浮放运输货物在冲击载荷下倾覆风险研究

目的 对浮放运输货物在车辆冲击载荷下摇摆特性进行分析和其倾覆风险评价。方法 将浮放运输的货物或包装件简化为刚性质量块,载运车辆建模为具有一定水平加速度载荷的刚性支座,推导出刚性质量块在加速度载荷下的摇摆运动控制方程,通过试验设计测取车辆减速制动工况下冲击载荷波形,建立冲击载荷波数学表达式,采用理论分析方法在近似线性化范围内分析冲击载荷下刚性质量块的动态摇摆特性与倾覆风险。结果 刚性质量块在正向加速度载荷下进入摇摆,响应初始摇摆角度小于0并且倾覆是发生在自由振动状态下;绘制了刚性质量块在半正弦波冲击载荷下最小倾覆加速度频谱,存在一条边界线将频谱划分为安全区和倾覆区;刚性质量块的宽高比和稳定性呈正相关。结论 通过转变为刚性质量块摇摆响应系统问题线性近似研究了浮放运输货物的摇摆特性和倾覆风险。     

大高宽比浮放馆藏文物运动状态影响因素研究

为更有效地探究浮放馆藏文物运动状态的影响因素,采用振动台试验和数值试验探究了单向水平激励下浮放文物运动状态的基本规律。选取质心高宽比为3.7的陶瓷花瓶分别在单向的简谐波和地震波下进行了振动台试验;根据实际尺寸建立了精细化的有限元模型并与试验结果进行对比,并利用验证后的有限元模型,对激励加速度、接触面的摩擦因数及展台面的倾斜度进行参数化分析。结果表明：试件的高宽比、形状,接触面的粗糙度和倾斜度以及激励的频率、幅值特性均是浮放系统运动状态的影响因素,其中运动状态对摩擦因数十分敏感;圆形底面的花瓶在单向激励下容易出现扭转现象,为保证浮放文物的安全,应尽量保持展台面水平。     

脉冲型地震作用下自由摇摆墩的反应特性研究EI北大核心CSCD

鉴于摇摆构件可将地震损伤控制在接触面附近,并具有较好的自复位能力,具备摇摆特性的构件在减隔震研究中日渐受到研究者的重视。为研究在不同形式脉冲激励下自由摇摆墩柱的响应,基于简单激励模型对摇摆墩的反应进行分析,确定了影响摇摆响应的关键参数。结果表明:简单正弦激励幅值增大时,自由摇摆墩更易倾覆;正反Ricker激励作用时,随着尺寸-频率参数的逐渐增大,无量纲加速度也逐渐增大;反对称Ricker激励时,摇摆谱会有较大角度的翻转,即摇摆初期,随幅值增大,可能反而存在激励频率较小的情况。对不同类型地震激励下自由摇摆墩的反应特性进行了分析,统计表明,当高度较大时,墩顶位移峰值与高度关系较小。在此基础上,提出基于“等侧移”摇摆谱的墩设计方法,并给出设计算例,验证所提设计方法的合理性,为摇摆墩设计提供了理论支撑。     

栓绑法固定馆藏文物的抗震有效性振动台试验研究

为研究博物馆所采用量大面广的栓绑法固定馆藏文物的抗震有效性,选取两种典型地震易损文物复制品,开展了文物复制品-固定措施抗震系统振动台试验研究,获得了文物复制品在不同工况下的地震响应及文物复制品与鱼线相互作用响应,并检验了栓绑法固定措施的抗震有效性。建立相应有限元计算模型,并开展参数分析,为进一步补充试验数据、提出量化方法提供必要技术手段。结果表明:有限元数值预测结果与试验结果吻合较好。当地震波加速度峰值较大时,不同类型文物的运动状态有明显区别。文物重心越低,摇摆响应越小,但整体滑移响应增大。与浮放文物相比,采用栓绑法可有效降低文物的摇摆响应及滑移响应,同时适当提高鱼线初始预拉应力可显著降低文物的地震响应和鱼线的内力变化幅度。但当初始预拉应力过大时,对文物作用力较大。对于质地较为脆弱的文物,可在鱼线与文物接触处垫缓冲物来减轻文物的局部损伤。随鱼线初始预拉应力的提高,绑扎鱼线根数对文物运动状态影响减弱。同等条件下,文物高宽比越大,地震响应越强烈,鱼线内力变化幅度越大,宜适当提高鱼线的初始预拉应力达到更好的固定效果。     

