某带弱连廊的细腰型超高层建筑模型振动台试验研究

某超高层建筑塔楼的两侧子结构通过每层的两条连廊连接,形成平面细腰型且开洞的结构形式。通过1∶35缩尺比例模型的振动台试验,研究了模型的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应、扭转响应等,重点研究了连廊的应变响应。结果表明:在采用规范方法所选地震波作用下,模型未见破坏;在速度脉冲型地震波作用下,多层连廊端部产生竖向裂缝。模型以Y向整体侧移为主,两侧子结构发生明显的异步变形,对连廊受力不利。建议在设计时,除了加强连廊与子结构的连接外,应尽量减小子结构抗侧刚度的差异,控制细腰部分的缩进程度和开洞尺寸,控制子结构外伸段长宽比以及两侧外伸段的抗侧刚度差异。

六层自复位钢筋混凝土框架结构振动台试验研究

为研究多层自复位框架结构整体抗震性能,进行一个1/4缩尺比六层自复位框架结构模型的模拟地震振动台试验,研究该结构的动力特性及其在7度多遇至7度极罕遇4个水准地震作用下的动力反应和破坏情况。试验结果表明:在多遇以及设计基本地震作用下,结构构件无可见裂缝和损伤;随着输入地震动峰值的增加,结构损伤增加,但损伤主要集中在梁、柱端的表面混凝土,构件自身几乎没有损伤,表明自复位混凝土框架结构的抗震性能良好;在7度罕遇地震作用下,主体结构最大层间位移角为1/62,自复位框架的节点开始张开;在7度极罕遇地震作用下,模型节点张开更加明显,角钢进入屈服阶段,而主体结构的最大残余位移角仅为1/2533,证明结构具有很强的自复位能力。

基于可液化场地离心机振动台试验的地下结构地震响应研究

为研究场地液化对地下结构地震响应的影响,开展了可液化场地条件下的离心机振动台试验,得到液化场地地下结构地震响应规律,并通过Pushover分析方法确定场地不同液化程度下土体刚度的衰减程度。研究结论如下:在4种加载工况下,模型结构的侧墙及顶板总应变峰值响应完全处于弹性范围内,中柱应变在大震作用下略超过混凝土的弹性应变限值,损伤程度较低,模型结构表现出良好的抗震性能;四种加载工况下,可液化场地中结构层间位移较结构等高处场地层间位移衰减了63%~76%;由场地水平位移和土-结构体系位移衰减比来看,尽管饱和砂土层液化后会出现较大的水平位移,但场地液化后土-结构刚度比降低仍会避免结构出现较大的层间位移和严重破坏;在实际工程应用Pushover分析方法对液化场地地下结构进行简化分析时,可考虑最不利工况,将土体模量折减为初始模量的3%进行计算。

大比例浅水矩形水箱振动台试验研究及TLD等效线性化分析

调谐液体阻尼器(TLD)是高层建筑减振的有效措施。该文进行了大比例浅水矩形水箱振动台试验研究,分析了将调谐液体阻尼器按等效线性化等效为单自由度系统的可行性。采用振动台试验得到目标水箱在0.6倍~1.4倍水体自振频率简谐激励荷载下,水体稳态振动时的水箱反力和频响函数;测量不同振动幅度下,水体的自振频率偏差;由水体自由振动衰减,测得5种不同网栅条件下的附加阻尼比;将风和地震荷载下某249m高楼顶加速度作为水箱激励进行振动台混合试验,实测水箱反力和滞回曲线,并与等效线性化模型计算结果进行对比。结果表明,以最大变形割线刚度作为等效刚度、按等能量方法确定阻尼比的等效线性化模型基本可行,在简谐波和风荷载作用下较符合试验结果,在地震荷载下存在一定偏差。试验结果可为类似调谐液体阻尼器设计提供依据。

基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法

针对地震模拟振动台受到系统和试件非线性等因素影响,导致波形再现精度不高的问题,提出基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法以提高振动台的控制效果,通过数值仿真和实际振动台试验对该方法的控制性能进行研究。研究结果表明:基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法能够快速收敛,迭代次数较少,可以大幅提高振动台的波形复现精度,能够提高振动台的控制性能。

