广州南航大厦模型地震模拟振动台试验研究

进行了广州南航大门1：25比例的微粒混凝土整体模型的地震模拟振动台试验,研究了模型的动力特性,以及模型在遭受不同大小地震作用下的加速度、位移和应变反应,并根据模型试验的结果按相似理论推出原型结构在地震作用下反应,由模型的破坏情况找出结构的薄弱部位,并对抗震设计提供了改进意见。     

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。     

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。     

结构动力模型试验与原型相似关系的研究

本文以某钢框架结构拟动力模型试验为例,运用大型有限元分析软件SAP2000分别对原型结构和模型进行了地震作用下的动力响应分析。由模型的地震反应按照动力相似关系推导出原型结构的地震反应,并将其与原型结构的计算值进行对比。通过对自振特性、加速度、位移和剪力的对比分析,验证模型与原型的相似关系,说明可以利用模型试验对原型结构进行抗震性能评估。     

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验模型相似设计方法

当今，模拟振动台试验是研究工程抗震能力与破坏机理的重要手段之一。模型相似设计是确保振动台试验能够尽可能真实地反映原型动力性状的关键之一。基于目前广泛应用的Bockingham π定理，主要采用量纲分析方法，并且结合考虑模型与原型之间的材料变形应力-应变本构关系及桩-土接触边界动力响应相似性，求解液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验的模型设计相似关系，同时提出人工质量问题的解决办法。     

量纲分析法在结构动力试验中的应用

采用量纲分析法推导了结构动力试验的相似条件,基于该相似条件可以求出模型结构与原型之间的相似阻尼比,地面加速度的相似比和任何与结构动力相关的物理量的相似比。并将其应用到某新型专利承重砌块模型的地震模拟振动台试验的抗震性能的研究。     

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。     

陶砂微粒混凝土力学性能研究

设计不同陶砂和碎石含量的微粒混凝土试件,对钢筋混凝土结构相似模型材料微粒混凝土进行力学性能静力试验研究,结果表明微粒混凝土破坏模式以斜压剪切脆性破坏为主,其应力–应变全曲线与普通混凝土相似,具备在结构试验中模拟混凝土结构的弹性和非弹性阶段力学特征的特点。粗骨料采用陶砂添加碎石拌和,在满足弹性模量需求的同时,还可增加结构模型自重和降低人工配重,使结构动力试验模型质量分布更接近实际,便于在小型振动台上实现大型结构缩尺模型试验。     

斜拉桥试验模型相似性推导与动力问题的数值分析

采用结构试验模型的相似理论,应用方程分析与量纲矩阵分析相结合的方法,推导了岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥模型的静力和动力模型的各种相似关系,以及模态参数的相似比和相似判据。采用有限元技术,对比分析实桥与模型结构的自振特性与在地震波作用下的动力响应;通过数值分析得出满足刚度相似的模型数值结果,通过在模型结构上施加合理的配重后即可获得满足工程精度要求的原型结构的动力特性与动力响应;针对大跨度斜拉桥模型结构的配重问题,比较塔和索的配重对结构自振特性和在三向地震波作用下动力响应的影响。研究表明,在对桥梁结构进行静、动力分析时,桥梁结构的模型设计主要应满足刚度相似,试验结果可以根据相似比和相似判据通过配重进行修正,从而为结构的设计与动力试验提供依据。     

混凝土空心砌块砌体模型的弹性数值模拟

简要介绍了混凝土小型空心砌块砌体模型结构的原型结构、模型结构。根据模型试验的制度,建立以三维有限元模型来弹性数值模拟模型结构的动力特性,通过动力特性的模拟对比分析,试验值与模拟值符合较好,将砌体考虑成单相材料是可行的,为砌体结构有限元分析及在现行规范的基础上深化结构设计提供参考。     

预应力索杆结构模型相似理论及其验证

缩尺模型试验可用于评估大型预应力索杆结构的静动力性能,而按照相似理论设计的缩尺模型、施加外荷载和边界条件等均对静动力试验结果的准确性至关重要。为此,对需要考虑几何大变形的预应力索杆结构的静力、动力相似理论进行研究。采用方程分析法建立了索杆结构的静力非线性相似准则,进一步研究了自振频率与振动模态的相似性关系。采用量纲分析法建立了索杆结构时程分析相似性条件,并结合算例进行了验证。结果表明：当杆件长度、截面积、内力、外力以及材料弹性模量等存在相似性,且外力、轴向刚度、内力相似比相同时,缩尺模型与实际结构的静力非线性变形具备相似性;材料弹性模量、质量密度、杆件长度、截面积、内力存在相似性,且内力与轴向刚度相似比相同时,缩尺模型与实际结构的振型相同、频率满足相似性;要达到索杆结构的时程分析相似性,需考虑时间、杆件长度、截面积、外力、内力、材料弹性模量以及边界条件的相似性。     

