Shaking table tests of RC frame structure across the earth fissure under earthquake

To investigate the behavior of a reinforced concrete (RC) frame structure across earth fissure under strong earthquake, a series of shaking table tests on a scaled model were designed and conducted. Three earthquake motion records were selected as input excitations, and the Jiangyou motion has a dramatically greater dynamic effect on the structure mainly due to its inherent rich low‐frequency component. The structural acceleration amplification factor gradually decreased as the peak ground acceleration of input motions increased, implying the progressive degradation of the structure stiffness. The results indicated that the earth fissure site has amplification effect on acceleration of the soil, and the displacement response of frame across the earth fissure was different to that of a typical RC frame structure. The ground floor was the most vulnerable story of the RC frame across the earth fissure.     

跨地裂缝框架结构地震响应振动台试验研究

为研究地裂缝环境下结构的动力响应规律,首次进行跨地裂缝结构和无地裂缝环境下结构振动台对比试验,分析地震作用下跨地裂缝结构的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应和应变响应.研究结果表明:地震波传至上盘和下盘地表的峰值加速度、峰值时间、频率及相位等均存在差异,形成非一致性地震激励;此外,地裂缝场地对土层加速度有放大效应...     

屈曲约束支撑与黏滞阻尼器的减震效果对比研究

以某钢筋混凝土框架结构工程实例为研究对象,选取与场地条件相匹配的地震动作为激励,在SAP2000程序中计算了该结构在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力反应,并在框架结构模型中分别设置屈曲约束支撑和黏滞阻尼器。通过试算确定消能减震装置的参数,使得两种消能减震结构在多遇地震作用下的位移减震率均为40%。在此条件下,对比分析了结构的层间位移角、楼层加速度、基底剪力、柱轴力、塑性铰分布和各层阻尼器的工作状态。分析表明：在多遇地震作用下,屈曲约束支撑增大了结构的加速度响应,而黏滞阻尼器能够减小结构的加速度响应;在罕遇地震作用下,二者均能有效控制楼层的加速度响应,而屈曲约束支撑的位移减震效果更好,但黏滞阻尼器对框架柱内力的减少效果更为显著。     

地裂缝场地地铁车站动力响应振动台试验研究

地震和地裂缝耦合作用严重威胁着地铁工程的安全.通过开展地裂缝场地(穿越地裂缝)地铁车站结构模型的振动台试验,分析了地震作用下地裂缝场地土的加速度反应、裂缝发展和车站的加速度、应变等动力反应规律.试验结果表明:模型土在临近地裂缝的一定范围内地震响应较大,且距地裂缝相同距离处,上盘的加速度响应整体上大于下盘;地裂缝场地地铁...     

新型装配整体式板-钢框架结构模型振动台试验研究

为了研究新型装配整体式板-钢板剪力墙钢框架结构的抗震性能,对一个非对称体型新型装配整体式板-钢板剪力墙钢框架结构进行了1/4整体模型模拟地震振动台试验,试验得到结构在地震动作用下的加速度响应、位移响应以及应变响应;该结构能够满足抗震规范的要求,加载到罕遇地震时,混凝土板出现了局部微裂缝.不浇现浇面层的装配式整体式预制楼板与工字钢梁连接良好,新型装配整体式空心板表现出较好的抗震性能.本文分析了强烈度地震作用下结构的地震反应、破坏形态,给出了结构薄弱部位的构造设计意见,为同类结构的抗震设计提供了试验依据.     