穿断层隧道NPR锚索支护体系抗震特性振动台试验研究

为研究具有负泊松比效应(negative Poisson’s ratio,NPR)的恒阻大变形锚索在地震作用下的吸能特性与动力响应规律,利用振动台开展含断层隧道使用普通锚索支护以及使用NPR锚索支护的振动台物理模型试验,对比分析地震作用下处于不同围岩条件中以及使用不同锚索进行支护时隧道结构的动力响应规律。研究结果表明:在同一地震波作用下,使用NPR锚索进行支护的隧道结构破坏程度与使用普通锚索进行支护的隧道结构相比有明显的改善,表明NPR锚索在地震作用下具有良好的吸能特性,能够为隧道结构提供有效支护;通过对比分析普通锚索与NPR锚索的锚索轴力时程曲线可知,在地震波作用下,普通锚索会发生破断现象,轴力突降至零,而NPR锚索的高恒阻力能够持续提供有效支护;分析隧道结构各测点的加速度、应变、土压力等动力响应可知,隧道断层区域在地震作用下的动力响应更为明显,隧道结构在地震作用下呈现出拱肩→拱腰→拱顶的破坏规律,这一研究成果为类似隧道工程的支护对策提供了理论参考。

地震液化离心机振动台模型试验与LEAP研究进展

离心机振动台模型试验是研究地震液化问题的重要手段,一方面可重现场地地震响应和揭示液化致灾规律,为发展工程设计方法提供依据;另一方面可以作为特定边值问题的标准模型试验数据,验证数值方法与土体本构模型及其参数选取的合理性。介绍了离心机振动台模型试验的试验原理,回顾了离心机振动台模型试验在地震液化领域的主要研究进展。围绕由中国、美国、日本和英国等国家高校与研究所联合开展的国际合作项目“液化试验与分析”(LEAP),重点介绍了若干为提高离心机振动台模型试验可重复性而发展的物理模拟新技术,包括离心机振动台的台面振动控制技术、模型土体弹性波速测试技术和基于图像分析的动态位移监测技术等。最后针对地震液化领域的若干工程和研究需求,探讨了离心机振动台模型试验领域的发展趋势。

基于振动台试验的鱼线固定梅瓶文物响应规律性研究

为了探索鱼线固定梅瓶文物在实际博物馆的地震响应以及抗震效果,首先选取了典型梅瓶文物,并在三层钢筋混凝土框架结构中开展了24种地震工况的振动台试验,然后建立了上述试验所用梅瓶文物的有限元模型,验证了有限元模型的准确性,最后采用增量动力分析法分析了该文物在两种常见直径鱼线保护措施下的运动响应。结果表明:鱼线固定梅瓶文物在地震作用下会产生滑移、摇摆、倾覆以及鱼线断裂等现象;不同楼层下的文物响应差别较大,尤其在大震作用下,高楼层的鱼线固定梅瓶文物易发生倾覆和鱼线断裂破坏,要重视高楼层文物的震前保护措施;在较强的地震作用下,仅依靠增大鱼线直径有时对控制文物的倾覆情况起不到关键性决定作用,需要进一步采取其它措施对文物进行保护。

基础隔震-外挂墙板减震钢筋混凝土框架振动台试验研究

该文提出一种新型的基础隔震-外挂墙板减震混合控制结构(简称“隔震-减震结构”)。该结构采用铅芯橡胶隔震支座作为基础隔震装置,上部结构则采用外挂墙板与U型金属消能器联合构成减震系统。通过减震与隔震混合控制,实现主体结构和围护墙体在罕遇地震下不发生损伤,可用于对韧性性能要求较高的生命线工程中。为对比研究隔震-减震结构与传统隔震结构的抗震性能,设计制作了一个在两方向上完全一致的1/2缩尺基础隔震钢筋混凝土框架结构,并在Y方向附加外挂墙板和U型金属消能器,形成隔震-减震结构,X方向不含外挂墙板,为隔震结构。分别在两个方向输入单向地震动进行振动台试验,试验结果表明:相比隔震结构,隔震-减震结构能进一步降低结构在设防和罕遇地震下的位移响应;隔震-减震结构在罕遇地震下最大层间位移角小于或接近钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角限值,主体结构保持弹性,外挂墙板未出现损伤,可以实现预期的性能目标。

