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SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究_张之颖

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基于SMA阻尼器的古塔模型结构振动台试验研究

基于SMA阻尼器的古塔模型结构振动台试验研究

ＺＨＡＯ Ｘｉ ｎ ， ａ ｇ ’ ＷＡＮＧ ｈ —ｉ ｎ ， Ｓ ｅ ｌａ ｇ ＺＨＯＵ —ｉ ， ＡＮＧ Ｘｉ ｎ ｙ ｎ ＺＨＡＯ —ｈ ｎ Ｆｕ ｌ ｎ ＨＵ ａ ｇ— ｕ ， Ｘｉｃ ｅ ｇ
（ ．Ｅ ｕａ ｏ ｎｓｙ Ｓ ｅ ａｏａ ｒ ｆ ｔ ｃ ｒ １ ｄ ｃｔ ｎＭｉｉｒ ’ Ｋ ｙＬ ｂｒｔ ｏ ｒ ｔ ｅ＆ Ｅ ｒ ｑ ａｅＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｘ ’ｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ Ａｃ ．＆ Ｔｃ ． Ｘ ’ｌ ７０ ５ ， ｈｎ ； ｉ ｔ ｏ ｙ Ｓｕ ｕ ａｔ ｕ ｋ ｎ ｉ ｅｉ ， ｉａ ｎｖ ｓｙ ｆ ｒｈ ｈ ｎ ｎ ｅ ｉ ｅｈ ， ｉａ １０ ５ Ｃ ｉａ ｌ
（ ．西安建筑科技大学 结构 工程 与抗 震教育部重点实验室 ， １ 西安
２ ．西安建筑科技大学 材料科学与工程博士后流动站 ， 西安
摘
要 ：针对某古塔结构的主要受力和变形特点， 并遵循“ 保护第一” 修旧如旧” 和“ 的古建筑保护原则， 设计了３
种Ｓ ＭＡ阻尼器 ， 出了将其安装于古塔结构 以提高其抗震性 能的保护 方案 ， 提 探讨 了 Ｓ ＭＡ阻尼器 的安装方式 及确定其 数 量 的计算 方法 ， 并进行 了装有 Ｓ ＭＡ阻尼器 的古塔模 型结构 振动 台试 验 。试验 结果表 明 ， 中所提 Ｓ 文 ＭＡ阻 尼器可有效 地 提高该古 塔结 构的抗震能力 ， 且对其他历 史建 筑的保护和修复也具有一定的参考意义 。 关键 词 ：古塔 ； 形状记忆合金 阻尼器 ； 振动 台试验 ； 修旧如旧
３ ａｔｑ ａ ｅＥ ｇｎ ｅｉｇＲ ｓ ａ ｈ＆ Ｔ ｓ Ｃ ｎｅ ．Ｅ ｒ ｕ ｋ ｎ ｉｅ ｒ ｅ ｅｒ ｈ ｎ ｃ ｅｔ ｅｔ ｒ，Ｇ ａ ｇｈ ｕＵ ｉｅｓ ｙ Ｇ ａ ｇｈ ｕ５ ０ ０ ， ｈｎ ） ｕ ｎ ｚ ｏ ｎｖ ｒ ｔ ， ｕ ｎ ｚｏ １ ４ ５ Ｃ ｉ ｉ ａ

振动台试验中小缩尺比模型材料试验研究

振动台试验中小缩尺比模型材料试验研究

比表面积 ! I43O<Y3 #
7S4
初凝时间 d I(" 30S
表 (N)(&O 级硅酸盐水泥试验结果
9GCSJ(N9JDEFJD[SEDLX)(&O ?LFESGUMHJVJUE
终凝时间 d I("
安定性 d II
4‘ # 抗折强度 d \_)
4‘ # 抗压强度 d \_)
4S3
3/S
‘/7
07/3
杨等通过抗折强度和劈裂强度试验对微粒混凝土受 拉性能进行了研究*0+ % 沈 德 建 等 在 试 验 研究 的 基 础上建立考虑应变率和初始静载影响的微粒混凝土 抗压强度和弹性模量计算方法*S+ % 然而"在小缩尺 比的地下结构振动台模型试验中"需采用低弹性模 量微粒混凝土模拟原型结构中的混凝土"且两者的 力学性能之间应满足一定的相似条件% 因此"有必 要对低弹性模量微粒混凝土的性能进行研究%
7R?7:#@7291359=!4 "69B75@133Q5A137@"!73@197:#13 #2 5B1I#2; 91<379759
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阻尼振动实验：阻尼和振动频率的关系

