特别不规则体型高层钢结构地震模拟振动台试验研究

通过对一特别不规则体型高层钢结构进行了1/12整体模型地震模拟振动台试验,测试了模型结构的动力特性、阻尼比及其在7度多遇、7度基本、7度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反应等,并根据试验结果和相似理论,推导、分析了原型结构的地震反应。最后对原型结构的抗震设计提出了一些改进建议。     

可液化场地桥梁群桩基础地震响应振动台试验研究

针对上覆黏土层、下部饱和砂层结构的可液化场地条件,采用2×2低承台群桩—独柱墩结构,完成了可液化场地群桩–土–桥梁结构地震相互作用振动台试验。试验表明：在小幅震动阶段孔压仅有少量积累,孔压积累主要发生在强烈振动段;孔压随震动幅值增大、持时延长而变得更高;最强烈液化作用滞后于峰值加速度时刻。砂层加速度反应受场地液化影响较大;随着砂层液化的发展,土层位移峰值时刻与输入地震波峰值时刻、土层加速度峰值时刻之间表现出明显的时滞特征,而土层位移对桩的弯矩反应起着越来越明显的作用,且液化砂层位移对桩土相互作用力影响效应已凸显;完全液化砂层的承载力并未全部丧失;无论砂层液化与否,桩与砂层加速度反应规律保持一致;地震中土层分界附近桩的加速度、弯矩出现突变。振动台试验无疑为可液化场地桥梁群桩抗震性能研究提供必要铺垫。     

800t摩擦摆隔震支座振动台试验研究

对适用于大跨结构的大吨位摩擦摆隔震支座进行了振动台试验研究,该支座通过支座的滑动面与滑块之间的摩擦来达到消耗地震能量,通过测试该支座在不同水准地震作用下的地震反应,可以得出,该支座随着地震作用的增大,滞回曲线变得清晰完整,包络面积在增大,耗能能力在增强,最大减振效果达到了64.21%,且模型的结构频率没有因地震作用而发生明显改变,力学及承载性能保持较好。     

非固结锥形隔震支座振动台试验研究

对一缩尺1：4的采用非固结锥形隔震支座的钢框架结构模型进行了水平和竖向单向地震波输入下的振动台试验。通过输入不同类型的地震波,分析上部结构和锥形支座的地震反应。试验结果表明,在8度和9度罕遇地震作用下,上部结构的加速度峰值比输入加速度峰值增加10％～50％,和普通抗震结构相比具有明显的减震效果。由支座的滞回曲线可以看出,上下盖板会在地震作用下产生错动位移,同时挤压粘弹性体消耗地震能量。试验结果表明,非固结锥形隔震支座具有良好的减震性能,对低层建筑结构的减震具有明显的推广价值。     

结构动力反应模拟试验系统的研制

介绍了在结构动力反应模拟试验系统的研制过程中遇到的结构技术难题以及相应的解决办法。其中包括结构自反力体系的概念设计、结构设计与计算、台体稳定分析、动力反应分析等。这一大型抗震试验系统由美国加州通局ＣＡＬＴＲＡＮＳ）、圣迭戈加利福尼亚大学（ＵＣＳＤ）和ＭＴＳ公司联合研制,将用于土木工程中阻尼器、隔震支座装置的足尺和实时动力试验。     

农村房屋地基砂垫层隔震系统振动台试验研究

为研究农村房屋的防震减灾措施,验证地基砂垫层的减震效果,制作了1/4缩尺的1层砌体结构模型,采用大型振动台进行了有地基砂垫层隔震措施与无隔震措施的对比试验。采用自行研制的大型叠层剪切模型土箱,地基土采用粉质黏土,砂垫层采用中粗河砂。进行多工况单向水平激励的模拟地震试验。结果表明:在峰值加速度为0. 1g和0. 2g的El Centro波激励下,地基砂垫层隔震系统主要依靠砂垫层的塑性变形消耗部分地震能量,从而减少了上部结构的地震反应;在峰值加速度为0. 4g的El Centro波激励下,一方面依靠砂土的塑性变形消耗部分地震能量,另一方面由于结构基础与地基土之间的相对滑移运动,限制了地震反应向上部结构的传递;在基础埋深范围内回填砂土的措施既促进了结构基础与地基土之间的相对滑移,又对上部结构的位移反应起到了较好的限制作用;地基砂垫层隔震系统可有效减小结构的加速度、层间位移、层间剪力,在峰值加速度为0. 4g的El Centro波激励下,楼层加速度峰值减小35%,层间位移峰值减小59%,层间最大剪力减小34%。     

近场地震作用下风力发电塔结构振动台试验研究

为研究近场脉冲型地震和竖向地震分量对风力发电塔结构地震响应的影响,以2MW风力发电塔结构为原型,按缩尺比为1/20进行模拟地震振动台试验.选用脉冲型地震Westmorland记录和Chi-Chi记录以及普通地震Taft记录和El-Centro记录作为输入地震动.对比分析结构的动力特性,脉冲效应对结构地震响应的影响,竖向地震分量对结构的地震响应的影响.试验结果表明:在试验过程中风力发电塔结构一直处于弹性工作状态;脉冲型近场地震动对结构的加速度响应、位移响应和应变响应具有显著的影响;竖向地震动分量对塔顶水平加速度响应和水平位移响应的影响较小,但对结构的竖向加速度和竖向位移有显著的影响.因此为提高风力发电塔结构的抗震能力,在结构设计中应更加考虑近场地震的脉冲效应和竖向地震效应的影响.     

