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。     

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。     

地裂缝场地地铁车站振动台试验和数值模拟研究EI北大核心CSCD

地裂缝场地动力效应和上、下盘错动严重影响地下结构的安全。以处于地裂缝环境的西安康复路地铁车站为研究对象,开展了水平和竖向地震共同作用下地裂缝场地地铁车站振动台试验,分析了模型土与车站的加速度反应规律及模型车站应变分布特征。同时,采用有限元软件ABAQUS建立有无地裂缝场地条件下车站的三维数值模型,研究了2类场地条件下地铁车站层间位移角和地震损伤分布规律。结果表明:水平和竖向地震共同作用时,地裂缝场地上、下盘动力差异响应和车站加速度反应较单向水平地震作用时明显增大。相较于无地裂缝场地车站,地裂缝场地车站的层间位移角明显增大,其构件损伤发展更加剧烈。这是由于地裂缝场地土与车站之间易出现脱空区,造成车站振动反应增强;同时,竖向地震引起的地裂缝场地上下盘错动会产生对车站附加的剪切作用,使其中柱更易发生严重损伤而导致结构整体破坏。     

断层走向对隧道地震响应影响的振动台试验研究EI北大核心CSCD

为探讨不同断层走向下隧道在地震作用时的响应规律及破坏机理,开展了振动台模型试验及数值分析,研究了隧道的加速度反应、动应变及围岩动土压力的变化规律和隧道的动态破坏形态。分析结果表明:地震下隧道衬砌将受较大的拉、压作用,尤其穿越断层处隧道衬砌张拉裂缝分布数量多、复杂,多集中于拱脚、拱肩和仰拱;隧道各部位的加速度和动应变的时程变化规律与输入的地震加速度时程曲线基本保持一致,说明隧道在地震过程中保持整体运动性,但断层对地震动力反应具有一定的放大效应,且随着断层走向与隧道夹角减小而更加明显;动土压力伴随地震荷载作用呈现动力时程变化规律,动土压力幅值整体呈"两侧大、顶底小"的规律,且断层走向对隧道动土压力影响较大。研究结果可为隧道的抗震设计和施工提供参考,具有重要的实际工程意义。     

高延性混凝土加固震损砌体结构振动台试验研究

为研究高延性混凝土（HDC）面层加固震损砌体结构的抗震性能,该文对一栋缩尺比为1∶2的两层村镇砖砌体房屋模型依次在未加固、采用钢筋网水泥砂浆和高延性混凝土加固三种情况下进行振动台试验,分析了HDC加固震损砌体结构的动力特性、加速度反应、位移反应、扭转效应和破坏形态。试验结果表明：采用HDC面层加固法可以显著提高震损砌体结构的耐损伤能力、变形能力和整体刚度,延缓结构刚度退化,有效传递水平剪力;采用HDC面层加固能有效抵抗结构因质量中心和刚度中心不重合引起的扭转效应;采用HDC面层加固震损砌体结构,其抗震性能明显优于钢筋网水泥砂浆面层加固,可大幅减轻砌体结构在8度及以上地震动下的损伤。     

高延性混凝土加固震损古旧砌体抗震性能试验及恢复力模型研究EI北大核心CSCD

为了研究高延性混凝土(high ductile concrete,HDC)加固震损古旧砌体的抗震性能,对6个HDC加固震损古旧砌体试件进行低周反复荷载试验,研究HDC加固面层总面积、砌筑砂浆强度、试件开洞口数量等因素对各试件的破坏特征、滞回曲线等抗震性能指标的影响程度。试验结果表明,用HDC加固后古旧砌体的峰值荷载较加固前最大提升可达313.4%,延性位移系数较加固前最大提升可达151.3%。在试验基础上,通过确定骨架曲线恢复力模型、卸载刚度退化规律并结合加卸载滞回规则,建立适合HDC加固震损古旧砌体结构的三折线恢复力模型。所得到的计算曲线与试验曲线吻合度较好,该三折线恢复力模型可用于地震作用下HDC加固震损古旧砌体的非线性动力反应分析。     

