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。     

上海环球金融中心大厦整体结构振动台试验设计

同济大学土木工程防灾国家重点实验室对上海环球金融中心大厦进行了整体结构模型的振动台试验.该大厦101层,结构高度492m,拟建成为世界上结构主体最高的建筑物.本文详细介绍了大厦结构体系、振动台试验模型材料的选取、动力相似关系的确定以及试验方案的设计.针对超高层整体结构小比例模型施工困难的特点,提出了模型的简化方法,并利用ANSYS对简化模型进行了计算,计算结果表明模型简化对结构自振特性和地震反应影响很小,验证了简化方法的可行性.本文提供的模型和试验的设计思路对今后有关的试验工作有一定的借鉴作用.     

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。     

黄土场地地铁车站振动台试验方案设计与研究

为得到可靠的试验数据,对黄土场地典型断面地铁车站大型振动台试验方案进行设计与研究。根据试验目的和特点,提出黄土场地与地铁车站动力相互作用模型体系相似设计原则,并基于Bockingham的π定理对模型结构进行相似设计;通过室内试验研究模型材料配合比、力学特性及模型制作技术;采用有限元-无限元耦合数值建模方法,分析黄土场地地铁车站地震响应,基于数值模拟结果对振动台试验中的传感器布设方案进行研究;根据西安及周边地区地震环境特点,确定振动台试验输入地震动与加载方案。研究结果表明,试验模型结构宏观震害与数值模拟结果较吻合。本研究可为黄土场地地铁车站、地铁隧道及地下商业街等地下结构振动台试验方案设计与深入研究提供参考。     

地铁地下结构大型振动台试验模型研究概述

基于国内外对地铁地下结构大型振动台试验的研究成果和发展现状,分别对开展地铁大型振动台试验所涉及各个要素的关键问题进行论述,包括模型箱的选择和制作、模型结构和土的相似模拟、地震波的输入,以及试验监测和数据采集系统的管理。总结以往地铁振动台试验的经验,提出在研究目的和模型制作中存在的问题和难点,并探讨解决思路和方法,为后继的类似试验提供参考。     

某高层建筑结构模型振动台试验研究及有限元分析

本文对于复杂体型高层建筑结构在地震作用下的动力特性与反应,从模型振动台试验和有限元计算两方面进行了研究。对一个１：５０比例的高层建筑模进行了振动台模型地震试验,根据试验结果。通过相似关系得到原型结构在地震作用下的动力特性与反应。     

桥梁水下桩墩结构振动台模型试验相似律验证

模拟地震振动台模型试验是研究桥梁桩墩结构抗震设计的重要方法。振动台试验结果的有效性取决于模型结构与原型结构的相似程度,不同的试验目的对应的相似关系也有差别。桥梁水下桩墩结构动力模型试验在满足结构自身相似律的同时,也要满足结构周围动水压力的相似,水体的存在限制了试验模型的相似设计。基于目前广泛应用的Buckinghamπ定理,采用量纲分析法和方程分析法,通过对比分析,在合理假设的基础上得出了桥梁混凝土桩墩结构振动台破坏试验模型设计的实用相似关系。最后,以某实际水下桥梁桩墩结构为例,通过计算分析验证了相似关系公式并对产生的误差进行了判断。结果表明:原型结构与模型结构的地震动力响应满足预计的相似关系;推导的相似律能在一定程度上避免模型设计的困难,较适用于实际应用。     

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。     

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。     

综合管廊横向振动台试验设计

在基于文献调研及综合考虑试验目的、试验条件、试验经费的基础上对于综合管廊横向振动台试验进行详细设计。首先,对于试验中所需的振动台、模型箱、测试元件等试验设备进行设计与选择。其次,对于试验中两大主要方面:模型相似比和模型配筋进行研究。在相似比设计中依据Bockinghamπ定理以加速度、密度、弹性模量、长度这4个参数为基本量,考虑采用忽略重力模型,从而推导出其余相似比。模型配筋设计中由于无论单层综合管廊还是双层综合管廊原型结构配筋均较为简单同时考虑受力的合理性,本次配筋采用等面积配筋率原则。再次,基于地下结构地震反应特点选用El-Centro波、Kobe波、Taft波,试验加载采用分段逐次加载,并给出详细的加载制度。最后,基于前期二维模型的数值模拟,给出单层及双层综合管廊的测试元件布置图。     

