穿斗式木构架结构与轻型木结构抗震性能振动台试验研究

通过1∶2比例穿斗式木构架结构和轻型木结构模型的振动台试验,对这两种结构的抗震性能进行了研究。结果表明：穿斗式木构架在峰值加速度在0~0.5g的地震激励下,柱顶水平加速度反应会减小,动力放大系数在0.46~0.57之间,柱顶位移会增大,在输入峰值加速度大于0.4g后,柱与础石之间会产生较大的滑移,卯榫节点也会产生较大变形,从而耗散大量的地震能量,使得该结构具有明显的减震效果;轻型木结构模型则在峰值加速度大于0.4g地震激励下,柱顶加速度动力放大系数大于1,且轻型木结构模型在峰值加速度0.5g地震激励下,仍处于弹性状态。     

穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明：随着地震峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,各层加速度放大系数介于0.286~1.383之间;浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用,第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显;当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时,模型晃动剧烈,最大层间位移角分别为1/65和1/35;当输入峰值加速度增至0.50g时,模型依然没有倒塌,表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。     

芦山地震中木结构的震害调查研究

在我国的广大农村,特别是西南地区村镇中,存在有许多木结构房屋建筑,而在此次芦山地震中,震区的很多木结构房屋破坏严重。本文通过对芦山地震中木结构的震害调查分析,提出目前常用村镇木结构房屋在抗震安全性方面存在的不足,并给出土木结构、砖木结构在此次地震中的震害表现和原因,对灾后重建及今后的村镇木结构房屋建造提出了具体的建议。     

五层梁柱式胶合木结构振动台试验研究

为研究多层胶合木结构的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的五层梁柱式胶合木结构模型,并对增设屈曲约束支撑和木支撑前后的结构模型开展了振动台试验。试验结果表明：纯框架模型抗侧刚度过低,在7度多遇地震作用下纵、横向的最大层间位移角分别达到1/145和1/175,不宜在地震区采用;增设支撑后,模型的基频大幅提高、位移响应显著降低,在7度多遇、基本和罕遇地震作用下的层间位移均满足《多高层木结构建筑技术标准》（GB/T 51226-2017）中弹性和弹塑性位移角限值要求;增设木支撑的横向框架在8度罕遇地震作用下,绝大多数木支撑发生断裂破坏,最大层间位移角达到1/11,但结构并未发生倒塌且梁、柱及节点无明显损伤;增设屈曲约束支撑的纵向框架在8度罕遇地震作用下主体结构无明显损伤,仅在支撑连接板处出现了少量局部的平面外屈曲。屈曲约束支撑和木支撑起到了第一道抗震防线的作用,有效保证了胶合木结构主体框架的安全;在合理设计的基础上,梁柱-木支撑和梁柱-屈曲约束支撑的梁柱式胶合木结构体系均可满足8度区抗震设防要求。     

双向水平地震作用下六层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构振动台试验研究

为反映多层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构在水平地震作用下的受力性能,分别对施工阶段及正常使用阶段的六层房屋足尺模型开展双向地震动输入的振动台试验,试验中考虑了8度多遇至8度罕遇等7个地震烈度(0.07g～0.40g)。通过对比其破坏特征、动力特性、位移和应变响应,研究非结构构件对整体结构抗震性能的影响并进行楼盖刚性判定和房屋扭转响应分析。研究结果表明：在水平地震作用下模型的主要破坏特征为轻质墙面板螺钉连接破坏;蒙皮普通墙体与钢板剪力墙共同抵抗水平剪力,提高了结构的抗震性能;随输入加速度峰值增大,结构的自振频率降低,位移响应及立柱应变提高;冷弯薄壁型钢梁-压型钢板覆水泥纤维板组合楼盖可判定为刚性楼盖;结构扭转响应较小;在8度多遇及8度罕遇地震作用下,结构最大层间位移角分别为1/505、1/100,满足规范规定的弹性及弹塑性层间位移角限值1/250及1/50的限值要求,多层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构具有良好的变形能力和抗震性能。     

木框架结构震动台实验研究

为了研究木结构抗震性能、地震反应特征和破坏特征,将带消能节点的两层木框架结构模型进行模拟地震振动台实验.此模型为上下2层,层高均为1m,平面尺寸为3m×3m,总高度为2m.实验结果及理论分析表明:模型结构的自振频率随着地震强度的增加而降低；模型结构的加速度、位移以及阻尼比随着地震强度的增加而逐渐增大;结构在受到较大强度的地震作用后进入塑性阶段；模型结构的阻尼比较弹性状态有大幅度的提高,耗能能力显著增强.     