钢-钢筋混凝土塔式组合结构模型振动台试验研究

对一利用太阳能发电的钢-钢筋混凝土塔式组合结构原型进行1/18缩尺比模型设计,并开展了模型结构模拟地震振动台试验,以研究结构的抗震性能。通过分析试验中加速度响应、位移响应和应变响应,得到钢-钢筋混凝土塔式组合结构在地震激励作用下的受力性能。结果表明：钢-钢筋混凝土塔式组合结构底部在水平向地震作用下,承受巨大的剪力,最早出现严重的水平向贯通性破坏裂缝;加速度放大系数沿着结构高度升高而逐渐增大;随着台面激励加速度输入值的增大,加速度放大系数逐渐减小;位移反应随着结构高度增加而逐渐增大,塔顶结构有明显的鞭梢效应;8度罕遇地震作用下,X向最大位移172mm;混凝土筒壁最薄处,结构应变反应最大。钢塔顶结构的塔柱底部和底部斜杆应力较大,出现了局部屈曲变形。     

偏心结构消能减震技术的分析研究

由于偏心结构质量中心与刚度中心不重合,在地震作用下会产生扭转振动,对结构整体抗震性能十分不利。工程设计通常在远离刚度中心的抗侧结构中,采取设置支撑等增加刚度的措施,减小结构的偏心程度。本文采用消能减震技术,在偏心响应较大的抗侧结构中设置消能减震阻尼器,来减小偏心结构的扭转地震响应。论文通过弹塑性时程分析方法,研究了偏心结构、设置普通支撑、设置速度型阻尼器和位移型阻尼器四种结构方案在常遇、设防和罕遇地震作用下的扭转响应,研究了消能减震技术对偏心结构的减震控制效果。分析结果表明,消能减震技术可以有效控制偏心结构的扭转响应,在大震条件下较好的控制主体结构构件的受力。最后本文针对王府井大厦偏心结构工程进行了阻尼消能减震结构的设计。     

Research and development of an innovative self‐centering energy dissipation brace

Innovative self‐centering energy dissipation braces (SCBs) with super‐elastic shape memory alloy wires are designed and tested on a uniaxial MTS 810 hydraulic servo‐controlled fatigue testing machine. This type of SCB is modeled using finite element method and analyzed by ANSYS software. The test and analysis results show that this type of innovative SCB possesses energy dissipation capacity and self‐centering ability. This paper also describes the multistage working mechanism of the SCBs and exhibits the mechanical behaviors of the braces. The hysteretic behavior of steel frame structures with conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs are compared by conducting low‐frequency cyclic loading. Nonlinear dynamic analyses of steel frame structures with the conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs under frequently occurred earthquake, design basis earthquake, and rare earthquake, respectively, are also performed to compare the seismic responses of steel structures with different braces. The seismic behaviors of these frames are investigated by comparing the peak acceleration, the maximum interstory displacement angle, and the maximum base shear. The results show that the innovative SCB possesses excellent energy dissipation capacity as well as self‐centering ability. Additionally, the innovative SCBs can effectively control the seismic response of the steel frame structure.     

五层梁柱式胶合木结构振动台试验研究

为研究多层胶合木结构的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的五层梁柱式胶合木结构模型,并对增设屈曲约束支撑和木支撑前后的结构模型开展了振动台试验。试验结果表明：纯框架模型抗侧刚度过低,在7度多遇地震作用下纵、横向的最大层间位移角分别达到1/145和1/175,不宜在地震区采用;增设支撑后,模型的基频大幅提高、位移响应显著降低,在7度多遇、基本和罕遇地震作用下的层间位移均满足《多高层木结构建筑技术标准》（GB/T 51226-2017）中弹性和弹塑性位移角限值要求;增设木支撑的横向框架在8度罕遇地震作用下,绝大多数木支撑发生断裂破坏,最大层间位移角达到1/11,但结构并未发生倒塌且梁、柱及节点无明显损伤;增设屈曲约束支撑的纵向框架在8度罕遇地震作用下主体结构无明显损伤,仅在支撑连接板处出现了少量局部的平面外屈曲。屈曲约束支撑和木支撑起到了第一道抗震防线的作用,有效保证了胶合木结构主体框架的安全;在合理设计的基础上,梁柱-木支撑和梁柱-屈曲约束支撑的梁柱式胶合木结构体系均可满足8度区抗震设防要求。     

