振动台试验中地震动选择及输入顺序研究

振动台试验是研究和评价结构抗震性能的主要方法之一。在振动台试验中,按相似理论设计的缩尺模型,通过一系列特定顺序地震动的输入,激励起模型结构的动力反应,来研究和评价结构的抗震性能。对于进入非线性的模型结构来说,振动台试验是个不可逆过程。因此如何选择地震动,以及如何确定地震动的输入顺序,对振动台试验成功与否,显得尤为重要。本文提出以主要周期点处地震动反应谱的包络值与设计反应谱相差不超过20%的方法选择地震动;按主要周期点处多向地震动反应谱的加权求和值大小确定地震动输入顺序;最后将该方法应用到八层可再生混凝土框架模型振动台试验中。试验结果表明,按本文方法所选的地震动可以合理地评价结构的抗震行为,地震动输入顺序可以逐步激励起结构的动力反应。     

桥墩地震动水效应的水下振动台试验研究

进行了水下桩基础桥墩的振动台试验研究。从试件模型、试验装置和工况设置等方面介绍了水下桥墩振动台试验的实施过程。通过模型试验,分析与讨论了动水力对桩基础桥墩地震动响应的影响程度以及不同地震动输入条件下结构与水的相互作用规律。试验结果表明水的存在会改变结构动力特性和地震动响应。     

考虑地震动持时效应的输电塔-线体系响应研究

研究了地震动持时效应对输电塔-线体系动力响应的影响。基于能量持时的定义方法,选取了一组包括20条长持时和20条短持时的地震动作为输入。地震动调幅至0.2g和1.2g来分别研究地震动持时效应对结构弹性和塑性响应的影响,并选取输电塔的塔顶峰值加速度、位移、主材应力以及节间位移角作为评价指标。结果表明:地震动持时效应对所选取的评价指标具有不同的影响规律,在输电塔-线体系动力响应研究中持时效应不容忽视。可以为输电塔的抗震设计提供有益的参考。     

铅芯橡胶支座隔震钢框架结构体系振动台模型试验研究

设计并完成了铅芯橡胶支座隔震钢框架结构体系的振动台模型试验,研究刚性地基上隔震结构体系的动力特性和隔震效果,为进一步开展考虑土-结构相互作用的隔震结构体系振动台模型试验提供数据对比。试验结果表明:刚性地基上隔震结构体系具有良好的隔震性能,隔震效果显著,输入地震动的频谱特性和加速度峰值对隔震结构的隔震效率影响较大。     

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。     

墩底可抬升刚构桥模型振动台试验研究

桥墩基础抬升可以切断地震动向上部结构传播,基础与地基碰撞还可以耗散地震能量,然而已有研究大多集中在数值模拟或理论分析,缺乏大型振动台试验验证.文中设计制作了一座基础固接和基础可抬升的连续刚构桥模型并进行振动台试验.对2种模型的动力特性、加速度响应和位移响应等进行对比分析.结果表明:基础可抬升桥梁较基础固接桥梁固有频率小...     

土-桩-钢结构-TLD系统振动台模型试验研究

通过系列振动台模型试验,研究土-结构相互作用对结构TLD减震控制影响。文中首先提出试验模型设计中应考虑的几个主要问题及解决方法,然后介绍土-桩基础-钢结构-TLD相互作用体系的试验成果,分析TLD的减震效果,最后与刚性地基上钢结构TLD减震试验结果相比较,揭示土-结构相互作用对TLD减震效率的影响特点。试验结果表明:土-结构相互作用使得TLD减震效率降低,这一削减作用受到输入地震动的频谱特性和强度的影响。因此,对于建在土层场地上的结构进行TLD减震设计时,应充分重视工程场地条件和地震动特性等实际情况。     