传统楼阁式木结构塔振动台试验研究

以7层传统楼阁式木结构塔为研究对象,对一个缩尺比例为1/5的木塔模型进行了振动台试验。试验中考虑了7度多遇至8度罕遇烈度水平,得到了不同水准地震作用下结构的加速度响应、位移响应和层间剪力分布等,并运用模态分析和系统识别理论识别了结构的动力特性。研究结果表明:模型结构1阶模态阻尼比大于10%,加速度放大系数在0.5~1.0之间;模型结构最大位移角发生在柱架层,7度基本地震作用下结构最大层间位移角为1/52,震后结构自振频率没有明显降低;7度和8度罕遇地震作用下最大层间位移角分别为1/24、4/91,震后结构1阶频率下降了17%,模型仅在局部散斗和栌斗处发生横纹劈裂和梁柱榫卯节点轻微拔榫,其余构件未发现明显破坏,说明传统木结构具有良好的抗震性能。     

木板夹芯房屋抗震性能试验研究

新疆是我国地震频发地区,在历次地震中当地的传统民居会遭受不同程度的损坏.为了解当地木板夹芯房屋的抗震性能,设计了一个1/4缩尺比例的单层木板夹芯房屋模型振动台试验,研究模型结构在各个工况作用下的结构动力特性、加速度和位移反应等.试验结果表明:在8度多遇地震(加速度峰值110gal)时,模型门窗洞口薄弱位置开裂,自振频率和刚度明显下降;在9度罕遇地震(加速度峰值620gal)时,模型上下两道木圈梁出现了明显的开裂,但木柱与墙体的横向木板连接稳固,结构整体性完好,此时模型的位移角为1/23.由此可知,木板夹芯房屋满足新疆大部分地区"大震不倒"的8度抗震设防要求.     

轻型木结构房屋足尺模型低周反复加载试验研究

通过9个轻型木结构房屋足尺模型(墙角无抗拔锚固件)和1个单片木框架剪力墙的低周反复加载试验,研究整体轻型木结构房屋中底层墙体的破坏模式及抗剪强度、位移、刚度、延性和耗能等力学性能指标。试验表明:在水平荷载作用下整体房屋中的墙体破坏主要发生在钉连接处,墙骨柱上拔较小,墙体的极限承载力约为设计值的2.6至3倍;整体结构中上部墙体和竖向荷载的共同作用虽能提高底层墙体的刚度,但同时也降低了其极限位移与屈服位移,使其耗能性能变差。单片墙体试验结果与整体结构中的墙体试验结果有较大区别,研究结果表明:房屋的整体作用不仅可以有效限制墙骨柱的上拔,还能提高墙体的极限承载力,并能使其更好地发挥抗震性能。建议在设计中考虑房屋的整体作用,减少抗拔锚固件的设置。     

混凝土多孔砖砌体模型房屋抗震性能试验研究

混凝土多孔砖是近年来兴起的新型承重墙体材料。为了掌握混凝土多孔砖砌体房屋的抗震性能,拓宽其应用范围,本文采用基于位移控制的多点地震波输入的拟动力试验方法,开展了一个8层24m高混凝土多孔砖砌体1/2比例模型房屋子结构拟动力试验。研究表明,模型房屋主要呈剪切破坏形态,墙体的裂缝形式及模型房屋地震破坏形态与普通粘土砖砌体房屋基本相似;模型房屋的滞回曲线呈反S型,具有明显的捏拢和滑移效应;模型房屋的延性系数为2.43,模型房屋具有良好的水平承载能力。因此,模型房屋能够满足7度抗震设防的“小震不坏”和“大震不倒”的要求,而采用《混凝土多孔砖砌体结构暂行技术规程》(DB 43/172—2003)及《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)规定的相应构造措施的混凝土多孔砖砌体房屋在6度抗震设防区可建到8层24m高。     

传统穿斗木结构榫卯节点附加黏弹性阻尼器振动台试验

通过对一个两层、足尺、长宽高为3.8m×3.6m×3.9m的穿斗式木结构房屋模型的榫卯节点附加黏弹性阻尼器进行振动台试验,研究了结构的抗震性能,并对0.07g、0.4g两种峰值加速度下进行了榫卯节点附加阻尼器和未附加阻尼器的进行了振动台对比试验。试验结果表明：榫卯节点附加了黏弹性阻尼器后节点刚度增大,减小了半刚性榫卯节点的转动能力,并使结构在地震激励作用下的变形恢复能力得到了大幅提高,经过多次重复地震,即使经历0.95g的地震激励后,结构模型也未发生明显倾斜破坏;结构一层柱顶榫卯节点最先发挥减震耗能作用,动力放大系数随着地震激励增加呈减小趋势,由于结构两个方向刚度及质量分布的不均匀,X、Y方向动力放大系数有差异,X方向动力放大系数在1.2519~0.7775之间,Y向1.8779~1.1152之间。榫卯节点附加黏性阻尼器达到了小震下减小层间位移角,大震下增强榫卯节点变形恢复能力的目的。     