高层隔震结构支座受拉界限理论及地震响应分析

针对地震作用下高层隔震结构易发生摇摆倾覆问题,提出考虑支座受拉效应的地震作用界限理论,分析了结构高宽比和支座设计面压对界限地震作用的影响规律,给出了高层隔震结构的高宽比限值。通过大高宽比隔震结构振动台试验,对不同峰值地震作用下的试验结果进行分析,得到EL波和Taft波峰值0.6g作用下边角支座进入受拉状态。将振动台试验结果与数值分析结果及界限理论结果对比,发现理论公式及数值分析与试验结果均具有较好的一致性。最后采用数值分析方法研究了结构高宽比、支座设计面压和地震作用峰值对高层隔震结构支座拉应力及隔震层摇摆效应的影响规律。     

地铁车站钢筋混凝土中柱试件抗震混合试验研究

地下结构抗震性能试验中同样存在缩尺比问题。以地铁车站结构钢筋混凝土中柱为足尺试验对象,进行地铁车站结构抗震混合试验研究。试验中的试验子结构取为车站中柱,该试件采用MTS作动器加载通过OpenFresco从数值子结构获得地震作用;取车站结构剩余部分与车站周围土体为数值子结构,数值子结构采用OpenSees模拟,地震激励由数值子结构底部输入。试验结果显示:随着地震动加速度峰值(PBA)增加,试验构件进入损伤状态,侧向刚度降低;在输入基岩波为上海人工波时,在弹性工作状态下纯数值模型的层间位移和水平剪力与试验结果匹配较好,表明采用的OpenSees,OpenFresco,MTS混合试验系统在测试地下结构地震响应时具有良好的稳定性与准确性。     

随机近场地震作用下风力发电塔结构振动台试验研究

近场脉冲型地震动经常含有较大的加速度峰值及显著的速度脉冲效应,且表现出更明显的不确定性,可能对长周期结构造成严重的破坏。利用近场速度脉冲模型及随机地面运动模型合成了35条基于8度多遇条件下的不同类型随机波样本,按照1/20缩尺比例设计并制作了某2 MW风电塔试验模型,以上述随机地震为试验输入,对模型进行了振动台试验,研究了随机地震作用下风电塔模型结构的响应特性,并对离散性进行了分析。结果表明:模型结构反应表现出显著的离散性,位移反应的变异性沿塔高增加,而剪力反应的变异性随塔高减小;相同幅值脉冲型地震波作用下塔顶加速度、位移及塔底剪力大于无脉冲波,且随着脉冲数量增加,结构反应也呈增大趋势;脉冲型随机波作用下结构加速度响应主要受基本振型控制。     

苏通桥对非一致地震地面运动的反应和人工波质量的讨论

台湾集集地震SMART-II密集台阵的,带有GPS国际标准时间校准的7群非一致地震地面加速度记录,和2群以杂交法针对苏通桥桥位断层和地质构造产生的非一致地震人工地面加速度时程历史作为输入,分析了世界最大跨斜拉桥——苏通桥——对非一致地震地面运动的变形和内力反应。每群地震输入由两个或三个台站的三分量加速度记录组成。还考虑顺桥向与波传播方向、断层走向间不同夹角、大桥是否跨越断层的情况下非一致地震地面运动的反应,并与由每群台站记录中含最大水平地面峰值加速度的记录构成的一致地震地面运动的反应做了比较。比较表明:尽管相应的一致地震输入是由一群台站记录中含最大水平地面峰值加速度的记录组成,苏通桥的半数非一致地震反应仍比相应的一致地震反应大,个别情况的非一致反应甚至比一致反应大得多。因此,苏通桥这样的特大桥的抗震设计应当考虑非一致地震的影响。还提出桥梁设计者应根据桥的动力特性对地震安全性评价提出所需的地震动参数。还检查了有关部门对苏通桥抗震设计提供的人工加速度波的反应谱和互相关系数,结果表明桥梁设计者应当在多方面检查所提供的人工波的质量。     