阻尼振动实验：阻尼和振动频率的关系

感谢观看
THANKS
研究振动系统结构、参数对振动特性的影响
02 探索新的实验手段和方法
尝试新的实验方案和观测手段以获得更准确 的数据
03 研究振动系统的性能优化
通过实验和分析寻找振动系统的最佳工作状 态
未来展望
振动系统特性研究
结构分析 参数优化 振幅控制
实验手段探索
新仪器引入 观测技术改进 数据处理方法更新
性能优化方向
实验装置
弹簧
模拟弹性振动特性
振子
用于产生振动
阻尼器
模拟阻尼效果
振动台
支撑实验装置
总结
阻尼振动实验是探究阻尼和振动频率之间关系的 重要实验，通过实验可以更好地理解阻尼现象对 振动系统的影响，为工程中应用阻尼振动提供参 考。
● 02
第2章 实验步骤
实验准备
在进行阻尼振动实验 之前，首先要检查实 验设备是否完好，包 括振动台、振子等设 备，并做好实验记录 表的准备，确保实验 顺利进行。
实验目的
探究阻尼对 振动频率的
影响
了解阻尼对振动 的影响
分析阻尼系 统的特性
探讨阻尼系统的 特点
研究不同阻 尼条件下的 振动频率
比较不同阻尼条 件下的振动频率
加深对振动 现象的理解
提高对振动现象 的认识
实验原理
01 自由振动
系统在无外力作用下的振动
02 强迫振动
外力强制系统振动
03 阻尼比
阻尼对振动特性的影响
不同阻尼比会导致振动频率的变化
03 计算结果对比
实验值与理论值的对比分析
总结与展望
通过实验结果分析，我们深入了解了阻尼对振动 频率的影响规律，同时也发现了实验中可能存在 的误差来源。未来可以进一步优化实验方案，提 高实验数据的准确性。

SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究_张之颖

SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究_张之颖
DO I :10.15951/j .tmgcxb .2010.02.013 第 43卷第 2期 2 0 1 0 年 2月
土 木 工 程 学 报
CHINACIVILENGINEERING JOURNAL
Vol.43 No.2
Feb.
20 10
SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究
张之颖 1 赵钟斗 2 吕西林 3 楼梦麟3
第 43卷 第 2期
张之颖等 · SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究
· 101·
缺 。 文献 [ 7]对比了一些非经典阻尼体系复模态分析 方法 , 可以看出对于自由度较多的实际 SSI体系 , 这些 方法不仅计算量巨大且精度难以保证 。文献 [ 8]提出 了非经典阻尼 多自由度 SSI体系 动力分析的 一种方 法 , 其 必 须 在 复 模 态 解 耦 的 基 础 上 , 采 用 CloughPenzien非平稳随机地震动模型 , 取得体系相对位移方 差的时域解和等效平稳化位移方差后 , 方可求出相对 最大地震位移 。文献 [ 9] 以多自由度 SSI体系为例 , 提 出了通过交替式频 -时域方法求解非经典阻尼体系的 算法 , 以期提高计算速度 。文献 [ 10] 对非经典阻尼体 系的复特征值的求解建议了一 种较为简单的数值解 法 , 但当体系阻尼比大于 0.01时 , 该方法的精度将受 到很大影响 。
上解释困难 。
SSI效应下阻尼体系的试验确定 , 可以通过 振动 试验或地震过程 , 采用系统频域识别方法进行 。 较小 动力下的试验结果 , 主要用 以指导 “第一 阶段抗震设 计 ”, 大动力下的阶段性检测 , 可以了解非线性开展过 程对体系阻尼特性的变化影响 。
试验时 , 首先要在 SSI体系不同部位设置 n个位 移或加速度传感器 。 因加速 度传感器的频响范 围较 宽 , 故本次试验是以加速度传递函数的实测为基础 的 。可以证明 , 除符号 相反外 , 加速度传递函数 与位 移传递函数取得的模态参数是一致的 。 本文 SSI体系 阻尼特性的考察 , 是以体系不同部位的实测加速度传 递函数的对比为基础的 , 测量点 l获得的第 r阶模态 的阻尼比 , 可直接根据半功率带宽法求得 。

