大型超高钢结构电视塔模拟地震振动台试验研究

通过对大型超高钢结构电视塔1/40整体模型模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性,及其在8度多遇、8度基本以及8度罕遇烈度地震作用下的阻尼比、频率变化和塔楼顶部位移,并根据试验结果和相似理论,分析了原型结构的地震反应。试验及分析结果表明,原型结构前三阶自振频率为0.303 Hz(X向平动)、0.317 Hz(Y向平动)和0.625 Hz(扭转),对应的振型周期依次为3.3 s、3.15 s和1.6 s,其扭转周期与前两阶平动周期的比值分别为0.48和0.51,且在8度多遇和罕遇地震作用下结构最大层间位移角分别为1/807和1/99,表明原型结构整体抗震性能较好,能够抵抗所在地区设防烈度下各水准地震作用。     

广州新电视塔整体结构振动台试验研究

广州新电视塔塔高610m,由一座高达454m的主塔和一个高156m的天线桅杆构成,建成后将是世界第一高电视塔。广州大学工程抗震研究中心试验室设计了一个1/50结构模型,并对其进行了多种地震波的49种工况下的振动台试验。测试了模型结构的动力特性、阻尼比及其各种地震作用下的加速度、位移、扭转和应变反映,分析了模型结构的破坏情况,并根据试验结果和相似理论,研究了原型结构的地震反应。试验及分析结果表明,模型结构第1阶、第2阶振型频率与原型结构计算换算频率相差15%―18%左右,第3阶、第4阶频率相差30%左右,其对应阻尼比依次为3.317%、2.277%、1.555%和1.259%,其扭转、平动第一周期比为0.211,且在多遇、设防烈度和罕遇地震作用下结构最大层间位移角平均分别为1/320、1/154和1/72,显示结构在经历多遇地震,设防烈度地震和罕遇地震作用后,结构总体上满足设计目标的抗震设防要求。     

西安火车站东配楼复杂连体结构振动台试验及数值模拟

通过对西安火车站东配楼结构的缩尺模型振动台试验,考察结构在不同水准地震作用下的破坏模式和抗震性能。对模型结构进行数值模拟,对比分析了不同工况下结构的自振频率、加速度和位移等动力响应的发展规律。结果表明,模拟计算结果与试验吻合较好,在8度罕遇地震后结构刚度退化最明显,其中小三角区X、Y向刚度分别降低了39.66%、37.50%,模拟值也达到了33.43%、28.79%,相差不足6%。连体结构在弹性和弹塑性阶段的最大层间位移角分别为1/554和1/53,满足抗震规范的限值要求。大跨度桁架采用滑动支座可有效释放小三角区与大区间的相对位移,保证了连体结构较好地协同工作和变形能力。在9度罕遇地震下,叠层桁架动力响应较大,刚度退化率达到23.73%,平面外扭转角1/56,位移比达到1.36,建议设置黏滞阻尼器控制桁架振动。     

某高位转换框支剪力墙超限高层结构模拟地震振动台试验研究

某高位转换框支剪力墙超限高层结构,在5层设箱式转换层,其下为框支剪力墙结构,其上为剪力墙结构,因部分剪力墙结构不落地而形成竖向刚度不连续的结构体系。对该结构体系的特点、模拟地震振动台试验方案的设定、材料的选取、动力相似关系的确定以及模型结构的简化设计进行了介绍。测试了1/20整体模型模型结构的动力特性及其在8度多遇、基本和罕遇水准地震作用下的加速度、位移和应变反应等,研究了模型结构的破坏机理和破坏模式,并根据试验结果,用相似关系原理得到了原型结构的动力特性、层间位移、楼层剪力等动力反应。试验结果表明模型结构前3阶振型频率分别为5.101Hz（X向平动）、5.466Hz（Y向平动）和7.652Hz（整体扭转）,原型结构对应的前3阶振型周期分别为1.456s、1.362s和0.970s,扭转为主第一周期与平动为主第一周期之比为0.66。在8度罕遇水准地震作用下,原型结构框支层、转换层和转换层以上结构的最大层间位移角分别1/805、1/317和1/145,框支柱及转换梁等构件完好,可见该结构布置合理,整体结构抗震性能较好,能满足“小震不坏,中震可修、大震不倒”之抗震设防要求。     

