结构检验及系统分析结课考试试卷

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1、一、简答1 简述模型试验可以采用与实际结构不同材料而不影响结构内的 应力分布。答/因为求结构内的应力场是根据弹性力学理论中的平衡方程、相容 条件和边界条件求得的，关键是要边界条件相同。而在这三个方程中 不涉及材料的弹性模量E、泊松比等材料常数。所以模型试验可以 采用与实际结构不同材料而不影响结构内的应力分布。2.拟静力实验方法和拟动力实验方法有何不同，各有何优缺点？答/区别：拟静力试验的每一步加载目标（位移或力）是已知的，而 拟动力试验每一步的加载目标是由上一步的测量结果和计算结果通 过递推公式得到的。优缺点：（1）拟静力试验方法与振动台试验相比，拟静力试验方 法比较经济，首先是对实验设备和设

2、施要求比较低，不需要昂贵的试 验设备/其次拟静力实验的构件往往比一个模型结构实验的花费低十 几甚至几十倍o （2）拟动力试验每一步的加载目标是由上一步的测量结果和计算结果通过递推公式得到的，而这种递推公式是基于被 试结构的离散动力方程，因此实验结果代表了结构的真实地震反 应，而拟静力试验却达不到这效果。3 对反力墙或反力架有何要求？答/反力装置要具彳足够的刚度、足够的强度、整体稳定性和模拟实 际边界的能力。4 简述目前应用的地震模拟振动台的特点。答：振动台的控制方式以三参量闭环多自由度控制为基本控制方式， 增加自适应去谐波控制 AHC）、自适应反函数控制 AIC）和实 时迭代控制（OLI）；计

3、算机系统由小型机改为PC 其他外部设 备采用通用配置/以窗口操作系统支持地震试验和数据采集。5 简述拟动力试验的基本思想和适用范围。答/基本思想：根据数据化、数值化典型地震加速度记录时程曲线， 取某一时刻的地震加速度值和实验前一时刻加载后实测的结够恢复 力用逐步积分振动方程的动力反应分析方法计算出结构地震反应位 移，并对结构模型施加此位移，实现该时刻结构模型的地震反应。适用范围：混凝土结构、钢结构、砌体结构和组合结构。二、简述一维、二维拟静力加载规则和试验枝制方法。多质点结构 体系拟静力加载规则和方法。答/ 一维拟静力试验加载规则： 位移控制加载：（2）力控制加载的。（3）力-位移控制加载试件

4、达到屈服状态时改为位移控制。二维拟静力加载规则：由于结构的弹塑性变形特征与加载路径有 关，根据研究目的和方法的不I同，加载规则有多种形式但基本采用 位移控制规则，使用电液伺服加载试验装置比较容易实现。一维、二维拟静力试验的控制方法是由控制软件完成的，控制软件是由计算机控制电液伺服阀连通执行软件完成的。，质点结构体系拟静力加载规则和方法：由于地震荷载在结构上 的作用常常近似成为按照倒三角形分布的，所以各质点加载作用力由 上到下也要按照倒三角形分布进行加载。因为结构进入塑性状态后，特别是在下降阶段控制作用力是很困难的，所以目前的控制方法是选 择一个上部的电液伺服作动器为主作动器，其余的为从作动器。

5、详细叙述拟动力试验方法的过程、设备要求、注意事项及结果 处理。答/拟动力实验的过程为：(确定初始计算参数地震波的加速度时程曲线中加速度示值随时间t的变化而变化， 为便于材算，首先将宴际地震记录的加速度时程曲线按一定时间间隔 数字化，即按划分成许多微小的时间段，此时，可以认为在这一 t 时间段内加速度直钱变化，这样就可以用数值积分法来求解运动方 程,，mx +或+ F = mx ，式中无、无和x分别为第似nn0 n0 nnn步时的地面运动加速度、结构的加速度和速度反应，F n为结构第n 步时的恢复力。(2) 求得结构第一步/)的地束反成位移当采用中心差分法求解时，第n步的加速度可用第n-1步、第

6、n步和第n+1步的位移量表示，此时. x - 2x + xnA t2x = n + 1n 1n 2 A t+ （ C 一 m ） x A t2 F 一 m A t2 x 2n 一 1n0 n将它们代入运动方程x = m +C -1 x 2 mxn + 12即由位移xn1, x 和恢复力F n 值求得第n+1步的指令位移 。(3) 位等值的转换由加载控制系统的计算机将第似+1步的指令位移L +1通过A/D转换成 输入电压，再通过电液伺服加载系统控制加载器对结构加载，由加载 器用准静态的方法对结构施加与L +1位移相对应的荷载。(4) 产生计算所需的地震反应位移、测量各点的恢复力当加载器按指令位移

7、七+ 1对结构施加荷载时，通过加载器上的荷载一 ，一. F. 一 一、 、 一 一 ，一 一、 一传感器测得此时的恢笈力 n +1,并由位移传感器测得位移反应值Xn +1。(5) 求恢复力修正计算参数，得出下一步地震反应位等将X n +1及Fn +1值连续输入数据处理和反应分析的计算机系统，利用 位移七，L +1和恢笈力F n + 1按同样方法重笈下去，进行计算和加载， 以求得位移值 + 2和恢笈力Fn + 2连续对结构进行试验，直到输入加 速度时程的指定时刻。(6) 重复以上步骤，直至就件被破坏，结束试验 设备要求：(1) 试验台要求有一米多度，上有很多螺栓孔以固定试件。(2) 反力墙或反力

