土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验:试验方案设计

以南京地铁的建设背景为基础,对含有可液化土层的深厚软弱场地上双洞单轨的地铁区间隧道结构进行了大型振动台模型试验研究。根据本次试验的目的和特性,首先给出了模型体系相似比的设计基本原则,并对整个模型体系进行了相似设计,对模型土和模型结构的制备方法和模型材料的物理特性进行了室内试验研究,同时,根据对隧道地震反应分析的数值模拟结果,对传感器的选择及其布置方案进行了分析。最后,根据南京及其周边地区的地震环境,对台面输入地震动的选取及其加载方法进行了具体的阐述。试验结果表明本文对土-地铁区间隧道动力相互作用的大型振动台模型试验的设计方案是合理的,对相关试验结果的整理和分析见另文。

强震作用下层状岩质斜坡破坏的大型振动台试验研究

以"5.12"汶川地震背景为基础,对不同岩性组合水平层状岩质边坡进行了大型振动台模型试验研究。文中介绍了振动台试验过程,通过对试验现象的观察处理分析,考察了边坡的破坏现象特征、变形破坏模式。实验结果表明,地震力作用下边坡的变形破坏程度、特征以及稳定性不仅与地震波的类型、加载方向、频率、振幅有关,同时还受边坡的岩体性质、高程、微地貌、结构面等地质因素控制,对于同一岩性组合边坡,在同种地震波和等振幅作用下,合成向ZX向、X向和Z向激振对边坡的破坏性依次增强;在等振幅和激振方向下,正弦波15Hz、10Hz和天然地震波对边坡的破坏性依次减弱;随着振幅增加,各种地震波对边坡的破坏程度加剧。水平层状岩质边坡破坏主要发生在顶部尤其是靠近坡肩部位,其破坏受层面控制。在地震作用下呈拉裂-剪切-滑移式破坏。在相同地震波作用下,上软下硬边坡先于上硬下软边坡破坏,大振幅作用时顶层岩体震碎呈散体状滑落,形成滑坡;而上硬下软边坡破坏主要是岩层后缘拉裂后整体剪切错动,最终形成崩塌。

液化场地土-地铁车站结构大型振动台模型试验研究

本文对浅埋于可液化南京细砂地基中的地铁车站结构进行了大型振动台试验研究,对部分试验结果进行了整理,分析了模型地基的加速度和振动孔隙水压力的反应规律。试验结果表明:在整个试验过程中,模型地基浅层土和地铁车站侧向附近地基土最容易发生液化;其次,随着振动台台面输入地震动峰值加速度的增大,离车站结构较远的侧向地基土和底层地基土再发生液化,而车站结构正下方的模型地基土最不容易液化。同时,在模型地基土发生液化后,地铁车站结构发生了明显的整体上浮现象。

自由场地基液化大型振动台模型试验研究

目前,大型振动台模型试验是研究液化场地的地基动力特性及土-结动力相互作用的一种有效手段。以1976年唐山地震中倒塌的胜利桥的地基为原型,开展1∶10模型的自由场地基液化的大型振动台模型试验研究,再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象,尤其是模型地基的试验破坏与其原型的实际震害情况比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题。

地铁车站结构大型振动台试验与数值模拟的比较研究

根据可液化土层上土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验结果,以软件ABAQUS为平台,将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型模拟土体的动力特性,采用混凝土动塑性损伤模型模拟车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比,结果表明:数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,体现出了相似的规律性,相互印证了计算分析的力学建模和振动台试验结果的正确性。

液化大变形条件下地铁车站结构动力反应大型振动台试验研究

本文对浅埋于可液化南京细砂地基中的地铁车站结构的大型振动台试验结果进行了进一步的整理,主要分析了地铁车站结构侧向地基土发生液化大变形时车站结构的应变反应、加速度反应和土与结构侧墙之间接触面的动土压力反应,结果表明:地铁车站结构侧向土体发生液化大变形时,地基土的大变形造成地铁车站结构中柱和侧墙都发生较大的不可恢复的残余变形;在侧墙底部记录的动土压力反应幅值明显比中部和顶部处记录的值要大,中板处的峰值加速度都比底板处的对应值要大。

