钢框架抗震减震振动台实验[详细]

钢框架抗震减振振动台实验钢框架抗震减振振动台实验一、实验目的1. 了解模拟地震振动台的工作原理及动力加载方法；2. 熟悉结构动力测试常用仪器、设备的使用方法；3. 掌握结构动力特性的测试方法；4. 掌握结构动力反应的测试方法；5. 通过减振实验了解阻尼器的耗能原理。

二、实验装置及设备：1. 四层钢框架模型；2. 调谐液体阻尼器（TLD ）装置；3. VD 液体油阻尼器4个：MRD4. TMD ：1个5. 1.5×1.5M 单向地震模拟振动台；6. 振动测试系统DH-5938；7. 动应变测试系统DH-5937；8. 电液伺服控制加载系统；9. 压电式加速度传感器； 10. 位移传感器； 11. 电阻应变计。

12. 质量块四层钢框架模型：a) 梁、柱均采用□30×20×2方管，活动支撑选用∟25×25×2角钢，梁柱节点处焊接80×80×5的支撑连接板。

钢框架底层柱角通过螺栓与振动台固定连接。

b) 各层楼板采用预制混凝土板（见图2-2），板的四角均设预埋件，便于固定连接，板重量误差±10N 。

TLD装置位移传感器1．加载控制系统采用1.5×1.5M单向地震模拟振动台1)每层钢框架楼板上固定安装一个压电式加速度传感器2)顶层及底层各安装一个位移传感器3)四柱脚及底层斜撑中部贴上电阻应变计本套实验的试件钢框架，可通过装卸支撑，组成多种结构型式，开展多项实验项目。

以下为三种最常见形式：模式一：不加支撑；模式二：加单根支撑；模式三：加双根支撑（图3）。

图3 测试系统图四、实验内容1、钢框架结构动力特性测定本实验采用两种方法测定钢框架不同结构形式（模式一、模式二、模式三）的动力特性。

1)自由振动法：对钢框架模型施加一个初始位移，突然卸载；或对钢框架模型施加一个冲击荷载（用榔头敲击钢框架顶层），利用结构的弹性使其自由振动起来。

钢框架整振动台实验实验心得
前不久，我们做了钢框架整振动台实验，实验过后有一些心得，做了以下记录。

当钢框架整振动台台面输入加速度峰值在0.19时，模型房屋X方向的外挂墙板拼缝、连接节点、窗洞U的加固扁钢和角钢及其锚接铁钉均完好，没有观察到裂缝、节点松动等破坏情况。

当钢框架整振动台台面输入加速度峰值在0.4g 时，墙板墙面在窗洞边缘的墙板拼缝处都出现了垂直裂缝，表面批土开始剥落，窗洞加固扁钢开始发生变形，但用角钢加固的窗洞没有观察到角钢有明显变形。

总之，从钢框架整振动台实验的整个过程来看，在初始阶段，墙板墙和砌体墙的存在都对主结构的刚度有一定的影响，其中砌体墙的影响更大，这和砌体墙是嵌砌在钢框架柱内而墙板是二点外挂在框架上的结构形式有关。

而且随着台面输入振动波加速度峰值的提高，墙板墙和砌体墙的裂缝逐渐扩展，墙板墙和砌体墙对结构的刚度的影响随裂缝的开展表现截然不同，墙板墙在开裂前后刚度的退化幅度相差很大，而砌体墙在开裂前后刚度的退化幅度一直都比较恒定。

我觉得这次钢框架整振动台实验非常有意义。

2023-11-07contents •引言•设备钢框架土体系振动台设计•子结构试验•数值模拟与分析•振动台子结构优化设计•结论与展望目录01引言研究背景与意义设备钢框架土体系在土木工程中的应用越来越广泛，对其振动特性的研究具有重要的理论和实践意义。

地震等外力作用下，设备钢框架土体系的振动特性对其稳定性和安全性具有决定性影响。

研究设备钢框架土体系的振动特性，有助于提高工程结构的抗震性能，保障人民生命财产安全。

010203研究现状与发展国内外学者针对设备钢框架土体系的振动特性进行了大量研究，取得了丰硕的成果。

现有的研究主要集中在简化模型分析、实验研究等方面，缺乏对复杂工况下设备钢框架土体系振动特性的系统研究。

随着高性能计算技术的发展，数值模拟成为研究设备钢框架土体系振动特性的重要手段。

010302研究内容与方法研究方法采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法，对设备钢框架土体系进行深入研究。

