载，同时记录下各级加载后的读数，加载至1200kN后停止加载。
竖向加载制度如图3所示。
图3竖向荷载加载制度
采用控制作使劲和控制位移的混合加载法。
在试件达到屈服荷载前，以荷载控制，每级荷载以40kN递增，每级荷载循环一次；试件屈服后，以位移控制，位移值应取试件屈服的最大位移值，并以该位移值的倍数（延性系数）为级差控制加载，每级位移循环4次，直到构件承载力下降到极限承载力的85%以下，停止加载。
水平力加载制度如图3所示
图4水平荷载加载制度
4．主要量测内容
在剪力墙顶部及中间部位布置电子位移计和应变片，用于测量墙体在水平方向低周反复荷载作用下顶部的位移和应变。
并记录墙体的初裂位置、裂痕进展进程和破坏时的裂痕散布形式，开裂荷载和极限荷载等。
图5墙体侧向位移和剪切变形的测点布置
1—安装在实验台座上的仪表支架，2—试件，3—位移计，4—实验台座
5．实验结果比较
综合比较构件一、2的破坏特征，变形能力和滞回曲线等，得出不同轴压比对剪力墙抗震性能的影响；比较构件一、3、4，得出不同高宽比对剪力墙抗震性能的影响；比较构件一、5，得出不同混凝土强度品级对剪力墙抗震性能的影响；比较构件一、6，得出不同边缘约束构件纵筋配筋率对剪力墙抗震性能的影响；比较构件一、7、8，得出不同边缘约束构件箍筋配箍率对剪力墙抗震性能的影响。
6．设备统计
TDS303，油压千斤顶，位移传感器，荷载传感器，万用表，AB胶，502，环氧树脂，剥线钳,粉笔，记号笔，标签纸，记录本。
题目二：
钢筋混凝土框架结构振动台实验方案
工程概况：
该框架结构位于南京市区，抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅲ类，设计地震分组为第一组。
8层，层高3600mm，具体梁、柱截面尺寸及配筋别离见图一、二、3。
图1梁截面配筋图
图2柱截面配筋图
图3板配筋图
▪实验目的
验证框架结构的抗震性能
▪实验装置
东南大学九龙湖结构实验室单向地震模拟振动台主要参数如下。
振动方向：
单水平；
最大加速度：
g；
驱动方式：
电液伺服；
最大行程：
±250mm；
台面尺寸：
6m×4m；
最大激振力：
100t；
台面结构：
钢焊；
利用频率范围：
～50Hz；
最大模型重：
25T。
目前配套的数据收集系统：
32通道同步收集，包括加速度、速度、位移和应变信号，能够按照具体实验情形分派。
软件采用CRAS。
其中传感器包括：
加速度传感器15只；ASM位移传感器10只（25mm-1000mm）。
实验进程：
1．模型的相似设计
表1实验模型的动力相似关系
材料特性
物理量
关系式
模型
备注
应变
1
应力
1/4
模型设计控制由试验测得
弹模E
1/4
泊松比
1
密度
1
模型设计控制
几何特征
长度l
1/10
模型设计控制
面积S
1/100
线位移X
1/10
角位移
1
荷载
集中力P
1/400
面荷载q
1/4
动力特性
质量m
1/1000
刚度k
1/40
时间t
动力荷载控制
频率f
5
动力荷载控制
阻尼c
速度v
加速度a
动力荷载控制
2．模型的设计与制作
模型比为1/10，梁、柱、板的尺寸由实际高层框架结构的尺寸按相似关系折算。
模型材料采用微粒混凝土和镀锌铁丝。
微粒混凝土是一种模型混凝土，它以较大粒径的砂砾为粗骨料，以较小粒径的砂砾为细骨料。
微粒混凝土的施工方式、振捣方式、养护条件和材料性能都与普通混凝土十分相似，在动力特性上与原型混凝土有良好的相似关系，而且通过调整配合比，可知足降低弹性模量的要求。
考虑计入隔墙、楼面装修的重量和50％活载，在板上配质量块配重。
在标准层上布置每层kg配重，在屋面层上布置配重。
项目
原型
1/10模型
层数
8
8
H/B
层高
总高
平面尺寸
梁截面
柱截面
楼板厚度
材料
C30砼
微粒砼
3．材料性能指标
在浇筑模型的同时预留了实验，混凝土材性需要进行实验肯定。