液化侧向扩展场地刚性排水管桩群桩振动台试验研究EI北大核心CSCD

地震作用下土体发生液化侧向扩展对建筑物极具破坏性,特别是对建筑物的桩基、高架桥梁等,消除和减小土体液化扩展引起的对结构安全的危害具有极大的意义。刚性排水管桩由圆形空心刚性桩与排水体结合而成,其在具有排水功能的同时,又具有较大的承载力,但是目前针对刚性排水管桩群桩抗液化性能的研究仍十分有限。基于振动台试验,开展了桩顶承台竖向荷载作用下刚性排水管桩群桩与普通桩群桩处理液化侧向扩展场地的振动响应对比研究,分析了地基土的超孔压比、加速度、平均沉降、承台位移、挡板位移以及桩身弯矩等。研究结果表明:刚性排水管桩地基与普通桩地基相比,超孔压、桩身弯矩、地基沉降、承台位移、岸壁位移明显减小,而加速度增大,充分表明刚性排水管桩的抗液化效果显著。     

玄武岩纤维加固震损砌体结构振动台试验研究

地震震害调查表明,砌体结构因抗震性能较差,在地震中更易遭受破坏。玄武岩纤维（BFRP）具有良好的物理、力学性能,且价格低廉,但其在震后受损结构加固中却未得到广泛使用。通过对一栋缩尺比为1:4的三层砌体结构模型预震损及其震损后玄武岩纤维加固的两次振动台试验,对比分析了两次模型试验的动力特性、地震反应和损伤破坏情况,旨在验证玄武岩纤维加固震损砌体的有效性。试验结果表明,玄武岩纤维加固法可以改善砌体的脆性,延缓墙体裂缝的发展,提高结构的整体性和整体刚度,改善结构的耗能能力,使震损加固砌体结构达到甚至超过未震损结构的抗震性能,且不改变原结构质量,是一种非常有效的震损砌体结构加固方法。     

越秀大厦模型模拟地震振动台试验研究

本文介绍了广州市越秀大厦１：２８比例的微粒混凝土整体模型的模拟地震振动台试验，对其动力特性，不同地震波作用下的地震反应及结构的薄弱部位进行了研究，为类似结构了工程设计提供了设计依据。     

液化侧向扩展场地-群桩基础-结构体系地震破坏反应大型振动台试验方案设计EI北大核心CSCD

为系统研究液化侧向扩展场地钢筋混凝土群桩基础-上部桥梁结构的地震破坏机理,依托中国建筑科学研究院抗震实验室地震模拟振动台系统,开展了液化侧向扩展场地-桩基础-结构体系大型振动台系列试验。根据试验的研究目标,首先对系列试验的总体设计进行介绍,详细阐述了场地的制备与结构的设计和制作、各类传感器的布设及新型传感器的应用、地震动选取与工况安排等内容。利用试验数据对层状剪切箱的边界效应做简要分析,对阵列式位移计(SAA)直接测试液化土体侧向位移的结果进行评估。结果表明:模型箱边界效应不显著,SAA可有效测量可液化土体的侧向位移,为系列试验的对比分析奠定了基础。试验最终实现了液化诱导侧向大变形与桩基塑性破坏的宏观效果,达到预期目标,说明该次系列试验方法及其方案是合理的。该文试验技术与方案为今后同行开展类似试验提供一套系统、完备的方法。     

振动台与偏心负载相互作用的机理研究EI北大核心CSCD

为研究振动台与偏心负载的相互作用机理,构建了振动台与偏心负载的传递函数矩阵,研究了负载与振动台的质量比、转动惯量比,以及负载重心和激振器分别至振动台台面中心距离的比(偏心距离比)对传递函数矩阵的影响。结果表明:质量比对传递函数矩阵的影响最大,偏心距离比次之,转动惯量比最小。由于振动台-负载相互作用的影响,振动台的有效工作频段下降了71.13%,两激振器间的耦合作用被放大了至少37.15倍。基于以上研究,提出了一种实时补偿控制策略的拓展形式,并分别从频域和时域角度分析了所提策略的有效性。分析表明,两个激振器复现地震动记录的波形相关系数分别提升了14.04%和4.78%,所提出的控制策略能够很好的补偿振动台与偏心负载间的相互作用。     