研究内容本文旨在研究复杂工况下设备钢框架土体系的振动特性，分析其动力响应和稳定性，并提出相应的控制策略。

理论分析建立设备钢框架土体系的简化模型，对其进行动力学分析，推导其振动方程。

数值模拟利用有限元软件建立设备钢框架土体系的数值模型，对其进行多因素耦合分析，揭示其振动特性和控制策略。

实验研究设计地震动输入下的实验，测试设备钢框架土体系的振动响应和稳定性。

02设备钢框架土体系振动台设计振动台结构由台体、振动器、控制器、传感器等组成。

工作原理通过振动器产生激振力，使台体产生振动，实现模拟地震等动荷载的作用。

振动台基本结构及工作原理钢框架结构设计钢框架结构类型采用钢结构框架，具有较高的强度和刚度。

结构设计要点考虑地震作用、风载作用、自重等荷载因素，进行结构分析和优化。

土体模型与边界条件土体模型采用实体模型或数值模型模拟土体的力学性质和变形特征。

边界条件通过固定支撑、弹性支撑等边界条件限制土体的位移和应力，保证试验结果的准确性。

振动台试验全过程介绍建筑结构的整体模型模拟地震振动台试验研究，从模型的设计制作、确定试验方案、进行试验前的准备工作、到最后实施试验和对试验报告数据进行处理，整个过程历时较长、环节较多。

显然，预先了解和把握振动台试验的总体过程，做到有目的、有计划、有方法，才能较顺利地完成该项工作。

介绍将会按照以下顺序依此进行：1 模型制作2 试验方案3 试验前的准备4 实施试验5 试验报告6 试验备份1、模型制作振动台试验模型的制作，在获得足够的原型结构资料后，至少需要把握这样几个关键环节：（1）依据试验目的，选用试验材料；（2）熟读图纸，确定相似关系；（3）进行模型刚性底座的设计；（4）根据模型选用材料性能，计算模型相应的构件配筋；（5）绘制模型施工图；（6）进行模型的施工。

对上述各条的设计原则以及注意事项等，分述如下。

1.1 选用模型材料模型试验首先应明确试验目的，然后根据原型结构特点选择模型的类型以及使用材料。

比如，试验是为了验证新型结构设计方法和参数的正确性时，研究范围只局限在结构的弹性阶段，则可采用弹性模型。

弹性模型的制作材料不必与原型结构材料完全相似，只需在满足结构刚度分布和质量分布相似的基础上，保证模型材料在试验过程中具有完全的弹性性质，有时用有机玻璃制作的高层或超高层模型就属于这一类。

另一方面，如果试验的目的是探讨原型结构在不同水准地震作用下结构的抗震性能时，通常要采用强度模型。

强度模型的准确与否取决于模型与原型材料在整个弹塑性性能方面的相似程度，微粒混凝土整体结构模型通常属于这一类。

以上分析也显现了模型相似设计的重要性。

在强度模型中，对钢筋混凝土部分的模拟多由微粒混凝土、镀锌铁丝和镀锌丝网制成，其物理特性主要由微粒混凝土来决定，有时也采用细石混凝土直接模拟原型混凝土材料，水泥砂浆模型主要是用来模拟钢筋混凝土板壳等薄壁结构，石膏砂浆制作的模型，它的主要优点是固化快，但力学性能受湿度影响较大；模拟钢结构的材料可采用铜材、白铁皮，有时也直接利用钢材。

单层钢框架抗震减震振动台试验一、试验目的1.了解模拟地震振动台的工作原理及动力加载方法；2.熟悉结构动力测试常用仪器、设备的使用方法；3.掌握结构动力特性的测试方法；4.掌握结构动力反应的测试方法；5.通过滚动隔震了解滚动隔震的减震原理。

二、试验装置及设备1.单层钢框架模型2.滚动隔震装置3.3M*3M单向地震模拟振动台4.振动测试系统DH5922N5.电液伺服加载系统6.加速度传感器7.位移传感器8.质量块单层钢框架模型：梁柱均采用H型钢（），顶部加设震动方向的两根次梁（选用L25×25×2角钢）三、试验方案及测试系统1.试验方案1.1工程概况单层框架尺寸为6M×9.8M×3.3米。

图1钢框架示意图2.模拟方案2.1模拟方案选择动力试验用的结构模型必须根据相似律进行设计，模型动力相似律的建立以结构运动方程为基础，选择若干主要控制参数作为模拟控制的对象，依据Buckingham的π定理，经无量纲分析导出控制参数的无量纲积，据此确定各控制参数的相似比率。

结构动力试验的相似模型大致分为四种：（1）弹塑性模型理论上可以重现结构反应的时间过程，使模型和原型的应力分布一致，并可模拟结构的破坏。

由于要严格考虑重力加速度对应力反应的影响，必须满足S a=S g=1（S a=模型加速度/原型加速度，S g为重力加速度相似系数，各相似系数之间的关系见表1），即模型加速度反应与原型加速度反应一致，这一要求大大限制模型材料的选择。

因为在缩尺模型中，几何比（S l）很小，在Sa=Sg=1的条件下，要满足Sa=S E/S l Sρ=1，即S l=S E/Sρ，必须使模型材料的弹模很小或材料密度很大，弹模小导致模型浇筑困难，容易损坏；密度大则要求在模型材料中加入大量铅粉之类容重大的掺合物。

这对大型建筑动力试验模型是难以办到的。

即使弹模或密度满足了相似条件，材料的其他性质如泊松比和阻尼等也难以满足相似关系，所以全相似模型只是一种理想化的模型，在实际工程中很难采用。