铁路圆端空心高墩振动台模型试验研究

为研究不同水准地震下铁路圆端空心高墩震损模式和动力响应特征,以单线铁路40m圆端空心墩为研究对象,进行了3个1/6缩尺桥墩模型振动台试验,并与同类桥墩拟静力试验比较。结果表明：地震下桥墩损伤模式与拟静力结果存在显著差异,相同墩顶位移角下动力试件裂缝沿整个墩身分布,而拟静力试件裂缝主要集中在约2/3墩高范围内;振动台试件除在墩底倒角上缘附近形成明显塑性区域外,受高阶振型影响,墩身中上部仍出现较密集裂缝,为圆端空心高墩潜在塑性铰区;随着输入地震动PGA的增加,桥墩阻尼比、加速度、位移及应变响应增大,损伤累积导致自振频率和墩顶动力放大系数减小;桥墩在0.15g～0.2gPGA下开裂,0.45g～0.5g时首次屈服,0.55g～0.6g时进入等效屈服,最大工况0.8g或0.9gPGA下墩顶位移角为1.18%～1.48%,此时构件进入非线性状态;罕遇地震下试件DB-2(体积配箍率ρs=1.268%)抗震性能最优,试件DB-1(体积配箍率ρs=0.630%)次之,试件DB-3(体积配箍率ρs=0.270%)延性较差、易发生脆性破坏。     

内嵌砖墙穿斗木结构振动台试验研究

为研究南方地区传统砖木结构民居的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的内嵌砖墙穿斗木结构模型,通过振动台试验对模型结构的破坏形态、动力特性、加速度及位移响应进行了分析.结果表明:7度多遇地震时,木构架与内嵌砖墙连接良好,内嵌砖墙显著增加了木构架的抗侧刚度,结构位移反应显著减小,纵、横向最大位移角分别为1/1360和1/1...     

建筑物不均匀震陷机理的振动台实验研究

设计实现了结构-地基相互作用的振动台实验,研究了不均匀震陷机理。实验中结构和地基土均匀分布,输入单方向水平加速度时程,得到了结构和土体中加速度、动应力和不均匀震陷的分布并总结了其规律。实验表明:(1)结构基底地震动与自由场相比相差很大,对称位置的竖向加速度和动应力呈反对称分布;(2)反对称的竖向动应力使建筑物产生不均匀震陷。因此,地震波的不规则性对不均匀震陷所起的作用是重要的和不容忽视的。     

双仓综合管廊抗震性能模型试验研究

利用振动台试验系统,基于模型试验相似理论开展了双仓地下管廊的抗震性能试验研究。试验中,采用1952年Taft地震波作为输入地震波,并将其输入加速度峰值调整为0.2g,0.4g,0.8g和1.2g,以考虑不同PGA（peak ground acceleration）的影响。通过分析试验数据得知,管廊侧壁最大动土压力响应沿深度呈倒立“W”形分布,振动后管廊结构与周围土体之间的土压力场发生了改变;管廊侧壁土体中最大加速度响应随输入PGA增大而增大,沿深度整体呈减小趋势,加速放大系数为0.5~1.5;从加速度时程曲线和傅里叶谱来看,管廊侧壁结构与其周边土体的加速度响应基本一致,在15~30 Hz的频段土体中的振幅稍大于结构;地震过程中,结构拐角处产生较大的弯矩响应,且随输入PGA的增大而增大。同时结合ABAQUS数值软件开展了数值模拟研究,以和模型试验结果开展对比比较,结果表明试验结果具有较高的可靠性。     