振动台模型试验的完整数据

振动台模型试验的完整数据

国家自然科学基金重点项目资助（No. 50338040, 50025821）同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室研究报告（A20030609-405）12层钢筋混凝土标准框架振动台模型试验的完整数据Benchmark Test of a 12-story Reinforced Concrete Frame Model on Shaking Table 报告编制：吕西林李培振陈跃庆同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室2004年1月目录1 试验概况 (1)2 试验设计 (1)2.1试验装置 (1)2.2模型的相似设计 (1)2.3模型的设计与制作 (1)2.4材料性能指标 (4)2.5测点布置 (4)2.6加速度输入波 (5)2.7试验加载制度 (9)3 试验现象 (9)4 试验数据文件 (12)4.1 AutoCAD文件 (12)4.2输入地震波数据文件 (12)4.3测点记录数据文件 (12)4.4传递函数数据文件 (12)12层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验1 试验概况试验编号：S10H模型比：1/10模型描述：单跨12层钢筋混凝土框架结构激励波形：El Centro波、Kobe波、上海人工波、上海基岩波工况数：62试验日期：2003.6.16试验地点：同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室2 试验设计2.1 试验装置地震模拟振动台主要性能参数：台面尺寸 4.0m×4.0m最大承载模型重25t振动方向X、Y、Z三向六自由度台面最大加速度X向1.2g；Y向0.8g；Z向0.7g频率范围0.1Hz～50Hz2.2 模型的相似设计表1中列出了模型各物理量的相似关系式和相似系数。

2.3 模型的设计与制作模型比为1/10，梁、柱、板的尺寸由实际高层框架结构的尺寸按相似关系折算。

原型和模型概况见表2，模型尺寸和配筋图见图1。

模型材料采用微粒混凝土和镀锌铁丝。

微粒混凝土是一种模型混凝土，它以较大粒径的砂砾为粗骨料，以较小粒径的砂砾为细骨料。

振动台试验用横向钢阻尼装置设计与测试

振动台试验用横向钢阻尼装置设计与测试

振动台试验用横向钢阻尼装置设计与测试张银喜;郝红肖;孔令俊;何俊;陈彦北;曹志峰【摘要】In order to verify the seismic isolation performance of the transverse steel damper device( TSDD) in the actual bridge system,finite element simulation analysis technology was used to design small steel damper device for shaking table test. In combination with existing experimental condition,the performance of equipment was tested, while the method of attachment in shaking table test was studied. The results show that the plastic deformation of the V-shaped frame damping element can evenly distribute over its arcuate segment,the equivalent plastic strain at first time to reach the maximum displacement meets the recommended value for service life. The hysteresis curves obtained in the test are full,stable,and the yield strength is in good agreement with the requirements. After the test, there is no fracture occurred in the V-shape damping element. Because in some test,the adhesive layer between the test equipment and the auxiliary tool has fractured,the welded connection is suggested in shaking table test.%为验证横向钢阻尼装置在实际桥梁体系中的减隔震性能,利用有限元仿真分析技术设计了可供振动台试验使用的小尺寸横向钢阻尼试验装置,并结合现有试验条件对所设计的试验装置的性能进行了测试,同时对振动台试验中试验装置与工装的连接方式进行了研究.结果表明,V形架阻尼元件的塑性变形能够较为均匀地分布于其弧形段,初次达到最大位移时的等效塑性应变值满足使用寿命要求的建议值;试验所得滞回曲线饱满、稳定,屈服力符合设计要求,试验后V形架阻尼元件未发生断裂.由于部分试验中试验装置与工装间的胶层发生断裂,建议在振动台试验中采用焊接.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】3页(P31-33)【关键词】减隔震;横向钢阻尼装置;模型试验;振动台;数值仿真【作者】张银喜;郝红肖;孔令俊;何俊;陈彦北;曹志峰【作者单位】株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007;株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007;株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007;株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007;株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007;株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007【正文语种】中文【中图分类】U443.5近年来，随着桥梁减隔震技术取得较大发展，弹塑性钢阻尼器在桥梁减隔震中的应用日益广泛，已形成了多种成熟的钢阻尼支座产品［1-3］。

