Shaking table test of super high-rise structure on liquefied ground

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明：随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

液化地基上超高层结构模型振动台试验研究

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明:随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

环境风激励下的深圳平安金融中心模态参数识别

对高度600 m的超高层建筑——深圳平安金融中心在外界环境风激励下的风振响应进行了现场实测。通过安装在塔楼118层的2组加速度传感器测得结构的风致加速度响应,采用经验模态分解法（EMD）与随机减量技术（RDT）相结合的方法计算了结构的自振频率和阻尼比。建立了深圳平安金融中心三维有限元模型,通过有限元分析得出结构的自振频率,并与实测结果进行对比。结果表明:由EMD和RDT相结合的方法计算得出结构1阶横弯自振频率约为0.12 Hz,阻尼比为0.3%~0.6%;结构1阶扭转自振频率约为0.28 Hz,阻尼比为0.8%~1.0%;深圳平安金融中心实测结构自振频率和阻尼比与其他结构高度相似的超高层建筑实测结果相近,且实测结果和有限元分析结果吻合较好,验证了EMD和RDT结合方法分析超高层建筑模态参数的有效性;测试结果可以为超高层建筑设计和相关研究提供依据。     

泉州镇国塔抗震能力探讨

使用SLJ-100型三分向力平衡加速度计监测了泉州镇国塔在环境振动激励下的加速度响应,基于MATLAB平台编制的数据处理、分析、模态识别程序,识别出镇国塔平动前三阶模态频率、阻尼比和振型;并依据相关文献,对测试结果进行修正,得到大、中震地震作用下镇国塔的自振周期和阻尼比。基于镇国塔结构动力特性,结合镇国塔实测的几何尺寸和结构构造,应用振型分解反应谱法和冲量法对镇国塔分别在水平地震作用下和竖向地震作用下进行抗震能力分析与评估。结果表明:塔体截面抗水平地震作用的能力,在"小震"和"中震"作用下是足够的,在"大震"作用下则严重不足;塔体截面抗竖向地震作用的能力有富余;该石塔"小震"下处于弹性状态,"中震"下进入塑性状态,"大震"下将出现严重破坏。上述结果可为古建筑抗震减灾提供参考。     

板缝连接对全装配RC楼盖竖向振动特性的影响研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)中板缝连接对楼盖振动特性的影响,进行了2个DCPCD试件和1个现浇楼盖试件在四边简支条件下的对比试验。采用锤击法对3个试件进行模态试验,研究板缝连接件对DCPCD的模态振型、阻尼比和自振频率等模态参数的影响,并施加多种人行荷载激励,研究板缝连接件对DCPCD振动响应的影响。结果表明：板缝连接件可有效提高DCPCD的整体性,降低结构阻尼比,增大自振频率,大幅降低振动加速度;对基于正交双向异性板振动理论得出的DCPCD自振频率和峰值加速度的理论方法进行计算对比,与试验值吻合良好;分析了不同边界支承条件对DCPCD舒适度的影响,可通过改变边界支承条件使DCPCD满足舒适度要求;基于舒适度和经济性的考虑,建议横纵向刚度比取值在0.3～0.75之间。     

附加黏滞阻尼器的RC框架振动台试验研究

利用振动台试验,对附加黏滞型阻尼器的RC框架进行附加阻尼比研究。共设计模拟小震到大震的11个工况,每组工况包括白噪声扫频、2个天然波和1个人工波激励,利用结构振动过程中的加速度响应数据进行动力参数识别,得到随工况进展、损伤累计的结构自振频率、阻尼比与振型等动力特征;同时,利用无阻尼器的对比框架振动试验得到纯框架部分的阻尼比,近似计算得到附加阻尼比的识别值;最后,利用应变能法与强行解耦法以及振动时程数据、识别得到的结构模态参数,对附加阻尼比进行计算。计算结果与识别值的对比发现,在层间位移较大的情况下,应变能法计算结果偏大,而强行解耦法结果偏小。     

型钢混凝土异形柱空间框架结构模型振动台试验研究

采用三维6自由度模拟地震振动台对1∶4缩尺的型钢混凝土异形柱空间框架结构模型进行了三种地震波输入试验。通过白噪声扫描得到了该模型结构的自振频率、振型、阻尼比等动力特性,研究了模型的破坏特征、加速度、位移反应、楼层剪力和应变反应。试验结果表明:随着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,结构振动以第1阶振型为主;在罕遇地震作用下,层间侧向刚度退化较快,结构整体侧向位移曲线呈S形,楼层剪力沿楼层高度方向呈递减趋势;在弹塑性工作阶段,第1层边框架角柱和边柱平行于主振方向一侧的型钢翼缘首先屈服,第3层边框架梁端随后出现塑性铰。由应变分析可知,边框架角柱及其梁端为抗震薄弱区域;型钢混凝土异形柱框架结构抗震性能良好,弹塑性工作阶段后期,模型结构耗能显著提高。     

