不同厚度饱和砂土中群桩结构动力响应试验研究

液化土中桩基础动力响应规律一直是工程抗震领域关注的热点问题。本文基于非液化砂土和不同厚度饱和砂土中的2×2群桩结构模型振动台试验,通过输入一定峰值加速度和频率的正弦波,对群桩在非液化土层和两种不同厚度饱和砂土层中的横向动力响应特性进行振动台试验研究。研究结果表明:在正弦波输入情况下,非液化砂土中群桩承台加速度和位移时程与台面输入时程相比,波形变化规律与峰值大小均相差不大;而对两种不同厚度饱和砂土中承台加速度和位移峰值放大较多,在相对较薄的饱和砂土中群桩承台加速度峰值较台面输入放大了1.83倍,较台面输出位移峰值放大了1.58倍;在相对较厚的饱和砂土中承台加速度和位移峰值则分别放大了2.18倍和1.91倍,说明在相同输入条件下,较厚的饱和砂土在发生液化后群桩承台的动力响应更加显著。     

加装减震装置的特高压复合材料支柱绝缘子振动台试验研究

为研究复合材料电气设备抗震性能与减震技术应用效果,对特高压复合支柱材料绝缘子进行了抗震与减震地震模拟振动台试验,研究了设备动力特性和地震响应。白噪声试验结果表明:该复合材料支柱绝缘子在安装减震器后第1阶频率由1.11 Hz降低到1.04 Hz,表明减震器对设备结构的整体刚度影响较小。3种地震波试验结果表明:设备地震响应与地震动峰值加速度在抗震试验中呈线性变化关系,但在减震试验的应力响应中呈非线性变化关系;设备安装减震器后,试验地震动峰值加速度越大,减震效率越高,最高达到了66.32%;而位移减震率与地震动峰值加速度无明显规律,最大位移减震率为49.36%。试验研究结果表明:试验设备安装减震器后抗震性能得到显著提升,为复合材料电气设备抗震性能研究与减震技术应用提供了参考依据。     

电流互感器抗震性能及减震振动台试验

瓷柱型电气设备是电力系统的重要组成部分,其抗震能力较差,在历次强震中破坏严重。根据地震中电流互感器的实际破坏情况,选用了2个不同型号的电流互感器,进行了地震模拟振动台试验,试验中测试了瓷柱型电气设备在不同地震动作用下的加速度、位移及应变响应,分析了该类设备的动力特性及抗震性能。基于调谐质量阻尼器原理设计了减震装置并进行了振动台试验。结果表明:地震作用时瓷柱型电气设备反应放大明显,抗震能力较差,绝缘子根部属于该类设备的薄弱环节,220kV电流互感器在峰值0.5g的正弦拍振作用时绝缘子根部拉裂和漏油。减震装置有效,可以降低瓷柱型电气设备的动力响应。     

饱和砂土地铁车站的振动台试验研究

地震作用下,饱和砂土地层地铁车站的动力反应特征是城市轨道工程抗震的关键问题。以太原地铁新近沉积粉细砂地层地铁工程为对象,通过模拟地震运动输入的饱和砂土地基地下结构的振动台模型试验,分析了不同峰值加速度地震作用下饱和砂土与地下结构相互作用的动力反应性状。研究了地震波作用的放大效应与频率特征,动孔压比增长发展过程和液化区域分布,以及动土压力的变化规律。表明加速度放大系数为1.5~2.0;0.1~0.25g峰值加速度地震作用下饱和砂土均产生动孔隙水压力累计发展;0.3g峰值加速度地震作用下饱和砂土产生液化,抑制了土与地下结构的振动放大效应,地表面大量冒水,结构模型出现了明显上浮,地下结构两侧产生震陷。     

