单层球壳模型结构振动台试验研究

通过对单层球壳结构模型的振动台试验,分析了结构在地震作用下的破坏模式。为使模型呈现不同的倒塌模式,设计了3个缩尺比为1/10的试验模型：模型1与模型3以期发生承载力破坏倒塌模式;模型2设置6个薄弱区,以期发生动力失稳。采用多次加载方案,水平向输入地震波,逐级提高峰值加速度,完成振动台试验。采用基线调整法对原始试验数据进行校正;采用有限元软件ANSYS中的大质量法对试验模型进行考虑双非线性的多点输入时程分析,获得结构动力响应;采用自编程序对模型结构进行有限元塑性分析。结果表明：试验模型的倒塌模式与试验预期结果吻合良好,验证了振动台试验的完备性;有限元分析结果与实测结果吻合较好,验证了数值计算方法的正确性。     

独立式砖箍窑洞振动台试验及动力响应分析

为研究独立式砖箍窑洞的动力响应特性,对一缩尺比例为1∶4的结构模型进行振动台试验.试验选取两条天然地震波以及一条拟合人工波作为输入激励,对结构模型的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力以及滞回耗能进行分析.结果 表明,地震作用下独立式砖箍窑洞的窑脸面、窑腿以及中拱顶破坏更为严重.随着输入地震动峰...     

济南市地铁车站模型振动台试验研究

以济南市轨道交通R1线济南西站为工程背景,采用振动台试验研究土体自由场、三层三跨车站结构土体-结构体系在典型地震波下的动力特性。试验结果表明:在自由场试验中,随着输入地震波峰值的逐渐增大,土体一阶自振频率逐渐降低,阻尼比逐渐增大,相同位置的加速度放大系数逐渐减小;在土体-结构体系试验中,由于地下结构的存在,地震波在传播过程中放大效应与自由场存在差异,且不同类型的输入波产生不同的加速度放大系数变化规律。     

传统民居穿斗式木构架抗震性能振动台试验研究

为研究西南地区木结构传统民居的抗震性能,对一个位于7度抗震设防烈度地区的两层、两跨穿斗式木构架进行模拟地震振动台试验。试验中选用3条天然波和1条人工波作为输入地震波,对模型结构的动力特性、加速度响应、位移响应、地震剪力及耗能能力进行分析。研究结果表明：随着输入加速度峰值的增加,模型结构自振频率减小,阻尼比增大。在加速度峰值为022g的地震作用后,模型结构X向和Y向的一阶自振频率分别降低了1069%和1997%,相应阻尼比分别增大到1606%和1747%。结构各层加速度放大系数随着加速度峰值的增加而降低,檐柱顶处的加速度放大系数在整个结构中最小,说明檐柱顶处榫卯节点在振动过程中减震作用明显。在加速度峰值为022g的地震作用下,结构最大层间位移角为1/53,此时未见模型有显著破坏,表明模型木构架具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。整个试验过程中,一层柱架耗能作用最大,柱脚耗能作用最小。     

单开间无构造柱砌体结构房屋振动台模型试验研究

4·20”芦山地震灾区自建单开间砌体结构农房震害非常严重,文章基于典型案例1/6缩尺模型振动台试验研究3层无构造柱单开间砌体结构房屋在地震作用下的震动反应特性与破坏机制。考察模型裂缝开展与自振频率、阻尼比、楼层峰值加速度放大系数、应变监测结果表明：3层单开间农房7.5度小震处于弹性状态,8度小震窗口墙体出现裂缝,6度大震模型出现水平通缝,7.5度中震结构破坏;芦山地震飞仙关波作用下单开间农房震动存在共振放大效应,结构峰值加速度放大系数是El波和人工波作用下的2倍以上;模型结构正面裂缝多于背面裂缝,底层产生水平通缝是结构发生倒塌的关键因素,破坏前无明显变形,为脆性破坏。据此提出单开间房屋结构体系极不合理,共振效应是芦山地震中单开间砌体结构农房遭受重创的原因之一。     

轻钢框架-支撑结构振动台试验研究及有限元分析

本文对轻型钢框架-支撑结构模型进行地震模拟振动台试验,并运用SAP2000软件进行数值模拟分析。模型结构为1∶3缩尺模型,分别在Taft波、Kobe波、人工波3种地震波作用下进行振动台试验,得到结构的加速度反应值,同时在同样的工况作用下做时程分析,得到结构的加速度反应值和位移反应值。将试验值和模拟值相互对比分析,找出结构的薄弱部位,研究该结构体系的抗震性能和破坏机理,完善轻钢框架-支撑结构体系的抗震设计。     

Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能试验研究

为研究Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能,在已完成的1∶2缩尺3层模型结构振动台试验的基础上,重新设计了耗能梁段,并对该结构再次进行振动台试验。试验中选取El Centro波、Taft波和兰州波作为地震动输入并考虑7度多遇到9度罕遇的地震水准,分析了结构在水平地震作用下的动力特性、加速度响应、位移响应、应变响应、剪力分布等,并与已有试验结果进行了对比。通过ABAQUS建立了有限元分析模型,与试验结果进行对比。结果表明：该结构在多遇地震作用下处于弹性状态,在罕遇地震作用下表现为耗能梁段的局部破坏;耗能梁段破坏后,结构刚度大幅下降,但未发生倒塌;在多遇地震和罕遇地震作用下,结构的最大层间位移角满足抗震规范层间位移角限值的相关要求;在罕遇地震作用下,耗能梁段进入塑性状态而进行耗能,其他构件仍保持弹性状态;所建立的有限元模型可以有效模拟振动台试验结果。     

拱形立体桁架结构振动台试验研究

为研究拱形立体桁架结构在强震作用下的破坏模式,以一实际工程为背景,对拱形立体桁架结构进行缩尺比例为1/15的振动台试验。对模型相似比的选取、模型设计以及加载方案、测点布置等进行说明,得到各级人工波作用下,模型自振频率、阻尼比、加速度反应、位移反应以及杆件应变,研究模型自振特性的变化规律,获得拱形立体桁架结构在强震作用下的破坏模式。研究表明,随地震波峰值加速度的增大,结构各向自振频率和等效刚度降低,结构阻尼比增大。地震波向模型顶部传播过程中,加速度和位移响应随结构高度逐渐放大。当输入峰值加速度达到0.8 g时,结构刚度迅速下降,主桁架斜腹杆大量屈曲;当输入峰值加速度达到1.0 g时,结构刚度下降50%,发生平面内反对称变形。     

带叠层桁架转换层高层建筑结构整体模型振动台试验研究

上海裕年国际商务大厦为带巨型叠层桁架转换层的高层建筑结构,属于复杂高层建筑结构。预应力混凝土叠层转换桁架的跨度和其所承受的竖向荷载均很大,是整个结构设计和施工的技术关键。为了研究该结构的整体抗震性能,进行了一个1:25 缩尺模型的振动台试验,研究了模型结构的动力特性,以El Centro波、Pasadena波和Shw2002波为输入地震波,分别按设防烈度7度多遇、基本、罕遇、超罕遇以及8度罕遇、超罕遇地震作用进行试验,研究了模型结构在各阶段地震作用下的加速度、位移和应变反应,以及结构的破坏形式和破坏机理。试验结果表明,模型结构能满足7度抗震设防的“小震不坏”和“大震不倒”的设计要求,8度超罕遇地震作用下结构仍不倒塌,结构具有良好的抗震性能。在7度多遇、基本以及罕遇地震作用下,预应力混凝土叠层转换桁架基本处于弹性状态。图15表4参7     

地震动选择及输入顺序在振动台试验中的应用研究

振动台试验中,经过相似理论设计的缩尺模型,经历一系列特定顺序地震波的输入,激励起模型结构的动力非线性行为,来研究和评价结构的抗震性能。因此对于表现出非线性行为的模型结构来说,振动台试验是个不可逆过程。因此如何选择地震波,以及如何确定地震波的输入顺序,对振动台试验成功与否,显得尤为重要。重点介绍振动台试验的选波方法以及地震波的输入顺序,并将该方法应用到再生混凝土框架模型振动台试验,通过试验结果验证了该方法的正确性。试验结果表明,通过该方法选波,能准确合理地评价结构的抗震行为。     

传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架模型振动台试验研究

为研究传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土(RC-CFST)组合框架的抗震性能,采用三维六自由度地震模拟振动台对缩尺比为1/4的模型结构进行了El Centro波、Taft波、兰州波及汶川波等地震波输入下的试验。通过白噪声扫描得到了该模型的自振频率、阻尼比等动力特性,研究了模型结构的受力过程、破坏特征及加速度、位移、剪力和应变等动力响应。试验结果表明：随着输入波地震峰值加速度的增加,框架模型的自振频率下降,阻尼比增大,加速度放大系数逐渐减小;柱架是耗散台面地震作用的主要构件;7度罕遇地震作用下结构X、Y向的最大层间位移角分别为1/46、1/51,结构的总体刚度偏小;结构的地震剪力沿模型高度方向没有明显下降的趋势, CFST柱顶部与枋、椽连接区域及柱底为结构的抗震薄弱环节。基于研究结果, 提出了加强该组合框架抗震性能的设计建议。     