立面收进超限高层建筑结构振动台模型试验研究

本文介绍了嘉里静安综合发展项目(南区)南塔楼的结构体系、整体结构模拟地震振动台试验模型材料的选取、动力相似关系的确定以及模型的简化设计。通过分析模型结构在7度多遇地震、基本烈度、罕遇地震和8度罕遇地震阶段的动力特性、加速度及位移反应,根据相似关系得到原型结构的动力特性、层间位移、楼层剪力等动力反应。研究表明,原型结构能够满足我国现行规范"小震不坏、大震不倒"的抗震设防标准。在特大地震作用下,结构立面收进处和斜柱层存在薄弱部位。

模型储罐三维地震反应振动台试验研究

针对立式钢制模型罐,进行了三维地震激励和一维地震激励振动台的动响应试验研究。结果表明:储罐在三维地震动激励下的反应与一维激励相比,加速度反应、罐壁的应变反应、储罐提离反应具有较明显的放大效应。位移反应在不同地震激励下,其放大效应不同,El Centro波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移放大明显,Taft、天津波激励下各测点三维激励下位移较一维激励下位移有放大也有缩小,幅度均不大。由罐壁测点加速度功率谱分析表明:一维激励其峰值频率区域较为集中,主峰突出,能量主要集中于低频区;在三维地震激励下,频率峰值区域明显拉长,峰值点模糊,频率成份十分丰富,表现出多主峰的特点。

钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架核心筒抗震性能试验研究

为进一步改善混凝土核心筒的抗震性能,本文提出了钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒。进行了2个1/6缩尺的核心筒模型在低周反复荷载下的抗震性能试验研究,1个为钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒,1个为钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒。通过试验,对比分析了2个核心筒的承载力、延性、刚度及其衰减、滞回特性、耗能能力及破坏特征,给出了钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒的承载力计算模型,计算结果与实测值符合较好。研究表明,钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒与钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒相比,其抗震性能明显提高。

L形截面短肢剪力墙抗震性能的模型试验研究

为了研究L形截面短肢剪力墙的抗震性能,对6个1/2缩尺比例的L形截面短肢剪力墙试件进行了低周反复荷载作用下的试验研究,分析了轴压比、截面高厚比、剪跨比等参数变化时,对试件的承载力、延性、滞回特性、耗能能力及破坏特性等抗震性能的影响。结果表明:L形截面短肢剪力墙试件扭转变形较小,试件以弯剪破坏为主,腹板底部为试件最薄弱部位,剪跨比小,轴压比大的试件腹板中心剪切破坏现象明显;试件随着截面高厚比、轴压比的提高,极限承载力增加,试件耗能能力变差、延性下降明显;L形截面短肢剪力墙试件在截面高厚比适中,为6.5∶1时,经济、抗震性能也较好。

TLD控制的钢结构振动台模型试验研究

本文通过钢结构的振动台模型试验,研究了在刚性地基条件下矩形调谐流体阻尼器(TLD)对结构地震反应的减震机理和减震效果,为进一步研究土-结构相互作用对结构TLD减震控制效率影响的振动台模型试验提供对比数据。试验结果表明,在水箱中设置铁丝网有助于提高TLD的减震效率,地震动的频谱特性和峰值加速度大小对TLD的减震效率有重要影响。

圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙抗震性能试验研究

圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙是一种新型组合剪力墙。为了解这种剪力墙的抗震性能,进行了3个1/5缩尺试件的低周反复荷载试验。3个试件中,1个为圆钢管混凝土柱框架结构,1个为圆钢管混凝土边框-钢桁架结构,1个为圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙。基于试验,对比分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征。试验表明:圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙承载力高,刚度大,耗能能力强,延性良好。

复合隔震结构模型振动台试验研究

作者对一个二层复合隔震结构钢框架模型进行了振动台试验,该模型采用夹层橡胶支座与摩擦滑移支座并联组合作为隔震层,既能提供足够的弹性恢复力,又具有良好的结构耗能能力。试验测得结构各项动力响应,并将软件计算数据与试验数据进行了比较,结果表明复合隔震结构的加速度反应小,楼层层间位移也较小,上部结构基本为平动,结构耗能能力显著,而且软件可以很好地模拟结构的地震反应规律。

实时子结构实验Chang算法的稳定性和精度

与慢速拟动力子结构实验相比,实时子结构实验的优点在于它能真实地反映速度相关型试件的特性。实时子结构实验的逐步积分算法通常借用拟动力算法,但是目前液压伺服作动器很难实现速度反馈控制,因而试件速度不能实现原算法的假定值,这样一来算法的稳定性和计算精度将发生改变。台湾学者S.Y.Chang提出一种无条件稳定的显式拟动力算法,本文分析了这种方法应用于实时子结构实验时的稳定性和计算精度。研究发现在实时子结构实验中该方法由无条件稳定变成了有条件稳定的,精度也发生了改变。

