立式储罐滚动隔震地震模拟振动台试验研究

为了降低强震作用下立式储罐的地震响应,根据机械动力学原理设计了滚动隔震装置,同时,根据相似比理论设计了原型为1 000 m3储罐的1∶4缩尺滚动隔震储罐模型。选取3条位移波作为地震动输入,对滚动隔震储罐模型进行地震模拟振动台试验。试验结果表明:滚动隔震后结构体系的基本周期被拉大,避开了地震动的卓越频率;滚动隔震后沿罐壁高度方向加速度峰值降低明显,减震率最高可达75%;罐壁环向应力在储罐的底部和中上部最大,轴向应力在储罐的底部最大,隔震后均有较大降低,隔震效果明显;不同地震动的隔震效果不同,El Centro波的隔震效果最好,同种地震动作用下随着地震能量的加大,隔震效果降低;滚动隔震不能有效降低晃动波高。建议实际工程应采取控制晃动波高的措施。

特别不规则体型高层钢结构地震模拟振动台试验研究

通过对一特别不规则体型高层钢结构进行了1/12整体模型地震模拟振动台试验,测试了模型结构的动力特性、阻尼比及其在7度多遇、7度基本、7度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反应等,并根据试验结果和相似理论,推导、分析了原型结构的地震反应。最后对原型结构的抗震设计提出了一些改进建议。

既有底框砖房组合加固方法模拟地震振动台试验研究

针对一些临街商住建筑和自建房,提出在既有底框砖房的底层增设砖抗震墙与内置门式刚架的组合加固方法,设计并制作了两个1∶2缩尺底框砖房模型,进行了加固和非加固模型的模拟地震振动台试验。基于试验现象和数据,对比分析了加固前后结构的动力特性、加速度响应、位移响应等。结果表明,采用组合加固方法后,结构自振周期减小、阻尼比增大、底层塑性变形集中和平面扭转效应明显减小,显著提升了结构的抗震性能。

三层钢框架结构振动台试验及性能分析

为了更加直观地了解钢框架结构在地震作用下的动力响应,根据相关规范对原型三层三跨两榀钢框架进行1/10非完全缩尺,施加三种地震波输入振动台使钢框架结构进行振动获取其加速度、位移和应变动力响应并进行抗震性能分析,为后续研究结构抗震中结构参数的选取提供参考依据。

刚性滑板-复位橡胶免承压支座隔震结构振动台试验

研发了一种新型自复位滑移摩擦隔震支座,该支座竖向支承和水平复位元件相互独立分离,摩擦耗能和自复位功能分别由刚性滑块和弹性橡胶完成。阐述了该支座基本构造及工作原理,提出并检验了该型支座的理论恢复力模型。设计并制作了3层装配式钢框架足尺模型,选用2条天然波及1条人工波,对基础隔震及非隔震结构进行7度(0.15g)多遇、设防及罕遇地震的地震模拟振动台试验。结果表明:新型支座的各组成部分本构关系独立明确、传力路径清晰,便于组装更换;采用该支座的隔震结构在各水准地震作用下的地震反应明显小于非隔震结构,隔震效果随试验地震动峰值加速度的增大而趋于显著;隔震层滞回曲线饱满,可有效吸收耗散地震能量,各支座始终保持较好的竖向稳定性,未出现倾覆提离现象,震后结构隔震层复位良好。

盆式橡胶支座基础隔震结构地震模拟振动台试验研究

主要用于公路工程和铁路工程的盆式橡胶支座具有高承载力、水平滑动能力、转动能力、抗拉能力等优点,具备在基础隔震建筑结构中使用的技术属性。现行国家标准仅规定了这类支座力学性能试验的静力方法,但采用静力方法难以得到这类支座的动力性能及地震响应特征。采用地震模拟振动台对盆式橡胶支座的动力性能及产品设计等进行试验研究,结果表明:盆式橡胶支座在强震作用下能够有效延长结构自振周期,滞回环较饱满,具有较好的隔震和减震性能;在超烈度强震作用下,盆式橡胶支座的中间钢衬板磨损较为严重,橡胶密封圈存在被挤出的危险性,在产品设计时应予以注意。

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。

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5.101 Hz(X向平动)、5.466 Hz(Y向平动)和7.652 Hz(整体扭转),原型结构对应的前3阶振型周期分别为1.456 s、1.362 s和0.970 s,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。

多层单排配筋剪力墙结构模拟地震振动台试验研究

为了研究多层单排配筋剪力墙住宅结构,分析单排配筋混凝土剪力墙与双排配筋混凝土剪力墙抗震性能的差异,设计制作了一个1∶4缩尺的4层钢筋混凝土剪力墙结构模型,该模型的一侧墙体配筋为双排钢筋,另一侧墙体配筋为单排钢筋.对其进行了模拟地震振动台试验,研究了其动力特性以及不同烈度地震作用下结构的加速度反应、位移反应和破坏形态.试验表明,单排配筋剪力墙平面内的抗震性能好于双排配筋剪力墙,由于单排配筋翼缘和腹板的共同工作,其平面外性能与双排配筋剪力墙差异不大,单排配筋剪力墙可用于7度和8度区多层剪力墙住宅结构的抗震设计.