高土石坝振动台模型试验理论、技术与应用

对土石坝振动台模型试验理论和技术进行系统阐述,提出基于原型和模型坝料静、动力特性试验的模型相似设计方法和不同强度地震动递进输入(白噪声微振-设计地震-校核地震-破坏试验)的振动试验方法。基于1g大型振动台和ng超重力离心机振动台设备性能现状,结合高土石坝的结构特点和动力试验相似模拟要求,对土石坝振动台模型试验的优势及局限进行深入讨论。结合已有的工程实践,对土石坝振动台模型试验在工程中的应用进行总结,并以某实际高面板堆石坝为例研究面板坝生命周期内经历多次地震情况下结构动力特性的演化规律。     

配重不足时的动力试验模型与原型相似关系问题的探讨

本文分析了动力方程法和参数的量纲分析法的关系。指出采用量纲分析法时正确选择基本参数的重要性。文中用两种方法推导了不同配重条件下,模型与原型的动力相似关系,并且提出了在结构进入弹塑性阶段后,应如何根据得出的相似关系来分析原型的动力性能。为解决振动台试验时配重不足条件下,如何根据试验结果正确地推算原型结构的抗震性能提供了一种可靠的定量方法。文中以两个1/4比例八层砌体结构房屋模型的振动台试验结果和足尺模型的动力分析结果验证了本文给出的动力相似关系的正确性。     

大跨越输电塔-线耦联体系振动台试验模型设计研究

以某220V大跨越输电线路为背景,研究了大跨越输电塔-线耦联体系振动台试验模型设计。根据相似理论对输电塔模型设计,运用刚度等效原则确定各构件截面尺寸,通过有限元模型计算和试验模型白噪声扫频,得到输电塔的基频计算值与试验值。根据导(地)线动力特性和质量相似关系,对导(地)线进行二次缩尺,确定了导(地)线弧垂和线密度,对比分析了原型的频率和试验模型的频率。采用完全质量配重方法对大跨越塔-线体系缩尺模型进行配重,以期获取结构弹塑性响应结果。该缩尺模型设计理论可为大跨越输电塔-线体系结构振动台试验设计提供参考和依据。     

三层地铁车站振动台试验分析

为了探究多层地下结构地震破坏机理,进行了三层地铁车站振动台试验.试验采用微粒混凝土模型,严格按照相似比和配筋率对模型进行加筋配置.填土采用哈尔滨地铁施工挖掘出的扰动土.装土箱采用自主研制的层叠剪切箱以减小边界效应.通过对试验加速度和应变的分析可得到以下主要结论:(1)地下结构在地震中的破坏,主要是由位移控制的;(2)多...     

型钢混凝土框架振动台试验的有限元模拟

基于纤维模型和动力相似理论,利用ETABS和PERFORM-3D分析软件对一缩尺比例为1/8的平面三层型钢混凝土框架结构进行了整体结构弹性、弹塑性分析和推覆分析。将所得动力响应值与振动台试验实测结果进行对比,验证了8度小震、中震、大震作用下结构的抗震能力,研究结果表明型钢混凝土结构具有较大的水平抗侧刚度及弹塑性分析软件PERFORM-3D适用于模拟振动台结构模型的抗震性能分析。     

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。     

环向空间预应力结构模型振动台试验研究

某新建国际网球赛馆为大型空间预应力混合结构。其主赛馆看台为倒锥形现浇预应力混凝土结构,屋盖为开闭式钢结构。对该结构进行了缩尺模型的振动台试验,根据几何相似和预应力等效的原则,研究解决了小比例振动台模型中预应力筋配置和预应力施工的技术课题,探索了该类旋转对称、高宽比较小的空间结构不同于普通高层结构的振动测试布置方法。试验验证了这一结构以扭转为主的振型特点,揭示了环向预应力在保证结构维持罕遇地震作用下的整体性上的重要作用,并对工程作出了抗震性能评价。     

