地震载荷作用下岸桥结构单参数畸变相似模型研究

据动力相似理论设计合理的缩尺模型,用振动台模型对岸桥结构进行动力学试验分析。设计中的缩尺模型各构件(梁)长度可基于原形尺寸由相似比尺推导获得,而梁截面厚度却不能与长度按同一比尺缩小,致使模型产生畸变。采用有限元预测系数法获得畸变模型的动响应预测系数从而可预测原型的动态特性。为验证用该方法所得预测系数的有效性,以相似理论制作缩尺模型并使截面厚度产生畸变,对畸变模型进行锤击模态及地震振动台试验分析。结果表明,试验结果与有限元计算结果相近,结构发生最大加速度、应变位置相似,表明畸变预测系数合理。     

基于振动台试验的岸桥地震动态特性研究

岸边集装箱起重机(岸桥)的大型化使其更易遭受自然灾害,研究大型岸桥结构地震响应特征和破坏形式是当前急需解决的问题。受试验条件限制,目前还无法对岸桥原型进行地震动力学试验,有限元仿真分析是目前使用最广泛的方法,但其结果的可靠性还有待商榷。针对某一大型岸桥结构进行有限元建模并进行一系列不同地震载荷工况下的时程分析,结合缩尺模型振动台地震模拟试验,综合分析岸桥结构的地震动态特性。试验结果分析能为岸桥的抗震研究及减隔振处理、模型试验提供参考依据。     

地震载荷下岸桥跳轨相似模型研究

为了提高地震载荷下岸桥跳轨研究结果的准确率问题,基于简化的岸桥跳轨运动方程推导了岸桥原型与模型之间的相似关系,建立了岸桥的动力学相似模型,制作并开展了1∶20岸桥比例模型的振动台试验,研究了不同地震波载荷条件下的试验模型监测点的响应值,分析了不同工况条件下岸桥轮轨压力随时间变化的规律,测试了岸桥比例模型在振动试验中的跳轨响应结果,最后结合有限元方法将试验结果与仿真结果进行了对比。结果表明:振动台试验中模型跳轨响应结果与有限元仿真中出现的跳轨的情况吻合,基于跳轨运动方程建立的相似关系是准确可靠的。该研究为大型结构相似模型设计提供了一种理论参考。     

地震模拟振动台试验模型相似设计中的材料弹性模量取值问题研究

为了提高结构地震模拟振动台试验的精度,采用实常用模型材料的力学性能试验与规范计算理论分析相结合的方式,对混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟振动台试验模型相似关系设计中的材料弹性模量取值方法进行了系统研究,推荐了混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟相似关系设计中材料弹性模量的合理取值方法。试验与分析结果表明：模型材料弹性模量的试验值与原型材料弹性模量的规范值可能会存在较大差异,造成模型相似关系中的模型与原型弹性模量比过小,使振动台试验结果失真。因此,当混凝土结构振动台试验模型采用微粒混凝土或砂浆材料浇筑时,模型材料与原型混凝土材料的弹性模型应统一采用规范提供的拟合公式根据材料立方体抗压强度计算得到;当砌体结构振动台试验模型采用小型混凝土砌块制作时,模型材料弹性模量应采用规范拟合公式由材料试验确定的砌体抗压强度设计值计算得到;钢结构地震模拟相似关系中的弹性模量比可采用1.0。以上结论可为不同结构地震模拟振动台试验的模型相似关系设计提供理论依据。     

多维地震激励下人字形桥梁地震模拟振动台试验研究

为研究人字形桥梁在地震作用下的动力响应,以某人字形桥梁为原型,制作了一座相似比为1/20的模型桥梁,采用El-centro波对其进行了不同地震烈度的多维激励地震模拟振动台试验和有限元分析。研究结果表明：随着地震烈度的增加,模型结构自振频率降低阻尼比增大;桥墩墩顶顺桥向加速度响应基本不受竖向地震分量影响;计算桥墩墩底应变响应时进行水平双向地震激励即可满足要求;梁体跨中竖向加速度响应,主梁和分支梁间的伸缩缝宽度取值,伸缩缝处的碰撞响应等均与地震波输入维度有关。因此,对于人字形桥梁在进行抗震设计时应针对不同的设计目的对其进行选择性的多维地震激励。     