Shaking table tests of bridge model with friction sliding bearings under bi-directional earthquake excitations

Abstract

The widespread use of seismic isolation to protect structures from damage has already been proven as an effective and economical method. In order to investigate the seismic performance and isolation effect of isolated bridge with the traditional friction pendulum bearing (FPB) and the novel triple friction pendulum bearing (TFPB), the force–displacement hysteretic relationships of FPB and TFPB were validated by the displacement-controlled tests, and the shaking table tests were carried out on a 1/10 scaled simple-supported bridge model with FPBs and TFPBs under bi-directional earthquake excitations. The effects of the friction coefficients and the radius of the TFPB on the seismic responses were analysed using the extensive experimental results. The experimental data and the numerical results show that the TFPB can be reliably used for the passive device to control the seismic response of the bridge, which could satisfy the demand of performance-based seismic design philosophy in high seismicity regions. In addition, the results illustrate that the bi-directional interaction of the TFPB has effects on the dynamic responses of the bridge. If the bi-directional interaction is ignored, the deck displacements are underestimated, which can be crucial from the design point of view.     

碟形弹簧竖向隔震结构振动台试验及数值模拟研究

提出了一种组合式碟形弹簧竖向隔震支座(DSB),性能试验结果表明,DSB具有较低的竖向刚度和20%左右的竖向等效阻尼比。采用不同地震波进行了1/2比例的基础固定模型及DSB竖向隔震模型振动台试验,试验结果表明,DSB的竖向隔震效果显著,随着输入地震加速度幅值的增加,DSB竖向基础隔震模型的隔震层发生较大的竖向变形,而上部结构的层间相对位移变化不大,输入加速度幅值为0.4g时DSB竖向隔震模型的加速度反应降低了50%以上,结构顶层的位移反应降低了40%以上,具有明显的竖向隔震效果。最后利用有限元分析软件,采用时程分析法对相同工况时模型结构的地震反应进行了数值分析,并与振动台试验结果进行了对比,两者吻合较好。     

基底摇摆隔震桥墩振动台试验与数值模拟研究

为了研究不同构造形式的基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用下的响应规律和抗震性能,提出了设置高阻尼橡胶垫块和线性弹簧的两种基底摇摆隔震桥墩模型。通过振动台试验和数值模拟,对两种摇摆隔震桥墩的地震响应规律和抗震性能进行了对比研究。结果表明:两种基底摇摆隔震桥墩在不同水准地震作用后,桥墩均没有出现严重的破坏,其破坏特征主要表现为限位钢板的弯曲变形和提离约束部件的移位,桥墩呈现出良好的抗震性能;两种基底摇摆隔震桥墩相对于传统桥墩能够显著降低墩顶加速度和墩底应变响应,但墩顶水平位移响应也会相应增加,在摇摆隔震桥墩的设计上,应将墩顶水平位移作为主要设计参数;提出了两种基底摇摆隔震桥墩改进的Winkler两弹簧数值计算模型,通过与振动台试验结果对比,证明了该模型能够较好地模拟两种基底摇摆隔震桥墩的摇摆行为及其地震响应规律。     

大开间短肢剪力墙结构抗震性能研究

对一栋12层一户一开间一进深大开间短肢剪力墙结构的1/10比例模型,采用不同加速度峰值的3种地震波作为激励,进行了模拟地震振动台试验研究,得到了模型结构的自振频率及加速度和位移等反应结果,并对模型结构的开裂部位、裂缝发展和破坏状态进行了观察分析。试验结果表明:在多遇地震阶段,结构未发生明显破坏;在罕遇地震阶段,连梁首先发生开裂,其后部分墙体出现破坏,但结构的整体性能良好。采用有限元软件ABAQUS对该模型结构进行了弹塑性地震反应分析,分析结果与试验结果吻合较好。研究表明,大开间短肢剪力墙结构具有良好的抗震性能,适合在7度抗震设防地区推广使用。最后,对该结构体系的设计方法提出了若干建议。     

大型高性能振动台模拟地震实验室

本文对目前我国最大的三向六自由度高性能振动台模拟地震振动台试验系统进行了介绍，结合投入使用后完成的数十项振动台试验中存在的部分问题，对今后进行模拟地震试验研究提出了一些设想。     

管桩地震反应振动台模型试验研究

通过管桩振动台试验,研究了管桩结构体系在地震作用下的动力响应及内力反应的主要规律.试验结果表明,管桩结构体系的加速度峰值反应在高度上呈“K”型分布,位移反应沿高度呈“S”型分布,在桩身距离桩顶5～6倍桩径处弯矩最大.本试验为管桩的抗震研究提供了试验数据,为工程设计提供了参考.     

