基于视频图像处理技术的振动台试验动态位移测量方法

动态位移是振动台试验中的重要测量参数,由于受到测量条件的限制,常规的接触式动态位移测量方法往往难以实施。文中基于数字图像处理技术研究了振动台试验中动态位移的非接触式测量方法并开发了相应的程序。首先,使用数码摄像机获取结构上人工标靶的视频图像;然后,利用视频图像处理程序对采集到的图像进行处理,实现测点位置的自动识别与跟踪,从而得到测点位移的动态时程曲线。将该方法应用于某桥梁振动台试验中,较为简便的实现了板式橡胶支座变形和滑动位移参数的测量,且达到了较高的测量精度。     

离心机振动台试验中侧向流动地基位移分析方法研究

通过分析倾斜可液化地基的离心机振动台试验,对离心机振动台试验中地基土体位移分析方法进行了研究,得到了能够有效测量和计算可液化地基地震过程中和震后侧向流动的位移的方法。这种分析方法能够通过对加速度数据的处理和计算,有效地克服位移传感器在地震过程中反应不够灵敏导致的位移过程测量的误差,得到合理的地震过程中地基位移变化;同时利用位移传感器对低频位移测量准确的优势,通过量测的震后侧向位移值对计算位移值进行修正,可以得到地震结束后,地基的最终变形。本研究为土工离心机振动台试验中侧向流动地基的位移测量和分析提供可靠有效的方法,也能够为进一步的可液化地基离心模型试验的土体位移相关研究分析提供必要基础。     

北京机场新塔台结构模拟地震作用试验研究

本文对首都机场新塔台钢筋混凝土筒-钢框架组合结构缩尺模型进行了模拟地震振动台试验研究,分析了高耸塔台结构的地震反应和破坏特征,并对这种下部为混凝土筒体,上部为钢框架结构的锚固连接及钢榧架结构层间位移控制进行了探讨,为提出这类钢-混凝土组合结构体系抗震计算模型和设计理论提供了试验依据。     

基于Hilbert-Huang变换和随机子空间识别的模态参数识别

基于Hilbert-Huang变换和随机子空间识别技术提出了两种土木工程结构的模态参数识别方法。方法一是基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术,通过经验模态分解和Hilbert变换提取信号的瞬时特性,进而利用自然激励技术和模态分析的基本理论识别结构的模态参数;方法二是基于经验模态分解和随机子空间识别技术,通过经验模态分解对信号进行预处理,进而运用随机子空间识别方法处理得到的结构单阶模态响应以识别结构的模态参数。利用这两种方法,通过对一12层钢筋混凝土框架模型振动台试验测点加速度记录的处理,识别了该模型结构的模态参数。识别结果与传统的基于傅里叶变换的识别结果及有限元分析结果的对比验证了这两种方法的可行性和实用性。     

145 kV交流接地开关数值分析及振动台试验

为研究145 kV高压交流接地开关在地震波作用下的抗震性能,文中对其三维模型进行模态分析,确定了接地开关的自振频率及振型,并研究发现：设备顶部接线端子在不同结构型式及重量下,三相联动结构的底座部分应力分布存在差异,试验时需合理设置采样点。通过输入生成的标准时程波进行动力学分析,确定了关键部位的应力及设备顶端最大位移。结果表明：地震动峰值加速度为0.5 g工况下,瓷支柱绝缘子的最大应变位于最下方伞裙根部,该部位为接地开关设备的易损部位,其最大应力为18.98 MPa,小于破坏应力;设备顶端接线板相对于振动台台面在X方向的位移最大为39.43 mm,由于变形较小,在进行电站的设计时可以忽略位移对相邻电力设备的牵拉作用带来的影响。对145 kV高压交流接地开关的全尺寸振动台试验结果表明,数值仿真与试验结果基本吻合,且试验发现：随高度增加放大系数逐渐增加但顶端增加显著,应变在不同工况、不同方向具有差异性,接地开关地震响应复杂且呈现非线性特性。文中进一步对通过振动台试验的设备进行测试,验证了设备的机械性能在振动台试验中不受影响。     