170 kV中性点电抗器地震模拟振动台试验研究

为研究用于特高压变电站的170 kV中性点电抗器的抗震性能,对1台真型170 kV中性点电抗器进行地震模拟振动台试验。通过输入白噪声随机波和标准时程波,得到试件的动力特性和在峰值加速度分别为0.15g、0.3g和0.4g地震作用下关键部位的加速度、应变和位移响应。试验结果显示,170 kV中性点电抗器基频为13.27 Hz,高压套管基频为5.85 Hz;试件高压套管升高座动力放大系数大于规范要求值;在设计基本地震加速度为0.4g的标准时程波作用下,高压套管、中性点套管及储油柜连接部件最大应力均满足要求。试验结果表明,170 kV中性点电抗器主要部件设计强度满足设计基本地震加速度0.4g的抗震要求,但高压套管及储油柜位移较大,设计时应考虑位移对导线的牵引作用。     

复杂博物馆隔震结构地震模拟振动台试验研究

云南省博物馆结构处于地震高烈度地区,其结构形式为复杂超限非规则的型钢混凝土结构,对于这种具有特殊功能的建筑结构采用隔震技术具有十分重要的意义。为了确认该博物馆隔震结构的隔震效果及损伤破坏机理,对1:30的缩尺模型开展了振动台模型试验研究。主要对隔震与非隔震模型结构的动力特性及其在多遇地震、罕遇地震下的地震反应进行测试与比较。试验结果表明:隔震结构在不同性能水准地震作用下动力特性稳定,减震效果较好,上部结构水平向各层峰值加速度小于台面峰值加速度;隔震结构的加速度反应要小于非隔震结构,结构各层变形满足规定要求限值;结构扭转反应较小,整体没有发生破坏;罕遇地震作用下隔震支座滞回曲线均匀饱满,支座没有发生损伤。隔震技术能很好的在大型复杂博物馆结构中应用。     

小半径曲线桥振动台试验模型设计与试验研究

针对某小半径曲线桥,设计1/16的缩尺模型,开展考虑桩-土-桥梁结构动力相互作用的振动台试验研究。主要对振动台试验的模型设计和试验的实施进行阐述,通过对试验部分结果和现象进行分析,初步得出桩-土-结构体系的振动响应规律,探讨了小半径曲线桥破坏特征与破坏模式。结果表明:随着输入地震动强度的增大,结构的频率整体呈下降趋势,阻尼比整体呈增大趋势;结构的加速度反应从桩基底部向上至桥面,随着高度的增加整体呈增大趋势;桩基顶部应变和动土压力幅值最大,墩柱应变大于桩基应变;试验过程中观测到了桥体扭转反应,试验也展现了落梁、支座脱落、裂缝贯穿、局部混凝土压碎等震害现象。     

近断层高架连续梁桥地震易损性与振动台试验研究

与远场地震动相比,近断层地震动长周期成分丰富、存在速度大脉冲效应,对柔性结构桥梁具有更高的震损能力。高架连续梁桥是一种常见的桥梁结构型式,距离断层较近时在地震中可能会发生更为严重的破坏。以一座典型四跨高架连续梁桥为例,对比了远场地震动和含速度脉冲近断层记录输入下的地震易损性规律,并通过缩尺模型振动台试验得到了典型近断层地震动输入下的动力响应。结果表明：与远场或设计地震动相比,含速度脉冲的近断层地震动输入下高架连续梁桥的地震易损性更高,在分析桥梁系统易损性时应综合考虑桥墩和支座的损伤指标,振动台试验结果验证了典型近断层地震动输入下高架连续梁桥动力响应更大。     

地震模拟振动台扩展系统理论分析及试验研究

为利用单振动台进行空间大跨度结构动力试验,提出地震模拟振动台扩展系统概念。根据达朗贝尔原理对系统子台进行动力平衡分析,建立振动台扩展系统理论分析模型,通过考虑振动过程中上部结构对子台的动力影响,合理确定动力方程关键参数,改变系统参量可实现结构多点激励研究。设计并制作振动台扩展系统,试验结果表明,系统子台反应有明显时滞、增幅效应。试验及算例表明,本文理论正确,方法可行,对地震模拟振动台试验系统的发展有实际意义。     