有无填充墙板的穿斗式木结构房屋振动台试验及对比分析

通过对不设置填充墙板与设置填充墙板的穿斗式木结构房屋进行模拟地震振动台试验,研究了穿斗式木结构的抗震性能,并对比分析了两模型结构的动力特性,及其在不同峰值加速度地震作用下的加速度放大系数、位移及最大层间位移角等动力响应。研究结果表明:两模型X向加速度动力放大系数在0.63～1.2,Y向加速度动力放大系数在0.51～0.97,说明模型榫卯挤压摩擦的耗能减震效果明显。不设置填充墙板的模型结构自振频率低、位移响应较大,扭转效应明显;设置填充墙板的模型抗侧刚度明显增大,结构自振频率增大,同时在地震激励下相对位移和层间位移角减小。两模型主体结构在大震作用下均无明显损坏,且设置填充墙板的木结构房屋具有更大的承载力和抗倒塌能力。     

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。     

独立式石箍窑洞加固模型振动台试验研究EI北大核心CSCD

应用配筋砂浆带等加固技术对一缩尺比例为1/4的独立式石箍窑洞震损模型进行加固,并对其进行模拟地震振动台试验,以研究独立式石箍窑洞加固模型的动力响应与抗震性能。通过白噪声扫频得到该模型各阶段的自振频率和阻尼比等动力特性,并研究了模型结构的破坏特征、动力响应及其滞回耗能。试验研究结果表明:随着输入地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,加速度放大系数呈下降趋势;在水平X向(面阔方向)地震作用下,窑脸侧拱顶的加速度响应大于背墙侧拱顶,中孔拱顶的加速度响应大于边孔拱顶的,中拱拱脚的相对位移值始终大于边拱拱脚,甚至大于边拱拱顶;在峰值加速度为1.00g的地震激励后,窑顶、拱顶和拱脚的X向最大侧移角分别达到了1/29、1/229和1/201。模型虽局部破坏明显,但仍未出现整体倒塌趋势,表明本文提出的方法对独立式石箍窑洞的加固效果显著。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能混合试验

为进一步研究混合试验方法的有效性以及高强钢组合K形偏心支撑钢框架的抗震性能,建立了一套基于OpenFresco试验平台的混合试验系统,进行了一个1:2缩尺的3层高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构模型的混合试验。首先通过小工况的预加载研究试验系统的有效性,分析了试验子结构的位移加载精度,作动器加载时差。然后对试件进行正式的混合试验加载,分析了高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构在不同工况下的自振频率、位移反应、水平地震作用、滞回性能以及关键部位应变。结果表明:作动器加载位移峰值与计算位移峰值比较接近,最大相对误差为13.60%,各工况下作动器平均每步的加载时差保持在20 ms左右;随着地震波加速度峰值的增大,模型的自振频率下降,刚度出现了一定的退化。各层的变形主要产生在消能梁段的腹板处,以剪切变形为主。模型结构在多遇地震和罕遇地震作用下的最大层间侧移角分别为1/1068和1/197,符合抗震设计规范对层间侧移角限值。综上,基于OpenFresco试验平台的混合试验系统能够较好的反应结构的地震响应,高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构具有良好的抗震性能。     

装配整体式与现浇剪力墙结构抗震性能对比分析

为研究装配整体式剪力墙结构的抗震性能,设计制作了参数、加载制度等条件相同的12层装配整体式和现浇剪力墙1∶5缩尺模型结构,并对其进行了振动台试验。研究了两模型结构受地震作用时的裂缝形态、破坏机理,自振频率、振型和阻尼比等动力特性,楼层剪力、倾覆力矩、位移,最大层间位移角和结构延性系数等地震响应参数,并进行了对比分析。结果表明:装配整体式结构连接部位存在初始损伤,在首次地震波输入后,其自振频率下降较大,而二者的振型系数和阻尼比变化趋势基本一致;在弹性阶段,两模型结构的裂缝形态、楼层剪力、倾覆力矩、楼层位移和层间位移角的变化规律基本一致,随着输入地震波加速度峰值的增大,其量值无明显差异;结构进入塑性阶段,两模型结构的裂缝形态及其形成机理的差异,造成现浇结构的自振频率最终降低幅度、层间位移角大于装配整体式结构。两模型结构的地震响应均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。     

