振动台试验三维层状剪切模型箱的设计及性能测试

在研究地震荷载作用下土-结构动力相互作用的问题和验证方法时,振动台试验被认为是一种有效的工具。试验时应使用合适的模型土箱,试验模型箱的边界效应成为直接影响模型试验结果准确性的重要因素。设计制作了一个由19层圆形环组成的三维层状剪切模型箱,高度为1 800 mm,内径为4 500 mm,层间铝合金框架采用三向运动支撑件连接。开展了模型箱振动台试验,通过埋设在土体中不同深度和位置的加速度计获取的地震反应来研究箱体的边界效应。试验时振动台面输入用于核电工程设计AP1000谱三维地震动。比较了不同深度各测点的加速度时程和反应谱值,计算得到从箱体中心到边缘测点的土体反应的峰值加速度的相对误差值,采用谱比法计算得到加速度反应谱相对误差值。试验及分析结果表明,设计的三维层状剪切模型箱在3个方向上都具有良好的真实场地无限边界条件的模拟效果,解决了现有层状剪切模型箱仅能单向或双向输入水平地震激励的不足。

悬挂式层状多向剪切模型箱的设计分析及试验验证

根据试验目的,运用悬挂隔振和滚珠隔振的理论,设计了悬挂式层状多向剪切模型箱装置。该装置是由钢索吊起的多层圆形框架、悬挂支架和底板组成的空间结构体系。通过对这种新的模型箱结构形式的理论分析,论证了所采用的模型箱结构形式和隔振措施能有效的减少模型箱对模型土振动特性的影响,大大削弱了模型箱自身质量引起的惯性作用对模型土动力响应的影响。通过数值模拟和对试验中模型土加速度时程的对比分析以及模型土的振型分析,论证了在水平地震激励作用下,模型土产生层状剪切变形,且各部分模型土的地震响应一致,能有效模拟土体的侧向变形边界条件。该模型箱既消除了现有柔性模型箱在水平地震激励作用下产生的土体拱效应现象,也克服了现有层状剪切模型箱仅能单向输入水平地震激励的不足。

振动台试验双向层状剪切型连续体模型箱设计及测试

为研究非一致地震激励下土箱边界对埋地油气管道振动台试验的影响,该文章在国内外研制振动台用模型箱的基础上,设计了适用于该试验用的双向层状剪切型连续体模型箱,该模型箱是由层叠式框架箱体、滚动滑移机构、限位滑移机构以及伸缩机构等组成的三维结构体系。运用有限元分析软件ABAQUS对设计的模型箱进行振型分析,并利用振动台试验结果与数值模拟结果对照,探究在一致、非一致地震激励下模型箱的适用性及稳定性。分析结果表明:设计模型箱的自振频率与箱-土的自振频率相差较大,即模型箱对模型箱内土体的自振特性影响较小;同一深度处不同测点的土体加速度时程曲线吻合程度较高,即模型箱的边界效应较小;不同高度处的土体位移时程曲线波动幅度较大,即模型箱的层间剪切变形能力效果较好;同一高度处箱体两端的位移时程曲线表现出明显差异性,即箱体两端的错动变形效果理想。故该文所设计的双向层状剪切型连续体模型箱能够实现剪切变形效果和降低模型箱边界效应的影响,该模型箱的研制为今后研究埋地管道的地震响应问题提供坚实保障。

振动台试验新型叠层剪切模型箱的改进与性能测试

对自主研发的可调节弹簧和阻尼装置的层状剪切模型箱进行改进,并进行了试验验证。其整体改进思路是:用平面直线滚针排取代滚珠,提高其层状剪切模型箱剪切变形的能力;在非主振方向添加竖向弹簧,优化其动力边界条件。试验和分析结果表明:相比于原始工况,改进后的层状剪切模型箱可以产生较大相对位移,起到了很好的模拟剪切大变形的效果;左右竖向弹簧的补充增大了模型箱位移的连贯性,使之更加接近真实土体变形反应。

自由场地液化响应特性的离心机振动台试验

利用ZJU-400土工离心机振动台,对相对密度为40%的福建中细砂自由场地模型,进行5次动态加载的液化试验.分析试验中土的动力特性和地震动特性,得到土体不同深度范围内加速度、超静孔隙水压力随时间的发展规律,以及土体加速度、沉降与超静孔隙水压力增长之间的关系,增强了对地震过程中土体加速度、沉降与孔隙水之间相互作用的理解.结果表明:场地放大作用受超静孔隙水压力增长和土体软化的共同作用,液化破坏了土颗粒的联结强度和结构稳定性,再次沉积形成的结构不稳定易再次液化;峰值过后切应力对超静孔隙水压力增长仍起到不可忽视的作用;土体超静孔隙水压力增长和土体沉降是外荷由土颗粒到孔隙水再到土颗粒传递的结果;液化后固结完成,场地土体自振频率增加;基于剪切波速确定CRR曲线的方法是合理的.

横向行波效应激励下埋地油气管道地震响应振动台试验研究

埋地油气管道为无限长线性结构,如仍采用一致地震输入对其进行地震响应分析,则与实际情况可能存在差异。为研究埋地油气管道在行波效应地震激励下的地震响应规律,研发了双向层状剪切型连续体模型土箱,设计了测试方案,通过埋地油气管道地震响应振动台试验,对比分析了横向一致地震和行波效应地震激励下埋地油气管道和周围土体的应变响应、加速度响应特性和变化规律。试验结果表明:研发的模型土箱能够满足行波效应地震激励和土体连续性双向层状剪切变形的要求;行波效应激励下管道中间截面峰值应变响应更大,管道加速度响应更大,响应曲线的多峰值特征明显;土体加速度响应随着土层埋深自下而上,表现为先减小后增大,且行波效应激励下的波动范围更大;随着加载等级的提高,管道加速度响应逐渐大于周围土体加速度响应,且在行波效应激励时,增大更加明显;土体中埋入管道后,管道与土体间产生了相互作用,且行波效应激励下管-土接触面间隙更大,管道受周围土体的约束力更弱,土体更早进入非线性,管道自身的振动特性表现更为明显。