阻尼震动实验报告

一、实验目的1. 了解阻尼振动的基本概念和特点；2. 掌握阻尼振动实验的基本操作和数据处理方法；3. 研究不同阻尼系数对阻尼振动的影响；4. 分析阻尼振动过程中的能量损失和振幅衰减规律。

二、实验原理阻尼振动是指在外力作用下，振动系统由于阻尼力的作用，其振动幅度逐渐减小，最终趋于稳定的过程。

阻尼系数是描述阻尼力大小的重要参数，它反映了阻尼对振动系统的影响程度。

在阻尼振动实验中，我们通常采用简谐振动系统，如弹簧振子、摆等，来模拟阻尼振动现象。

根据牛顿第二定律，阻尼振动系统的运动方程可表示为：m d²x/dt² + c dx/dt + k x = F(t)其中，m为质量，c为阻尼系数，k为弹簧刚度，x为位移，F(t)为外力。

三、实验装置1. 弹簧振子：包括弹簧、质量块、支架等；2. 阻尼装置：用于调节阻尼系数；3. 传感器：用于测量振动位移；4. 数据采集器：用于记录实验数据；5. 计算机：用于数据处理和分析。

四、实验步骤1. 将弹簧振子固定在支架上，调节阻尼装置，使阻尼系数为0；2. 用传感器测量弹簧振子的初始振幅；3. 在弹簧振子上施加外力，使其开始振动；4. 使用数据采集器记录振动过程中的位移数据；5. 改变阻尼系数，重复步骤3和4，记录不同阻尼系数下的振动数据；6. 分析实验数据，研究不同阻尼系数对振幅衰减和能量损失的影响。

五、实验数据与分析1. 阻尼系数为0时，弹簧振子进行无阻尼振动，振幅保持不变；2. 随着阻尼系数的增加，振幅逐渐减小，衰减速度加快；3. 当阻尼系数达到一定程度时，振幅趋于稳定，表明振动系统已达到稳态；4. 阻尼系数与振幅衰减速度之间存在一定关系，可用阻尼系数与振幅衰减率的比值来描述。

六、结论1. 阻尼振动是振动系统在外力作用下，由于阻尼力的作用，振动幅度逐渐减小，最终趋于稳定的过程；2. 阻尼系数是描述阻尼力大小的重要参数，它反映了阻尼对振动系统的影响程度；3. 阻尼系数与振幅衰减速度之间存在一定关系，阻尼系数越大，振幅衰减速度越快；4. 通过实验，我们掌握了阻尼振动实验的基本操作和数据处理方法，为研究振动系统在实际工程中的应用提供了理论依据。