路基地震峰值加速度响应特性振动台试验研究

在采用拟静力法分析公路路基抗震稳定时,需要考虑路基对地震加速度产生动力放大效果的影响。为了研究该放大效果,针对填方路基在强地震动作用下的动力响应,设计并完成了1∶20比尺的路基大型振动台模型试验。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波激励,研究地震作用下路基模型边坡地震峰值加速度的放大系数。试验结果表明,路基边坡对输入的水平地震波具有明显的放大作用,而对竖向地震波的放大作用不明显。沿路基高程向上,水平地震波加速度峰值放大系数呈现波动,且坡面的放大系数大于路基内部的放大系数。在不同类型、不同振幅和不同频率的地震波作用下,路基地震峰值加速度放大系数具有明显的差异。试验结果可为确定路基抗震稳定设计的动力荷载提供相应的参考。     

AP1000核电厂模型基底隔震振动台试验研究

为研究AP1000核电厂基底隔震性能,设计了缩尺比为1/40的AP1000核电厂模型结构,进行了AP1000核电厂模型基底隔震振动台试验。试验中采用铅芯橡胶隔震支座进行隔震,并选取RG1.60人工波、El Centro波和Kobe波作为地震动输入。本文从加速度响应、楼层加速度反应谱、加速度峰值放大系数、减震率等方面对隔震与非隔震核电厂结构的地震响应特性进行了研究。试验结果表明:隔震能明显减小上部结构水平向加速度响应和加速度反应谱峰值,而在隔震频率处隔震模型加速度反应谱有所增加;隔震模型由于摇摆效应在隔震频率处的水平向楼层加速度反应谱随楼层高度的升高先减小后增大;在三向输入地震动作用下,隔震和非隔震AP1000模型各楼层在竖向基频附近的竖向加速度反应谱较竖向输入的地震动放大较为明显。     

对称双斜桩侧向动力响应特性试验研究

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文基于非液化干砂和饱和砂土中对称双直桩和双斜桩电磁式振动台试验,在试验中输入不同峰值加速度的正弦波和不同的地震波形,对比研究非液化干砂和饱和砂土中斜桩横向动力响应特性的不同,主要包括桩头承台加速度和位移幅值与台面输入时程的对比。研究结果表明:无论是正弦波输入还是地震波输入试验,当饱和砂土发生液化后,桩周土对桩侧支撑反力降低从而导致桩-土之间相互作用力减小,加速度和位移幅值放大效应均发生显著增加,对称双斜桩的动力响应放大程度低于对称双直桩,尤其在饱和砂土液化时更加显著。地震波输入试验中承台加速度和位移量值均明显高于正弦波试验工况,但相对台面输出幅值的动力放大倍数整体水平较低。     

峰值速度对单自由度体系地震反应的影响分析

研究了在加速度反应谱与峰值位移不变的条件下,输入地震动峰值速度对单自由度体系动力反应、尤其是弹塑性反应的影响。首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成加速度反应谱和峰值位移相同,但峰值速度相差1倍的两组人工地震动时程。其次,按照《建筑抗震设计规范》的要求,将合成的输入地震动标定为不同设防烈度区下多遇地震的加速度峰值,进行结构弹性计算,结果表明:输入地震动峰值速度的变化对结构弹性反应基本无影响。然后,将输入地震动标定为相应烈度区下罕遇地震的加速度峰值,并以上述多遇地震下弹性反应的最大变形作为罕遇地震作用下结构弹塑性分析的屈服变形,进而分析输入地震动峰值速度变化对结构弹塑性反应的影响规律。其结果表明,峰值速度的增大将会明显增大中长周期结构弹塑性位移反应和速度反应,且这种放大效应对位移反应尤为显著。这种规律在不同烈度区基本具有一致性,随着烈度增大,输入地震动峰值速度的增大引起的大部分中长周期结构弹塑性位移及速度反应的放大效应减小。因此,在进行结构动力分析时,应充分考虑输入地震动峰值速度变化对计算结果的影响。     