基于液化流动模型的尾矿坝地震响应分析

针对传统等效线性法对尾矿坝地震响应分析结果与实际情况存在一定的出入的问题,通过振动台模型试验和数值计算结果比对验证数值计算方法的可行性,运用考虑液化后尾矿砂流动特性的孔压上升模型,基于完全非线性动力分析方法,对尾矿坝地震响应进行分析计算,通过对坝顶位移和加速度的监测结果进行分析,得出坝顶的加速度放大系数以及坝顶位移最大值;并由坝体水平方向位移云图、竖直方向位移云图及位移矢量图,判断可能发生局部滑坡的位置;对坝体内液化情况进行判定,得到尾矿坝的地震响应规律,为尾矿坝抗震设计提供一定的理论参考.     

非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究(I)——试验方法

针对浅层软土中埋设的矩形截面地下综合管廊进行了非一致地震激励下的振动台模型试验研究。作为首个此种类型结构非一致激励的振动台试验工作,本文主要介绍试验方法,重点包括试验方案设计、开洞试验模型箱与模型结构设计,根据试验的特殊要求而开发的土体滑移传感器和地下结构接头位移测量装置,以及人工合成输入地震波动时程的方法与步骤。上述试验设计方法可供今后类似试验工作参考。试验结果分析及数值模型验证结果将在后续系列论文中介绍。     

高层错位转换结构的试验研究和理论分析

本文对一座带错位转换结构的高层结构模型进行了振动台试验和理论分析研究。试验中发现,在7度小震和中震阶段错位转换结构对结构模型相对位移包络图影响不大。但随着第2转换层上一层的开裂,相对位移包络图在场地波输入时会在第2转换层上一层呈现一定程度的突变。结构加速度分布规律与输入地震波频谱特性有关,在场地波输入中震和大震阶段,加速度反应突变会出现在两个转换层处。由于转换层质量较其他楼层大,从而地震作用亦在两个转换层处形成突变。层间位移角则在两个转换层上一层形成突变,且转换刚度较大层其突变幅度较大,两个突变近似在同一时间内发生。对比双向和单向输入时的层间位移角结果,双向输入加剧层间位移角的突变。采用三维有限元程序对结构模型进行了计算分析,从整体上讲,频率、主振型、加速度和位移时程与试验结果吻合较好,但在层间位移角突变上,计算值反应效果较差。     

非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验研究(Ⅰ)——试验方法

针对浅层软土中埋设的矩形截面地下综合管廊进行了非一致地震激励下的振动台模型试验研究。作为首个此种类型结构非一致激励的振动台试验工作,本文主要介绍试验方法,重点包括试验方案设计、开洞试验模型箱与模型结构设计,根据试验的特殊要求而开发的土体滑移传感器和地下结构接头位移测量装置,以及人工合成输入地震波动时程的方法与步骤。上述试验设计方法可供今后类似试验工作参考。试验结果分析及数值模型验证结果将在后续系列论文中介绍。     

海洋平台结构SMA阻尼隔振振动台试验与分析

本文针对渤海JZ20-2MUQ导管架式海洋平台进行比例为1∶10的模型结构的形状记忆合金阻尼隔振振动台试验研究。首先,根据原结构的基本参数,确定试验模型的几何参数,推导出相似比关系,并对形状记忆合金阻尼器和黏滞阻尼器进行性能试验,确定其基本力学性能;其次,对模型结构进行振动台试验研究,分别考察4种地震作用下无控结构、纯隔振结构、SMA隔振结构和SMA阻尼隔振结构的反应;最后,对模型结构进行数值计算分析。结果表明,各种隔振结构方案对平台结构导管架端帽位移和平台甲板加速度均有很好的控制效果。数值分析结果与试验结果吻合较好。     