SSI体系阻尼特性分析


摘
要： 根据 实际建 筑情况 ， ＳＩ 系的运动 分为滑移 把 Ｓ体
能性和条件
经典 阻尼体 系具有一致均匀 的阻尼特性 ， 动方程可在主模态 ［ 运 ５ １ 空 间解耦 ， 系具 有经典正则模态 ， 在“ 型” 体 存 振 概念 ， 其动力分析可采用传
运 动和 非滑移运 动，通过对这 两种运动状 态的动力特性分
程
在现实 中 ， 完全 符合经典阻尼特性 的建筑 结构
是非常少 的， 往往 由于结构 的初始缺 陷 、 材料 的不均
与
结 力厶 当外界的影响时， （） ， ， 外￡ 两者非滑移运动 ； 当／外 ￡ ｒ （） 眦时 ， 两
基
础
者产生滑移运动 。下面就这两种情况分别予 以分析 。
关 键 词 ：Ｓ体 系； 阻尼体 系； ＳＩ 经典 滑移运动 ； 非滑移运动
中图分类号 ： Ｕ ４ ２ Ｔ ４ １． 文献标识码 ： Ｂ
阻尼体系 ， 在此不再赘述 。 对 Ｓ Ｉ 系而言 ， Ｓ体 上部结构和地基土可分别看作两个连续动力子 系 统， 这两个子系统均可视为经典阻尼体系 ， 那么如果把这两个 子系统综合 在一起 ， 整个体系是否可以视 为经典阻尼体系呢？ 其关键就在于上部结构
徽
２ Ｓ Ｉ 系近似 为经典 阻尼体 系的可 Ｓ体
收稿 日期 ：０ １ ２ １ ２ １－１ — ０ 作者简介 ： 李胜强（ ９４ ）男 ， １８ 一 ， 安徽萧县人 ， 业于西安 交 毕 通大学 ， 士 ， 硕 助理工程师。
此时， 如果整个 体系看作一个 自由度 ， 么体 系的刚度 由地基 土和 那
此 以一 简单 例子进行分析 ， 图 １ 如 所示 ， ＾和 、 分 别为地基土和上 层、 ， ２ 部结构 的弹性模量和惯性矩 ， Ｆ为外界影响力。

阻尼对结构模态测试精度影响的试验研究_1053

第35卷第3期 201 5年6月
地 震 T 程 与 T 程振 动
EARTHQUAKE EI\GINEERING AND ENGINEERING DYNAMICS
Vol.35 No.3 Jun. 201 5
文章编号: 1000 - 1301 (2015 ) 03 - 0086 - 08
DOT : 10.13197/j.eeev. 211
们往往忽略了试验模态测试采用的方法及测试结果的准确性。对于某特定结构模态的试验测试，主观上由 于激励方法、参数 设置、 数据采集及分析系统等诸多方面缺乏统一 的理论技术指导其结果可靠性完伞依赖 于技术人员的经验和 尝试υ 另一方面，简单、理想的线弹性多自由度体系 各 |占|有模态之间有正交忡，不相 合。 从能 量角度表现为每 一个固有模态都 对应着一种特定能 量平衡状态， 各 状态之间无能 量交换，也就互不 相合。 理论上在实际测试中要激山"纯模态"响应是不 可能的任何一种形式的振动必将激山多个模态响 应，使被测的振动为多个模态混叠。 兰;向、工程中在阻尼较大时， )\�I生阻尼的囚素众多，大多数属于菇滞阻尼 等关于振型正交的阻尼体系，但仍有其他阻尼网素，系统振型关于阻尼 矩阵也不完全正交，则表示结构振动 时振型之间能 量可以互相传递[4J。 以罔1 (a)巾举出的缩尺比为1:5 的四层钢筋棍凝土框架结构模型:5J为 例，其结构一阶阻尼比大小为2.4%(由脉冲激励测试的自谱计算得到)，模态测试结果见图 1 ( L)所示，图l ( h)巾同有频率峰值周围多其他干扰频率，且频率阶次越高振功能 量越低使得频率识别用难。 如以上的实 际T程中测试模态频域无法分辨的情况是再由于阻尼过大造成呢。本文为考察阻尼造成模态混叠时，实际 结构振动测试结果与理论的同有模态相比精度如何。 为重点考察阻尼因素对结构模态测试结果的影响，设 计了专层剪切型钢框架模型及可调硅油阻尼器以3 种常用模态测试方法为例 对其在阻尼比由小到大逐渐 增大的 各 种工况下的频率和振型进行测试。