高延性混凝土加固单层砖木结构农房振动台试验研究

为提高我国农村砌体房屋的抗震性能水平,采用高延性混凝土(HDC)条带加固的方法,设计了两个缩尺比为1∶2的砖木结构模型,对加固模型与未加固模型进行振动台同台对比试验。对比分析了地震作用下两个模型结构的加速度响应、位移响应、扭转效应和破坏形态,并对其抗震性能进行评估。试验结果表明:单层砖木结构农房的整体抗震性能较差,结构的自振频率低、位移反应较大,扭转效应明显,在8度设防地震作用下接近倒塌;经HDC条带加固的模型结构自振频率增大,位移反应相比未加固模型更小,山墙外闪现象得到明显控制,结构扭转效应的破坏作用明显减轻,在9度罕遇地震作用下HDC面层只出现轻微受损,可达到“大震可修”的性能目标。采用HDC条带加固法可有效延缓结构在强震作用下的刚度退化,增加结构的耐损伤能力,并有效提高此类砌体结构的整体抗震能力。

隔震装置阻尼机构的参数设计与振动台试验

为了改善浮放物体隔震装置中阻尼力的施加方式,研制出一款阻尼机构。对其构造和工作机理进行阐述,推导出了它的力学特征表达式,并验证了分析模型的准确性。结合某文物隔震装置的目标性能,利用数值方法对阻尼机构的参数进行设计,并对比振动台试验。结果表明:该阻尼机构结构简单,性能稳定;经阻尼参数优化后的隔震装置在满足位移限值的情况下达到了设定的隔震目标;试验与数值分析结果相吻合,证明了阻尼机构参数设计的正确性,同时也检验了隔震装置的安装和运行质量。其中,试验与数值分析结果的吻合程度,尤其是位移时程曲线的吻合程度,可为浮放物体隔震装置的方案对比和质量评估提供思路。

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。

迭代算法与柔性结构对离心机振动台控制性能影响

目前迭代算法和柔性结构对离心机振动台控制性能的影响尚缺乏认识,尤其铰接装置作为柔性连接结构在许多离心机振动台上得到应用,以减小离心力荷载下台面和吊篮变形对作动器安全带来的危险。以一套负载1500 kg离心机振动台为样本,采用不同强度、频带的典型地震波为控制目标,探讨了有无迭代算法、柔性结构条件对离心机振动台的控制性能影响。结果表明:20~200 Hz频宽范围内,迭代算法对最大峰值误差、平均峰值误差、平均谱面积误差的影响可忽略。采用迭代算法前后平均峰值误差分别为5.90%,6.15%,平均谱面积误差分别为5.02%,4.94%。柔性结构对于加速度峰值≤7.5g地震波的复现精度有显著影响,尤其是80~150 Hz高频段;对于加速度峰值≥20g地震波的复现精度影响,在频宽20~120 Hz可忽略,但对于120~170 Hz频段的小幅值成分的复现能力影响不容忽略,逊于无柔性结构条件。同时,在无柔性结构条件下对比了不同负载、同一输入荷载的实测输出波,发现两输出波的峰值误差与谱面积误差均无明显差异,证明了离心机振动台具有良好的重复性和稳定性。研究方法和结论,对提高离心机振动台控制性能的影响因素认识和改进设计方法,具有重要指导价值和科学意义。

