液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

大型振动台模型试验是目前研究土 -结动力相互作用的一种极其有效的手段。以 1976年唐山地震中倒塌的胜利桥为原型 ,开展 1∶10模型的液化场地桩 -土 -桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究 ,很好地再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象 ,并且模型桩的试验破坏状况与其原型的实际震害情况也比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题 ,以飨同仁。     

上部结构-土-隧道相互作用体系振动台试验模型土的设计与试验研究

为使上部结构-土-隧道相互作用体系各部分的加速度相似比相匹配,真实还原地震作用下整个体系的动力响应,采用理论分析和试验相结合的方法,设计了一种以锯末、河砂、粉质黏土以及水为成分的模型土。对试配的不同材料配比的模型土进行了大量30 kPa围压下的共振柱试验,并以此为基础设计进行了正交试验,创建Y(Sγr,Sα,Q)函数以判定模型土与原型土G/Gmax-γ动力特性曲线的相似性。正交试验结果表明:模型土的材料锯末、河砂与粉质黏土最优质量比为18%:27%:55%,含水率为50%;最优方案模型土基本满足了其与原型土加速度相似比Sa等于3、动剪切模量比G/Gmax随剪应变?变化的关系曲线相似的预期目标;并获得了各添加材料对模型土相关动力参数的影响规律。另外,进行了50,70 kPa围压下的最优配比模型土的共振柱试验,验证了其基本满足与原型土在不同围压下G/Gmax-γ动力特性曲线的相似性,同时对比二者的阻尼比?随剪应变?的变化关系曲线,得出二者关于阻尼比的相似性尚可;并基于卓越周期相似分析再次验证模型土与原型土的相似性。研究结论可为今后有关振动台试验模型土的配制提供一定的参考。     

土–结构动力离心试验模型材料研究与相似关系设计

为得到低强度、低弹性模量,能够在离心机振动台试验中产生破坏现象的模型材料,采用正交试验方法对不同配合比石膏材料进行研究,根据试验结果选出适合土–结构离心机振动台破坏性试验的石膏配合比。并进一步对该配合比石膏进行耐水性研究,结果表明,试验中的防水处理效果显著。对于振动模型试验,相似关系设计是很重要的环节,在试验前期关系到模型尺寸的大小与材料的选取,在试验结束后则关系到试验数据的处理。基于Bockingham定理,采用量纲分析法对土–结构动力相互作用的离心机振动台试验进行模型相似关系设计。在相似设计中,主要考虑要在试验中能够激发出与原型相似的土–结构动力相互作用,因此需要保证土–结构刚度比、结构惯性力满足相似关系。由此,根据相似关系要求,分别得到石膏材料及微粒混凝土材料试验模型结构,并对2种材料模型进行分析。     

多点激励下桩-土-斜拉桥全模型振动台试验研究

大跨斜拉桥的自振频率和阻尼低以及空间尺度大,其地震响应受桩基础、场地土特性和地震动空间效应的影响较大。然而,由于试验条件和技术所限,目前尚缺乏相关的全模型振动台试验研究。以一座试设计主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计和制作了一座几何相似比为1/70且包括上部结构、桩基础和场地土等在内的试验模型,通过振动台试验研究了多点激励对桩-土-斜拉桥全模型地震响应的影响及其规律。试验结果表明：纵向多点激励使一侧主塔的纵向位移、一侧主塔和桥墩的纵向桩-土-结构相互作用效果以及主跨一侧竖向位移增大,而另一侧减小;横向多点激励使一侧主塔的横向位移和一侧桥墩的横向桩-土-结构相互作用效果增大,另一侧减小,但使两侧主塔的横向桩-土-结构相互作用效果和主跨两侧横向位移响应均增大;桩-土-结构相互作用对斜拉桥的加速度响应产生不利影响。基于上述结果,大跨斜拉桥的抗震设计或性能评估应考虑多点激励和桩-土-结构相互作用的影响。     

大型振动台试验模型场地土的配制方法北大核心

基于相似比理论,将锯末和砂两种材料按一定比例混合,配制出了用于大型振动台试验的模型场地土。在相似关系控制方程的基础上,对不同配比的模型土进行了动三轴试验,得到了模型土的动应力-应变滞回曲线。经过数据处理,得到了不同配比模型土的动剪切模量以及相应的动剪切模量比-剪应变和阻尼比-剪应变动力特性曲线。将试验结果与原状土动力性质相比较,最终找出了满足本文相似比理论和振动台试验要求的模型土最优配比。该方法为今后类似的振动台试验模型土的配制提供了借鉴。     

