桩–土–斜拉桥动力相互作用体系振动反应特性试验研究

大跨斜拉桥结构自振频率和阻尼较低,其地震响应可能受桩基础和场地土特性的影响较大,然而目前为止,由于试验条件和技术所限,尚缺乏相关的包括桩基础、场地土和上部结构在内的全模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400 m超大跨斜拉桥为原型,设计并完成了一座几何相似比为1/70,且包括群桩、人工土和上部结构在内的试验模型,采用多点振动台试验技术,研究了不同加速度峰值和不同频率成分地震作用下桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的振动反应特性。试验结果表明:桩–土–结构相互作用对斜拉桥地震响应产生影响,其影响程度与地震输入频谱特性密切相关;在纵向一致激励下,桩–土–结构相互作用受地震动加速度峰值的影响不明显,在横向一致激励下,桩–土–结构相互作用随地震动加速度峰值的增大而减小;主塔高阶振型对其地震响应的贡献明显;地震输入频谱特性影响桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的地震响应,特别是在具有丰富长周期成分的Mexico City波作用下主梁竖向地震响应显著增大。     

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。     

基于半桥试验的双塔斜拉桥纵向地震响应研究

克服振动台进行小比例大跨度斜拉桥模型试验的局限性,以一座主跨为680m的对称大跨双塔斜拉桥为原型,设计缩尺比为1∶40的混凝土斜拉桥的半桥模型。采用振动台试验方法,研究纵向一致地震激励下半桥模型替代对称双塔斜拉桥的可行性。首先,基于动力学基本理论,提出双塔斜拉桥简化为等效半桥模型的边界条件,并通过两种模型的动力特性对比验证所提出的等效边界的合理性。其次,设计纵向地震作用下对称边界的实现方式,开展不同结构体系的半桥模型在纵向地震作用下的振动台试验;并进一步对比探讨纵向黏滞阻尼器对斜拉桥地震响应的控制效果。研究结果表明：不同PGA的地震动纵向一致作用下,等效半桥模型与全桥模型的地震响应规律基本相同;黏滞阻尼器对半漂浮体系斜拉桥的梁端和塔 梁的位移响应的有较好的减震效果。     

多点激励下连续梁桥地震反应分析

多跨连续梁桥由于其桥墩数量较多,在地震反应分析时应考虑多点激励,以港珠澳大桥为例,运用有限元分析软件midas建立该桥有限元模型,分析多点激励下多跨连续梁桥的地震响应。并与一致激励作用下的结果进行对比,结果表明:多点激励的地震作用要比一致激励地震作用的响应要大。     

非一致激励下李渡长江大桥的地震响应分析

在已有地震危险性评价成果的基础上,基于随机过程理论关于幅值、相位与功率谱的关系式,采用二维相干非一致激励功率谱模型,根据场地地震动参数合成人工地震波,考虑地震波的传播效应和多点激励效应,分析了李渡长江大桥（斜拉桥）在地震激励下的空间几何非线性响应特性,计算了桥梁结构关键部位在地震力作用下的响应特性,并与一致激励下对应响应量进行比较,认为非一致激励下大跨斜拉桥关键部位的某些响应量大幅度增加,说明了进行非一致响应分析的必要性。     

单层柱面网壳结构HDR支座隔震性能试验研究

通过对基础隔震的单层柱面网壳缩尺模型进行正弦波扫频和多组实际地震波激励的振动台试验,系统研究了水平地震作用下HDR支座的隔震性能.分别测试了无隔震网壳和基础隔震网壳模型的动力特性、一致激励和行波激励下结构的加速度、位移及杆件应变等动力响应,分析了行波效应对隔震大跨网壳屋盖地震响应的影响.试验结果表明:HDR支座基础隔震有效延长大跨网壳结构的自振周期,大幅度降低隔震层以上结构地震响应,隔震后上部结构的运动趋于同步;行波激励下,结构地震响应沿地震波传播方向相对逐渐增大,地震波传出端附近的隔震支座剪切变形明显增大,按一致激励设计偏于不安全.     