黄土与地铁车站动力相互作用模型的水平位移及沉降分析EI北大核心CSCD

在黄土场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。基于实测数据对黄土与地铁车站接触动土压力、模型地基竖向沉降及水平位移进行分析,对试验中模型地基地震破坏特点进行描述。结果表明:结构侧面顶部动土压力大于中部和下部,随输入峰值加速度的增大结构侧面土压力均增大;地震动较大时,地基层间剪切位移呈现顶部最大,底部次之,中部最小;地表沉降随输入峰值加速度的增加而增大,西安人工波作用下地表沉降大于松潘波和Taft波作用下沉降;结构上方地表沉降始终小于周围土层,表明结构发生相对上升运动;分析发现,结构顶、底动土压力差提供结构上升运动的内在动力。回归分析表明,地基水平相对位移与土层深度可用三次多项式拟合,两者之间具有较好的相关性。     

黄土与地铁车站动力相互作用模型的水平位移及沉降分析

在黄土场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。基于实测数据对黄土与地铁车站接触动土压力、模型地基竖向沉降及水平位移进行分析,对试验中模型地基地震破坏特点进行描述。结果表明:结构侧面顶部动土压力大于中部和下部,随输入峰值加速度的增大结构侧面土压力均增大;地震动较大时,地基层间剪切位移呈现顶部最大,底部次之,中部最小;地表沉降随输入峰值加速度的增加而增大,西安人工波作用下地表沉降大于松潘波和Taft波作用下沉降;结构上方地表沉降始终小于周围土层,表明结构发生相对上升运动;分析发现,结构顶、底动土压力差提供结构上升运动的内在动力。回归分析表明,地基水平相对位移与土层深度可用三次多项式拟合,两者之间具有较好的相关性。     

非结构构件抗震性能试验方法综述

该文系统总结了各国抗震设计规范中对于结构楼面峰值加速度取值的相关规定。建立了一系列不同设计参数、不同振动周期的钢筋混凝土框架结构的有限元模型,对弹性和弹塑性结构进行了不同强度地震动作用输入下的时程分析。将楼面峰值加速度通过地面峰值加速度归一化,考察了结构各楼层楼面峰值加速度分布情况。结果表明,现行抗震设计规范中对楼面峰值加速度取值的相关规定不能很好地反映其在不同楼层的分布情况,有待进一步的研究。     

Effects of base excitation frequency on the stability of a freestanding rigid block

The behavior of a freestanding block subjected to base excitation is a nonlinear problem. In the past, many researchers have analyzed freestanding blocks subjected to base excitation and reported their findings. However, still more understanding is required to understand excitation frequency effects on the stability of a freestanding block. Detailed experiments and numerical analysis were performed on a parallelepiped blockhaving an aspect ratio of four, for different values of coefficient of friction and base amplitudes. It was observed that base excitation frequency has a predominant role on the motion and hence the stability of a freestanding block. Contrary to the present understanding of the subject, it was observed that initiation of any mode of motion (like sliding, rocking) from rest depends not only on the parameters like amplitude of base excitation,coefficient of friction and aspect ratio, but also on the base excitation frequency. A freestanding system initially at rest shall remain in rest until excited by a base excitation frequency below a particular value.We numerically determined the value of this frequency (termed as cutoff frequency) for different values of coefficient of friction (0.1–1) and base amplitude (0.1–1 g) for a constant aspect ratio of four of a parallelepiped block with square base. Using data generated from numerical analysis, a three-dimensional diagram named as initiation criteria diagram was developed that identifies various regions corresponding to sliding, rocking, slide–rock and rest (no motion) phase for a freestanding block subjected to base excitation. A novel finding was the presence of a region of no motion above a frequency value for any given combination of parameters. The ratio ofthe amplitude of acceleration obtained at the top of the block to the amplitude of applied base acceleration (amplification factor) was calculated for different experimental cases. The dependence of the amplification factor on the base excitation frequency was also studied. Hence, it was concluded that the base excitation frequency plays an important role in determining the stability of a freestanding rigid block.     