大型振动台试验模型场地土的配制方法

基于相似比理论,将锯末和砂两种材料按一定比例混合,配制出了用于大型振动台试验的模型场地土。在相似关系控制方程的基础上,对不同配比的模型土进行了动三轴试验,得到了模型土的动应力-应变滞回曲线。经过数据处理,得到了不同配比模型土的动剪切模量以及相应的动剪切模量比-剪应变和阻尼比-剪应变动力特性曲线。将试验结果与原状土动力性质相比较,最终找出了满足本文相似比理论和振动台试验要求的模型土最优配比。该方法为今后类似的振动台试验模型土的配制提供了借鉴。     

配筋混凝土砌块砌体结构抗震试验模型设计

提出了配筋混凝土砌块砌体结构抗震性能试验模型的设计方法,分析了配重对相似关系的影响,根据相似比计算,确定模型和原型的相似关系,依据动力相似性原理将原型按1∶4缩尺比进行缩小,设计了一个5层的配筋混凝土砌块砌体结构。通过振动台模拟试验,确定原型与模型的相似关系、模型的配重方案设计、绘制模型的建筑图和结构图,为配筋混凝土砌块砌体结构抗震性能的研究奠定基础。     

广州珠江新城西塔振动台试验研究

广州珠江新城西塔工程为超高层建筑结构,进行了模拟地震振动台试验。为了使得振动台试验获得良好效果,在该工程结构振动台试验的模型设计阶段进行了模型结构简化、相似比设计、模型结构构件设计和模型节点构造设计。对模型构件和节点进行试验研究,结果表明模型构件和节点与原型结构构件和节点的刚度、承载力相似关系均符合要求,保证模型与原型的弹性相似和破坏形态的相似,保证了振动台试验结果的准确性,并为类似工程的振动台试验工作提供了良好的基础和借鉴。     

桩-土-结构动力相互作用研究现状与进展

桩-土-结构动力相互作用是地震工程重要的研究方向之一。本文回顾了近年来国内外桩-土-结构动力相互作用的研究历史,同时对该领域的研究现状进行介绍,简述了桩-土-结构动力相互作用解析法、数值分析、试验和原型观测的研究进展,并对该领域今后的研究方向给出了一些建议。     

动力试验模型在任意配重条件下与原型结构的相似关系

采用量纲分析法和动力方程法,推导了动力试验模型在任意配重条件下与原型结构的动力相似关系,并介绍了在弹性及弹塑性阶段,如何应用得出的相似关系由模型的试验结果推算原型的动力性能。以两个底部框架砖房1/6 比例模型在不同配重条件下的振动台试验结果及动力分析结果的比较分析,验证了给出的动力相似关系的正确性     

高耸塔台结构地震模拟振动台试验研究及有限元分析

对顶部两层钢框架的高耸筒体塔台结构在地震作用下的动力特性与反应,从模型振动台试验和有限元计算两方面进行了研究。对一个1∶30比例的机场控制塔台模型进行了振动台模拟地震试验,根据试验结果,通过相似关系得到原型结构在地震作用下的动力特性与反应。同时,应用结构有限元分析程序对模型及原型结构进行动力计算,并将两种结果进行比较分析。     

大型火电厂主厂房钢支撑-框架结构振动台试验模型

为了在振动台上实现大型复杂钢支撑-框架结构的模拟地震试验,以某现役大型火电厂主厂房结构为原型,根据结构静、动力性能等效原则,设计制作了大缩比振动台试验整体模型。采用钢板模拟钢-混凝土组合楼板,工形钢梁模拟钢桁架,小螺栓节点连接模拟高强螺栓连接等尽可能反映结构实际情况的制作方案和措施,探索了细部构造对整体模型影响的途径,为中国首次实现同类结构的抗震性能试验研究奠定了基础。     

Shaking table model test and numerical analysis of a long‐span cantilevered structure

This paper presents an earthquake‐resistance study program of a long‐span cantilevered story building. The program consists of a shaking table test study and nonlinear seismic analysis using finite element modeling technique. A 1/30 scale model of the prototype structure was designed and manufactured and then tested via the shaking table facility. Dynamic responses of the prototype structure under different earthquake excitation loadings were simulated. Dynamic properties, acceleration, and deformation responses of the scale down model under different intensity levels of earthquake were studied. The dynamic behavior, cracking pattern, and the likely governing failure mechanism of the structure were analyzed and discussed as well. The seismic responses of the prototype building were deduced and analyzed in terms of the similitude law. Furthermore, elaborate finite element models were established, and nonlinear numerical analysis of the prototype structure was conducted. The errors in the seismic response of the structure caused by structural simplification of scale down modeling are found small, and the dynamic behavior of the structure was not altered in the earthquake excitations. This test study provides a benchmark to calibrate the finite element model and a tentative guide in seismic design of such long‐span cantilevered story buildings.     