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。     

穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明：随着地震峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,各层加速度放大系数介于0.286~1.383之间;浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用,第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显;当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时,模型晃动剧烈,最大层间位移角分别为1/65和1/35;当输入峰值加速度增至0.50g时,模型依然没有倒塌,表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。     

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。     

Large‐scale shaking table test on pile‐soil‐structure interaction on soft soils

The two large‐scale shaking table tests of tall buildings on soft soils in pile group foundations are performed to capture the effect of the seismic pile‐soil‐structure interaction (PSSI) on the dynamic responses of the pile, soil, and structure. The two different model conditions are observed, including a fixed‐base structure and a structure supported by 3‐by‐3 pile group foundation in soft soil, representing the situations excluding the soil‐structure interaction (SSI) and considering the SSI, respectively. In the tests, the superstructure is a tall building with 12‐story reinforced concrete frame. The pile‐soil‐structure system rests in a shear laminar soil container, which is designed to minimize the boundary effects during shaking table tests. The two models are subjected to various intensity seismic excitations of Shanghai bedrock waves, 1995 Kobe earthquake, and 1999 Chi‐Chi earthquake events. According to the experimental and analytical results, SSI systems have longer natural periods than the fixed‐base structure. In addition, soft soil has amplification effect under smaller seismic excitations and isolation effects under larger earthquake intensities. The strain amplitude at the top of pile is large, and the strain at the middle and tip is relatively small. Whereas the contact pressure is small at the top of pile and large at the middle and tip. From the dynamic responses of the superstructure, it is found that the PSSI amplifies the peak displacements and interstory drifts of the structures supported by pile group foundations by comparing with the fixed‐base structure. Whereas the peak acceleration and interstory shear force of the structure are reduced considering seismic PSSI. The results show that the seismic SSI is not always favorable, however, it may increase certain dynamic responses of the structure. Consequently, the seismic SSI should be considered reasonably, providing insight towards the rational seismic design of buildings rested on soft soils.     

钢筋混凝土框架结构防屈曲支撑加固振动台试验研究

为验证某多层钢筋混凝土框架结构采用防屈曲支撑加固后在地震作用下的抗震性能,以实际工程为背景,对未加固结构及采用防屈曲支撑加固结构进行了1/5比例缩尺模型振动台试验,主要研究了模型结构的动力特性、阻尼比、地震反应、防屈曲支撑的耗能能力及震后防屈曲支撑的性能变化。试验结果表明：未加固模型结构在地震输入下未能实现规范的“三水准”抗震目标,采用防屈曲支撑加固后的模型结构改柱铰机制为梁铰机制,地震反应得到有效控制,最大位移降低率达97%;防屈曲支撑在多遇地震作用下仅增加结构抗侧刚度,分担地震剪力约占地震总剪力的34%~49%,设防及罕遇地震作用下防屈曲支撑屈服变形明显,有效提高结构阻尼,耗散的能量占地震输入总能量的25%~51%;不同型号防屈曲支撑震后性能变化有较大差异,防屈曲支撑结构体系的破坏形态为防屈曲支撑首先断裂失效,进而梁柱破坏。     

高耸型钢钢筋混凝土筒体结构抗震性能振动台试验研究

为了研究高耸型钢钢筋混凝土结构抗震性能,以实际高宽比13.33的高耸型钢钢筋混凝土筒体结构为试验研究对象,提出了考虑重力完全相似模型设计方法及实现策略,设计并制作了 1∶20的试验模型,对其进行自由衰减试验及不同地震波激励下的振动台试验,获得了高耸型钢钢筋混凝土外筒体结构的阻尼比,研究了不同幅值不同地震波激励下其加速度...     