EPS混合土地基-沉箱抗震性能振动台模型试验

采用振动台试验研究了饱和砂土地基(CSS)和EPS混合土地基(CES)两种地基模型下沉箱结构的抗震性能。对比了两种不同地基模型下土体动力响应特征及沉箱结构动力稳定性,探讨了动力作用下沉箱的受力状态及失稳机制,分析了EPS混合土地基对上部沉箱结构地震稳定性的影响。试验结果表明:振动过程中CES工况的超孔压发展速率明显低于CSS,EPS混合土可显著提高模型抗液化性能。墙后填土作用于沉箱的动土压力沿深度方向呈三角形分布,沉箱中部位置动土压力最大。CES工况沉箱动力响应,包括加速度、位移及转动角等均小于CSS,表现出更好的抗震性能。CES沉箱所受动土推力与惯性力存在明显的相位差,有利于提高沉箱结构的稳定性。

悬挂结构模拟振动台试验研究

为研究设置黏滞阻尼器的悬挂结构在地震作用下的抗震性能,对采用刚性连接杆连接和采用黏滞阻尼器连接的悬挂结构进行了1/20比例缩尺模型振动台试验,主要研究了模型结构的动力特性、阻尼比、结构响应及其减振效果。研究结果表明:与普通悬挂模型结构相比,悬挂减振模型结构自振频率有所降低,结构的阻尼比得到提高,特别是第一阶频率和对应阻尼比;悬挂减振模型结构的主体结构顶部和第五层悬挂楼层的加速度峰值响应均小于普通悬挂模型结构,其中悬挂楼层的加速度峰值响应最佳减振幅度可达94.34%。悬挂减振结构主体结构顶部位移峰值响应较普通悬挂结构有明显地降低,且不同的地震波输入有着不同的减振效果,其中Taft波的减振效果最好,El Centro波次之,最后是人工波;主体结构与悬挂楼面的最大相对位移却大于普通悬挂结构,说明主次结构之间的连接越强,其相对位移就越小。同时也说明悬挂减振结构正是利用悬挂楼层的摆动和黏滞阻尼器来耗散能量,从而有着较好的耗能减振效果。

支架固定馆藏人物俑文物振动台试验研究

为研究博物馆最常用的支架固定措施固定馆藏人物俑文物的抗震有效性,开展了两类典型体型易损、材质易损人物俑文物复制品‐支架固定措施抗震系统足尺振动台试验研究。获得了人物俑在不同工况下的地震响应及人物俑与支架间的相互作用,探讨人物俑关键体型参数、金属支架卡固位置、支架尺寸、固定措施与人物俑间安装缝隙对该类文物运动状态的影响,评估了支架固定措施的抗震有效性并提出了合理建议,为兼顾安全性及最小干预原则的支架固定人物俑文物的优化设计提供必要依据。研究结果表明:浮放人物俑均发生倾覆,具有极大震损风险;采用支架固定后可有效降低人物俑的摇摆响应,随着人物俑复制品的质心高度与底座宽度比值增加以及其质量增大,较小尺寸支架发生明显塑性变形甚至根部断裂,导致人物俑倾覆并损坏;随着支架尺寸的增加,其对文物固定效果的提高作用有限,基于文物保护最小干预原则,综合考虑文物的抗震安全及艺术展示效果,优化支架尺寸;支架固定人物俑肩部时,人物俑摇摆响应得到一定控制,但随着支架固定位置的提高,人物俑滑移响应愈加明显;当支架与人物俑相互作用时,人物俑表面出现明显损伤,在两者缝隙填充硅胶垫,人物俑的摇摆响应和滑移响应分别降低近40%和50%,支架根部应变下降近40%,人物俑与支架接触处应变下降近60%,有效提高了支架固定措施的抗震有效性。