非对称剪力墙-简体超高层结构的振动台试验研究

为了研究复杂体型高层建筑结构在地震作用下的特性与反应，对一个l：50比例的非对称剪力墙一双筒体复式超高层住宅模型进行了振动台模拟地震试验。根据试验结果，通过相似关系得到原型结构在地震作用下的动力特性与反应，与有限元分析结果进行了比较，指出了结构的薄弱部位，并对结构设计提出了若干建议。     

七层混凝土小型空心砌块房屋振动台试验研究

按相似理论设计制作了 1/ 6比例七层混凝土小型空心砌块房屋整体模型。通过在三向六自由度振动台上进行的模拟地震振动台试验 ,研究了模型结构的动力特性 ;研究模型结构在 7度多遇烈度、 7度基本烈度、 7度罕遇烈度、 8度罕遇烈度地震动作用下的自振特性加速度、位移、应变反应 ;研究模型结构的开裂烈度、开裂部位、震害发展情况。并根据振动台试验的结果 ,按相似关系推算七层混凝土小型空心砌块房屋原型结构的地震反应。     

考虑三维地震动作用下振动台试验隔震层简化

基于等效原则、相似理论,考虑三维地震动作用下振动台试验中原型结构隔震层的简化,并对模型结构隔震层进行系统研究。针对不同高宽比隔震结构,提出完全等效简化方法和部分等效简化方法,包括隔震垫等效、模型支座参数及坐标确定、相似关系确定等。利用不同高宽比隔震结构振动台试验,结合有限元数值模拟,进行方法验证。理论推导与数值模拟证明简化方法具有良好的准确性,且在误差允许范围内,简化后的隔震层所获得的加速度、速度、位移等动力特性与简化前相同,可以用于振动台试验模型设计。     

钢筋混凝土框架结构模型模拟地震振动台试验

以4层附加柔性连接填充墙钢筋混凝土模型框架振动台试验为背景,设计并制作了1/8比例微粒混凝土整体结构模型,进行了模拟地震振动台试验研究,根据相似系数由模型结构试验结果反应反推原型结构的动力反应,结果表明,原型结构的层间位移与最大位移角均满足我国抗震规范要求。     

钢筋混凝土巨型框架结构及附单向TMD装置的减震结构振动台试验研究

为了研究钢筋混凝土巨型框架结构体系的抗震性能及其地震作用损伤机理,设计制作1/25的缩尺模型,并设计加工了一套调谐质量阻尼器（TMD）装置安装在模型结构顶部,进行振动台试验,得到结构的动力特性和位移响应,并对比分析了TMD的减震效果。结果表明：当在峰值加速度为0.140g的地震波作用后（相当于原型7度多遇地震）,模型结构处在弹性工作状态,在峰值加速度为0.400g的地震波作用后（相当于原型7度基本烈度）,模型结构出现轻微破坏,在峰值加速度为0.880g的地震波作用后（相当于原型7度罕遇地震）,模型结构出现中等破坏,该原型结构可以满足抗震设计的要求;TMD装置具有较好的减震效果。     

巨型框架结构的动力性能研究及设计建议

根据采用巨型框架结构体系的南京多媒体综合大楼 1∶2 5微粒混凝土模型的模拟地震振动台试验 ,着重研究了巨型框架结构的动力特性、弹性和弹塑性地震反应及结构的破坏形式 ,并对巨型框架结构体系提出了一些具体的设计建议     

注胶加固震损混凝土框架模型振动台试验研究

为了研究注胶加固技术的有效性,采用数种地震波形,对一栋双跨8层混凝土框架缩尺模型（缩比为1：4）进行了模拟多种烈度地震振动台预震损试验,框架模型损坏后采用注胶加固技术修复框架震损裂缝,然后对框架模型进行相同的模拟多种烈度地震振动台试验。比较混凝土框架模型在注胶加固前后的抗震性能,研究了框架模型的自振特性以及在不同地震烈度下的楼层刚度。试验结果显示,经过注胶加固后的混凝土框架模型具有良好的抗震性能,表明注胶加固技术可以有效地修复震损后的混凝土框架结构。