基于曲率模态曲线的结构损伤识别方法

采用曲率模态对简支梁的单处和多处损伤进行了识别研究。首先用ANSYS有限元程序建立模型,并计算得到了位移模态振型;针对噪声下具有不同损伤状况的结构,进行了曲率模态分析,通过曲率模态曲线的畸变定位损伤位置,然后利用最小二乘拟合法计算了损伤处的有效面积,并估计了其损伤程度。数值分析表明:曲率模态对结构的损伤较敏感,它无需原始结构的模态参数,仅需低阶模态信息便可准确方便的识别结构的损伤位置,识别过程中在引入随机误差情况下各指标识别效果的比较结果表明,所提方法能有效估计损伤程度,可为今后结构损伤识别提供参考。     

基于Hilbert-Huang变换和随机减量技术的模态参数识别

傅里叶分析的信号处理方法对非线性、非平稳信号的处理能力差,传统的模态参数识别方法也存在阻尼比识别精度不高的问题。基于Hilbert-Huang变换和随机减量技术提出了一种新的、实用的模态参数识别方法,首先对结构振动信号进行滤波处理和经验模态分解,得到若干阶本征模态响应,然后利用随机减量技术提取自由衰减响应,进而由Hilbert-Huang变换得到信号的瞬时特性,最后结合模态识别的基本理论识别结构的模态频率和模态阻尼比。为了验证这一方法的有效性,对12层钢筋混凝土框架模型振动台试验一测点的加速度记录进行了处理,识别了模态参数,识别结果与其它识别方法及有限元分析结果的对比表明该方法识别模态频率是可靠的,而模态阻尼比识别的精准性仍然难以确认。     

多模型结构识别方法及在混凝土连续梁的应用

本文介绍了结构识别的基本概念,针对传统的单模型识别忽视模型正确性而片面强调参数识别的精度问题,阐述了多模型结构识别的概念,即利用多个有限元模型来预测结构的测试结果,其研究重点在于如何从众多待选的模型群中,挑选出最符合实际并反映结构特性的模型簇。对一根实验室中的钢筋混凝土连续梁进行了分级静力加载试验,获得各级载荷下结构的位移和应变。对每一级加载后结构进行多参考点脉冲锤击法试验,获得各级损伤工况下的结构模态参数。利用Strand7-Matlab的交互访问技术,针对4个模型碎片进行了灵敏度分析,基于最大熵原理对连续梁进行了参数敏感位置的排序。最后分别运用模态数据进行基于误差界限阈值的多模型甄选研究,通过筛选得到11个候选模型,结果表明候选模型能够进一步用来预测连续梁结构在静载下的性能。     

基于静力试验的体外预应力自复位框架地震响应数值模拟

一般在进行振动台模型试验时,由于试验引起结构构件损伤,很难在试验前或试验后实测构件或节点的力学参数,但是对于整体弹性模型或部分弹性模型,可以事后对其力学性能进行实测,将实测数据用于修正计算模型,经过修正的计算结果与振动台试验结果有更好对比性。体外预应力自复位框架(EPSCF)是一种新型抗震结构,将预应力筋设置在梁柱构件体外,达到易施工、易监测、可更换的目的。在振动台试验中,EPSCF主体结构保持弹性,耗能装置损坏。振动台试验后,进行EPSCF主体结构低周反复静力试验,实测结构在侧向力作用下的滞回曲线与骨架曲线,并计算出结构每层的抗侧刚度及等效阻尼比。将实测参数代入有限元模型中进行地震响应数值模拟,并与振动台试验结果进行对比。研究结果表明,经过静力试验校准的计算模型能更好地模拟振动台试验结果。     

弹塑性位移谱法的振动台模型试验验证

弹塑性位移谱法求解结构在指定强度地面运动作用下的位移需求是一种简便合理的方法。本文将弹塑性位移谱法就具体地震波计算的楼层位移需求、层间位移角需求与一比例为1／10的12层钢筋混凝土模型框架振动台试验结果作了比较。设计的12层钢筋混凝土模型框架结构在振动台上经历了7种强度等级地震波的作用,输入峰值加速度依次为：0．090g、0．258g、0．388g、0．517g、0．646g、0．775g和0．904g。求出了弹塑性位移谱法计算的楼层位移和层问位移角需求与振动台试验结果的比值,研究了二者比值的均值及方差沿楼层的分布情况。结果表明：弹塑性位移谱法的计算结果与振动台得到的位移需求值吻合较好,在基于性能的抗震设计中具有较好的应用前景。     