软土地基上高层隔震结构模型振动台试验研究

通过对高层隔震结构模型在刚性地基和软土地基条件下进行对比振动台试验,研究软土地基上高层隔震结构的地震反应特性和隔震效果。采用叠层剪切型土箱以减小边界影响,采用粉质黏土作为模型土,考虑基底压力的相似,采用高宽比为4的5层钢框架作为上部隔震结构模型,设计了软土地基上高层隔震结构、非隔震结构以及刚性地基上隔震、非隔震结构的振动台试验模型。试验结果表明：土-结构相互作用（SSI）效应对隔震结构的影响程度较非隔震结构轻;SSI效应显著降低了隔震结构模型的自振频率、增加了体系的阻尼;软土地基上隔震结构能够有效减轻结构的地震反应,但是相对于非隔震结构的加速度反应比值增大,隔震效果降低;SSI效应可能增加也可能减小隔震结构的地震反应,不仅与地震动类型有关还与输入地震动强度相关;软土地基上高层隔震结构基础输入地震动与自由场地震动在反应谱水平上基本一致,采用自由场地震动确定基础输入地震动是可行的,且偏于安全,而非隔震结构基础输入地震动则与地基更深层的地震动接近。     

山地掉层框架隔震结构振动台试验研究

在山地掉层结构的上、下接地层设置橡胶隔震支座,形成山地掉层隔震结构。为研究山地掉层隔震结构的抗震性能,对某8度抗震设防区掉2层1跨的7层钢筋混凝土框架结构以相似关系1∶10制作了振动台试验模型,通过在试验模型底部安装和拆卸橡胶支座的方法分别进行了掉层隔震与非隔震结构模型的振动台试验,对比分析了山地掉层隔震与非隔震结构模型宏观试验现象、频率变化、楼层加速度、楼层位移以及混凝土应变的区别。结果表明：与山地掉层非隔震结构相比,山地掉层隔震结构的扭转效应减小,地震响应得到有效控制,其抗震性能明显高于非隔震结构,且安全储备高;将隔震技术应用于山地掉层结构中是可行的。     

房屋隔震体系的研究与应用

介绍了隔震技术在中国的研究进展与工程应用现状;阐述了一些典型的试验分析与研究成果,包括橡胶隔震支座力学性能试验与隔震房屋振动台模型试验的成果;列举了典型的隔震应用实例,特别是当今世界上最大的混凝土房屋隔震项目;分析了中国的隔震技术规程,以及几种隔震层所在位置不同的隔震结构体系;讨论了隔震结构目前存在的一些问题与未来中国隔震房屋的发展趋势。     

液化场地-群桩基础-结构体系动力响应分析—大型振动台模型试验研究

进行了液化场地-结构体系动力相互作用大型振动台试验,对土体和桩基的加速度反应、饱和砂土层的孔压反应等进行了测试。重点阐述了土体和群桩基础的加速度地震响应特征和饱和土体的孔压发展规律,并对土体侧向变形规律进行了分析。试验研究结果表明：0.05g拍波输入时,土体和桩基对加速度反应有着明显放大作用,土体各处孔压比增长幅度不大,土体侧向位移较小;0.3g汶川地震卧龙台地震记录输入时,桩基加速度反应规律与土体反应基本一致,土体孔压比增长明显,上部土体完全液化;土体水平侧向变形较大。本文成果可为液化场地-群桩基础动力相互作用研究做对比分析和验证数值模拟工作提供参考。     

地震作用下立筒群仓贮料侧压力试验研究

为了研究地震作用下贮料对仓壁侧压力的变化规律,设计制作了立筒群仓结构1/16整体模型,并对其进行了模拟地震振动台试验,测试了模型结构在静态压力作用下以及在7度多遇、7度基本、7度罕遇和8度罕遇烈度地震作用下贮料对仓壁的侧压力值,并与Janssen理论计算值及规范设计值进行比较,得到了在地震作用下贮料对仓壁的侧压力的变化规律,试验结果表明:与单仓相比群仓具有较好的抗震性能,在7度抗震设防地区进行钢筋混凝土筒仓抗震设计时,仓壁按照规范设计值进行配筋是安全的,但需要对仓顶部分进行加强。     

大层高框架结构模型振动台试验

某些大型公共建筑进行抗震加固时由于建筑使用功能的要求难以采用传统加固方式,采用消能减震加固时,可能仅在部分楼层增设阻尼器。主要针对某框架结构的大型公共建筑仅在薄弱层增设黏滞阻尼器进行模型振动台试验,并对模型在地震作用下的地震响应及动力特性进行对比研究。试验结果表明,在薄弱层增设黏滞阻尼器可有效地控制、降低结构的地震反应。