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。     

动力试验模型在任意配重条件下与原型结构的相似关系

采用量纲分析法和动力方程法,推导了动力试验模型在任意配重条件下与原型结构的动力相似关系,并介绍了在弹性及弹塑性阶段,如何应用得出的相似关系由模型的试验结果推算原型的动力性能。以两个底部框架砖房1/6 比例模型在不同配重条件下的振动台试验结果及动力分析结果的比较分析,验证了给出的动力相似关系的正确性     

输水隧道动力模型试验中相似比尺规律的探讨

结构动力模型试验与动力模型破坏试验中,保持模型与原型相似的基本要求与处理技巧根据试验目的不同,而有所差别。这里就地下输水隧道考虑流-固耦合的动力模型试验进行理论研究和数值模拟,研究中根据工程的实际及模型试验选料的经济实用性,提出当原型与模型弹性模量不相等时的动力相似比尺是以围岩的弹性模量比来计算的规律。为今后复杂的地下水工结构动力模型的结构动力特性和破坏试验的相似问题拓宽思路,提供有用的参考价值。     

桥梁模型动力相似理论分析

采用结构试验模型的动力相似理论，应用量纲矩阵分析与π定理方法，具体推导了桥梁模型动力的各种相似关系，并且从模态分析理论的位移传递函数出发推导了各模态参数的相似比。     

配筋混凝土砌块砌体结构抗震试验模型设计

提出了配筋混凝土砌块砌体结构抗震性能试验模型的设计方法,分析了配重对相似关系的影响,根据相似比计算,确定模型和原型的相似关系,依据动力相似性原理将原型按1∶4缩尺比进行缩小,设计了一个5层的配筋混凝土砌块砌体结构。通过振动台模拟试验,确定原型与模型的相似关系、模型的配重方案设计、绘制模型的建筑图和结构图,为配筋混凝土砌块砌体结构抗震性能的研究奠定基础。     

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。     

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。     

大型振动台试验模型场地土的配制方法北大核心

基于相似比理论,将锯末和砂两种材料按一定比例混合,配制出了用于大型振动台试验的模型场地土。在相似关系控制方程的基础上,对不同配比的模型土进行了动三轴试验,得到了模型土的动应力-应变滞回曲线。经过数据处理,得到了不同配比模型土的动剪切模量以及相应的动剪切模量比-剪应变和阻尼比-剪应变动力特性曲线。将试验结果与原状土动力性质相比较,最终找出了满足本文相似比理论和振动台试验要求的模型土最优配比。该方法为今后类似的振动台试验模型土的配制提供了借鉴。     

砌体结构墙体模型振动台试验及其动力相似关系

本文介绍了两组不同几何缩比墙体摸型的振动台试验结果,并通过对试验数据的分析和结构参数的识别计算,研究了砌体结构墙体模型在自振特性、破坏形态、恢复力模型和模型的平均剪应力等方面的相似关系,其结果可做为砌体结构模型动力试验的参考。     

高耸钢烟囱环形TLD减振试验设计与模型修正

针对高耸结构环形调谐液体阻尼器减振试验的设计与模型修正展开研究。以某真实高耸钢烟囱结构为原型,采用欠人工质量模型理论设计了动力试验模型,进而建立了集中质量模型和有限元模型进行动力特性分析,并与实际结构进行了对比,从而验证了试验模型的合理性。通过自由衰减试验,测得试验模型的频率和阻尼比,并针对试验中采用的无线加速度传感器,讨论其在高耸结构动力测试中的适用性。建立了基于遗传算法的模型修正方法,在试验数据的基础上,以结构刚度和基底转动刚度为变量,以真实结构静动力特性为目标,通过编制程序开展了数值模拟研究。研究结果表明:所设计的试验模型满足相似比关系,并且能够在一定程度上反映真实结构的动力行为;基于遗传算法的模型修正方法,仅需50代遗传计算即能收敛,是一种高效的数值模型修正方法。研究为进一步开展高耸钢烟囱环形调谐液体阻尼器减振试验提供了试验模型和数值模型。     

动扭剪荷载作用下粉煤灰动力特性试验研究

通过动扭剪试验研究饱和粉煤灰的动孔隙水压力特性、动强度特性以及振陷变形特性。饱和粉煤灰在动扭剪试验过程中,随着轴向变形的发展,孔隙水压力呈双曲线型逐渐上升,饱和粉煤灰的动强度及变形特性与饱和黄土非常相似;同时,分析干密度、固结应力对粉煤灰动力特性的影响。     