填土加筋对悬臂式挡墙地震响应影响的模型试验研究EI北大核心CSCD

为探讨墙后填土加筋对悬臂式挡墙抗震性能的改善效果,开展了缩尺比1∶4的悬臂式挡墙及墙后填土加筋的振动台模型试验。采用小震0.11g、中震0.24g、大震0.39g的简谐波激励模型结构,获得加速度、位移、土压力等响应量,分析了填土加筋对模型自振频率和阻尼比的影响,对比加速度放大系数、振动位移、墙-土相互作用等地震响应差异,讨论了填土加筋的减震效应随加载幅值变化特征。试验表明:填土加筋可提高墙-土体系的整体性、减小振动伤损,自振频率和阻尼比在历经振动后的变化幅度相对未加筋模型更小;加筋措施可使小震和中震下墙体惯性力与地震土压力产生明显相位错峰,大幅降低不利位移状态时墙体承受的地震土压力,但大震下墙体水平位移小于填土,墙-土挤压作用显著,减震效应发挥欠充分。     

考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验研究EI北大核心CSCD

长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大,为深入了解粉质黏土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律,设计并完成了粉质黏土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。为模拟粉质黏土地基设计制作了刚性土箱,对模型材料配合比以及钢筋配筋设计等进行了分析研究,根据动力相似理论,开展了纵向非一致地震动激励下地铁车站结构模型的振动台试验,通过对实测加速度、土压力以及构件应力等试验结果的分析,得出地铁车站结构在地震波先后到达不同横截面的动力反应差异、同一横截面各构件的动力反应差异以及地铁车站结构与土体的动力反应差异,得到纵向非一致地震动激励下地铁车站结构的动力反应规律。     

钢框架-钢板墙和组合柱-钢梁框架振动台试验研究EI北大核心CSCD

为深入研究钢框架-钢板剪力墙和钢管混凝土柱-钢梁框架两种典型装配式结构体系的整体抗震性能和拓展其在高烈度区的应用,以甘肃省装配式示范工程中的两栋高层(10层)住宅建筑方案为原型,进行了1/8缩尺模型的地震模拟振动台试验。结果表明,钢框架-钢板剪力墙结构中的钢板剪力墙首先达到屈服状态,随后框架上出现塑性铰,塑性损伤主要集中在钢板墙及相邻梁端,个别1层柱脚出现损伤,体现了“多道抗震防线”的理念,巨震后(1.200g)结构的自振频率降幅约为19.5%(X向)和17.4%(Y向);钢管混凝土柱-钢梁框架结构的损伤主要在1层、4层及5层梁端,1层柱脚也出现少量塑性铰,体现了“强节点弱构件”的设计原则,巨震后结构的自振频率降幅约为19.5%(X向)和17.8%(Y向)。两类结构体系均能实现“小震不坏、大震不倒”的抗震设防目标,具有良好的抗震性能。此外,结构体系的侧向变形模式与整体结构的刚度分布密切相关,并且随着地震动峰值的增大愈加明显,钢框架-钢板剪力墙的抗侧刚度沿着高度呈降低趋势,整体呈现弯曲型的特征,钢管混凝土柱-钢梁框架(1层除外)抗侧刚度沿着高度分布较均匀,整体呈现剪切型的特征。     

三维隔震结构摇摆动力模型及振动台试验验证EI北大核心CSCD

建立了三维隔震结构的平动‐摇摆耦联动力分析模型,给出了结构动力方程,得到了三维隔震层的摇摆响应理论表达式,并进行了结构水平、竖向、摇摆频率比以及隔震层阻尼比等参数的影响分析,发现摇摆响应随水平、竖向、摇摆频率比的增大存在峰值区间,但总体上均呈减小趋势,且摇摆运动的激励频率由输入地震主频和水平运动频率共同控制。完成了三维隔震模型的振动台试验,对比验证了摇摆响应随竖向频率比的变化规律。最后进行了不同高宽比算例结构的地震响应分析,发现三维隔震结构的摇摆频率易接近摇摆激励主频造成共振,其摇摆响应随高宽比变化存在峰值区间,总体呈增大趋势。     