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。     

土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

以南京地铁为背景,开展了深厚软弱场地土-地铁地下结构动力相互作用的大型振动台模型试验研究。在试验中获得的主要数据有:模型体系的加速度反应时程、模型结构的应力反应时程和结构表面的土压力时程等。本文对试验反映的地铁车站结构的动力反应规律及其周围模型地基的地震反应规律进行了分析。结果表明:车站结构的中柱应变反应明显大于别的构件,同时,深厚软弱地基上车站结构侧墙底部的应变反应也明显大于侧墙顶部的反应,其中,车站结构顶板、中间层楼板和底板的应变反应都很小;输入地震动的频谱特性对车站结构应变反应的影响是不同的,在同一加载情况下,在台面输入傅氏谱频宽最大的南京人工波时车站结构应变反应最大。     

核岛近区域复杂场地的波动场动力特性研究

核岛场地动力特性对核电站结构的地震响应有重要影响。输入波动场构成了结构-地基动力相互作用分析的完整的地震动输入条件,核岛近区域的复杂场地改变了输入波动场的动力特性。本文从工程抗震角度,以现有大型通用有限元软件ANSYS为基础,进行二次开发,建立全三维(3D)地基模型,并引入人工透射边界条件,模拟地基的辐射效应。采用传递函数的分析方法,输入位移脉冲函数,输出关注位置的位移响应。本文探讨了核电场地近区域存在水平软弱层、夹杂体以及开挖场地的输入波动场的动力特性。结果显示水平软弱层具有明显的放大低频、过滤高频的作用;夹杂体的位置和开挖深度对输入波动场的动力特性也有不同程度的改变。本文方法可为核电厂工程结构的抗震设计提供一定的技术依据。     

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。     

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。     

考虑土-结构相互作用的空间网格结构地震响应分析

阐述了人工黏弹性边界的机理及实现地震动输入的方法,采用MATLAB软件编制了等效节点荷载计算程序。通过算例分析将理论解与数值解进行对比,验证了程序的正确性。利用ABAQUS软件建立了位于典型软土场地的正放四角锥网架土-结构相互作用体系数值仿真模型,分析了考虑土-结构相互作用后对结构动力特性的影响,并且对土-结构相互作用体系进行了动力时程分析,得到了网架结构的加速度响应、相对位移和杆件内力的分布规律,并与刚性地基假定下结构的响应进行了对比和分析。结果表明,考虑土-结构相互作用后分析所得结构峰值加速度、相对位移和杆件内力等性能指标均有显著增大。不考虑土-结构相互作用可能会低估软土场地上的空间网格结构的地震响应。进行软土场地上空间网格结构工程抗震分析时应考虑土-结构相互作用对结构地震响应的影响。     

Research on Dynamic Interaction Characteristics of Soil-pile-steel Frame Structure

利用振动台模型试验和有限元数值模拟的方法对土质地基-群桩-钢框架结构体系动力相互作用的规律和特征进行研究,并讨论了基桩长径比对于体系动力相互作用特征的影响。试验地基土体模型为均匀粉质黏土,剪切波速约为213 m/s;群桩基础由9根长2.0 m、直径0.1 m的基桩3×3对称布置;上部结构模型简化为三层钢框架结构。本文研究结果表明:土-桩-钢框架结构体系的阻尼比相较固定基础情形有所增加,输入相同地震动时其地震反应小于固定基础情形;动力相互作用体系中运动相互作用的贡献与惯性相互作用相当,不应忽略;随着基桩长径比的增大,运动相互作用增大,钢框架结构的加速度反应增大。     