摇摆双层桥梁地震反应及抗倒塌能力分析

针对常规延性设计的现浇双层桥梁在地震损伤控制方面的不足,该文提出一种摇摆双层桥梁结构。采用拉格朗日方程和动量矩定理建立了可计算该类摇摆桥梁结构动力反应的刚体分析模型,分析了结构的地震反应,探讨了桥墩宽高比和桥墩尺寸参数等模型参数对其地震反应的影响,并采用脉冲近场地震动数学模型Ricker小波对结构的抗倒塌能力进行了定性和定量的分析。研究结果表明:在横桥向地震作用下,采用工程实际尺寸的摇摆双层桥梁结构在E2地震水准下未发生倒塌且上层结构未见塑性损伤;与远场地震相比,脉冲近场地震更易使结构发生倒塌;给出了结构在Ricker小波作用下的倒塌加速度谱和倒塌模式,结构抗倒塌能力随着桥墩宽高比和桥墩尺寸参数的增大而显著提高。     

独立式石箍窑洞振动台试验研究

根据现场调研,以山西省静乐县典型三连拱独立式石箍窑洞为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶4的模型结构,并对其进行了地震模拟振动台试验,分析了模型结构的自振频率、阻尼比、加速度放大系数、最大相对位移、位移角、底部剪力与耗能等。结果表明：独立式石箍窑洞结构在地震作用下的薄弱部位为边洞洞口处拱顶与中窑腿;随着输入地震波峰值加速度的增大,模型结构自振频率下降,阻尼比上升;模型结构各部位的动力放大系数随着输入峰值加速度的增加变化不大,x向动力放大系数最大处为拱顶,y向动力放大系数最大处为窑顶;输入加速度峰值为70 gal(小震)、200 gal(中震)、440 gal(大震)时,结构最大侧移角均出现在拱顶,分别为1/1618、1/491、1/255,输入峰值加速度为600 gal时,最大侧移角出现在窑顶,为1/102;输入峰值加速度为800 gal时,结构的最大扭转角为0.0037 rad;底部剪力和累积滞回耗能均随着输入地震波峰值加速度的增大而增大。研究结果可为石箍窑洞这一西北传统民居的妥善保护和传承提供科学依据。     

地下空间结构对邻近地上结构地震反应影响振动台实验

大型地下空间结构影响地震波的传播使邻近地震动场发生变化.为研究地上结构地震响应受地下空间结构的影响程度,设计并开展了地下结构-土-地上结构体系(SSSI)和土-地上结构体系(SSI)振动台模型实验,对比研究了在6条不同卓越频率输入地震波下地上结构地震反应的变化规律.实验研究结果表明:地下空间结构影响邻近场地的动力特性,...     

钢管混凝土拱桥台阵试验研究:场地条件的影响

为了研究不同场地条件对钢管混凝土拱桥地震响应的影响规律,以某钢管混凝土拱桥为原型,设计制作1/16缩尺比例模型,依据NEHRP场地分类标准,选取符合不同场地条件的ChiChi地震波,利用多子台积木式振动台台阵系统,完成了纵向、横向、竖向、横向+纵向和横向+竖向一致地震动输入的对比试验。研究结果表明:场地条件对此类钢管混凝土拱桥响应的影响较为显著,结构响应由A类至E类场地逐类递增,结构在E类场地下的响应为A类场地的1.6倍~4.1倍;相对于水平向加速度响应,拱顶竖向加速度响应对场地条件更为敏感,场地条件对竖向加速度的放大作用要高于水平向加速度,在确定设计加速度反应谱时,如果竖向设计加速度反应谱与水平设计加速度反应谱采用相同的场地系数会使竖向加速度反应谱最大值偏小。     