流固耦合对大型脱硫塔动力特性的影响

以大型火力电厂300 MW机组脱硫塔结构为原型,对该结构缩尺比例为1∶15的模型进行室内振动台试验,通过输入不同加速度峰值的正弦波与地震波,研究了脱硫塔模型结构的流固耦合动力特性,并与不考虑流固耦合的情况进行了对比。结果表明:在相同加速度峰值的正弦波作用下,考虑流固耦合的塔体加速度峰值反应小于无液体时的情况;随着输入地震波曲线与种类的改变,结构的动力反应也会随之改变,同时流固耦合情况下结构的反应与无液体时有明显区别;所得结论为深入研究薄壁开口结构在各种地震波作用下的流固耦合动力特性和制定相关规范提供了科学依据。     

采用黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构模型振动台试验研究

黏滞阻尼伸臂桁架兼具高效耗能和“有限刚度”加强层的特点,可提高结构的抗震性能,尤其适用于高烈度区超高层结构抗震设计。中国国际丝路中心塔楼建筑高度498m,是目前全球最高的采用黏滞阻尼伸臂桁架的高层建筑,为验证其抗震性能和减震措施的有效性,进行了1∶40的缩尺模型振动台试验研究。本文介绍了模型设计、试验过程及主要现象。试验测试了结构在8度小震、8度中震、8度大震地震波输入下的动力响应,包括结构自振特性、动力放大系数、楼层位移、层间位移角、损伤发展及阻尼器耗能等。将主要试验结果与有限元分析结果进行了对比,总体上吻合程度较好,可互为验证。试验及分析结果表明：结构设计合理,采取的减震措施有效,结构整体抗震性能满足规范及预定的抗震性能目标要求;黏滞阻尼伸臂桁架产生的附加阻尼比随地震作用强度增加而降低,并且随主体结构进入弹塑性后进一步降低。根据试验结果对结构设计提出了相应的建议,揭示的阻尼比变化规律可供类似项目设计参考。     

三层钢框架结构振动台试验及性能分析

为了更加直观地了解钢框架结构在地震作用下的动力响应,根据相关规范对原型三层三跨两榀钢框架进行1/10非完全缩尺,施加三种地震波输入振动台使钢框架结构进行振动获取其加速度、位移和应变动力响应并进行抗震性能分析,为后续研究结构抗震中结构参数的选取提供参考依据。     

装配式高层混凝土空间网格盒式结构振动台试验研究

为研究装配式高层空间网格盒式结构的地震响应和破坏机理,设计并制作一栋15层55.5m高装配式盒式结构的1/8缩尺模型,并通过振动台试验输入6个水准共21个地震工况,研究高层装配式盒式结构在不同输入地震荷载下的宏观响应、加速度响应、位移响应。通过试验表明：高层装配式盒式结构在地震下有较好的结构性能,其在地震下位移呈现出剪切型特点,后期结构破坏时由于配筋及装配式施工带来的误差,使得最大位移出现位置上移,结构破坏集中于结构中上部分。整体结构的破坏主要为非主体结构构件破坏,破坏主要集中于层间梁两端,结构的完整性得以保存。即便在极大的输入地震响应下(PGA=1.0g),结构主体部分基本完好,仅个别层超过结构倒塌极限产生破坏,结构在地震下的耗能能力及安全性较好。     

隔震橡胶支座楼梯间模型结构振动台试验研究

为检验梯段板下端设置隔震橡胶支座和聚四氟乙烯板滑动支座对现浇钢筋混凝土（RC）板式楼梯抗震性能的影响,以设置这两种支座的RC楼梯间框架结构单元为对象,对缩尺比例为1∶3的模型结构进行了振动台试验。通过输入不同的地震波,观察其破坏过程,分析其遭遇不同水准地震作用时模型结构的自振频率变化、加速度反应、位移反应和破坏机制等。试验结果表明：梯段板下端设置隔震橡胶支座的楼梯单元具有良好的抗震性能,罕遇地震作用下破坏主要集中在框架结构中,有效地释放了梯段板的斜撑效应,实现了楼梯子结构迟于主体结构发生严重破坏的设计目标;采用聚四氟乙烯板滑动支座时,在共振破坏试验中梯段板出现剧烈的竖向翘起、左右晃动现象;采用隔震橡胶支座时,梯段板竖向加速度有所减小,且共振破坏试验中未出现晃动现象。     

