实现轴压比相似的预应力加载法在砌体结构振动台试验中的应用

为了满足振动台试验中砌体墙体轴压比相似的要求,提出了一种预应力加载法。采用该预应力加载法对一座底商砌体结构模型进行了振动台试验加载,共进行了21次地震动输入,获取了不同地震动输入水平下的结构反应及结构的相应模态。试验结果表明,该预应力加载法提高了整体结构的竖向压力,在提高结构构件轴压比方面是可行且有效的。由试验结果反演可知,原型结构达到了8度小震不坏的抗震设防目标,高于相关规范中的抗震性能要求。     

极震区典型砌体结构的振动台倒塌对比试验分析

通过实地科考与测量,掌握了北川电信职工住宅楼的破坏状态及模态信息。通过两栋单层砌体结构模型的振动台倒塌对比试验,再现砌体结构的倒塌过程,研究砌体结构的地震破坏模式及倒塌机理。试验表明,各道纵(或横)墙的层间刚度分布不均是造成砌体结构底层破坏或倒塌的主要因素;由于同一方向墙体的刚度差异造成了各道墙体承担的水平地震剪力相差悬殊,进而使得各道墙体在地震时先后被个个击破,最终造成结构破坏甚至倒塌;增设翼墙及洞口两侧设置加强构造柱是提高墙体层间刚度的重要措施。该试验结果可解释北川电信职工住宅楼在汶川地震11度区未发生倒塌的原因,同时可为砌体结构底层同一方向墙体按照刚度匹配的原则设计奠定试验依据。     

超高韧性水泥基复合材料多缝开裂特性及其自生愈合

应变硬化水泥基复合材料(Strain hardening cement-based composites,SHCC)是超高性能水泥基材料的一种。通过三点弯曲加载试验,分别对普通砂浆和SHCC试件诱导开裂,对两种材料的开裂特性及其裂缝分布规律进行了研究。结果表明,SHCC材料试件与普通水泥砂浆试件相比具有更高的承载力和应变能力,初始开裂荷载约为普通砂浆试件的2.5倍。SHCC材料中的PVA纤维的桥接作用有效延迟了裂缝的产生与扩展,将普通砂浆试件中数量少而大的裂缝转化为多而细的微小裂缝,呈现多缝开裂特性,产生的裂缝宽度符合正态分布规律,且90%的微小裂缝小于30μm。这些微小裂缝在潮湿环境中产生一定程度的自生愈合,在水中的愈合程度和速度均高于在潮湿空气中。     

钢桁架栈桥全尺度精细化建模及动力模态分析

基于设计图纸和现场实测,在HYPERMESH中建立了大跨度钢桁架栈桥的全尺度实体模型,通过网格剖分转化为以壳单元为基础的三维精细化计算模型,导入ABAQUS实现了有限元建模.与现场实测数据对比表明,全尺度精细化有限元模型能够较准确地模拟栈桥结构的动力性能,其精度满足工程要求.     

乐音准则法及其在结构损伤诊断中的应用研究

为了寻求一种简便、高效的结构损伤识别方法,组织实施了瓷盘、钢壳及5层钢框架的模型试验,根据试验结果,提出了一种基于欧姆听觉定律的结构损伤识别方法,即“乐音准则法”。该方法对于诊断均匀、规整的一维（杆、索）或二维（板、壳）结构的损伤十分有效。试验结果表明,均匀、规则结构的固有振动频谱具有与乐音相类似的特征,在其发生损伤后,固有振动频谱发生明显变化,据此定义了“乐音准则法”。试验证明,该方法对识别瓷盘损伤敏感有效;对钢壳径向损伤有效,对环向损伤不敏感,主要原因是环向损伤对壳体结构刚度影响较小。在5层钢框架的损伤识别试验中,根据乐音准则法,首次提出运用频率比作为结构损伤诊断指标,成功地识别出了结构损伤。     

9度设防区房屋结构自振周期测试

为了验证现有《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)提供的结构基本自振周期的经验公式是否适用于9度及9度以上地区的房屋结构,应用脉动法,通过对四川省西昌市(9度设防)典型房屋结构自振周期的测试,得到了与以往经验公式有较大差异的回归公式,为9度区反应谱方法的应用提供了依据。测试结果表明,结构平动第1阶自振周期横向和纵向都大致相等,第2阶自振周期一般是第1阶自振周期的0.30倍,扭转振动周期是第1阶自振周期的0.75倍。     