液化土层厚度差异下大直径变截面单桩基础振动台试验

针对地震作用下不同液化土层厚度对大直径变截面单桩基础动力响应的影响,依托实体工程设计振动台模型试验,分别从土层孔压比、桩身加速度、桩顶水平位移及桩身弯矩等方面对大直径变截面单桩基础的动力响应进行了研究,结果表明:孔压比开始增长和趋于稳定的时间随液化土层厚度的增加均呈滞后趋势,液化土层厚度越薄,孔隙水上升越快,液化土层越容易发生液化。变截面位置位于液化土层时加速度增长较为明显,El-Centro波作用时大直径变截面单桩基础桩顶加速度放大系数最小,1004波作用时桩顶加速度放大系数最大;大直径变截面单桩基础桩顶水平位移最大值随液化土层厚度的增加逐渐增大,且地震波差异会影响其趋于最大值的时间;大直径变截面单桩基础最大弯矩在液化土层和非液化土层交界产生,且液化土层厚度越大地震波差异性对变截面位置处弯矩影响越大。在进行大直径变截面单桩基础的抗弯设计时,应着重考虑液化土层和非液化土层分界面处和变截面处抗弯能力。液化土层从30cm到50cm,大直径变截面单桩基础桩身加速度放大系数及桩顶位移分别增加了1.61倍和1.65倍。

电液振动台加速度时域波形自适应控制策略

针对电液振动台加速度时域波形复现精度低的问题,提出了一种基于内环前馈逆补偿和外环非线性滤波的在线自适应控制策略。首先,构建了电液振动台伺服驱动机构模型,采用三状态控制策略获得了初步加速度控制性能;其次,基于多新息遗忘梯度算法辨识了三状态控制下系统参数化模型,利用零幅值跟踪技术构建了内环前馈逆补偿策略,拓展了系统频宽,降低了相位滞后误差;然后,引入了外环非线性Volterra自适应滤波算法,抑制了电液振动台模型参数偏差、非线性动态特性和不确定性扰动的影响;最后,在搭建的水平单轴电液振动台上开展了时域波形复现对比实验。结果表明,提出的自适应控制策略与传统策略相比具有更优越的加速度时域波形复现精度。

分立式开关电源系统抗震性能的振动台试验研究

开关电源是通信机楼和通信基站中最重要的设备之一,相当于机楼和基站内供电系统的“心脏”,若在地震作用下发生功能失效将导致通信机楼和基站完全停止工作。开关电源的抗震性能研究是通信系统抗震韧性评估研究的基础。本文以通信机楼内常用的分立式开关电源系统为研究对象,通过振动台试验研究其在地震下的特征损伤模式、损伤发展过程以及其供电功能在地震作用下的变化等。试验过程中为了模拟开关电源在通信机楼中的实际使用状态,为开关电源连接了380 V电压输入和一台模拟负载,组成了一个完整的用电系统。试验中台面激励采用了1条人工地震动、1条天然地震动和1条正弦拍波,逐步增大台面PGA直至振动台位移超限停止试验。从试验结果看:当PGA达到1.0 g时电源柜开始损伤,表现为柜门与主框架磨损掉漆,PGA在1.2~1.5 g时,电源柜顶部连接松动,面板连接螺丝松动,螺栓孔发生冲切破坏,PGA达到2.0 g时,试验结束,电源柜的主体未发生严重破坏,交流柜与直流柜前门轴变形;另外即使在较大PGA下,正弦拍波也无法对电源柜激起较大位移而造成破坏。试验过程中电气信号始终稳定,该开关电源柜抗震性能良好。

含建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系振动台模型试验研究

基于Bockinghamπ定理,对具有建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系开展振动台模型试验,通过分析预应力锚索、建筑桩基的应变以及边坡坡顶加速度,研究支护体系的动力响应规律。结果表明,预应力锚索的应变在地震波加速度达到峰值时达到最大值,且上排锚索受力大于下排锚索,随着地震幅值的增大,最上排锚索锚固段率先发生滑移破坏失去锚固作用;建筑桩基应变最大值点位于滑动面以下一定深度,且远离边坡坡面的建筑桩基受力大于邻近边坡坡面的建筑桩基;坡顶各点峰值加速度随地震波幅值增大整体表现为线性增大,但在Wenchuan-Wolong波(0.55g)和Sin波(0.4g)工况时,各点峰值加速度相对有所下降,随着地震波幅值增大,各点峰值加速度放大系数在汶川波和正弦波作用下并非单调变化,而是表现为先减小后增大波动变化特点。