大比例尺剪力墙住宅楼抗震性能振动台试验研究

以普查地区典型的住宅楼建筑为试验体原型,在轴压比一致相似的前提下,开展几何相似比为1/8的高层剪力墙振动台试验研究。通过对模型输入不同地震动,分析结构的加速度、位移等动力响应,研究了剪力墙结构体系损伤破坏路径、剪力墙及连梁构件的破坏特点。根据试验现象和试验结果分析,研究结构体系的频率衰减、刚度退化、层间位移角等地震响应特性变化规律。研究结果表明:原结构与模型的折算后周期最大误差为5.4%,结构在经历7度、8度罕遇地震后结构频率降低17.43%,刚度退化严重,长墙出现斜向裂缝,短墙出现水平弯曲裂缝,结构的各层加速度放大系数降低。对于规则结构可以按照单向输入地震动进行结构弹性设计,顶层的加速度放大系数为2.6~3.0,顶层结构的层间剪力较大,设计中不可忽略。试验表明,长墙可作为整体结构体系第一道抗震防线,可有效的耗散地震能量,层间位移角可满足高层混凝土技术规程的限值要求,21世纪初建立的短肢剪力墙结构可以很好的实现抗震三水准要求,不需要进行加固与改造。     

外包型钢加固箍筋锈蚀混凝土柱恢复力模型研究

为研究外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的恢复力模型,对9根不同箍筋锈蚀率、体积配箍率的各混凝土柱进行通电锈蚀,锈蚀完成后加固,进而进行低周往复荷载试验。对各试验试件的骨架曲线及滞回曲线进行分析。在完好试件恢复力模型特征参数计算的基础上,对数据进行拟合回归,给出了外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的退化三线型恢复力模型,并提出了不同因素作用下特征参数的计算公式。结果表明：箍筋锈蚀柱经外包型钢加固后各抗震性能指标有显著提升,破坏特征点明显滞后于完好试件,且以剪切破坏为主。通过对比分析,所得模型与试验结果吻合较好,能很好地反映外包型钢加固柱的滞回特性,为此类柱恢复力模型的计算提供参考。     

三跨斜交简支梁桥动力计算模型简化方法研究EI北大核心CSCD

以一座斜交角为45°的3×30 m简支梁桥为工程背景,借助Open Sees软件建立单梁模型和多梁模型,在忽略碰撞效应、仅考虑伸缩缝处纵向碰撞效应、同时考虑伸缩缝处纵向碰撞与抗震挡块处横向碰撞效应三种情况下,分析地震引起的桥面峰值转角及纵向最大位移的变化规律,并通过与精细化板单元模型计算结果的对比研究两种模型的计算精度。结果表明:忽略碰撞作用时,多梁模型和单梁模型均能合理反映三跨斜交简支梁桥实际的地震反应;考虑碰撞作用时,多梁模型的计算精度普遍高于单梁模型;通过改进单梁模型主梁节点质量的分布方式,可提高计算结果的精度,平均可提高8.7%。     

整星减冲击装置设计及试验研究EI北大核心CSCD

减冲击装置可以有效降低基础对有效载荷的冲击,在航天领域内的有效载荷及箭体分离过程中应用广泛。建立了减冲击装置数学模型,设计优化了结构尺寸,并制作了减冲击环样机;在响应板式爆炸冲击台上开展了冲击试验,并对冲击数据进行了冲击响应谱分析。结果表明,所设计的减冲击装置满足指标要求,而且大幅衰减了冲击幅值;此外,讨论了阻尼层对结构动力学特性及减冲击特性的影响;减冲击环结构适用于航空航天冲击环境,也适用于各类导弹仪器舱的整体冲击隔离,具有广阔的应用前景。     

地震作用下桥墩动水压力及Morison方程适用性试验研究EI北大核心CSCD

深水桥梁的抗震分析需要考虑地震作用下动水压力的影响。目前,广泛采用的Morison方程由波浪力的计算公式演化而来,用于计算地震动水压力尚缺乏验证;同时,对于地震作用下桥墩动水压力的变化规律缺乏试验研究。该文设计一套水下振动台试验系统,以不同尺寸的桥墩试件为研究对象,采用正弦波为输入激励,通过不同工况的振动台试验,研究桥墩加速度和地震动水压力的分布规律及其随激励幅值、激励频率、截面直径和水深的变化规律;将动水压力的试验结果与Morison方程的计算结果进行对比,以验证地震作用下Morison方程的适用性。结果表明:地震作用下桥墩加速度和动水压力应考虑激励幅值、激励频率、截面直径和水深的影响,Morison方程不适用于计算地震作用下桥墩动水压力,应通过大量的水下振动台试验加以修正。