大跨隔震结构竖向地震响应的振动台试验研究

为研究大跨隔震结构竖向地震响应,首先对一大跨网架隔震结构1∶20的缩尺模型进行了振动台试验,对比研究隔震前后模型的动力特性及其在双向和三向地震动输入下的加速度及位移等动力反应,进而对大跨隔震结构的网架和一般楼层(首层和转换层)的竖向减震效果进行了分析。结果表明大跨隔震结构的网架在双向地震和三向地震输入下都具有非常明显的水平减震效果,且减震率大于一般楼层;大跨隔震结构的一般楼层基本没有竖向减震效果,而在输入地震强度比较小的情况下网架竖向加速度基本没有减小,甚至稍有放大,但随着输入地震强度的增加,网架的竖向加速度减震率逐渐提高;对于网架的竖向位移响应,基础隔震模型在罕遇地震下有较明显的减震效果。最后建立了相应大跨隔震结构与非隔震结构的有限元分析模型,并对隔震支座进行参数优化,结果表明屈重比取4%~6%时,大跨网架隔震结构具有较小的基底剪力。     

竖向地震作用下钢-钢筋混凝土塔式#br# 组合结构抗震性能研究

为研究钢-钢筋混凝土塔式太阳能发电组合结构在竖向地震作用下的抗震性能,对一实际工程的1/18缩尺模型结构进行模拟地震振动台试验。通过观察试验现象和分析试验结果,得出结论为：模型结构竖向前三阶频率分别为18.55Hz、20.12Hz和22.14Hz;结构质心处加速度反应最大,紫铜结构的加速度反应小于混凝土筒体的加速度反应;结构质心处位移反应最大,最大值为4.79mm;强震作用下竖向地震影响对结构起控制作用,同等水准地震作用下水平向地震加速度反应最大值出现时间晚于竖向地震加速度反应最大值;结构塔顶竖向伸缩效应不明显。     

Numerical analysis of a shaking table test on dynamic structure‐soil‐structure interaction under earthquake excitations

Structure‐soil‐structure interaction (SSSI) phenomena under earthquake excitations are investigated in this paper. Based on the results of the shaking table test, this work presents a 3‐dimensional finite element numerical simulation method using ANSYS software. In the simulation, an equivalent linear model is assumed for soil behavior, and contact elements are adopted to consider the nonlinearity state of the interface between foundation and surrounding soil. In addition, constrained equations are added to manage the uncoordinated degrees of freedom. By comparing the results of the finite element analysis with data obtained from the shaking table test, the dynamic response of the shaking table test can be simulated properly. Finally, the dynamic response of adjacent structures considering the SSSI effect is analyzed. The results show that with increased excitation, contact pressure, strain amplitude, and pile slip increase, whereas the peak acceleration magnification coefficient decreases. These results are significant for studying the effect of SSSI on seismic responses of structures.     

中美规范关于地震波的选择与框架-核心筒结构弹塑性时程分析

简述了中美两国抗震设计规范中有关地震波选择的相关条文,列举了工程实践中常用的选波方法,并对选出的地震波反应谱特性进行了比较。中美两国规范中建议的选波方法均要求选择能与规范的设计反应谱相一致的地震波,不同之处为中国规范是将地震波峰值加速度调幅至规范规定值,而美国规范是将某一周期范围内地震波反应谱调幅至与设计反应谱接近,调幅后的地震波峰值加速度无明显规律。按照中美两国抗震设计规范分别设计了两栋相似框架 核心筒结构,建立了两结构的弹塑性分析模型。根据中国规范建议方法选择出7组地震波,进行弹塑性时程分析。分析结果表明：在相应于中国8度罕遇地震的多组地震波作用下,中美两国规范设计方案在地震作用初期地震响应基本一致,在后期由于结构配筋形式与配筋数量等差异,结构损伤程度不同;按中国规范设计方案的最大层间位移角为按美国规范设计方案的1.03~1.17倍,连梁最大塑性变形为按美国规范设计方案的0.67~0.98倍,剪力墙应变沿层高的分布接近,美国规范设计结构纵筋的屈服应变是中国规范设计方案的1.2倍,按中国规范设计方案的剪力墙损伤程度重于按美国规范设计的剪力墙。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。