埋地管道-场地地震反应振动台试验研究的场地响应

基于多子台台阵系统,北京工业大学于近期开展了多点地震动输入、不同场地条件下埋地管道振动台试验。试验中连续体模型箱固定于3个振动台台面上,相邻台面上的箱体能在水平双方向(纵向、横向)相对运动;3个振动台相互独立,通过分别对3个振动台输入各自的加速度记录实现了多点地震动输入。本文针对其中的横向水平地震激励作用下的场地响应进行研究,分析了一致和非一致地震作用下有无埋地管线时的场地地震响应规律。试验结果表明,非一致激励作用将增大场地土体的相对位移,致使相邻地震动输入点间场地土体受到剪切作用;随着输入地震动强度的增加,场地土体的一阶固有频率持续降低,阻尼比不断增大;非自由场的阻尼比、一阶固有频率等参数略大于自由场。     

强震作用下风电塔损伤特征与振动台试验研究

基于某轮毂高度为86 m的海上风电塔结构,考虑"叶片-轮毂-塔筒-桩"的精细化有限元模型,研究了考虑桩土作用时近远场地震动和不同加速度峰值对风电塔结构的非线性动力响应影响规律。为了验证有限元模拟的正确性进行了室内模型振动台试验研究,验证所建模型和数值模拟方法的正确性。研究结果表明:远场地震动对风电塔这种高耸柔性结构的动力响应影响最大,对其塑性极限状态极限值起着控制作用;由于受到偏心荷载作用,结构最薄弱部位位于结构的7/8左右高度处,此截面处应力和加速度随着地震动加速度峰值的增大而增大,首先进入塑性阶段;在弹性范围内,结构各部位的加速度响应峰值成几何倍数增长,与振动台实验得到的结果相吻合,验证了所建模型和数值模拟方法的正确性。     

结构-地基相互作用体系的动力相似关系研究

模型试验的动力相似理论是结构试验技术中的一个重要的基础性研究课题。本文设计实现了缩比为1／20和1／10的结构－地基相互作用体系的振动台模型试验，通过对两个模型的试验结果的对比研究。对结构－地基相互作用体系的动力相似关系进行了初步探讨。按照本文的动力模型的设计施工及试验原则进行的模型体系的振动台试验，在结构－地基动力相互作用体系的主要特征和规律方面有较好的相似性。在激励较小阶段和激励较大阶段，两个缩尺模型在动力特性、加速度反应时程以及上部结构的应变反应等方面具有较好的相似关系；但在试验的中间阶段，两者存在明显的差异，影响两个缩尺模型在试验中间阶段的相似性的主要原因是土体在模拟地震激励下的非线性发展程度的差异。     

不同垂度导线连接变电站实体耦联设备振动台试验研究

为了对地震作用下柔性导线连接的变电站电气设备间的相互作用进行研究,本文进行了不同垂度下柔性双分裂导线连接实体隔离开关和断路器的地震模拟振动台试验.振动台试验中采用无导线连接的单体设备以及三种不同松弛度导线连接设备体系,在不同强度的三种地震动输入下对耦联体系的动力响应进行了试验研究.试验结果表明:导线的存在使得耦联设备间...     

多点输入随机地震动拱坝-地基体系反应分析

采用等效地基集总参数方法,推导了拱坝－地基体系的简化多点随机输入分析模型,对拱坝－地基动力相互作用体系在多点随机输入地震波作用下的随机响应到进行了分析,并对地基柔度及地震动空间相干性损失对拱坝随机响应的影响进行了讨论。     

地震作用下输电塔线耦联体系导线减震作用研究

为了研究输电线在地震动过程中质量效应和非线性振动效应对塔体减震的作用,以皖电东送淮南-上海输变电工程为背景,设计了单塔模型、单塔悬挂等效集中质量块模型和塔线体系模型三种缩尺试验模型并进行了振动台试验。通过分析试验结果我们认为:考虑导线的质量效应后,塔体在地震动作用下的结构动力响应有所降低,并且输电线质量效应对于垂直线路方向的减震效能明显优于顺线路方向;考虑输电线的非线性振动效应之后,塔体在地震动作用下的结构动力响应在质量效应减震的基础上有了进一步的减小,并且地震动幅值越大,输电线非线性振动效应导致的塔体减震效果也愈明显。