高层钢筋混凝土斜交网格结构振动台试验研究

为对高层钢筋混凝土斜交网格结构的破坏机理及抗震性能进行深入研究,对一高层钢筋混凝土斜交网格建筑进行了1/25的模型模拟振动台试验,在试验中针对模型进入非线性后,相似关系中的弹性模量比并非定值的问题,采用了分级相似关系,使试验结果能更贴近原型反应。研究了模型结构的动力特性和在不同地震烈度作用下的加速度反应及关键位置的应变变化情况,探究造成结构破坏的原因,找出模型结构破坏的薄弱环节。根据斜交网格结构的受力特点,结合模型破坏形态,总结高层钢筋混凝土斜交网格建筑的优缺点,并为高层斜交网格建筑的平面形式设计及材料选择提出建议。     

底商多层砌体结构弹塑性地震反应计算方法

对比分析了国内外6种无筋砌体结构材料的本构关系模型,指出了各个模型的优缺点。推荐了力学特性合理、工程应用性强的无筋砌体材料本构关系模型,并采用该本构关系模型进行了一个典型底商多层砌体结构弹塑性地震反应的计算分析。通过脉动测试,获得了底商砌体结构(震后)纵横向一阶固有频率和扭转频率,可作为有限元模型合理性判定的依据;弹塑性地震反应计算结果表明,该结构的纵向为薄弱方向,在9度大震的卧龙波作用下结构严重破坏。     

地震模拟振动台试验模型相似设计中的材料弹性模量取值问题研究

为了提高结构地震模拟振动台试验的精度,采用实常用模型材料的力学性能试验与规范计算理论分析相结合的方式,对混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟振动台试验模型相似关系设计中的材料弹性模量取值方法进行了系统研究,推荐了混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟相似关系设计中材料弹性模量的合理取值方法。试验与分析结果表明：模型材料弹性模量的试验值与原型材料弹性模量的规范值可能会存在较大差异,造成模型相似关系中的模型与原型弹性模量比过小,使振动台试验结果失真。因此,当混凝土结构振动台试验模型采用微粒混凝土或砂浆材料浇筑时,模型材料与原型混凝土材料的弹性模型应统一采用规范提供的拟合公式根据材料立方体抗压强度计算得到;当砌体结构振动台试验模型采用小型混凝土砌块制作时,模型材料弹性模量应采用规范拟合公式由材料试验确定的砌体抗压强度设计值计算得到;钢结构地震模拟相似关系中的弹性模量比可采用1.0。以上结论可为不同结构地震模拟振动台试验的模型相似关系设计提供理论依据。     

超期服役大跨海港钢栈桥结构动力特性测试分析与安全评估

超期服役大跨海港钢栈桥结构动力特性方面的研究较少。采用现场测试与有限元数值模拟分析相结合的方式,对106m跨度的超期服役大跨海港钢栈桥结构的动力特性进行了系统研究,明确了不同激励方式对结构模态测试结果的影响程度,测试得到了超期服役的106m跨度的典型简支下承式抛物线型空腹钢桁架栈桥的动力特征参数,并根据三年的栈桥结构固有频率测试结果,基于结构固有频率变化对栈桥结构的安全状态进行了评估。试验与分析结果表明：初速度激励法、初位移激励法与脉动测试法测试得到的栈桥固有频率基本相同,因此,结构模态测试时,可根据现场的测试条件灵活选取三种激励测试方式,结果是一致的。现场实测得到的栈桥模态参数表明,栈桥结构的阻尼比不超过0.03,其竖向一阶固有频率在1.70Hz左右,竖向一阶振型具有一个振型节点,这是典型简支下承式抛物线型空腹钢桁架结构振动特性的特殊之处。根据三年的栈桥结构固有频率测试结果及变化规律,评估超期服役栈桥结构的安全状态是良好的,结论与现场外观检测的结果一致。以上工作和结论可为类似码头的简支下承式抛物线型空腹钢桁架栈桥的动力特性测试及结构安全检测评估提供一定的经验参考。