阻尼现象对振动周期的影响实验研究


，系统容易发生共振现象，导致振幅急剧增大；而当阻尼过大时，系统
响应变得迟钝，影响工作效率。
实验结论和解释
阻尼现象对振动周期具有显著影响
实验结果表明，阻尼的增加会导致振动周期延长。这一结论对于工程实践中减振降噪、提 高系统稳定性具有重要意义。
阻尼与系统稳定性密切相关
实验结果还揭示了阻尼与系统稳定性之间的内在联系。适当的阻尼可以抑制系统共振，提 高稳定性；而过小或过大的阻尼都会对系统性能产生不良影响。
03
06
4. 改变阻尼器的大小，重复步骤3，记录 不同阻尼下的振动加速度数据。
05
3. 开启振动台，使其产生振动，并通过 数据采集仪记录振动加速度数据。
04
2. 将加速度传感器固定在振动台上，以 测量振动加速度。
实验数据记录和处理
01 02 03 04 05
数据记录：记录不同阻尼下的振动加速度数 据，包括振幅、频率等。
学术研究意义
阻尼现象是振动领域的重要研究方向之一。通过实验研究阻尼对振动周期的影 响，可以深入揭示阻尼现象的内在规律，为相关理论研究和工程应用提供有力 支持。
研究目的和问题
研究目的
本实验旨在通过模拟不同阻尼条件下的振动过程，探究阻尼 现象对振动周期的关键问题包括如何准确模拟不同 阻尼条件、如何精确测量振动周期以及如何通过数据分析揭 示阻尼与振动周期之间的内在关系。
振动系统内部各部件之间的摩擦 是产生阻尼的主要原因之一。这 种摩擦会导致能量的耗散，使振 动幅度减小。
外部作用
外部作用力或环境因素（如空气 阻力、水阻力等）也会对振动系 统产生影响，导致能量的损失和 振动周期的变化。
阻尼现象对振动系统的影响
A
振幅减小
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在土木工程中 , 当结构体系不考虑地基协同作用 时 , 一般被公认可以近似为经典阻尼体系 。 但当考虑 地基 -结 构 相 互 作 用 (Soil-StructureInteraction, 简 称 SSI)时 , 多数学者认为[ 6-9] , 由于体系组成材料的不同 , 各部分材料的耗能特性存在差异 , 因此 , “考虑地基协 同作用的体系 ”不能被近似为经典阻尼特性 。 现有的 一些研究基本也是在此思想认识主导下进行的 , 而且 在这一认识前提下的研究 , 亦多以公式推导和数值模 拟分析为主 , 对 SSI体系实际阻尼机制的研究甚为欠
ShakingtabletestsofthedampingbehaviorofSSIsystems
ZhangZhiying1 ChoChongdu2 Lǜ Xilin3 LouMenglin3 (1.Xi′anJiaotongUniversity, Xi′an710049, China;2.InhaUniversity, Incheon402751, Korea; 3.StateKeyLaboratoryforDisasterReductioninCivilEngineering, TongjiUniversity, Shanghai200092, China)
上解释困难 。
SSI效应下阻尼体系的试验确定 , 可以通过 振动 试验或地震过程 , 采用系统频域识别方法进行 。 较小 动力下的试验结果 , 主要用 以指导 “第一 阶段抗震设 计 ”, 大动力下的阶段性检测 , 可以了解非线性开展过 程对体系阻尼特性的变化影响 。
试验时 , 首先要在 SSI体系不同部位设置 n个位 移或加速度传感器 。 因加速 度传感器的频响范 围较 宽 , 故本次试验是以加速度传递函数的实测为基础 的 。可以证明 , 除符号 相反外 , 加速度传递函数 与位 移传递函数取得的模态参数是一致的 。 本文 SSI体系 阻尼特性的考察 , 是以体系不同部位的实测加速度传 递函数的对比为基础的 , 测量点 l获得的第 r阶模态 的阻尼比 , 可直接根据半功率带宽法求得 。
动 , 并在同一时刻通过平衡位置 。 而非经典阻尼动力 体系具有复模ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ振型 , 其主要特征为 [ 6] :各点位移之