立方体抗压强度试件尺寸为，弹性模量试件尺寸为。
模型钢筋用镀锌铁丝模拟，直径按长度相似比缩小对钢丝进行屈服强度和极限强度的测试。
模型刚性底座设计
高层结构振动台整体模型通常自结构的±或地下室底板开始制作，以为基础在实验进程中能够为整个结构提供固端约束，因此，模型底部要制作一个刚性底座。
因为模型整体较重而底层平面形式较规则时，选用由钢筋混凝土底梁和板组成的刚性底座，其总质量约为5t。
设置钢筋混凝土底梁主要为了满足模型吊装阶段的需要，因此其平面布置要保证模型底层的主要承重构件均落在底梁上，底梁布置成双向主次梁结构以保证传力和受力的合理性；其截面高跨比取为1/10，截面高度定为400mm；截面宽度取100mm；底梁所受荷载应将中估算的模型结构重量和底梁及底板的重量全数计算在内，并乘以3～5的放大系数，作为底梁配筋的计算荷载，同时，肯定模型的起吊点，按平衡原理来对底梁进行配筋，配筋计算要符合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）的规定。
钢筋混凝土底板取80mm，6@100双层双向配置。
底梁底板的混凝土强度品级可取C30。
4．测点布置
由于所测试实验结构是对称的，所以只需要在一面布置传感器即可。
加速度传感器在边柱上每层各布置一个，中柱上布置在1，3，5，7，8层，并在振动台台面上另设一个加速度计，共14个。
位移传感器在各层各布置一个，并在振动台台面上设置一个基准位移计，共9个。
5．加速度输入波
按照建设场地条件和结构动力特性，由于南京与上海的条件相似所以实验选用地震波形有ElCentro波、Kobe波、上海人工波及上海基岩波。
6．实验加载制度
按照时刻相似常数，将原始地震波演时刻轴紧缩为原波的1/5，同一地震水准的地震波按ElCentro波、Kobe波、上海人工波及上海基岩波顺序依次输入振动台，各水准地震波输入前、后均输入白噪声进行扫频，取得结构各阶频率和阻尼比。
工况
烈度
波形
加速度峰值
1
白噪声（峰值尽量小）
2
7度多遇
ElCentro波
3
Kobe波
4
上海人工波
5
上海基岩波
6
白噪声（峰值尽量小）
7
7度基本
ElCentro波
8
Kobe波
9
上海人工波
10
上海基岩波
11
白噪声（峰值尽量小）
12
罕震
ElCentro波
13
Kobe波
14
上海人工波
15
上海基岩波
7．实验步骤
①动力特性实验
在正式实验之前，对结构进行动力特性实验，以取得结构在初始阶段的自振周期、阻尼比和振型等大体参数。
②振动台台面输入运动
将振动台的台面运动控制在使结构仅产生细微裂痕，如结构底层柱微裂。
③加大台面输入运动
将振动台的台面运动控制在使结构产生中等程度的开裂，且停止加载后裂痕不能完全闭合，如梁柱节点处产生明显裂痕。
④加大台面输入加速度的幅值
加大振动台台面运动的幅值，使结构的主要部位产生破坏，但结构还有必然的承载能力。
如梁柱节点的破坏，受拉钢筋屈服，受压钢筋压曲，裂痕贯穿整个截面。
⑤继续加大振动台台面运动
进一步加大振动台台面运动的幅值，是结构变成机动体系，若是再略加荷载就会发生破坏倒塌。
在不同水准地震动输入前后，均需对模型进行白噪声扫频，以测量结构的自振频率、振型和阻尼比等动力特征参数。
具体实验进程见表2。
加载级数
试验工况
输入地震波
台面加速度峰值
cm/s2
第0级
1
白噪声
35
第1级
2
El-centro
30
3
Taft
30
4
兰州波
30
5
白噪声
35
第2级
6
El-centro
60
7
Taft
60
8
兰州波
60
9
白噪声
35
第3级
10
El-centro
90
11
Taft
90
12
兰州波
90
13
白噪声
35
第4级
14
El-centro
120
15
Taft
120
16
兰州波
120
17
白噪声
35
第5级
18
El-centro
150
19
Taf
升级会员 