采用振动台阵的超大跨斜拉桥大比例全模型试验研究

强震作用下超大跨斜拉桥的结构响应与其结构体系密切相关,且受基础和场地土特性影响较大,然而目前为止,因试验条件和技术所限,尚缺乏相关的全桥模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400m超大跨斜拉桥为原型,设计一座几何相似比为1/70、包括桩基础和场地土的全桥模型;采用振动台阵试验技术,研究El Centro波、人工波、Mexico City波等三种典型地震一致激励下不同结构体系的地震响应特性及影响机理,所研究的结构体系包括：纵向半漂浮体系、纵向弹性约束体系、以及本文作者提出的纵向辅助墩耗能体系和横向耗能体系;探讨不同纵向结构体系的抗震性能以及附加在上塔柱间的耗能构件对斜拉桥横向地震响应的控制效果。试验结果表明：土-结构相互作用对上部结构地震响应的影响不可忽视;主塔地震响应受高阶振型的影响明显;在PGA为0.4g以下的El Centro波和人工波、以及PGA为0.2g的Mexico City波作用下,结构响应仍处于弹性状态;纵向弹性约束体系和纵向辅助墩体耗能系可有效减小主塔位移和塔-梁间纵向相对位移响应,其中作者提出的纵向辅助墩耗能体系的抗震性能更好;附加耗能构件可有效降低主塔的弯矩应变响应,实现分散主塔受力和附加耗能作用,但对主塔加速度和位移响应的控制有限。     

上海软土场地的地震反应特征分析

近年来的宏观震害资料和强震观测记录已经证明：场地条件不仅对地震动的峰值加速度和频谱形状具有重要的影响,而且与不同类型工程结构的地震反应和震害机理也具有相当密切的关系.上海地区的第四纪沉积土层呈水平层状分布,基岩埋深可达300m左右,且浅部普遍发育有滨海沼泽相软土.因此,上海地区上覆深厚、软弱的沉积土层,对场地的地震反应特性无疑具有重要的影响.文章基于一维场地地震反应的等效线性化频域分析方法,建立了上海软土场地的动力分析模型,以El Centro地震波为例,重点分析了上海地区场地土的地震反应加速度反应和频谱特征.研究表明,在7度抗震设防即场地地面峰值加速度（PGA）等于0.1 g的情况下,上海软土场地的地表峰值加速度具有放大特性,地表加速度的频谱组成具有低频放大,高频过滤的特征,地面运动加速度反应谱的卓越周期也具有向长周期方向移动的趋势.     

设置可更换连梁的双筒体混凝土结构振动台试验研究

设置可更换连梁的结构,通过可更换连梁改变连梁塑性发展机制,将罕遇地震作用下的破坏集中于连梁中部可更换构件而两端连接梁保持弹性工作状态,震后更换损伤的构件便可快速恢复结构使用功能,符合可恢复功能结构的设计理念。设计制作两个1/5缩尺比的双筒体混凝土结构模型,通过振动台试验,对比研究了设置可更换连梁结构与普通连梁结构的结构振动特性及动力反应。结果表明,设置可更换连梁的结构前两阶自振频率随地震动幅值加大而下降的趋势一致;各楼层峰值加速度反应的变化规律基本相同,加速度放大系数基本保持一致;设置可更换连梁后结构的残余变形减小,震后残余位移最大值为1.26mm,对应的残余位移角最大值为0.14%,可恢复能力较好;混凝土连梁纵筋应变最大值始终比普通连梁结构小,可更换构件能够集中损伤,保证连梁混凝土部分完好;峰值加速度为0.8g的地震波输入前,墙根部纵筋应变减小。     

Shake table testing of a full-scale seven-story steel-wood apartment building

In July 2009, a full-scale mid-rise light-frame wood apartment building was subjected to a series of earthquakes at the world’s largest shake table in Miki, Japan. The test program consisted of two major phases: the building tested in the first phase consisted of a single-story steel special moment frame (SMF) with six stories of wood on top, and the second phase consisted of locking down the steel story and testing the six-story light-frame wood building by itself. This paper focuses on the test results for the seven-story steel-wood building tested to earthquakes having return periods of 72 and 665 years. The objective of this phase of the test program was to investigate the performance of a mid-rise light-frame wood building with a first-story moment frame when subjected to a major earthquake, essentially providing a landmark data set to the seismic engineering research community. The building consisted of 225 square meters for retail space at the first story and 1350 square meters of multi-family residential living space with 23 apartment units above. The building was instrumented with just over 300 sensors and 50 LED optical tracking points to measure the component and global responses, respectively. In this paper the seven-story test specimen is described and the resulting seismic response and behavior is summarized. Detailed damage inspection was performed following each of these tests, and representative images are presented and discussed. The building was found to perform excellently, with very little damage following an event that was slightly larger (×1.16) than the design-level event for the city of Los Angeles, California. The peak global drift at roof level was 166 mm, and the peak inter-story drifts were approximately 1.3%.