偏压隧道模型振动台试验与数值模拟研究

根据动力模型试验相似关系,设计了一个比尺为1∶10的偏压隧道模型,开展大型振动台模型试验,研究地震作用下偏压隧道加速度动力响应规律,模型试验以汶川波作为输入波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种加载方式。利用MIDAS/NX有限元软件进行数值模拟,并与模型试验结果对比分析。研究表明:衬砌测点的加速度时程曲线与输入地震波特征相似,卓越频段和傅氏谱谱值都增大。X向激振时,加速度放大效应不明显且放大系数随激振幅值的增大而略有减小;竖向波对衬砌加速度动力响应影响明显大于水平地震波,表现为加速度放大效应显著;XZ双向激振时,相比于单向波而言测点加速度放大系数有增大、也有减小,与测点位置有关,临近边坡侧测点竖向加速动力响应较大,非偏压侧拱脚和拱顶是抗震设计的重点;数值模拟与试验结果在变化趋势上相近,数值上拟合程度高,在输入Amax0.2g时,模拟结果误差较小,随输入加速度峰值的增大误差增大。     

不同地震分量对岸桥动力响应影响的振动台试验研究

在岸桥的地震研究中,地震激励可以分解为空间坐标系中三个相互垂直的分量。结合地震灾害与岸桥结构的自身特性分析,并通过有限元仿真计算确定沿大梁方向水平地震分量(X向)对岸桥结构地震响应的影响最大。以此为基础提出地震输入简化方式,即在后续的仿真计算与模型试验中只需输入X向地震激励。最后进行相似模型振动台地震模拟试验验证,试验结果表明,在岸桥地震研究中采用所提出的地震输入简化模型是可行的。     

不同地震分量对岸桥动力响应影响的振动台试验研究

在岸桥的地震研究中，地震激励可以分为空间坐标系中三个相互垂直的分量。结合地震灾害与岸桥结构的自身特性分析，并通过有限元仿真计算确定沿大梁方向水平地震分量（X向）对岸桥结构地震响应的影响最大。以此为基础提出地震输入简化方式，即在后续的仿真计算与模型试验中只用输入X向地震激励，最后进行了相似模型振动台地震模拟试验验证，试验结果表明，在岸桥地震研究中采用文章所提的地震输入简化模型是可行的。     

独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟

以山西省静乐县的某独立式石箍窑洞为原型,制作1/4缩尺的三跨试验模型,对其进行了地震模拟振动台试验,分析了地震作用下窑洞模型的破坏过程及破坏形态。在试验研究基础上,采用ABAQUS软件建立独立式石箍窑洞的有限元模型,将模拟得到的动力特性、动力响应和地震损伤结果与试验结果进行了对比分析,验证了有限元模型的合理性,进而基于对原型结构的有限元模拟,分析了覆土厚度、拱跨数和拱矢跨比对窑洞模型受力性能的影响。结果表明：独立式石箍窑洞在地震作用下主要发生砂浆灰缝开裂破坏,开裂最严重的部位为洞口拱顶和侧墙与背墙的连接处;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,能够较好地反映地震作用下窑洞模型的受力性能;窑洞模型的纵墙刚度大于横墙,加速度和位移响应随输入峰值加速度的增大不断增大;随着覆土厚度变薄和拱矢跨比减小,窑洞模型的抗震性能增强,但拱跨数对窑洞模型的抗震性能影响较小。     

型钢混凝土异形柱框架地震模拟振动台试验及数值模拟

为研究型钢混凝土异形柱框架的抗震性能,对1/4缩尺空间框架模型进行了地震模拟振动台试验,观察了模型在不同烈度地震作用下的破坏情况。采用OpenSees程序建立有限元模型进行动力分析,通过模型的动力特性、加速度反应及位移反应的对比,计算结果与试验结果吻合较好,进而对结构的楼层位移和层间位移角沿高度的分布及构件的应变和弯矩-曲率滞回曲线进行了分析。结果表明:型钢混凝土异形柱空间框架地震破坏时梁端先于柱端形成塑性铰,整体变形呈剪切型;与L形角柱及十形中柱相比,T形边柱受力更为不利;与中框架梁相比,边框架梁受力更为不利。     