大跨度U形钢-混凝土组合空腹夹层板楼盖舒适度实测分析

以贵州省博物馆红军长征馆为例,利用环境激励,采用频域法模态拟合方法对该大跨度U形钢-混凝土组合空腹夹层板楼盖进行了现场竖向振动模态测试和人员作用下的舒适度分析,得到了该楼盖结构前6阶竖向自振频率、振型、竖向加速度时程曲线以及实测加速度的最大值,采用有限元分析方法对实测自振频率和振型进行了对比分析。分析结果表明:模态分析中楼盖竖向第1阶自振频率的有限元分析结果和实测结果均满足现行规范要求;舒适度分析中楼盖竖向峰值加速度实测结果满足规范小于0.005g的要求,不会引起人员不适;由于隔墙和约束的原因导致有限元分析结果与实测结果不一样,但是相差大小在正常范围内。     

考虑高台基影响的西安安定门城楼动力特性及地震响应分析

为了准确评估西安安定门城楼的结构特性及抗震性能,采用原位动力特性测试与有限元数值模拟相结合的方法,对城楼进行考虑及不考虑高台基(瓮城东城墙)影响的动力特性及地震响应分析。首先对城楼上部木结构进行原位动力特性测试,获得其自振频率和振型;然后分别建立城楼上部木结构、高台基及整体结构(高台基+木结构)的三维有限元模型,采用模态分析方法获得了各计算模型的自振频率和振型,将上部木结构自振频率和振型的模拟结果与原位测试结果进行对比以验证模型的正确性,并进行上部木结构计算模型与整体结构计算模型动力特性的对比分析;最后分别对上部木结构和整体结构模型输入不同幅值的El Centro波、Taft波及兰州人工波三种地震激励,将两种计算模型的动力响应进行对比。结果表明：高台基对城楼5阶以上的高阶频率和结构振型影响较大,并使上部木结构的位移响应、层间位移角、加速度响应及楼层剪力均有较大程度的增大,对结构的抗震性能产生不利影响。     

开合屋盖结构动力特性研究

开合屋盖结构属于复杂多重子结构体系,其动力特性非常复杂,活动屋盖在竖向地震作用下的响应远大于根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)得到的结果。以国家网球馆(钻石球场)为例,对开合屋盖结构的振型模态与自振周期进行了深入分析,研究了质量参与系数的分布规律。高阶振型对开合屋盖结构动力响应的影响很大,尤其对于竖向地震作用,高振型起主要控制作用。在模态阻尼比的基础上,提出根据质量参与系数加权平均得到的一致阻尼比,物理意义明确,便于工程应用。计算分析表明,采用一致阻尼比算法得到结构各部位的内力及位移与按照模态阻尼比法的结果非常接近。     

人行悬索桥人致振动分析与实测研究

人行悬索桥结构自振频率低、整体刚度和阻尼小，人致振动问题需要特别关注。以某景区人行悬索桥为研究对象，采用现场实测与有限元模拟相结合的方式，研究人行悬索桥人致振动响应的规律。考虑不同人群激励方式对人致振动的关键影响因素进行参数分析，包括人群附加质量、激励频率、激励分布和阻尼比，得到了各参数对人致振动的影响。结果表明：人行悬索桥加速度响应与激励人数呈正相关，在相同测试人数下，行走激励的加速度响应随行走频率的增加而增大；人群附加质量对人行悬索桥振动的影响不可忽略，宜根据桥梁的设计承载人数构造振动激励及确定桥面人群附加质量；人行悬索桥频率较低，直接按照步频构造人行激励更为恰当；为获得更不利的人致振动响应，当激励频率与结构某对称竖向振型频率接近时，人群行走激励取为全桥同向分布，当激励频率与结构某反对称竖向振型频率接近时，人群行走激励则按悬索桥的最低阶反对称竖向振型分布。对于一般的人行悬索桥，人致振动分析时阻尼比建议取为0.20%～0.40%。     

吊顶系统自振特性分析及试验研究

为研究上部支承结构和吊杆构造对吊顶自振特性的影响,对一个每层附有吊顶的空间钢框架进行了振动台试验。通过快速傅里叶变换(FFT)和随机子空间识别(SSI)两种模态识别方法获得了吊顶系统的自振频率和阻尼比,给出了吊顶阻尼比的建议值为2%~5%。对主附结构（上部支承结构+吊顶）的自振特性进行了数值模拟,结果表明：吊杆构造形式对吊顶的第1阶水平和竖向模态没有明显影响,上部支承结构自振频率的不同会对吊顶的竖向模态产生影响,而对水平模态没有明显影响。通过改变上部支承结构的截面尺寸和附加质量对主附结构的竖向模态进行了参数化分析,得到仅考虑附加吊顶质量的上部支承结构的第1阶竖向自振频率小于不考虑上部支承结构影响的吊顶第1阶竖向自振频率fb时,主附结构的第1阶竖向振型表现为上部支承结构和吊顶的整体振动,而大于fb时,第1阶竖向振型表现为吊顶的独立振动。     