复合外套型特高压交流CVT抗震与减震试验研究

为研究复合外套型电气设备的抗震性能与安装减震装置后的减震效果,对其进行特高压交流CVT地震模拟振动台试验研究,分析设备的动力特性与地震响应。白噪声试验结果表明试验设备安装减震器后其结构第一阶频率由1.07Hz略降低至1.04Hz,即减震装置对结构的整体刚度影响较小;人工波试验中原结构在地震动峰值加速度0.2g(PAG=0.2g)抗震试验中设备最大应力与位移响应为46.33 MPa与349.12mm,减震结构在PAG=0.5g抗震试验中,设备最大应力与位移响应为27.64 MPa与330.06mm,设备安装减震装置后抗震性能得到显著提升。试验研究结果可为复合材料电气设备抗震性能研究与减震装置应用提供参数数据。     

多层古建抬梁式木结构振动台试验研究

以故宫博物院雨花阁为例,通过振动台试验获得了其在不同强度地震作用下的结构动力响应和震害现象。基于震害与试验数据分析结果指出:试验模型主体结构在强地震作用下无明显震害,但楼层动力放大效应明显,塔顶出现鞭梢效应,底层相对位移较大,位移敏感型和加速度敏感型非结构构件文物均存在地震安全隐患。随着地震动输入的增加,榫卯节点的材料塑性损伤和松动效应增加,结构连接刚度减弱,榫卯的耗能能力增强。这引起基频的逐渐降低和等效阻尼比的增加,等效阻尼比的增加减小了结构的动力反应,提高了木结构的抗震性能。     

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。     

自复位高墩振动台模型试验

为探讨自复位桥墩的地震反应,以某简支梁桥为工程背景,设计并制作了一个缩尺的模型桥梁。通过白噪声扫频获得了自复位桥墩的动力特性及其变化规律,选取El-Centro、Mexico和Chi-Chi强震记录作为地震动输入,进行振动台模型试验。试验记录了墩顶的加速度和位移反应,考查了地震动强度、频谱特性及预应力钢筋及其初始预加力对模型桥墩动力特性及摇摆反应的影响。试验结果表明:墩顶水平加速度反应随地震动强度及初始预加力的提高而增大,墩顶位移反应受地震动的强度、频谱特性及初始预加力大小影响较大。墩底提离面轻微损伤会明显降低体系的整体水平刚度,初始预加力则能提高体系整体水平刚度,桥墩的阻尼比随体系的水平刚度增大而减小。强震下自复位桥墩发生了预期的提离摇摆,震后墩底提离面出现轻微损伤,墩身无裂缝产生,结构具有良好的抗震及自复位性能。振动台试验结果验证已有文献的数值分析结论,振动台试验数据可用于数值模型校核或修正。     

不同时频特性近断层地震作用下的结构响应研究

研究不同时频特性的地震波作用下,抗震结构和隔震结构耦合设备的动力响应,对五层钢框架振动台模型试验数据进行小波分析。结果表明:主结构动力响应与地震波时频特性直接相关;由于主结构和隔震支座的滤波作用,设备的动力响应受地震波时频特性影响显著,但不具有直接相关性;隔震结构可以使设备的频率远离主结构的频率,从而降低设备的放大系数;设备耦合之后主体结构加速度的变化趋势取决于不同时频特性的地震波能量分布。      

基于振动台试验的移动通信节点机房蓄电池组地震易损性分析

关键移动通信设备的地震易损性是城市移动通信系统地震灾害预测的基础。本文以移动通信系统节点机房中常用的蓄电池组作为研究对象,通过振动台试验来研究蓄电池组的抗震性能,并获得其地震易损性。试验过程中,首先采用FEMA P695建议的方法从美国PEER强震数据库中遴选出对蓄电池组较为危险的地震动记录作为试验激励,随后逐步增大各条地震动记录的幅值,基于振动台进行增量动力分析。试验后根据蓄电池组的地震损伤特征,定义了其损伤指标和损伤水平,并基于振动台试验数据分析获得了典型蓄电池组的地震易损性曲线。     