间有不同的相位差 , 不存在各点位移均为零或同时达
到最大位 置的时刻 ;各点 位移之间 的比值随 时间变
化 , 没有稳定的 节点或节线 。 即 :非经典 线性动力系
统不存在实模态的 “振型 ”, 其复模态振型在物理意义
实际场地上的建筑物 , 动力作用下土与结构间的 相互影响是普遍存在的 , 因此 , 考虑 SSI效应的抗震分 析将更加切合实际 。但考虑 SSI效应后的体系是否还 能够近似为经典阻尼体系 , SSI体系抗震设计是否仍 可以采用传统的模 态叠加法呢 ? 本文藉 振动台模型 试验 , 研究了软土地基上 SSI效应体系的阻尼特性问 题 。 试验首先在小动力荷载下 , 通过考察对比 SSI体 系不同材料部位测点的传递函数 、自振频率 、模态阻 尼比等实测数据 , 分析了在近似线性范围内 SSI体系 的阻尼特性 ;然后试验 又在递增动力作用过 程中 , 通 过阶段性的检测方法 , 研究了在体系不同部位材料非 线性逐渐开展后 , SSI体 系合成模态的存在性及其变 化规律 。 经过完整加载过程的振动台试验研究 , 指出 了 SSI体系的实际阻尼特性 , 希望能为 SSI体系实际 阻尼机制 的 研究 及 其抗 震设 计 方法 提 供参 考 研究 基础 。
引 言
多自由度等效黏滞阻尼模型下的动力体系 , 有经 典阻尼体系和非经典阻尼体系之分[ 1-2] 。 经典阻尼体 系具有一致均匀的阻尼特性 , 运动方程可在主模态空 间解耦 , 体系具有经典正则模态 , 存在 “振型 ”概念 [ 3] , 其动力分析可采用传统的 “振型分解法 ” ;而非经典阻 尼体系 , 由于体系内部 阻尼特性存在较大差 异 , 运动 方程在主模态空间无法解耦 , 体系不具有经典正则模 态 , 没有传统概念上的所谓 “振型 ”, 运动方程的求解
2 SSI体系阻尼特性的振动台试验
2.1 试验模型 本次试验 SSI体系的选取 , 是以上海常见的民用
建筑及工程地基为背景 , 模型以一个 12层带桩基的小 高层作为结构对象 , 以软土为主的多层土作为相应地 基 , 按几何相似关系缩 比为 1/10, 模型编 号为 PS10。 模型各构件细部尺寸见表 1。
第 43卷 第 2期
张之颖等 · SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究
· 101·
缺 。 文献 [ 7]对比了一些非经典阻尼体系复模态分析 方法 , 可以看出对于自由度较多的实际 SSI体系 , 这些 方法不仅计算量巨大且精度难以保证 。文献 [ 8]提出 了非经典阻尼 多自由度 SSI体系 动力分析的 一种方 法 , 其 必 须 在 复 模 态 解 耦 的 基 础 上 , 采 用 CloughPenzien非平稳随机地震动模型 , 取得体系相对位移方 差的时域解和等效平稳化位移方差后 , 方可求出相对 最大地震位移 。文献 [ 9] 以多自由度 SSI体系为例 , 提 出了通过交替式频 -时域方法求解非经典阻尼体系的 算法 , 以期提高计算速度 。文献 [ 10] 对非经典阻尼体 系的复特征值的求解建议了一 种较为简单的数值解 法 , 但当体系阻尼比大于 0.01时 , 该方法的精度将受 到很大影响 。
(1.西安交通大学 , 陕西西安 710049;2.韩国仁荷大学 , 仁川 402751; 3.同济大学土木工程防灾国家重点实 验室 , 上海 200092)
摘要 :土与结构由于材性上的差异 , 其 相互作用体系通常被认为是非经典阻尼体系 。 在振动台模型试验 的基础上 , 研究软弱地基基础上的土 -结构相互作 用体系的阻尼特性问题 。 在递增的振动台模拟地震作用下 , 通 过对模型 体系 不同部位测点的传递函数 、自振频率 、模态阻尼比等实测数据的对比 , 考察 SSI体系合成模态 、合成模 态阻尼比 的存 在性及其动力非线性产生后 的变化规律 。 结 果表明 , 土 -结构 相互作 用体系 具有十 分明 显的经 典阻 尼特性 , 在 SSI 体系抗震设计方法中可以按 经典阻尼体系考虑 。 关键词 :土 -结构相互作用 ;经典阻尼 ;振动台试验 ;合成模态 中图分类号 :TU435 TU447 文献标识码 :A 文章编号 :1000-131X(2010)02-0100-05