风雨耦合作用下桥梁主梁涡振节段模型试验

针对风雨耦合作用下桥梁主梁的涡激振动问题,首先从降雨特性及其对结构的作用入手,考虑雨滴冲击和降雨引起的结构表面积水,探讨了对应模型与原型雨强相似比,并依据主梁振动和降雨设备的特点对相似关系作了适当简化,然后以4类典型主梁断面为例,实现了不同雨强和攻角下的节段模型动力特性与涡激振动试验。结果表明:随着雨强增大,结构振动频率有所降低,而阻尼比有所增加,试验雨强为120 mm·h-¹时,频率降低1.5%~3.5%,阻尼比增加了0.05%~0.15%,考虑雨强相似比后实际降雨对频率的影响可忽略,对阻尼比的影响也相当小;涡振的起始和结束风速以及区间数目基本不随雨强的变化而变化,但有雨时的振幅比无雨时小,试验雨强较大时,振幅减小明显,考虑雨强相似比后试验雨强120 mm·h^-1的原型值均超过615 mm·h^-1左右的中国雨强极值,其对涡振响应的影响非常有限。     

汽轮发电机组框架式基础结构振动特性试验研究及分析

本文对某火力发电厂300MW汽轮发电机组框架式基础进行缩尺比为1/8的模型振动试验,通过模型振动试验,根据相似关系换算得到原型结构的自振频率、振型和振动线位移。在模型试验测试中,分别进行了无机组设备质量工况、有机组设备质量工况和扰力点动刚度测试。对测试结果进行分析得知,机组设备质量的施加使得结构的各阶自振频率降低。使用TGFP、SAP2000和ANSYS软件建立模拟轴系影响的计算模型,进行结构的模态和稳态分析,得到了基础结构的自振频率、振型和振动线位移。计算的扰力点幅频曲线与试验结果有较好的吻合。     

沥青路面反算模量与沥青混合料动态模量的关系

为获取沥青路面结构层沥青材料模量参数,合理评价沥青路面结构性能,开展沥青路面反算模量与同温度下室内沥青混合料动态模量的关系研究。采用落锤式弯沉仪（FWD）对4个不同结构的沥青路面试验路进行测试,并通过路面结构埋设的温度传感器同步采集温度,对试验结果进行沥青层模量反算;采用沥青混合料性能试验机（AMPT）对试验路沥青材料进行动态模量试验,根据时温等效原理获取FWD测试的同温度下的沥青混合料模量值,结合沥青路面结构层厚度计算沥青混合料动态模量的当量模量;对沥青层同一温度下的FWD反算模量与动态模量的当量模量进行分析比较,建立回归模型。结果表明,不同路面结构的FWD反算模量与室内动态模量的关系基本一致,其变化趋势不依赖于沥青层厚度的变化;沥青路面FWD的反算模量和室内AMPT的模量呈非线性关系,当模量较小时,FWD反算模量要低于室内模量,随着模量的增加,在10000MPa附近时,二者的模量值是接近的,模量值再继续增大时,FWD反算模量的增加较快,明显大于室内动态模量,室内动态模量的增长趋于平缓。     

Stability analysis of a group of underground anhydrite caverns used for crude oil storage considering rock tensile properties

Tensile deformation and damage play an essential role in rock engineering problems. This paper presents a framework for evaluating the stability of a group of anhydrite caverns combining both experimental and numerical methods. In this study, the tensile Young’s modulus and Poisson’s ratio of anhydrite are determined based on the Brazilian disc splitting test. The tests show that the tensile Young’s modulus of anhydrite is less than the compressive Young’s modulus, with a ratio of approximately 0.58–0.91. The tensile Poisson’s ratio is greater than the compressive Poisson’s ratio, with a ratio of approximately 2.47–3.20. Based on the differences between the mechanical parameters (Young’s modulus, Poisson’s ratio) of anhydrite in the tensile and compressive states, a user-defined constitutive model is developed with the Hoek-Brown failure criterion, which describes the tensile and compressive behaviour at a laboratory scale. Finally, a large-scale three-dimensional (3D) anhydrite cavern group located in Anhui Province, China, which was formed by mining activity over the past 10 years, is used as a case study to illustrate the proposed framework. The model for the anhydrite cavern group is established in FLAC^3D5.0, and the stability of the anhydrite cavern group used for underground oil storage is then analysed with this model. The simulation results indicate that after the exploitation is completed, there are few plastic zones and tensile elements in the surrounding rock near the cavern group. The maximum value of cavern roof settlement is approximately 5.54 mm. The maximum cavern bottom upheaval is approximately 6.11 mm, and the maximum ground subsidence is approximately 3.0 mm. The results indicate that the Anhui Hengtai anhydrite cavern group possesses good stability potential as an underground oil storage space.

     

某单柱式斜拉桥桥塔的驰振稳定性分析

在桥塔模型风洞试验的基础上,根据结构驰振稳定性分析方法,对表面平均风压系数进行空间积分,得到侧弯模态广义气动力系数,通过对广义气动力系数随风向角变化的研究,计算得到横风向驰振失稳的各方向来流临界风速,从而确定桥塔的驰振稳定性.     

冻结器传热的冷源相似准则

为解决冻结法模型试验中冻结管作为冷源的相似转换问题,将管内流动盐水和管壁的换热过程按对流边界条件处理,根据相似模拟理论推导出原型和模型之间的相似判据。理论分析结果表明:要满足冻结器原型与模型传热过程的相似性,模型中对流换热系数相似比与几何相似比的乘积应等于冻土的导热系数相似比。试验测试-30℃盐水(雷诺数为533~2 143)强迫对流换热的特征关联式系数。相似模型试验结果表明:当冻结管内盐水为层流状态时,在进行冻结法相似模型试验时除了要对盐水的温度进行设定外,还应按照冷源相似准则对模型冻结器中盐水的流量进行设定。如果盐水流量高于(或低于)该设定值,则模型的温度场将产生偏差。     

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。