三维隔震系统振动台实验研究

针对目前隔震体系尚不能减小竖向地震反应的缺陷,提出并研制了采用碟形弹簧的竖向半主动隔震装置。竖向半主动隔震装置是由碟形弹簧和外套油缸组成的,且由电磁阀控制油缸内油体与外接蓄油箱内油体间的油路,可实现竖向半主动隔震控制,提出了竖向隔震控制的半主动策略,结合水平隔震支座可实现三维隔震。通过振动台地震模拟实验,验证了三维隔震体系的效能,该研究对高烈度地区隔震技术的改善具有应用参考价值。

子结构地震模拟振动台混合试验原理与实现

为了解决地震模拟振动台承载能力及台面尺寸对大型结构试验的限制,扩展振动台的功能,本文提出了子结构地震模拟振动台混合试验方法、试验过程及实时数值积分方法,并给出了试验子结构边界条件的两种模拟形式。通过一个简单框架结构的地震模拟振动台试验和子结构混合加载试验验证了该方法的可行性,并指出了该试验方法的主要技术问题。混合试验方法通过子结构技术和振动台试验相结合,解决了目前的地震模拟振动台试验和拟动力试验在设备规模和加载速度上的局限性。

屈曲约束支撑滞回曲线模型和刚度方程的建立

针对屈曲约束支撑,本文根据其反复荷载作用下的滞回特征,提出了一种滞回模型,并建立了屈曲约束支撑的弹塑性刚度方程。根据这种模型编制程序模拟绘制了屈曲约束支撑的滞回曲线,将模拟计算曲线与试验所得曲线进行对比,对比结果表明本文所提模型是准确、有效的。

平面不规则结构非弹性扭转地震反应研究进展

不规则建筑结构在侧向地震荷载作用下由于质量中心和刚度中心的不重合导致平扭耦联反应的发生,使得结构构件的变形需求分布在结构平面内并不一致,从而产生附加的强度和变形需求。尽管不规则建筑结构在地震作用下的扭转问题一直受到研究学者的关注和研究,并取得了很多显著的成果,但仍然存在着一些争议,有待于继续深入研究。本文从结构的分析模型、影响参数及地震动输入等方面回顾总结了平面不规则建筑结构在地震作用下非弹性扭转的研究进展,结合当前的研究工作指出今后研究的发展方向。

大型复杂结构-桩-土振动台模型试验土箱设计

以基于天津站交通枢纽的大型复杂结构-桩-土振动台试验为背景,详细介绍土箱设计特别是其边界设计,通过试验数据并结合模型模态分析对边界效应进行定量分析,检验土箱边界实际效果并为边界的进一步改进提供事实依据.研究结果表明:在土箱底部,通过设置分割条嵌入模型土中做成的摩擦边界的效果较好;在土箱垂直于地震动两侧壁上,聚苯乙烯泡沫塑料做成的柔性边界对Taft波和人工波加载的效果比较好,而对天津波加载效果略差;在土箱平行于地震动两侧壁上,通过侧壁内表面贴聚氯乙烯薄膜并涂抹润滑油做成的滑动边界起到一定的效果,但偏差较大.对模型土的模态分析表明:通过提高模型土域的宽高比以及适当减小柔性边界的弹性模量都可以明显减小柔性边界对模型土的影响.土箱设计总体效果较为理想,边界设计及分析可为类似土-结构相互作用振动台试验提供借鉴.

不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑动力相似关系试验研究

模型试验的动力相似理论是结构抗震试验技术中的一个基础性研究课题。本文设计实现了1/10、1/20和1/30三个不同比例的钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台模型试验。通过对三个模型试验结果的对比研究,对钢-混凝土混合结构高层建筑的动力相似关系进行了初步探讨。试验结果表明,按照本文的动力模型的设计施工及试验要求进行的不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台试验,在自振频率、振型、加速度放大系数、楼层最大位移、楼层剪力等动力特性和动力反应方面具有较好的相似性。试验结果一方面说明对这三个模型采用的动力相似关系和制作方法是合理的,另一方面也说明了对钢-混凝土混合结构房屋采用较小的1/30比例进行振动台试验是可行的。