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.结构-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.     

土与结构动力相互作用体系振动台模型试验研究

设计并完成了土与结构动力相互作用体系的大型振动台模型试验,通过将同种加载条件下的刚性地基和柔性地基上结构地震反应进行对比,分析了SSI效应对一幢十层框架结构地震反应的影响.由试验结果可知:在SSI效应作用下,基底输入地震动的强度和频谱特性发生了显著的变化;由于SSI效应的作用,刚性地基和柔性地基上的结构地震反应存在较大差别,且在一定条件下,SSI效应对结构地震反应能起到减震作用.     

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.     

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.     

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.     

土-结构群相互作用体系地震响应振动台试验研究

设计并开展一系列土-结构群相互作用体系振动台试验,考虑结构数量、地震动类型与幅值等参数,研究土-结构群相互作用对结构及场地土响应的影响,并对模型土参数确定方法进行分析。研究结果表明,地表建筑物的存在并不总是减小自由场地面运动,但地面运动随着地表结构数量的增加而降低;土-结构群相互作用对位于结构群中心的结构响应影响最大,且会放大土体卓越频率附近的响应成分;不同评价指标之间具有不同的侧重点,但均可较好地评价结构群之间的相互作用;输入地震动的总能量越高,土-结构群相互作用越明显。     

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。     

结构-地基相互作用体系动力特性参数的简化计算方法

本文首先介绍了几种计算结构-地基相互作用体系动力特性的简化方法,并用振动台模型试验的数据资料进行计算分析,讨论了各方法的局限性;在此基础上,提出了一种改进的简化计算方法.在该方法中,主要改进是合理考虑了桩基对体系刚度的贡献.     

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。     

液化地基自由场振动台模型试验研究

进行了液化场地自由场振动台试验,试验采用柔性容器以减小边界影响,采用上覆黏土层的饱和砂土作为模型土.试验中再现了液化场地土的震害现象.得出的主要规律有:随着振次的增加,地基的频率迅速降低,阻尼比迅速增大;砂土对地震动起滤波作用;土体的加速度峰值反应在高度上呈\"K\"形分布;当最初加速度峰值到达前,砂土层中的孔压比存在负值;震后土中振动孔隙水压力不一定随振动的停止而立即开始消散,在短期内可能继续增长.     

横向非一致激励下土层地震响应的振动台模型试验研究

针对自由场土体的非线性地震响应问题,采用悬挂式连续体模型箱,开展了横向一致激励和非一致激励下砂土自由场土体的振动台试验。通过试验,研究了不同地震动、不同地震强度作用下自由场土体的地震动反应特性及其变化规律,包括场地土体的动力特性、加速度地震响应、剪应力-剪应变以及土体的沉降。研究结果表明：土体的非线性发展程度不仅与地震动记录有关,还与地震动输入方式、加载等级有关;与一致激励相比,非一致激励下土体运动的不一致性引起了更强的土体结构性变化,频率降低,阻尼比增大,土体的加速度峰值和频谱峰值均有降低,土体的非线性发展相对较快。土体剪应力-剪应变曲线和沉降曲线的变化规律一定程度上也反映了土体的塑性发展情况,所得结论和自由场地震反应宏观现象一致,彼此佐证了结论的合理性。     

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。     

饱和软土自由场地地震反应特性振动台试验

为了解软土自由场地地震反应特性,开展饱和软土自由场地地震反应特性大型振动台模型试验。分别从模型体系自振特性、震陷位移及不同土层深度测点的加速度、动孔压比等动力响应指标方面,较为深入和全面地分析饱和软土自由场地地震反应规律、破坏机理。同时还分析模型箱的\"边界效应\"以验证试验土箱的合理性、有效性和测试仪器性能,并由此进一步确定模型地基有效工作区域。研究表明:(1)地震动作用下,饱和软土自由场地特征频率降低,阻尼增大;(2)饱和软土自由场地对水平输入地震波具有短周期滤波、长周期放大效应,且强震作用下地基失效并表现为减隔震作用;(3)饱和软土自由场地动孔压比优势区域位于浅埋土层,并随着输入地震动强度的增大,该区域动孔压比优势逐渐减弱。该研究可为非自由软土场地试验研究提供必要的技术经验。     

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验研究进展

本文在全面归纳与总结液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验及与之相关领域的国内外研究进展基础上,直接针对我国桥梁工程中的主要震害问题,提出在我国开展液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验研究的必要性,并阐述作者对液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验中若干问题的认识.     

悬挂式层状多向剪切变形模型箱的研制

现有模型箱不能满足开展复杂地下结构水平双向地震反应的振动台模型试验的要求,设计了由钢索吊起的模型箱体、悬挂支架和底板组成的悬挂式层状多向剪切变形模型箱,并对该模型箱进行振动台试验研究,结果表明:模型箱的固有频率远远低于模型地基的固有频率;模型箱能保证模型地基沿水平任意方向产生层状剪切变形;模型地基的加速度反应与深度有关与水平位置无关,模型箱能有效模拟原型水平土层的侧向变形边界条件.该模型箱既消除了现有柔性模型箱在水平地震激励作用下产生的土体拱效应现象,也克服了现有层状剪切模型箱仅能单向输入水平地震激励的不足,能满足开展水平双向输入振动台模型试验的要求.     

模型储罐三维地震反应振动台试验研究

针对立式钢制模型罐,进行了三维地震激励和一维地震激励振动台的动响应试验研究.结果表明:储罐在三维地震动激励下的反应与一维激励相比,加速度反应、罐壁的应变反应、储罐提离反应具有较明显的放大效应.位移反应在不同地震激励下,其放大效应不同,El Centro波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移放大明显, Taft、天津波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移有放大也有缩小,幅度均不大.由罐壁测点加速度功率谱分析表明:维激励其峰值频率区域较为集中,主峰突出,能量主要集中于低频区;在三维地震激励下,频率峰值区域明显拉长,峰值点模糊,频率成份十分丰富,表现出多主峰的特点.     

新疆安居房屋抗震能力的试验研究

为科学评定新疆安居房屋的抗震能力,通过1/2大比例尺新疆安居房屋模型模拟地震振动台试验,研究设置构造柱与圈梁的新疆安居房屋模型在地震作用下的破坏特征以及地震反应.试验结果表明,在峰值加速度为0.1 g~0.3 g地震动作用下,模型处于完好状态.在峰值加速度0.4g地震动作用下,模型墙体出现开裂.在峰值加速度1.2g地震动作用下,墙体发生明显破坏但未倒塌,构造柱和圈梁基本完好.试验结果证实设置构造柱和圈梁是提高砌体房屋抗倒塌能力的一种有效措施,新疆安居房屋具有良好的抗震能力.