节点性能对分层装配支撑钢框架抗震性能的影响研究

该文以分层装配梁贯通式支撑钢框架为对象,通过引入节点弯矩-转角本构模型的数值模拟方法,研究节点刚度和承载力设置对结构体系抗震性能的影响。分析结果表明,节点刚度对结构自振频率影响不大,但影响结构在静力推覆下的失效演进模式和地震作用下的滞回特性,节点刚度小于4倍相邻柱线刚度时,结构不能满足罕遇地震下的层间位移角限值要求;节点承载力对静力推覆下结构的极限承载力影响很小,对罕遇地震作用下的结构滞回特性和层间位移分布几乎没有影响。     

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。     

型钢混凝土异形柱框架结构平扭振动反应及地震内力分析

通过对5层实腹式型钢混凝土异形柱空间框架结构模型进行三向地震模拟振动台试验,获得了结构平动、扭转、平扭耦合动力特性,并对结构的多维地震反应、耗能能力、损伤程度、地震内力及平扭振动规律进行了综合分析。结果表明:模型结构前4阶自振频率对应的振型形态依次为X向平动、Y向平扭、扭转和Y向平动;随着地震强度的增加,型钢混凝土异形柱框架结构的自振频率不断下降,加速度放大系数逐渐减小,结构塑性变形不断发展,结构内部损伤逐渐累积,地震能量耗散不断增加,整体累积滞回耗能时程曲线呈台阶势跃迁;在历经0.80g地震作用后,模型结构平扭耦合引起的层间位移角最大值为1/39,超过弹塑性层间位移角限值要求,模型结构的变形和能量双参数模型损伤指数达到0.56;对比模型结构扭转效应发现,偶然偏心平扭耦合作用对模型结构的抗震性能影响较小,其偶然相对偏心距小于0.1;分析计算模型抗扭刚度、地震内力可知,在加载后期,随着水平侧移的增大,楼层的等效抗扭刚度退化并不明显,表明结构具有良好的抗震性能和抗扭变形能力。     

仿古建筑钢-混凝土组合框架抗震性能试验研究

为研究仿古建筑钢-混凝土组合框架的抗震性能,以抗震设防烈度7度区的某殿堂式仿古建筑钢-混凝土组合框架为原型,设计了1榀缩尺比为1∶2的仿古建筑钢-混凝土组合框架,并对其进行拟动力试验。分别输入El Centro波、Taft波、兰州波,地震峰值加速度依次为35 gal (7度多遇地震)、100 gal (7度设防地震)、220 gal (7度罕遇地震)和400 gal,实测了试件的加速度时程曲线、基底剪力-位移滞回曲线、耗能能力和变形性能。研究结果表明:仿古建筑钢-混凝土组合框架具有较好的塑性变形性能,结构的自振频率和动力放大系数随地震加速度的增大而降低。当峰值加速度为400 gal时,试件刚度较35 gal时减小66%。试件的耗能能力随地震加速度的增加而增大,且在各地震波作用下其变化幅度不同,El Centro波作用下最大,兰州波作用下最小。整个结构可满足7度抗震设防要求,具有良好的抗震性能。     

超高层混凝土框架-核心筒结构试验研究

为了研究超高层框架-核心筒结构在地震激励下的动力响应规律和抗震性能,按照动力相似关系设计了一个1/50缩尺模型,并实施了振动台试验。基于试验结果,对不同设防烈度地震作用下的结构自振频率、阻尼比、振型曲线、加速度动力放大系数、层间剪力、应变和位移响应进行了计算与分析。研究结果表明:随着振动次数的增加,结构自振频率降低,阻尼比基本呈增大趋势,振型曲线幅值减小;实验结束后,结构的动力特性变化不大,说明结构的损伤不大;结构的动力响应与地震强度和地震波的波形有关;结构抗震性能能够满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防要求。研究结果可为同类超高层结构的抗震设计提供参考。     