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。     

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。     

考虑共振补偿的网壳风振响应综合模态法

分析了网壳结构中自振频率、阻尼比等因素对共振响应在总风振响应中贡献的影响,利用考虑高阶振型共振响应的综合模态法计算了单层网壳的风振响应,讨论了计算综合模态时所需的振型数。针对结构自振频率密集的特性,研究了考虑振型互相关贡献的必要性、影响振型互相关贡献的因素和计算振型互相关贡献所需的振型数。最后,通过具体的算例分析验证了相关结论。     

单层网壳动力特性和地震响应分析

结合工程实例,利用有限元软件SAP2000建模进行模态分析和时程分析,以研究其动力特性和地震作用下的响应。本文给出该网壳结构的前10阶自振频率和振型,给出位移响应谱。分析结果表明,网壳结构的高阶振型复杂,自振频率偏向密集,水平地震响应占主要成分,明显大于竖向地震响应。网壳低阶振型基本为水平振型,一般第一振型为水平振型。     

台北101大楼风致响应实测及分析

台北101大楼主塔楼总高508m共101层,在台风"马莎"和"泰利"影响下,对其风致响应实测资料进行统计分析,评估了典型超高层建筑的风致振动特性。结果表明两次测试的结构模态参数基本吻合,有限元分析的自振频率小于实测结果,计算的振型与测试结果符合较好,利用随机减量方法识别的结构阻尼比与振幅之间呈现非线性关系,并不同程度的表现出随振幅增大而增大的特性,实测的结构一阶阻尼比大于同类超高层建筑物的测试结果,两次台风作用下89层、101层的加速度峰值和均方根均小于规范相应限值,满足舒适度的要求。测试结果为超高层建筑设计及相关研究提供有用的资料及依据。     

性能增强再生混凝土框架结构模型双向模拟振动台试验

基于课题组前期有关性能增强再生混凝土（EC-RAC）基本材性、构件等试验结果,设计并制作了一缩尺比例为1:4的3层含有多种类再生混凝土的框架结构模型,并进行了双向模拟振动台试验研究,得到了该框架结构模型的自振频率、阻尼比、结构振型、加速度响应、位移响应、层间位移角等变化规律,结果表明：EC-RAC相较于普通RAC能够较好的控制裂缝的出现与发展,从而改善结构的延性,提高结构的整体抗震性能;随着地震烈度的逐渐增加,结构损伤累积,自振频率逐渐降低、阻尼比逐渐增大、加速度放大系数亦逐渐降低、位移幅值逐渐增大,同时位移幅值的曲线形式与结构第一振型相近,表明结构振动时以第一振型为主;模型经历了七度多遇至八度罕遇各地震作用后,层间位移角均未超过规范[12]中所规定的1/50,上述试验结果均表明,所设计的RAC框架具有良好的抗震性能,完全满足规范[12]中的要求。最后,参考《建筑地震破坏等级划分标准》、《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）等文献,同时考虑各阶段试验现象,建立了能够应用于实际RAC结构震后破坏等级定量评估的5级划分。     

大跨斜拉桥动力特性及几何非线性地震响应分析

利用ANSYS程序对重庆某长江大桥建模。在考虑了重力及斜拉索初应力的情况下进行了模态分析,得到其自振频率和振型特征。输入加速度时程采用修改后的E l-Centro波,分别考虑了横向、竖向、纵向输入及行波激励,得到其地震响应。通过对位移响应结果和内力响应结果的分析、验算,由地震荷载引起的内力远小于由恒载、活载引起的内力,证明地震荷载不控制该桥的设计。     

宜兴某学校屋顶操场楼盖振动舒适度分析

宜兴某学校屋顶操场楼盖为钢筋混凝土—大跨度型钢混凝土楼盖,局部跨度较大,易产生振动舒适度问题。建立了楼盖结构有限元模型,进行模态分析,得到了楼盖竖向振动自振频率和模态;考虑行走、跑步、广播体操动力荷载,进行时程分析,得到了楼盖竖向振动加速度响应和峰值加速度;选定评价标准,对楼盖振动舒适度进行了评价。分析结果表明,此楼盖结构能满足振动舒适度要求。