半周负刚度摩擦阻尼装置振动台试验研究

对具有负刚度特征的半周负刚度摩擦阻尼装置进行了振动台试验,以某四层钢结构框架为减震研究对象,分别在钢结构框架的一层和二层布置半周负刚度摩擦阻尼装置,研究了在不同地震动工况下结构的地震响应。结果表明,半周负刚度摩擦阻尼装置可实现结构的位移与加速度响应双重控制,安装在结构变形较大位置会获得更好的振动控制效果。     

新型钢滚轴及混合隔震结构地震模拟振动台试验研究

针对一种新型钢滚轴隔震支座进行研究,分别设计制作了一组钢滚轴隔震支座和一组摩擦摆隔震支座,并完成了某两层钢框架的固结、纯滚轴隔震、滚轴+MR被动阻尼器混合隔震和摩擦摆隔震模型的振动台试验。研究了各模型在地震加速度峰值为0.10 g、0.20 g的3条地震波作用下的结构响应,试验结果表明:新型钢滚轴隔震支座的隔震效果优于摩擦摆隔震支座,纯滚轴隔震模型和滚轴+MR被动阻尼器的混合隔震模型均可降低结构加速度反应56.1%～80.8%,且合理的优化混合阻尼隔震体系的阻尼值可使隔震效果更佳。同时,采用MR阻尼器的混合隔震模型较纯滚轴隔震模型可降低隔震层位移反应58.7%～87.4%,且随着阻尼值的增大其控制效果更好。因此,将新型钢滚轴隔震支座与阻尼装置配套使用的方法有效可行,在充分发挥滚轴隔震支座隔震效果的同时避免了结构隔震层位移过大的问题。     

大型岸桥地震反应分析中阻尼模型的讨论

以现有的条件无法对大型结构进行地震试验,只能采取缩比模型试验配合有限元时程分析。以某岸桥结构为例,进行时程数值计算时阻尼模型在很大程度上影响计算的精度。采用工程上最常用的4种不同Rayleigh阻尼模型对岸桥1:15缩比模型进行了时程动力分析,并同振动台地震模拟试验所得的试验值进行了比较,选出与试验结果最相近的阻尼模型。将该阻尼模型用在岸桥原型的动力时程分析中,将所得结果进行相似系数变换后,与缩比模型试验结果进行比较。结果显示岸桥原型采用该阻尼模型进行动力时程分析与试验之间的误差在许可范围之内,说明采用该阻尼模型是正确的,同时也验证了缩比模型的可靠性。     

地震模拟振动台控制系统的发展

地震模拟振动台试验多采用离线迭代控制(ICS)实现波形的高精度复现,然而,多次迭代将对易损试验体造成累积损伤,同时,非线性试验体连续变化的动力特性将导致离线迭代控制出现精度下降的问题。针对上述问题,提出了一种基于系统矩阵修正的高精度在线迭代控制方法(HRICS)。该方法利用地震动加载过程中的实测数据在线识别系统矩阵,进而选择修正策略,并采用矩阵精度评价指标评估系统矩阵识别精度,若满足精度要求,则采用基于帧或者频率点的修正策略更新系统矩阵,最终使响应信号能够高精度地复现目标波形。通过振动台模型试验验证HRICS方法的有效性,并通过数值模拟研究HRICS方法的在非线性试验体下的控制性能。试验结果表明：HRICS采用频率点修正策略能获得最佳的控制效果;HRICS方法对目标信号的再现精度明显高于ICS方法第一次迭代后的结果。

     

地震模拟振动台多向扩展系统

为利用单振动台实现大跨度空间结构多维多点激励的振动台试验研究,提出地震模拟振动台改向扩展系统概念。结合曲杆机构改变地震波传递方向的特性,对地震模拟振动台扩展系统进行结构动力分析。根据多点激励理论,考虑上部结构惯性力对子台的作用,推导出子台等效质量的计算公式。在谐波荷载作用下,给出多向扩展系统动力响应的解析式。研究表明,多向扩展系统能有效改变地震波的峰值加速度、相位和传递方向,是一种利用单振动台实现大跨结构多维多点激励试验研究的有效方法。算例结果验证了本文理论的正确性,为振动台多向扩展系统的研制提供理论依据。