错层板柱结构体系振动台试验与分析

为研究错层板柱结构的抗震性能,对一个缩尺比例为1:7的结构模型进行了振动台试验。试验选取2条天然波和1条人工波,对结构模型的自振频率、结构阻尼比、楼层加速度、楼层位移、构件的应变和楼层剪力进行分析,研究了在不同烈度地震作用下错层板柱结构损伤的发展情况及最终的破坏形态。结果表明:在地震作用下,错层板柱结构柱端和梁端出现裂缝,且随着地震烈度的不断增加,裂缝继续发展,直至柱端出现塑性铰,最终在8度罕遇地震工况下结构发生了整体倒塌; 错层部位的框架柱受力最为复杂,且应变水平较高,在试验过程中破坏最为严重; 随着输入的地震加速度持续增加,主体结构的损伤不断累积,结构自振频率不断降低,结构阻尼比呈增大的趋势; 地震烈度不同时,错层板柱结构加速度响应的峰值沿楼层分布规律差别较大,且随着地震烈度的增加,结构动力放大系数有降低的趋势; 错层板柱结构抗侧刚度较小,在较低烈度的地震作用下结构层间位移角已经不能满足规范要求; 建议在高烈度区域尽量避免采用错层板柱结构。     

低延性中心支撑钢框架结构振动台试验

中心支撑钢框架结构是一种典型的双重抗侧力体系，强震作用下支撑失效会引起结构承载力和刚度的折减，支撑失效后，结构剩余部分作为储备体系能够继续承担地震作用。为深入了解低延性中心支撑钢框架结构在地震作用下的非线性反应，研究在支撑失效后结构储备体系的抗震性能，开展了3层中心支撑钢框架结构模型的振动台试验。模型结构为3榀2跨结构，中间榀布置一跨低延性人字形中心支撑(截面宽厚比超出我国规范限值)，模型长度缩尺比为1∶6.5，分别采用硬土、软土场地的地震波单向激励，峰值加速度逐级增加。结构在7度罕遇地震作用下发生底层支撑失效，储备体系避开了硬土场地地震波的卓越周期，加载至超过9度罕遇地震后依然未出现明显损伤。储备体系对软土场地地震波(宁河波)更为敏感，在8度罕遇地震作用下濒临倒塌。结构2、3层支撑始终未发生屈曲和破坏。研究结果表明，当储备体系设计合理时，低延性中心支撑钢框架结构具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

非固结锥形隔震支座振动台试验研究

对一缩尺1：4的采用非固结锥形隔震支座的钢框架结构模型进行了水平和竖向单向地震波输入下的振动台试验。通过输入不同类型的地震波,分析上部结构和锥形支座的地震反应。试验结果表明,在8度和9度罕遇地震作用下,上部结构的加速度峰值比输入加速度峰值增加10％～50％,和普通抗震结构相比具有明显的减震效果。由支座的滞回曲线可以看出,上下盖板会在地震作用下产生错动位移,同时挤压粘弹性体消耗地震能量。试验结果表明,非固结锥形隔震支座具有良好的减震性能,对低层建筑结构的减震具有明显的推广价值。     

高层隔震结构提离摇摆耦合动力理论模型及地震响应分析

针对地震作用下高层隔震结构摇摆倾覆问题,提出考虑隔震层刚心变动的摇摆提离耦合动力理论模型,给出了地震响应提离摇摆的3个界限(即临界提离受拉界限、摇摆界限和倾覆界限)公式。通过大高宽比隔震结构振动台试验,进行不同峰值加速度地震波作用下试验结果分析,得到在地震动峰值加速度0.4g输入工况中,结构在El Centro波下进入提离受拉状态,在Taft波作用下,结构响应较大,提前进入摇摆状态;而在峰值加速度0.6g输入工况中,两条波作用下结构均进入了摇摆界限,尚未进入倾覆状态,隔震层位移未超出GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值,但此时支座的拉伸应变均已超过10%的安全界限,属于危险状态。对比分析摇摆模型与试验得到加速度及滞回曲线,可知理论模型与试验结果具有较好一致性。最后,采用数值分析方法,研究了提离摇摆耦合动力模型对不同高宽比高层隔震结构地震响应的影响,得到不同地震动峰值对不同高宽比结构的3个临界状态的影响规律,即摇摆提离模型的扭转角与结构高宽比和输入地震动峰值加速度有较大关系,其中地震动峰值加速度的变化影响更为显著。