导管架式海洋平台结构磁流变阻尼隔震的振动台试验

本文针对渤海JZ20-2MUQ导管架式海洋平台,进行比例为1：10的模型结构的振动台试验研究.首先,根据原结构的基本参数,确定试验模型的几何参数,并通过试验结构的扫频分析,确定其基本力学性能以及隔震层的相关设计参数;其次,对模型结构进行数值计算分析,以确定磁流变阻尼器的基本参数;最后,对模型结构进行振动台试验研究,分别考察3种地震作用下的结构反应.试验结果证明：导管架式海洋平台结构的磁流变阻尼隔震方案对于减少导管架结构的振动、平台甲板的加速度和隔震层相对位移是非常有效的.     

液化场地桥梁群桩基抗震分析简化方法

基于已完成的液化场地土—桩—桥梁结构地震相互作用振动台试验,利用两步法、等效单桩法,建立了液化场地群桩基础抗震分析的动力非线性文克尔地基梁模型。该模型考虑了桩—土相互作用的影响。首先,按照等刚度原则将群桩简化为等效单桩;其次,选用弹簧元件和阻尼原件并联的宏单元模拟桩—土动力相互作用;然后,计算地震作用下自由场地的土体位移和孔压比;最后,将地震作用下自由场地土体位移和孔压比作为模型的外部激励,计算桩的动力反应规律。将简化方法计算结果与液化场地桥梁桩基振动台试验结果进行对比发现,两者吻合较好,验证了简化方法的正确性。     

地下综合管廊大型振动台模型试验研究

针对地下综合管廊缺乏抗震研究的现状,开展了地下综合管廊大型振动台模型试验研究。试验中除对通常的地下结构振动台试验中常规地震响应进行了测量外,还测量了模型场地水平位移、模型结构的层间位移、模型结构内钢筋应变。同时,通过自行设计的接触面土体滑移传感器测量了结构顶板接触面土体滑移。本文对模型结构的动力响应以及接触面和周围土体地震响应规律进行了分析。结果表明：在地震作用下地下综合管廊的地震加速度响应服从周围土体的地震响应,其响应幅值不会大于周围土体的加速度响应幅值;结构内力最大部位出现在结构的角部,并且内力随着地震动强度的增加而增大;地下综合管廊接触面土压总体上随着地震动强度的增加而增大,侧板和顶、底板的土压力分布模式不同;在水平地震作用下,地下综合管廊会产生顶、底板之间的相对位移,同时伴随着横截面内的刚体转动;地下综合管廊壁板与土接触面的作用力是结构产生内力的直接原因,其中侧壁土压起主要作用。     

密肋壁板结构宏观模型及非线性时程反应分析

采用SAP程序中的Link单元进行了密肋壁板结构非线性时程反应分析。推导了Link单元的刚度矩阵,确定了相对转动中心高度。并结合钢筋混凝土柱轴向恢复力模型和密肋复合墙体水平抗侧恢复力模型,给出了Link单元竖向和水平连接弹簧非线性力-位移关系的计算公式。采用Link单元建立了密肋壁板结构宏观有限元分析模型,并对1/10比例振动台模型试验进行了非线性时程反应分析。结果表明:计算结果与试验结果吻合良好,这说明采用Link单元可以较好的模拟密肋壁板结构的动力非线性行为。     

多塔斜拉桥地震作用简化分析方法

多塔斜拉桥多为对称结构,受实验室规模及振动台台组数的限制,大型多塔斜拉桥的大比例尺全桥多振动台试验无法进行,需要提出合理有效的简化分析方法:采用类似于静力学中的方法取反对称半结构,然后进行纵桥向一致地震激励。本文以南昌朝阳大桥(六塔斜拉桥)为工程实例验证动力荷载作用下非线性体系半结构简化的合理性,通过对比全、半桥结构计算得到的支座位移、墩底内力和主梁位移,发现半结构与全结构具有相同的计算精度。该简化方法为实现多塔斜拉桥大比例尺简化振动台试验提供了理论依据。