土工振动台试验连续体模型箱的适用性研究

为更加合理地模拟地下结构多台阵振动台试验中场地的连续性,作者所在课题组研制了用于长线性地下结构振动台试验的连续体模型箱装置,该装置是由端部刚性箱、软连接箱及中间刚性箱组成的空间结构体系.运用有限元软件ABAQUS对其进行三维数值模拟,模态分析论证了可不与模型土发生共振的连续箱体构造的合理性,三维数值试验分析了该连续体模型箱在一致、非一致地震激励作用下的“边界效应”及工作中的稳定性.数值试验结果表明,所设计的连续体模型箱性能良好,为本次试验获得成功打下了坚实的基础.     

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。     

超大型冷却塔结构地震反应分析及试验研究

近年来,随着国家环保战略的要求,我国三北地区正在酝酿建造一批1 000 MW超临界空冷机组,与之相匹配的间接空冷塔结构一般高达200m以上,直径可达180m以上,进风口高度可达30m以上。建设地点多位于南北地震带中北段,地震危险性高,场地条件复杂。其抗震设计必须面对高烈度、土-结构相互作用以及行波效应等难题。而目前国内外关于超大冷却塔结构高烈度抗震设计问题的相关研究资料很少,可参考资料更是罕见。围绕这一问题,本文采用地震模拟振动台试验与有限元数值模拟分析相结合的手段,对超大冷却塔结构的地震破坏机理、土-结构相互作用、行波效应及其隔震可行性等问题进行了研究探讨,主要完成了以下几方面的工作:(1)采用欠人工质量相似理论设计了原型高度为220m,直径为185m的超大冷却塔结构1:30缩尺试验模型。通过地震模拟振动台试验,获得了考虑不同场地条件的不同烈度工况下超大冷却塔模型结构的动力响应、振动特性及其破坏特征,研究揭示了超大型冷却塔结构的地震作用破坏机理,发现超大冷却塔结构下部的X型支柱上下端部、筒壁最薄的塔筒喉部是其地震薄弱部位,为超大冷却塔结构优化抗震设计提供了依据。通过模型结构有限元数值模拟并与试验结果的对比分析,交互验证了有限元数值模型与试验模型的合理性。(2)针对Ⅱ、Ⅲ类场地条件下高大结构实际存在的地基土-结构相互作用效应问题,提出了对设计谱水平地震最大影响系数αmax采用修正系数αs进行调整的方法,以简化超大冷却塔结构抗震设计分析过程。采用粘弹性阻尼单元模拟地基土边界,以某超大冷却塔结构原型为例进行了地基土-结构相互作用分析。通过对比分析是否考虑土-结构相互作用两个模型的结构动力特性及地震反应,给出了Ⅱ、Ⅲ类场地条件下考虑土-结构相互作用时,冷却塔结构的动力反应规律。(3)综合考虑行波效应不利影响,提出了对设计谱水平地震最大影响系数αmax采用修正系数αT调整的方法,以简化超大冷却塔结构抗震分析过程。仍以前述超大冷却塔结构为例,进行了是否考虑土-结构相互作用效应的超大冷却塔结构行波效应对比分析,指出视波速大于1 000m/s的I类场地条件下,超大冷却塔抗震分析可以不考虑行波效应;视波速≤350m/s的Ⅱ~Ⅲ类场地条件下,建议超大冷却塔结构中应对超大冷却塔行波效应给予足够重视。(4)给出了超大冷却塔结构采用橡胶支座基础隔震技术的设计分析方法。本文采用有限元分析方法,对比研究了是否考虑土-结构相互作用、是否考虑行波效应等条件下超大冷却塔结构采用基础隔震的减震效果。以8度抗震设防为例,证明了超大冷却塔结构采取基础隔震措施后,上部结构各关键节点之间的地震反应相对位移、加速度以及X型支柱位移角均能有效降低,可大幅提升超大冷却塔结构的地震安全性。