DO I :10.15951/j .tmgcxb .2010.02.013 第 43卷第 2期 2 0 1 0 年 2月
土 木 工 程 学 报
CHINACIVILENGINEERING JOURNAL
Vol.43 No.2
Feb.
20 10
SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究
张之颖 1 赵钟斗 2 吕西林 3 楼梦麟3
基金项目 :土木工程防灾国家重点实验室重点基金项目 (2006-A-02) 作者简介 :张之颖, 博士 , 副教授 收稿日期 :2008-09-11
将十分困难 [ 4-5] 。 虽然完全符合经典阻尼特 性的实际结构是 极少
的 , 一般动力体系都具有不同程度的非经典阻尼特 性 , 但由于经典阻尼特性能使体系动力分析得到极大 的简化 , 因此在实用上 , 在误差允许的条件下 , 实际工 程结构常被近似为经典阻尼体系进行动力分析 。
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土 木 工 程 学 报
20 10 年
2.2 测试方法 考虑到土受重塑影响 , 模型需静置一定时日至沉
降稳定后再进行振动台试验 。 试验以水平 x方向作为主要振动方向 , 试验模型
的不同部位根据考察内容设置了相应的传感器 , 包括 加速度传感器 、应变传感器 、动土压力传感器 、动孔隙 水压力传感器 。因本文以 SSI体系阻尼特性作为试验 考察目标 , 故图 1给出了水平 x向加速度测点剖面布 置图 。
承台板 (长 ×宽 ×厚 ) 0.7m×0.7m×0.01m
1块
桩 (长 ×宽 ×高 ) 1.2m×0.045m×0.045m 9根
粉质黏土 (厚 ×直径 )
0.25m×3.0m
第 1层
地基 黏质粉土 (厚 ×直径 )
1.0m×3.0m
第 2层
中砂 (厚 ×直径 )
0.35m×3.0m
第 3层
地基模型箱 [ 5] 为圆形 , 其径向纵剖面尺寸为 3m× 2.058m, 由钢底板 、钢支柱 、活动钢顶板和橡胶膜箱壁 组成 。 为能近似模拟地基土 与无限土域间的动 力相 互作用 , 模型箱壁选用厚 0.005m的橡胶膜 , 并为提供 足够的径向刚度 , 又不影响振动时土层的水平剪切位 移 , 橡胶膜外侧 用 4@60钢筋作环向加固 。 橡胶膜 箱壁底部固定在钢底板上 , 上端壁口与活动钢顶板相 连接 , 活动钢顶板支承在箱壁周围的 4个钢支柱上 , 柱 顶设有万向 节 , 以保证土层发生水平 剪切位移时 , 不 受支架附加水平约束影响 。
1 SSI体系阻尼特性的测试基础
Caughey和 O′Kelly提 出了具有正则 模态的经典
阻尼体系理论上的充要条件 [ 11]
CM-1 K =KM-1 C
(1 )
但在试验中 , 是否为经 典阻尼体系 , 须对 体系整体实
模态的存在性进行 考察 。 对于正则模态 经典阻尼体
系 , 可以观察到 , 在每个模态中 , 体系的各部分同相振
表 1 模 型构件数量及细部尺寸 Table1 SSIsystem membersandsizes
构件名称
尺寸
数量 /位置
板 (长 ×宽 ×厚 ) 0.6m×0.6m×0.012m 1 ×12块
梁 (长 ×宽 ×高 ) 0.6m×0.03m×0.06m 4 ×12 根
结构 柱 (长 ×宽 ×高 ) 0.3m×0.05m×0.06m 4 ×12根
试验过程中 , 振动台模拟地震强度按小量级分级 递增 , 水平 x向输入中 , 每级模拟地震强度下的波形依 次为 ElCentro波 、上海人工波和 Kobe波 。 各级模拟 地震前均分别作了加速度峰值为 0.07g的白噪声扫 描 , 以测定体系动力特性的宏观变化情况 。 水平 x向 各级振动台 输入的加速度设定峰值见表 2, 表中 Wn 代表白噪声输入 。