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。     

浅埋隧道施工对上覆地层变形影响的试验研究

以浅埋隧道近接施工引起上覆地层的变形为研究对象,引入透明土试验技术和粒子图像测速技术(简称PIV技术),设计开展了隧道开挖对地层变形影像的透明土模型实验,并且考虑了隧道分部开挖过程中地层变形的动态变化情况。采用量纲分析法推导出模型试验的相似准则,并基于该相似准则设计了隧道开挖模拟试验模型箱,对不同隧道埋深工况进行了隧道开挖模拟,得到了竖直平面内地层沉降分布结果。研究结果表明,基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展浅埋隧道开挖模拟试验研究,上覆地层沉降的演变过程与隧道掌子面推进时的相对位置具有密切关系。     

地铁车站结构振动台试验中模型箱设计的研究

介绍笔者在对软土地铁车站结构进行振动台模型试验的过程中,在模型箱设计方面遇到的技术难题及其解决途径。主要包括在确定几何相似比时,通过论证分析提出了对量值极大的车站结构长度可行的简化方法,及对原型半无限体场地土的模拟范围;在选定模型箱结构的外形与构造时,借助有限元分析论证了可不与模型土发生共振的箱体构造;对箱体边界,通过对刚性侧壁内衬塑料板使模型土可较好模拟原型土的变形等。上述措施对试验获得成功起到了保障作用,对同类试验也有参考价值。     

考虑三维地震动作用下振动台试验隔震层简化

基于等效原则、相似理论,考虑三维地震动作用下振动台试验中原型结构隔震层的简化,并对模型结构隔震层进行系统研究。针对不同高宽比隔震结构,提出完全等效简化方法和部分等效简化方法,包括隔震垫等效、模型支座参数及坐标确定、相似关系确定等。利用不同高宽比隔震结构振动台试验,结合有限元数值模拟,进行方法验证。理论推导与数值模拟证明简化方法具有良好的准确性,且在误差允许范围内,简化后的隔震层所获得的加速度、速度、位移等动力特性与简化前相同,可以用于振动台试验模型设计。     

动力排水固结模型试验设计研究

以广州国际会展中心一期工程动力排水固结软基处理项目为工程背景,根据相似理论并考虑实际工程因素,推导了模型试验相似判据,依此进行模型试验设计,在模型试验制作实施中,给出了模型试验箱制作、模型土层模拟、加载系统模拟、测试系统模拟、研制了数字控制及数据采集系统,给出了试验测试方法,并进一步进行了贴近实际施工工艺的室内模型试验,使动力排水固结加固机理的研究更加深入.     

黄草坪2#隧道洞口段减震措施的大型振动台模型试验研究

 以国道318线黄草坪2#隧道进洞口段为原型,开展减震措施的大型振动台物理模型试验研究。首先系统介绍整个试验方案,包括试验装置、模型相似设计、模型箱体设计、相似材料设计、测试方案和地震输入及加载制度。然后,结合试验结果对洞口段减震设防区域进行研究,对横向减震层、纵向减震层以及加固围岩等措施的减震效果进行分析。试验结果表明,一般从模型洞口进入洞内120～150 cm(对应原型48～60 m)后,地震反应逐步趋于平稳,该范围是隧道减震设防的重点区域。设置横向减震层和系统锚杆加固围岩均能有效减少衬砌的动土压力和加速度反应,而且加固围岩的效果相对弱于设置横向减震层。通过合理设置纵向减震层间距,可将衬砌动应变量级降低至工程安全可接受水平。最后提出,对山岭隧道洞口段进行地震安全设计时,应该在上述认识基础上采取综合减震措施。     

水下爆炸离心机试验中爆炸荷载的缩比关系研究

水下爆炸原型试验受到场地环境等多种因素的制约,离心机缩比试验为研究结构在水下爆炸作用下的破坏提供了新的思路。离心机缩比模型试验通过放大一定倍数的加速度对模型进行缩比,同时模型在几何布局上缩小相应的比例达到与原型试验的几何相似。文章首先建立80kgTNT装药水下爆炸数值模型,并将计算结果与原型试验进行对比,确定合理的比例爆距观测点,验证模型可靠性,继而采用相同的材料参数与建模方式建立1gRDX装药(等效1.62gTNT装药)在不同离心加速度条件下的水下爆炸缩比试验数值模型,并将计算结果与离心机试验结果进行对比,讨论相似率在水下爆炸离心机缩比试验中的应用,研究不同的物理量在离心机试验中的缩比关系以及附加离心加速度对缩比试验中水下爆炸动态荷载的影响。     

自密实混凝土（SCC）简支梁的试验研究

对三根采用自密实混凝土（SCC）制作的钢筋混凝土简支梁进行了静载试验,通过理论计算、试验实测数据和有限元软件ANSYS建模计算,对比分析了采用scc的钢筋混凝土简支梁的受弯性能,得出了SCC的一些力学性能,试验研究表明,SCC与普通混凝土性能相似,构件的受弯性能能很好的符合规范要求。