分层土-基础-高层框架结构相互作用体系振动台模型试验研究

本文设计实现了分层土－基础－高层框架结构相互作用体系的振动台模型试验，再现了地震动激励下上部结构和基础的震害现象和砂质粉土的液化现象。通过试验，研究了相互作用体系地震动反应的主要规律：由于动力相互作用的影响，软土地基中相互作用体系的频率小于不考虑结构－地基相互作用的结构频率，而阻尼比则大于结构材料阻尼比；体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线明显不同，基础处存在平动和转动。土层传递振动的放大或减振作用与土层性质、激励大小等因素有关，砂土层一般起放大作用，砂质粉土层一般起减振隔振作用；由于土体的隔震作用，上部结构接受的振动能量较小，各层反应均较小。上部结构顶层加速度反应组成取决于基础转动刚度、平动刚度和上部结构刚度的相对大小。     

高层建筑结构-地基动力相互作用效果的振动台试验对比研究

本文通过对高层建筑结构－地基动力相互作用体系和刚性地基上高层建筑结构的振动台模型试验成果的对比分析，研究了相互作用对结构动力特性和地震反应的影响。结果－地基动力相互作用使结构频率减小，阻尼增大；相互作用体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线不同，基础处存在平动和转动；在地震动作用下考虑相互作用的结构加速度、层间剪力、弯矩以及应变通常比刚性地基上的情况小，而位移则比刚性地基上的情况大。     

地铁车站结构大型振动台试验与数值模拟的比较研究

根据可液化土层上土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验结果,以软件ABAQUS为平台,将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型模拟土体的动力特性,采用混凝土动塑性损伤模型模拟车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比,结果表明:数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,体现出了相似的规律性,相互印证了计算分析的力学建模和振动台试验结果的正确性。     

软土地基核电厂房动力响应振动台试验

为了分析软土地基－筏基础核电厂房结构地震反应规律和特征,利用地震模拟振动台开展了软土地基－筏基础－核电厂房动力相互作用问题的试验研究。分别进行了表面水平土体模型和表面凹陷土体模型的运动相互作用试验、地基土－筏基础－核电厂房振动台相互作用试验、核电厂房直接固定在振动台面上的刚性基底振动台试验。试验采用圆形叠层剪切模型箱,地基土模型为某工程场地的均匀粉质粘土,其剪切波速为213 m/s;核电厂房简化为3层框架剪力墙结构模型。试验输入波形为美国核电规范常用的RG1.60反应谱合成得到的人工地震动时程。振动台试验结果对比分析表明:土－结构体系中系统的振动周期和阻尼明显大于刚性基底下结构的振动周期和阻尼;相同地震作用下在土－结构动力相互作用体系中结构加速度明显小于刚性基底下的结构加速度反应;而位移明显大于刚性基底下结构的位移。本文的研究成果可为软土地基建立核岛厂房的适应研究提供参考。     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明：二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。     

用ANSYS模拟结构-地基动力相互作用振动台试验的建模方法

本文以结构－地基动力相互作用振动台模型试验为基础，结合通用有限元软件ANSYS，对结构－地基动力相互作用体系进行有限元计算建模的一些问题作了研究，主要包括柔性土容器的模拟、土体动力本构模型的选用、土体与结构交界面上的状态非线性模型、网格划分、重力的考虑、结构中钢筋的处理以及对称性的应用等。文中给出了利用上述建模方法对结构－地基动力相互作用体系进行计算的一些加速度时程结果，并与试验结果相对照，吻合较好。通过计算分析，验证了简化处理方法的合理性和计算模型的可行性。     

不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑动力相似关系试验研究

模型试验的动力相似理论是结构抗震试验技术中的一个基础性研究课题。本文设计实现了1/10、1/20和1/30三个不同比例的钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台模型试验。通过对三个模型试验结果的对比研究,对钢-混凝土混合结构高层建筑的动力相似关系进行了初步探讨。试验结果表明,按照本文的动力模型的设计施工及试验要求进行的不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台试验,在自振频率、振型、加速度放大系数、楼层最大位移、楼层剪力等动力特性和动力反应方面具有较好的相似性。试验结果一方面说明对这三个模型采用的动力相似关系和制作方法是合理的,另一方面也说明了对钢-混凝土混合结构房屋采用较小的1/30比例进行振动台试验是可行的。     