软母线连接电气设备地震响应定量分析

通过母线连接的电气设备与独立设备地震响应存在较大差异。为定量研究软母线连接体系对设备的地震响应,将软母线简化为悬索结构,建立耦联体系等高设备和单体设备的地震运动方程组,采用龙格-库塔方法计算得到广泛参数下的位移响应比,并通过基于后向消去法的多元回归分析对各关键参数的影响进行量化,得到软母线耦联等高设备地震位移响应比公式。通过与实际振动台试验数据对比验证了该响应比公式的准确性。研究结果可为实际电气设备及变电站的抗震可靠性分析提供参考。     

双向地震作用下锯末混合土场地动力特性分析

在北京工业大学振动台台阵系统上开展了一系列锯末混合土地基自由场振动台模型试验,试验中模型箱采用装配式连续体刚性模型箱,试验中输入地震动时程采用El Centro地震动记录、Taft地震动记录和天津地震动记录,地震动输入方向分为水平单向和水平双向。文中,重点考察了双向地震动输入下锯末混合土模型场地的动力特性及其变化规律,主要指标包括模型场地地震动反应的峰值加速度及其动力放大系数、加速度时程及其傅氏谱。试验结果表明:随着输入地震动强度的增大,同一测点反应的峰值加速度总体上在增大,而其加速度动力放大系数总体上呈现减小的趋势,反应的频谱组成从较高频率向较低频率移动;双向地震作用下锯末混合土模型场地的动力变化规律与单向地震作用下较为一致。     

框架结构振动台试验分析及数值模拟

设计了10层的框架结构模型,进行了单向及双向作用时不同频谱地震波输入下的振动台试验,对试验结果进行了对比分析,揭示了结构的动力特性及地震反应之间的联系。结果显示:加速度、层间位移和应变在地震波作用下的变化趋势是一致的,结构的层间位移和加速度沿层高的分布不一样;双向作用下结构的反应并不一定比单向作用时的反应大。并依据试验过程当中的测试数据,进行了相应的数值模拟,与实测结果进行了对比,吻合较好,可以为后续类似的研究工作提供借鉴。     

卵石土场地地震反应特征振动台试验研究

为研究卵石土场地地震反应特征,基于四川成都典型卵石土场地,通过振动台模型试验研究卵石土场地在不同地震波、不同地震强度激励下的加速度峰值放大系数、加速度频谱反应及动土压力反应,并且对其场地地震反应非线性效应及土体动剪应力-动剪应变关系进行分析。结果表明：卵石土场地表层土层对地震波具有明显的放大效应,加速度峰值放大系数介于1～1.4之间,下部土层放大效应较小,加速度峰值放大系数介于0.9～1.2之间。卵石土场地对地震波具有低频放大,高频滤波的作用,滤波频率上、下限随激励强度的增大逐渐向低频方向移动。激励强度较小时,土体尚未破坏,动土压力在地震过程中逐渐增大;随着激励强度的增大,动土压力反应明显增大,表现出骤减后逐渐增大的现象。在激励强度较小时(SN1),中部土体最先进入非线性反应阶段,地震波在中部土层能量损耗最大;激励强度较大时(EL3),土体均发生了较大变形,土体最大动剪应变达到1.7%,此时卵石土场地对地震波的放大作用明显减弱。     

某核电站结构-设备相互作用的地震反应分析

为研究核电站结构-设备相互作用的地震反应,针对某高温气冷堆核电站反应堆进行结构与设备相互作用的地震反应分析研究,通过对考虑与不考虑结构-设备相互作用的模型进行对比,开展模态分析、设计基准地震动下和超设计基准地震动下的动力特性分析以及楼层反应谱分析,结果表明:考虑剪力墙主体结构与设备的相互作用后,结构的地震反应减小,层间剪力最大减小60%,水平向楼层反应谱峰值减小为不考虑相互作用时的40%,提高了结构与设备的安全性,并为设备抗震设计提供依据。但竖向楼层反应谱在结构竖向周期附近有放大作用,建议在设备抗震设计时予以注意。