采用振动台阵的超大跨斜拉桥大比例全模型试验研究

强震作用下超大跨斜拉桥的结构响应与其结构体系密切相关,且受基础和场地土特性影响较大,然而目前为止,因试验条件和技术所限,尚缺乏相关的全桥模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计一座几何相似比为1/70、包括桩基础和场地土的全桥模型;采用振动台阵试验技术,研究El Centro波、人工波、Mexico City波等三种典型地震一致激励下不同结构体系的地震响应特性及影响机理,所研究的结构体系包括：纵向半漂浮体系、纵向弹性约束体系、以及本文作者提出的纵向辅助墩耗能体系和横向耗能体系;探讨不同纵向结构体系的抗震性能以及附加在上塔柱间的耗能构件对斜拉桥横向地震响应的控制效果。试验结果表明：土-结构相互作用对上部结构地震响应的影响不可忽视;主塔地震响应受高阶振型的影响明显;在PGA为0.4g以下的El Centro波和人工波、以及PGA为0.2g的Mexico City波作用下,结构响应仍处于弹性状态;纵向弹性约束体系和纵向辅助墩体耗能系可有效减小主塔位移和塔-梁间纵向相对位移响应,其中作者提出的纵向辅助墩耗能体系的抗震性能更好;附加耗能构件可有效降低主塔的弯矩应变响应,实现分散主塔受力和附加耗能作用,但对主塔加速度和位移响应的控制有限。     

多点地震激励下油气长输管道的动力响应分析

油气长输管道线路长,经过或跨越的场地条件复杂,不同区段的管道遭受的地震作用也不一样,如采用一致地震动输入对其进行动力响应分析,则与实际情况存在较大差别。本文考虑多点地震输入对油气长输管道进行动力分析,采用时程分析法对典型油气长输管道在多点地震激励及一致地震激励下的动力响应进行对比分析。结果表明,两种地震输入方法计算的动力响应存在较大差异,管道地震响应当分析时应考虑多点地震激励的影响。     

考虑波速影响的斜拉桥非一致激励地震响应研究

为研究地震波传播速度对大跨度斜拉桥地震响应的影响,以某主跨跨长406 m的双塔钢箱梁斜拉桥为研究对象,建立动力有限元模型。对非一致地震激励输入方法进行理论分析,对比研究了相对运动法、大刚度法和大质量法的计算特点。通过对视波速无穷大时非一致激励法与一致激励法的计算结果进行对比,校验地震动输入方法的正确性。在此基础上,分别选择天津地震波、El Centro地震波和汶川地震波,根据软土区和岩石区地震波传播特点,对视波速在50~4 000 m·s^-1之间的不同波速工况进行计算。结果表明:波速对斜拉桥地震响应有显著影响,软土区视波速对结构影响更加突出,对位于深厚软土区的大跨度斜拉桥进行行波效应分析时,需要关注结构的内力和位移响应,而岩石区仅需关注结构的内力响应。     

多点激励下大跨度连续刚构桥地震响应振动台阵试验研究

目前对于大跨度桥梁在多维多点激励下的地震响应尚缺乏试验研究。以一高墩大跨度钢筋混凝土连续刚构桥工程为对象,按1/10比例设计和制作一座三跨刚构桥模型,并通过地震模拟振动台阵试验,研究一致激励、行波激励和局部场地效应等对刚构桥地震响应的影响。研究表明:刚构桥对地震动的频谱特性十分敏感,地震响应差异较大;行波效应增大桥墩变形和墩底应变,其影响程度随视波速和墩梁约束的不同而有差异,且桥墩墩底较墩梁固结处对行波效应更为敏感;局部场地效应增大桥墩变形和墩底应变,且其对中墩和边墩以及墩底和墩梁固结处的影响有所不同;同时考虑行波效应和局部场地效应,桥墩的动力响应较一致激励以及单独考虑行波效应和局部场地效应时有所增大。因此,在长大桥梁地震响应精细化分析中必须考虑地震动空间效应。     

竹框架结构的小型振动台试验研究

通过一个缩尺比为1∶10的单层单跨框架结构模型的小型振动台试验,研究了竹框架结构中梁、柱连接方式及柱间支撑对其抗震性能的影响,试验结果显示,梁柱连接节点采用榫卯方式增加了框架的刚度,设置柱间支撑可消能减震,设置支撑的方式对提高结构抗震性能更有效。     

塑料土工格栅加筋土结构的振动台试验研究

对塑料土工格栅加筋土结构的缩尺比例模型进行了振动台试验研究。试验过程中，采用两组试验模型，一组测定筋材的动应力应变；一组测定土筋间的动似摩擦系数。试验结果表明：塑料土工格栅筋材在地震作用下最大动拉应力的分布与静拉应力的分布沿筋材的埋深大致相同，只是应力的值大小不同；地震作用下土筋间的动似摩擦系数是随地震加速度的增加而减小。据此，提出了加筋土结构在地震区的设计建议。     