8、架要具有足够的刚度、强度、整体稳定性和模拟 实际边界的能力;应当尽可能的做到结构简单、安装方便，以便缩短 整个试验过程的周期。(3) 加载设备(作动器，液压源，模拟控制器，液压管路，测量仪 器);液伺服加载器应满足下列要求： 最大位移量应大于试验设计 位移量的120%；加载器最大出力应大于试验设计荷载的150%； 当对加载速度有要求时，应认真核查加载器的频率响应特性。(4) 计算机系统：计算机是整个试验系统的心脏，加载过程的控制 和实验数据的采集都由计算机来完成。由于拟动力试验是准静态试 验，加载速度较慢，而试验对象的单元数又较少，所以，一般情况下， 对计算机的运算速度无特别要求，计算机的硬盘

9、应有足够大的可用空 间，试验前，应做好检查准备工作。拟动力实验的指令发出、数据采 集等工作都必须通过A/D,D/A卡来完成，要求该卡有缓冲器、放大器 等功能，数据位数在12位以上，D/A不少于两路，A/D应根据测点数 来确定。计算机还应配备打印机或绘图仪等外围设备。为了保证外电 源突然中断时能正常关机，并不丢失实验数据，应配备UPS电源。(5) 数据采集系统(前端的传感器，后端的显示设备，采集仪器等) 拟动力试验中一般采用电测传感器。力传感器一般内装在电液伺服加 载器中，但当荷载很小时，宜外装力传感器，从而提高力信号的信噪 比。注意事项：应变片的尺寸由试验所决定。若应力梯度较大时，不 能取大尺

10、寸应变片；若应力梯度较小时，尺寸较大的应变片测量的较 精确；应变片的选取与温度有关；若不知道应力变化规律，则用应变花测量。结果处理：(1) 对实验数据进行图形处理(包括不I司地震力和最大地震加速度 各种情况下所得的数据)。基底总剪力-顶端水平位移曲线；底层剪力层间水平位移曲线；模型各质点的水平位移时程曲线图和恢复力时程曲线图；抗震设计的时程分析曲线与实验时程曲线的对比图；(2) 试验时基底总剪力、顶端位移和相应的最大地震加速度应按模 型第一次出现裂缝时的相应数值确定，并应记录此时的地震反应时 间；(3) 模型屈服极限，破损状态的基底总剪力，顶端水平位移和最大 地震加速度的确定。做出基底总剪力-

11、顶端水平位移包络曲线，取 包络线上拐点为屈服基底总剪力，屈服顶端水平位移和屈服状态的地 震加速度/取包络线上沿基底总剪力轴顶处的数值为模型极限基底总 剪力和极限剪力状态的地震加速度。三、如何选择结构模型尺寸及有关的参数7模型制作时应注意哪 些问题？答/模燮尺寸的选择及有关参数：模型尺寸尽可能大，不宜小于原结构的1/8,选定模型的尺寸后， 确定相似比(长度比)c，严格遵守相似理论来确定参数具体如下： 相似比c ,根据相似理论确定模型面积c2、质量c2等等/材料重力 密度a,频率Pa /时间vC，速度寸c ,加速度1,位移1,应力1,应 变1；荷载C2 ,轴力C2 ,剪力C2，弯矩C3。模型制作时

12、应注意的问题：(!)制作模型时一定要满足边界条件:几何相似比Se不宜过小， 一般不小于1/10当实验进入弹塑性状态后，七还应大一些；(2)根据结构模型的相似要求，振动台的再现加速度和实际加速 度之比为S广1 ；(3 )从模型方面考虑，多数情况下模型的频率相似比 S = 1/妊；四、简述结构抗震试验存在的问题衣发展方向。答：结构抗震试验方法经过几十年的发展，取得了重要的成就，促进 了结构抗震理论的发展。从目前发展来看，抗震实验方法还远没有达 到完善程度。主要存在以下问题：(1)拟静力试验方法的核心问题是加载规则的选择和实验结果 的描述，虽然我国已经发布了建筑抗震实验方法规程但许多问 题仍然没有解

13、决。在进行拟静力试验时，一般的做法是试件屈服前采 用力控制，试件屈服后则采用位移控制。可是如何判断试件的屈服或 确定屈服点到目前还没有解决，更不用说有些试件根本就不痣在屈服 点。事实上，屈服点是试验之后根据某种等效原则确定的，所以实验 过程中无法根据屈服点加载以及转换控制模式。(2)拟静力试验按什 么样的加载规则进行以及在每一级加载时循环多少圈仍然痣在疑问， 例如每一级的加载循环三圈还是循环两圈还缺乏充分的试验根据和 比较研究，因为循环三圈得到的试验结果与循环两圈得到的试验结果 无法直接比较，至少目前是这样的。关于二维拟静力加载试验，虽然 已经有了多种加载规则，但是选择哪一种加载规则进行试验是很困难 的事情，我们甚至不清楚几种二维加载规则之间有什么差异。在这种 情况下进行二维拟静力加载试验，其结果的可比性和一般性就可想而 加了，所幸的是二维地震加载试验可以模拟结构的实际破坏状态。发展方向:她动力试验所模拟的激励载荷也应是多种类型的，除了地 震载荷之外，像风、诲浪、诲冰、水流等对结构的作用也可以在一定 条件下模拟，而冲击、撞击、爆炸载荷也需要进一步考虑。2）结构 模型相似理论需要有较大的突破，虽然它并不是抗震试验本身的问 题，但是它的发展无疑会对结构抗震试验提供重要的基础。法）拟动 力试验相关软件的开发，使将来的结构抗震试验自动化程度会非常 高。