甘堡藏寨194号杨家宅院地震模拟振动台试验研究

以甘堡藏寨194号杨家宅院为建筑原型,根据相似比理论设计了甘堡藏寨194号杨家宅院地震模拟振动台试验缩尺模型,采用当地的石材、砂浆,并请当地工匠进行了模型砌筑,选取El Centro位移波作为地震动输入,调整位移波峰值模拟地震强度,给出了2层和3层处楼面加速度和位移沿高度的变化规律,进行了裂缝分析,结果表明：藏寨砌筑砂浆强度较低、纵横墙拉结处较弱,同时洞口为薄弱部位,且第2~3层竖向体型收进,刚度和承载力突变,进而形成＂V＂字形剪切斜裂缝;结构具有不对称的扭转效应,导致同一层的加速度和位移峰值相差10%左右;沿房屋竖向质量和刚度有突变,形成薄弱层,导致墙体在地震作用下有外闪的趋势,容易发生破坏。建议对房屋的纵横墙加强拉结,同时对薄弱部位应进行加固改造。

高层钢筋混凝土斜交网格结构振动台试验研究

为对高层钢筋混凝土斜交网格结构的破坏机理及抗震性能进行深入研究,对一高层钢筋混凝土斜交网格建筑进行了1/25的模型模拟振动台试验。在试验中针对模型进入非线性后,相似关系中的弹性模量比并非定值的问题,采用了分级相似关系,使试验结果能更贴近原型反应。研究了模型结构的动力特性和在不同地震烈度作用下的加速度反应及关键位置的应变变化情况,探究造成结构破坏的原因,找出模型结构破坏的薄弱环节。根据斜交网格结构的受力特点,结合模型破坏形态,总结高层钢筋混凝土斜交网格建筑的优缺点,并为高层斜交网格建筑的平面形式设计及材料选择提出建议。

土-结构相互作用振动台试验模型简化方法探讨

考虑到地震模拟振动台本身的承载能力限制、土体及边界条件模拟的复杂性、模型缩尺比例不能过小等因素,提出了一种在地震模拟振动台试验中简化考虑土-结构相互作用的方法,并以某海上高耸塔结构为例说明了该方法的可行性。利用有限元软件ETABS9.0.0建立了两个三维有限元模型:考虑土-结构相互作用模型(模型A)和简化模型(模型B)。其中,模型B上部结构与模型A相同,通过模态分析、反应谱分析和时程分析反复调整基础结构形式,使两个模型的上部结构地震反应相同。调整得到的模型B,即为考虑土-结构相互作用的简化模型,可为土-结构相互作用地震模拟振动台试验提供参考。

钢隔震墩框架振动台试验研究

针对广大村镇地区多层框架房屋抗震需求的现状,根据隔震理论,提出一种新型钢隔震墩。以2层钢筋混凝土框架结构为研究对象,采用新型钢隔震墩作为框架结构隔震装置,进行地震模拟振动台试验。通过在振动台台面及各层楼板布置拾振器测得各部分加速度及位移时程关系,分析上部框架结构地震反应及隔震墩的隔震性能。研究结果表明:在不同加速度峰值的地震波输入下,框架一层底板输出的加速度峰值较台面输入加速度峰值降低约50%~75%,2层顶板与1层底板的相对位移最大值为0.90mm。向钢隔震墩内灌注沥青油膏后,上部框架层间位移进一步减小。钢隔震墩用于框架结构时隔震效果显著。

立式浮顶储罐并联基础隔震模拟地震振动台试验研究

立式浮顶储罐在强震作用下会发生罐壁屈曲、卡顶、浮顶下沉等震害。为降低储罐地震响应,以1 000 m3储罐为原型,按1:5的几何相似比设计缩尺模型,并以隔震周期为0.5 s进行并联隔震装置设计,给出其力学本构关系。采用模拟地震振动台试验方法,选取四种不同频谱特性的地震动对模型罐进行地震响应分析,结果表明:隔震层顶部加速度卓越频率有所降低,周期延长;隔震后储罐加速度、层间位移及动应力地震响应明显降低,但晃动波高有所放大;三向地震激励与单向地震激励相比,加速度地震响应明显放大,对晃动波高影响较小。建议储罐抗震减震设计时应考虑三向地震作用。