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。     

TMD控制优化设计及振动台试验研究

以Kanai-Tajimi谱作为理论分析和振动台试验的地震激励模型,在运用复模态法获得多自由度带TMD结构随机地震响应解析解的基础上,对TMD结构参数的优化取值问题进行系统的理论与试验研究,运用常规的和基于动力可靠性约束的两种优化设计方法,得出TMD结构的优化参数取值,并通过一个三层2m×2m×6m的大尺度TMD减震结构模型的振动台试验,检验优化设计方法的有效性,该方法可用于基础隔震结构、带TLD减震结构以及带TMD、TLD抗风结构的优化设计。     

饱和砂土坝基液化超重力振动台试验研究

坝基作为水利水电工程重要基础设施的核心部分,其在地震作用下的动力响应和稳定性受到广泛关注.针对饱和砂土坝基的动力响应和液化规律,开展了两组超重力振动台试验,分析了饱和砂土地基在坝闸荷载作用下的地震响应规律.根据两组离心试验结果,地震作用下自由场地地基下层土体发生软化,上层土体发生液化喷砂,加速度放大系数和超静孔压比沿深...     

上海中心大厦模型振动台试验研究

上海中心大厦地上共124层,建筑高度632m,塔楼结构体系为巨型空间框架-核心筒-外伸臂。为确认结构在地震作用下的安全性,对地上塔楼结构进行了模拟地震振动台试验。试验结果表明,结构可以满足规范的抗震设防要求,基本达到了设计要求的抗震性能目标。在试验及分析结果基础上,对结构设计提出了改进意见与措施,进一步保证了结构的抗震安全性。试验结果可为类似的超高层建筑的结构抗震设计提供参考。     

砖木结构振动台试验研究

在调查研究的基础上,提出了符合农村抗震地区情况的砖木结构房屋构造方案,通过1/4缩尺模型振动台试验,研究了砖木结构房屋在不同地震烈度下的反应,验证了所提出房屋构造方案的正确性,为促进砖木结构房屋在广大农村地震区的推广奠定了基础.     

减震层减震原理及跨断层隧道减震技术振动台试验研究

通过波函数展开法给出平面SV波入射下深埋圆形隧道"围岩—减震层—初期支护—二次衬砌"减震结构的动力响应解析近似解,分析了减震层厚度、弹性模量对衬砌结构动应力集中系数的影响,并开展了跨断层隧道抗减震研究大型振动台模型试验,通过分析跨断层及其设置减震层后隧道衬砌动力响应特性和破坏形态,得到以下有益结论:减震层与围岩弹性模量比越低,减震层厚度越大,衬砌动应力集中系数越小;减震层与围岩弹性模量的最优减震比在1/10~1/20,最优减震层厚度不宜大于0.2 m;跨断层破碎带隧道设置减震层可以明显降低跨断层衬砌结构加速度峰值和衬砌动应变幅值;断层处隧道衬砌裂缝分布数量多、复杂,多集中于拱脚、拱肩,并分布有剪切错动引起的环向裂缝,设置减震层后,断层处隧道衬砌裂缝明显减少,衬砌受力得到明显改善;断层处地表出现了平行断层方向为主的的贯通裂缝和大量斜裂缝,说明断层处以剪切破坏为主,设置减震层后,地表裂缝明显减少。     

古代殿堂式木结构建筑模型振动台试验研究

对按照《营造法式》制作的古代殿堂式木结构建筑心间缩尺模型进行了模拟振动台试验研究。选用E l Centro波、Taft波、兰州波作为输入地震动。测量了台面、柱脚、柱头、木梁的位移和加速度响应。对模型的破坏形态、自振周期、阻尼比、动力响应、滞回耗能进行了分析。试验结果表明:自振周期T的变化范围为0.48~0.67s,阻尼比ξ的变化范围为0.029~0.046,模型的自振周期和阻尼比随着地震加速度的增强而增大;模型的动力放大系数β<1,且随着地震加速度的增强而减小;铺作层、柱础层都是通过摩擦滑移来耗能,柱架榫卯节点的耗能能力最强,在模型的耗能、减震中起着主要作用。     

基于振动台试验的曲线桥梁抗震性能研究

为了研究S形曲线梁桥在地震作用下的动力响应及抗震性能,设计并制作一座相似比为1/20的S形曲线梁桥进行振动台试验研究。结果表明:在地震作用下,S形曲线梁桥的梁体未有明显损伤,桥墩出现裂缝,支座破坏严重;在墩底屈服之前,墩梁已发生较大相对位移,桥梁极易发生落梁破坏现象;桥墩在大震作用下的扭转耗能作用十分明显。在振动台试验基础上,对S形曲线梁桥提出一种"梁体漂浮抗震设计"的概念设计方法,为该类桥梁的抗震设计理论提供支持。