结构-地基动力相互作用体系振动台模型试验研究

本文设计实现了结构－地基动力相互作用体系的振动台试验,通过试验研究了动力相互作用体系的地震动反应的主要规律,由于动力相互作用的影响,软土地基中相互作用体系的频率远小于刚性地基上不考虑结构－地基相互作用的结构频率,而阻尼比例则远大于结构材料阻尼比,软上地基对地震动走滤波和隔震作用,由于上部结构的振动反馈,基底地震动与自由场地震动不相同,上部结构柱顶加速度反应主要由基础转动引起的摆动分量组成,平均分量次之,而弹性变形分量很小,桩身应变幅值呈桩顶大,桩尖小的倒三角形分布,桩上接触压力幅值呈桩顶小,桩尖大的三角形分布,试验表明,结构－地基动力相互作用对体系地震反应的影响是很是显著的,本试验为验证理论与计算分析的研究成果,改进或提出合理的计算模型和分析方法,提出了丰富的试验数据,为进一步研究奠定的基础。     

自由场地基液化大型振动台模型试验研究

目前，大型振动台模型试验是研究液化场地的地基动力特性及土-结动力相互作用的一种有效手段。以1976年唐山地震中倒塌的胜利桥的地基为原型，开展1：lO模型的自由场地基液化的大型振动台模型试验研究，再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象，尤其是模型地基的试验破坏与其原型的实际震害情况比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题。     

振动台试验模型地基土的设计与试验研究

本文在动力相似关系的分析基础之上,设计了一种以锯末为主要成分,用于地基-基础-上部结构动力相互作用振动台试验的模型土。用循环单剪仪对原型土和设计的模型土分别进行了试验,得出了2者的动剪切模量比Gd/Gdm ax和阻尼比λ随动剪应变γd变化的关系曲线,对两种土的动力特性进行了相似对比。试验结果表明,设计的模型土与原型土的动力特性具有较好的相似性。采用等效线性本构模型,给出了原型土和模型土的动力特性参数。对采用本文所设计的模型土进行振动台试验的动力相似问题进行了初步讨论。     

Coordinative similitude law considering fluid‐structure interaction for underwater shaking table tests

Generally, when a model is made of the same material as the prototype in shaking table tests, the equivalent material density of the scaled model is greater than that of the prototype because mass is added to the model to satisfy similitude criteria. When the water environment is modeled in underwater shaking table tests, however, it is difficult to change the density of water. The differences in the density similitude ratios of specimen materials and water can affect the similitude ratios of the hydrodynamic and wave forces with those of other forces. To solve this problem, a coordinative similitude law is proposed for underwater shaking table tests by adjusting the width of the upstream face of the model or the wave height in the model test to match the similitude ratios of hydrodynamic and wave forces with those of other forces. The designs of the similitude relations were investigated for earthquake excitation, wave excitation, and combined earthquake and wave excitation conditions. Series of numerical simulations and underwater shaking table tests were performed to validate the proposed coordinative similitude law through a comparison of coordinative model and conventional model designed based on the coordinative similitude law and traditional artificial mass simulation, respectively. The results show that the relative error was less than 10% for the coordinative model, whereas it reached 80% for the conventional model. The coordinative similitude law can better reproduce the dynamic responses of the prototype, and thus, this similitude law can be used in underwater shaking table tests.     

Centrifugal modelling of dynamic soil-structure interaction

This paper presents a centrifuge model that is capable of realistically representing soil-structure systems subjected to earthquake-like excitation. The model is validated by performing (i) free field soil tests, (ii) dynamic soil-structure interaction tests and (iii) a numerical analysis of the experimental results. The free field experiments show that the simulated earthquake, which is generated by the hammer-exciter plate method, is similar in amplitude and frequency content to a real earthquake. The experiments also demonstrate that a confined soil sample can satisfactorily model a horizontal soil stratum of infinite lateral extent when the containment walls are lined with an absorptive material to attenuate wave reflections that would otherwise occur. Measurements of the acceleration at different locations on the free soil surface indicate that the surface motion is fairly uniform over a relatively large area. This is further confirmed by a comparison made between the measured free and scattered field motions for a surface foundation. Next, a series of soil-structure interaction tests are performed which examine the dependence of radiation damping on the natural frequencies of the structure relative to the fundamental frequency of the soil stratum. The experimental results are shown to be consistent with established theories. Finally, the experimental results are used to compute the stiffness and damping parameters of a two degree of freedom numerical model of the soil-structure system. The experimental parameters are shown to be in good agreement with calssical text book formulae. This study demonstrates that the centrifuge model consistently behaves as expected for simple, but realistic, dynamic soil and soil-structure systems, and can, therefore, be used with confidence to examine more complicated systems that are not yet fully understood.     