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。     

框支密肋复合墙结构模型振动台试验研究

对1/6缩尺框支密肋复合墙结构模型进行振动台试验,研究结构模型经历弹性阶段、开裂直至破坏的不同阶段动力特性及反应。以El Centro波、Taft波、人工波为输入地震波,分别对设防烈度7度及8度多遇、基本、罕遇、超罕遇地震作用进行试验,研究模型结构在各阶段地震作用下加速度、位移、应变反应及破坏形式、破坏机理。试验结果表明,框支密肋复合墙结构转换层破坏模式为剪切型破坏,塑性变形主要集中在转换层;框支密肋复合墙结构各层绝对加速度响应主要取决于前两阶振型,高阶振型影响较小,其中第一阶振型起绝对控制作用。     

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。     

平缀管式钢管混凝土格构柱拟动力试验研究

在平缀管式钢管混凝土格构柱拟静力试验研究的基础上,进行了2个1∶8缩尺模型的拟动力试验,分别采用2008年汶川大地震和1995年日本阪神大地震的地震动时程记录作为输入地震波,研究在不同强度地震和主余震作用下此类结构的变形、强度、刚度、耗能等抗震性能。研究结果表明:平缀管式钢管混凝土格构柱具有良好的抗震性能,在8度多遇、基本、罕遇、极罕遇地震作用下,结构处于弹性工作状态;在9度罕遇地震作用下,钢管混凝土柱肢发生屈服,结构进入弹塑性工作状态;随着地震动峰值加速度的增加,柱底钢管应变急剧增加,柱顶最大响应位移非线性增长;直至试验加载结束,柱肢底部塑性铰区域未形成屈服环,结构无明显破坏。主余震作用加剧了结构的累积损伤,结构的刚度退化现象比较明显,在经历1次9度罕遇主震和2次同等强度的余震作用后,结构弹性阶段刚度相比初始弹性刚度减小约50.0%,最大位移增大约41%。通过钢管混凝土格构柱在各地震工况下的强度与变形的验算,进一步表明此类结构具有足够的强度储备和良好的变形能力,在经历多次强震后仍能保持一定的承载能力,在我国高烈度地区的桥梁工程中具有极大的应用前景。     

地震作用下型钢混凝土异形柱框架动力特性及频谱反应分析

基于型钢混凝土(SRC)异形柱空间框架模型振动台试验,对模型结构的频谱特性、偏心动力反应、非线性反应规律进行了研究.结果表明:在三向地震作用下,模型结构在高阶振型中依次发生了Y向平扭和X向平扭耦合现象,振型形态依次为X向平动、Y向平扭、Z向振动、扭转、Y向平动;在强震作用下,模型X向、Y向、Z向和扭转自振频率分别下降3...     

仿古建筑钢框架结构拟动力试验及静力推覆分析

为研究仿古建筑钢框架结构的抗震性能,以位于抗震设防烈度8度区的某仿古建筑钢框架结构为原型,按1∶2缩尺比例制作了试验模型,并对其进行了拟动力试验。输入地震动加速度峰值分别相当于8度多遇、8度设防和8度、9度罕遇地震的El Centro波、汶川波和兰州波,实测了框架的位移反应、加速度反应和应变分布;研究了结构在地震波作用下的受力特点、滞回性能、耗能性能、加速度和位移时程曲线以及承载力与刚度退化规律等,并对结构进行了静力弹塑性推覆分析。研究结果表明:滞回曲线未出现明显的捏拢现象,结构耗能随着输入地震波幅值的增大而显著增加;在9度罕遇地震波作用下,中柱异型节点处的拱构件底部及正厅边柱斗构件屈服,骨架曲线仍未进入下降段,整体结构的承载力较高;在地震波作用下,该研究类型的仿古建筑钢框架结构的层间位移角能满足我国现行抗震规范的要求,具有良好的抗震性能。