农村房屋新型隔震与抗震砌体结构振动台试验研究

为提高农村房屋的抗震减震能力,提出了一种新型基础滑移隔震构造的砌体房屋和一种异形保温砌块带构造柱砌体房屋,并均已获得国家发明专利。进行了4个农村房屋结构模型的模拟地震振动台试验研究,试验模型包括:1个基础滑移隔震砌体房屋和1个对比的抗震房屋;1个异形保温砌块带构造柱砌体房屋和1个对比的普通保温砌块砌体房屋。通过试验,研究了基础滑移隔震结构的工作机制,分析了抗震结构的抗倒塌能力与墙体破坏过程。研究表明:提出的基础滑移隔震结构,构造简单,造价低廉,工作可靠,当峰值加速度为0.1g时滑移隔震系统便可启动,可显著减小上部结构的地震作用;异形保温砌块带构造柱砌体房屋与普通保温砌块砌体房屋相比,其承载力高,刚度退化慢,延性较好,综合抗震能力显著提高。本文研发的新型基础滑移隔震砌体结构和异形保温砌块砌体结构,适于农村房屋的建造。

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。

上海世博会中国馆抗震分析与振动台模型试验研究

2010年上海世博会中国馆建筑造型和结构体系独特,主体结构为4个钢筋混凝土筒体加组合楼盖,筒体间楼盖向上层层展开出挑,呈四棱台斗冠状。倒梯形的建筑造型使上部楼层的转动惯量增大,导致结构的第一振型为扭转振型,不满足现行高层结构设计规范的要求。为了研究该结构的抗震性能,检验和改进结构设计,利用有限元程序ANSYS对整体结构进行了抗震分析,同时又进行了比例为1/27的模拟地震振动台试验。计算结果表明,虽然中国馆的第一振型为扭转,但结构的扭转反应不大,和振动台试验结果具有较好的一致性。同时,原型分析和模型试验表明结构的损伤发展符合预期的破坏形式,能够满足预定的抗震设防目标。根据试验结果,给出了改进设计建议。

RC框架-格构混凝土填充墙结构振动台试验研究

水泥聚苯模壳格构混凝土填充墙体是一种集保温、阻燃、经济于一体的新型墙体,本文对一栋1:1比例单层足尺钢筋混凝土框架-水泥聚苯模壳格构混凝土填充墙模型进行了模拟地震振动台试验,研究结果表明,这种结构具有良好的抗震性能,高宽比大于2的纵墙平面内呈弯剪破坏,高宽比为1的横墙则为剪切破坏。按模型设计的不同连接方式,都能保证填充墙与框架的协同工作。

“小小振动台演示系统”的设计与实现

国内外大量地震灾害统计表明,地震中85%以上的人员伤亡是由建筑物倒塌造成的,在台湾集集地震中比例竟高达94%,建筑物倒塌是人员伤亡的主要原因。在同一次地震中,有的建筑轰然倒塌,造成大量人员伤亡或被埋压,而有的建筑则岿然屹立,被公众称为“楼坚强”。为什么建筑物会存在如此大的差异呢?除了可能存在施工质量、场地条件等差异外,其根本原因是建筑抗震性能存在差异。结构抗震试验是建筑抗震性能研究的重要技术手段,目前常用的实验室试验方法有拟静力试验、拟动力试验和地震模拟振动台试验,其中地震模拟振动台试验可以真实再现各种地震波,直观了解结构在地震作用下的破坏状况及其过程,是目前研究结构抗震性能最直接的常用试验方法(图1)。

特高压TYD1000型电容式电压互感器抗震试验研究

为了准确评估特高压电气设备的抗震能力,依据特高压电气设备的试验方法,利用地震模拟振动台对特高压TYD1000型电容式电压互感器进行了试验研究。试验过程中测量了设备多个关键部位的地震响应,包括加速度、应力(或应变),并比较分析了试验前后设备结构动力特性的变化,包括基频和阻尼的变化。结果表明:在地震波激励作用下,特高压互感器中瓷套与金属法兰之间连接的水泥胶装部位出现塑性变形或损伤,导致该设备动力特性在试验前后有较为明显的变化,设备地震响应呈现非线性变化关系。因此,对该类型设备进行抗震能力评估时,非线性特征作为1项重要因素需要考虑。