支座水平滞回性能试验检测-ag真人平台

支座水平滞回性能试验检测技术研究

支座作为工程结构中的关键传力和减震元件，其水平滞回性能直接决定了结构在风荷载、地震作用等水平力下的耗能能力、变形能力及安全性。对支座进行系统的水平滞回性能试验检测，是评价其力学性能、验证设计理论、保障工程质量的必要手段。

一、 检测项目与方法原理

水平滞回性能试验的核心是获取支座在循环荷载作用下的力-位移关系曲线，即滞回曲线。通过对滞回曲线的分析，可以衍生出多项关键性能指标。

1. 水平极限变形能力测试：

   • 方法原理：对支座施加低周反复水平位移，位移幅值按预定制度逐渐增大直至支座破坏。通过监测整个过程中的水平力与位移，确定支座在丧失承载能力或达到特定性能退化指标前所能承受的大位移。

   • 检测目的：评估支座的极限变形能力和位移储备，为结构在大震下的抗倒塌设计提供依据。

2. 水平刚度与等效阻尼比测试：

   • 方法原理：在指定的位移幅值下（通常为设计位移或屈服位移），对支座进行连续若干次的循环加载。水平刚度（k）可通过滞回环上特定点（如峰值点）的力值与位移值的比值计算，常见的有正割刚度。等效阻尼比（ξ_eq）则通过单个滞回环所包围的面积（代表耗散的能量）与一个理论弹性应变能三角形面积的比值计算得出，公式为：ξ_eq = w_d / (2π k x^2)，其中w_d为滞回环面积，x为位移幅值。

   • 检测目的：量化支座在服役过程中的刚度特性及其耗散地震输入能量的能力。

3. 屈服后刚度与强度退化测试：

   • 方法原理：主要针对具有明显屈服点的支座（如某些金属屈服型支座）。通过分析滞回曲线，确定其屈服力、屈服位移，并计算屈服后的刚度。强度退化则通过比较在同一位移幅值下，连续循环加载中峰值力的衰减程度来评价。

   • 检测目的：判断支座的延性性能和低周疲劳性能，确保其在反复地震动下性能稳定。

4. 摩擦系数测试（针对摩擦摆支座等）：

   • 方法原理：对摩擦摆支座施加恒定竖向荷载，并进行水平循环位移加载。其滞回曲线呈理想的矩形或平行四边形。摩擦系数（μ）可通过单个循环的峰值水平力（f_max）与竖向荷载（n）的比值计算，即 μ = f_max / n。

   • 检测目的：直接测定滑动摩擦副的摩擦特性，验证其设计摩擦系数。

5. 耐久性与磨损性能测试：

   • 方法原理：模拟支座在长期使用或多次地震作用下的性能，进行大次数（如数千至数万次）的循环加载试验。监测其摩擦系数、刚度、阻尼比等参数随循环次数的变化趋势，并检查支座的物理磨损情况。

   • 检测目的：评估支座的使用寿命和长期性能稳定性。

二、 检测范围与应用领域

支座水平滞回性能试验覆盖了广泛的工程应用领域。

1. 桥梁工程：板式橡胶支座、盆式支座、球型钢支座、铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆支座等的性能验证与质量控制。检测需求包括验证支座在设计地震作用下的位移能力和耗能能力，确保桥梁结构的安全。

2. 建筑结构：建筑隔震支座，如叠层橡胶支座（lrb）、摩擦摆支座（fps）、弹塑性阻尼支座等。检测需求集中于评估隔震层的有效性，确保建筑在地震中的功能性和人员安全。

3. 特种结构与工业设施：核电设施、大型储罐、管线支架、大型机械设备基础等所使用的抗震支座。检测需求通常更为严苛，需考虑极端荷载工况和长期可靠性。

4. 新型支座研发：对于新材料的应用（如新型高分子阻尼材料）、新结构形式的支座，试验检测是验证其理论模型和设计方法不可或缺的环节。

三、 检测标准与规范

国内外均有针对支座水平滞回性能试验的详细标准规范。

1. 标准：

   • 美国aashto规范：如《aashto lrfd bridge design specifications》和《guide specifications for seismic isolation design》，对隔震支座的测试程序、性能要求有明确规定。

   • 欧洲规范eurocode 8：关于结构抗震设计的部分，对隔震装置（包括支座）的鉴定和测试提出了要求。

   • 标准化组织iso 22762：专门针对橡胶隔震支座的测试标准，详细规定了试验方法和性能准则。

2. 中国标准：

   • gb 20688系列标准：这是中国建筑隔震支座领域的核心标准。其中《gb 20688.1 橡胶支座 第1部分：隔震橡胶支座试验方法》详细规定了水平极限变形能力、剪切性能、耐久性等一系列试验方法。

   • jt/t 842系列标准：针对公路桥梁支座，如《jt/t 842-2012 公路桥梁摩擦摆式减隔震支座》中规定了摩擦摆支座的水平和竖向力学性能试验方法。

   • jgj 297：《建筑消能减震技术规程》，其中包含了对消能支座（如屈曲约束支撑、摩擦阻尼器等）性能检测的相关规定。

   • tb/t 3320：铁路桥梁支座的相关技术标准，也对支座的力学性能试验有相应要求。

四、 检测仪器与设备

完成高精度的水平滞回性能试验需要一套复杂的加载与测量系统。

1. 电液伺服作动器系统：

   • 功能：这是试验系统的核心执行机构。通常采用大吨位、大行程的双向或三向作动器。水平作动器用于施加循环位移或力，模拟地震作用；竖向作动器用于施加恒定的或随动变化的竖向荷载，模拟结构自重和活载。

   • 要求：需具备高精度、高响应速度、良好的波形复现能力和长期运行稳定性。

2. 反力架系统：

   • 功能：为作动器提供强大的反力支撑，确保加载过程中系统的刚度和稳定性。反力架通常由高强度钢材制成，具有巨大的刚度和承载能力，其自振频率应远高于试验加载频率，以避免共振。

3. 力传感器：

   • 功能：串联在作动器与试件之间，直接测量施加于支座上的水平力和竖向力。其精度和量程直接决定了滞回曲线中力轴的准确性。

4. 位移传感器：

   • 功能：用于精确测量支座的绝对位移或相对位移。通常采用高精度线性可变差动变压器（lvdt）或光栅尺。为确保测量准确，位移传感器应独立安装在稳定的基准架上，避免受到反力架或加载设备变形的影响。

5. 数据采集与控制系统：

   • 功能：这是试验的“大脑”。控制系统根据预设的加载制度（位移控制或力控制），向作动器发出指令。数据采集系统则同步、高速地记录来自力传感器、位移传感器以及其他所有监测通道的数据。现代系统能够实现实时数据显示、存储和初步分析。

6. 辅助监测设备：

   • 功能：包括数字摄像机和应变片。摄像机用于记录试验过程中支座的宏观变形、开裂或破坏现象。应变片则可粘贴在支座内部或外部钢结构上，以监测局部应变分布，辅助分析受力机理。

综上所述，支座水平滞回性能试验检测是一项综合性极强的技术活动。它通过模拟实际工况，系统性地揭示支座的力学行为，为工程设计与安全评估提供可靠的数据支撑。随着新材料、新技术的不断发展，相应的检测技术、标准和设备也将持续进步和完善。