土-结构动力相互作用的振动台试验研究综述

本文从土-结构动力相互作用振动台试验过程中所涉及的结构模型动力相似设计、模型土体的模拟及土体边界条件的模拟三个方面,回顾了近几年来土-结构动力相互作用振动台试验研究的发展历程与现状,重点描述了试验过程中为了更好地反映震动条件下土与结构动力相互作用的机理,学者们所采取的办法和措施。并在此基础上,介绍了一种新的研究土-结构动力相互作用的振动台试验技术。最后,总结了传统的土箱-振动台试验存在的不足,并与这种新的试验技术进行了对比,提出了对于这种新的试验方法仍需要进一步研究和解决的问题。     

结构动力模型试验相似理论及其验证

通过几何比尺为2的两个有机玻璃模型的结构动力试验，验证了结构动力模型试验的弹性相似律和弹性力一重力相似律。得到了以下结论：(1)大小模型频率符合相似律，一阶频率误差为2．7％、4．1％，二阶频率误差为O、6．05％。弹性相似律比弹性力一重力相似律更适合于频率预测的试验。(2)大小模型的加速度、应变符合相似律，弹性相似律的加速度误差为-1．55％～8．75％，应变误差为O．377％～7．297％。弹性力-重力相似律的加速度误差为3．07％～4．158％，应变误差为6．849％～12．959％。(3)不同相似律大小模型的时问比尺吻合很好。加速度与应变时程曲线的波形一致，既无漏峰也无错峰。     

土-结构动力相互作用及基础形式对超大型冷却塔结构地震反应的影响分析

采用ABAQUS有限元分析软件,分别对基于刚性地基假定的环板基础、考虑土-结构动力相互作用的环板基础和桩基础超大型冷却塔模型进行了模态分析、弹性和弹塑性时程分析,研究了土-结构动力相互作用和基础形式对超大型冷却塔结构动力特性和地震反应的影响。结果表明:当考虑相同阶数的振型时,刚性地基模型的振型参与质量系数最小。地震作用下,刚性地基模型和桩基础模型的加速度响应、支柱内力、塔壳混凝土主应力等一般比考虑土-结构动力相互作用的环板基础模型偏大,但塔顶水平位移偏小。土-结构动力相互作用比基础形式对冷却塔动力特性以及地震反应的影响更大,且二者对冷却塔竖向振动的影响比水平向大。三种模型计算所获得的冷却塔薄弱部位均集中于支柱,且支柱最大侧移角相差不大。     

地震模拟模型实验中RC结构非线性性态模拟研究

在小比例尺钢筋混凝土结构模型地震模拟实验中,模型与原型间材料力学性能完全相似很难满足,致使难以正确模拟原型结构的非线性性态。依据普通混凝土和微粒混凝土力学性能实验,从动态相似的观点出发,建立原型与模型的等效动态相似关系,据此可在地震模拟模型实验中对原型结构的非线性性态进行动态模拟。通过地震模拟实验的数值模拟及反应偏差分析,验证此动态模拟实验方法的有效性。此外,小比例尺钢筋混凝土结构模型设计中通过调整配筋率、配箍率或者截面有效高度、箍筋间距等,对微粒混凝土和配筋的相似性协调进行考虑。通过简单的构件试验验证这种模型设计方法的有效性。这样,小比例尺钢筋混凝土模型将能很好地模拟原型结构的非线性性态。     

Seismic response of underground utility tunnels: shaking table testing and FEM analysis

Underground utility tunnels are widely used in urban areas throughout the world for lifeline networks due to their easy maintenance and environmental protection capabilities. However, knowledge about their seismic performance is still quite limited and seismic design procedures are not included in current design codes. This paper describes a series of shaking table tests the authors performed on a scaled utility tunnel model to explore its performance under earthquake excitation. Details of the experimental setup are first presented focusing on aspects such as the design of the soil container, scaled structural model, sensor array arrangement and test procedure. The main observations from the test program, including structural response, soil response, soil-structure interaction and earth pressure, are summarized and discussed. Further, a finite element model (FEM) of the test utility tunnel is established where the nonlinear soil properties are modeled by the Drucker-Prager constitutive model; the master-slave surface mechanism is employed to simulate the soil-structure dynamic interaction; and the confining effect of the laminar shear box to soil is considered by proper boundary modeling. The results from the numerical model are compared with experiment measurements in terms of displacement, acceleration and amplification factor of the structural model and the soil. The comparison shows that the numerical results match the experimental measurements quite well. The validated numerical model can be adopted for further analysis.     

土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验:试验方案设计

以南京地铁的建设背景为基础,对含有可液化土层的深厚软弱场地上双洞单轨的地铁区间隧道结构进行了大型振动台模型试验研究。根据本次试验的目的和特性,首先给出了模型体系相似比的设计基本原则,并对整个模型体系进行了相似设计,对模型土和模型结构的制备方法和模型材料的物理特性进行了室内试验研究,同时,根据对隧道地震反应分析的数值模拟结果,对传感器的选择及其布置方案进行了分析。最后,根据南京及其周边地区的地震环境,对台面输入地震动的选取及其加载方法进行了具体的阐述。试验结果表明本文对土-地铁区间隧道动力相互作用的大型振动台模型试验的设计方案是合理的,对相关试验结果的整理和分析见另文。