一种抗震性能化设计方法及在防屈曲支撑钢框架结构中的应用

该文围绕防屈曲支撑钢框架结构提出了一种新的抗震性能化设计方法。在选取性能目标时,为了兼顾建筑中结构主体和非结构成分的地震安全,该方法选取了峰值层间位移角、峰值楼面加速度和残余层间位移角共同作为性能目标。以等效单自由度体系的弹塑性时程分析计算结果进行参数分析,掌握防屈曲支撑钢框架结构随基本周期和强度折减系数变化的地震响应规律;根据结构动力学理论将单自由度体系的计算结果推广至多自由度体系;基于此发展出一种新的抗震性能化设计方法。为演示和论证该方法的有效性,该文选取了一栋六层防屈曲支撑钢框架结构的基准模型进行抗震设计,并开展一组地震动作用下的弹塑性时程分析。抗震性能评估的结果表明:由该方法设计的结构能够较好地同时满足多个设计目标的要求。该文的设计方法对于其他类型结构的抗震设计也具有一定的借鉴价值。     

Pushover and shaking table tests on a rocking-governed column-footing model on dry dense sand

Footings are normally used on firm ground. Previous studies have indicated that footings with large vertical bearing capacity have small settlement and recentering characteristics during excitation. The rocking foundation design is, therefore, considered quite suitable for a firm ground condition; however, some 1 g shaking table tests have shown that rocking structures still might have stability problems leading to toppling. In this study, we conducted pushover and shaking table tests on a rocking-governed column-footing model on dry dense sand to investigate the performance of a rocking structure on sturdy ground. Even in a dense soil condition, the structure had a longer period response than in the fixed-base condition, but this did not necessarily reduce the seismic demand on the structure. The major source of rocking isolation is that the maximum acceleration response of the structure is limited by the ultimate moment capacity of the footing; however, it is important to note that extensive rocking may induce a larger permanent rotation, which may influence the functionality of structures, and also may lead to structure instability, such as foundation twisting observed in this study.     

钢管混凝土单圆管拱模型重力失真影响振动台试验研究

为了研究重力失真对振动台试验相似模型地震响应的影响,基于人工质量的混合模型相似理论,以缩尺比为1：10的钢管混凝土单圆管拱结构为试验模型,通过设置5种不同人工质量为重力失真度参数,采用5种不同时间压缩比的地震波及人工波,进行了纵向、横向地震模拟振动台试验。试验结果表明：重力失真对拱结构模型第一阶频率相似的影响显著,重力失真度越大,模型第一阶频率相似系数试验值和理论值之间的误差也越大;输入波的频率比较小时,重力失真度越小的模型加速度响应越大,加速度峰值时间越延后;重力失真度和输入波的频率比对模型横向（Y向）加速度响应的影响要大于纵向（X向）的影响;通过调整模型配重及输入波的频率比,可减小模型的重力失真对加速度响应的影响。     

受相邻上部结构影响的隧道-土体系振动台试验研究

为了研究在上部结构存在下隧道与土体的地震响应规律,以地表建筑结构和地下上下平行隧道体系为背景,在软土场地上进行了隧道-土-相邻上部结构体系振动台试验。先介绍了整体试验的概况,包括振动台性能和模型材料,模型各物理量的动力相似关系,模型结构的尺寸,并参照已有研究选定了模型箱内部的边界条件,模型中传感器的位置以及适合该场地的地震波和加载制度。然后,分别从加速度和变形两方面对上下平行隧道与土的地震响应进行分析。在上部结构存在条件下,试验数据表明:①土体加速度峰值沿深度整体自下而上增大,隧道上部土体的加速度增大明显,随着输入加速度峰值的增大,土体的加速度放大系数减小;②在地震波作用下,上隧道的加速度反应大于下隧道,且上隧道的拱腰、拱脚部分与下隧道的拱肩、拱脚部分应变峰值最大。