地震模拟振动台选型

世界地震工程WORLD EARTHQUAKE ENGINEERING Vo1.38No.2Apr.2022第38卷第2期2022年4月文章编号：1007－6069（2022）02－0089－07DOI ：10.19994/ki.WEE.2022.0035考虑不同固定条件的核电设备多维地震响应振动台试验研究徐卫锋1，李彬彬1，2，刘博3，王社良1，李一凡1，贾亮卫1，赵青云1（1.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055；2.西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室，陕西西安710055；3.中铁二十局集团有限公司，陕西西安710016）摘要：在核电站中：核电设备通过不同的固定条件与结构相连，地震作用时设备与结构动力相互作用复杂，为分析核电设备多维地震响应并鉴定其抗震性能，进行了考虑不同固定条件的核电设备多维地震响应振动台试验研究。

振动台试验进行了5次运行基准地震和1次安全停堆地震的动力时程激振，以及试验首末2次动力特性测试。

试验结果表明：不同固定条件会影响核电设备多维地震响应的加速度峰值、反应谱特性和动力放大系数，与设备直接固定于振动台相比，将核电设备悬挂固定于剪力墙再与振动台连接的固定条件，改变了设备反应谱特性，且放大了响应的加速度峰值，具有显著的动力放大效应，使核电设备多维地震响应更为强烈。

因此，对此类固定条件的核电设备，在产品设计及安装固定时要充分考虑动力放大效应，以提高设备的抗震韧性。

抗震试验前后，核电设备功能运行正常，结构完整性好，抗震性能满足要求。

关键词：核电设备；振动台试验；多维地震响应；动力放大效应中图分类号：TU317文献标识码：AShaking table test on multi­dimensional seismic response of nuclear powerequipment considering different fixed conditionsXU Weifeng 1，LI Binbin 1，2，LIU Bo 1，WANG Sheliang 1，LI Yifan 1，JIA Liangwei 1，ZHAO Qingyun 1（1.School of Civil Engineering ，Xi'an University of Architecture and Technology ，Xi'an 710055，China ；2.Key Laboratory of Structural Engineering and Earthquake Resistance ，Xi'an University of Architecture and Technology ，Xi'an 710055，China ；3.China Railway 20th Bureau Group Co.，Ltd.，Xi'an 710016，China ）Abstract ：In nuclear power plant ，nuclear power equipment is connected with structure by different fixed condi⁃tions.The dynamic interaction between equipment and structure is complex under earthquake action.In order to an⁃alyze the multi⁃dimensional seismic response of nuclear power equipment and evaluate its seismic performance ，shaking table test on multi⁃dimensional seismic response of nuclear power equipment considering different fixed conditions is carried out.Shaking table test included the dynamic time history excitation of five operating basis earthquakes and one safe shutdown earthquake ，as well as the dynamic characteristics tests at the beginning and at the end of test.The test results show that different fixed conditions will affect the acceleration peak value ，response spectrum characteristics and dynamic amplification factor of multi⁃dimensional seismic response of nuclear power pared with the equipment directly fixed on the shaking table ，the fixed condition that the nuclear收稿日期：2021－06－08；修订日期：2021－10－08基金项目：陕西省创新能力支撑计划（2020PT-038）；陕西省重点研发计划项目（2022SF-375）；国家自然科学基金（51678480）作者简介：徐卫锋（1969－），男，硕士研究生，主要从事生命线工程防灾减灾等研究.E⁃mail ：*******************.cn通讯作者：李彬彬（1979－），男，博士，高级工程师，主要从事地震模拟振动台控制技术及电气设备抗震性能等研究.E⁃mail ：libinbin@xau⁃90世界地震工程第38卷power equipment is fixed on the shear wall connected with the shaking table changes the response spectrum charac⁃teristics of the equipment，and enlarges the acceleration peak value，which has a significant dynamic amplification effect.It makes the multi⁃dimensional seismic response of nuclear power equipment bigger.Therefore，the dynamic amplification effect should be fully considered in nuclear power equipment with this fixed condition，to improve the seismic resilience of the equipment.Before and after the shaking table test，the nuclear power equipment functions normally，which structure integrity is good，and the seismic performance meets the requirements.Key words：nuclear power equipment；shaking table test；multi⁃dimensional seismic response；dynamic amplifica⁃tion effect引言地震作为一种极具破坏性且难以预测的自然灾害，若对核电站造成破坏并导致放射性物质泄露，后果不堪设想，因此保证核电站重要结构及设备在地震作用下的安全运行，具有特殊的重要性。

地震模拟振动台及模型试验研究进展1. 本文概述随着城市化进程的加快和建筑工程技术的不断发展，地震灾害对人类社会的威胁日益凸显。

为了提高建筑结构的抗震能力，减少地震灾害造成的人员伤亡和经济损失，地震模拟振动台及模型试验研究成为了工程抗震领域的重要研究方向。

本文旨在综述地震模拟振动台及模型试验的研究进展，分析现有技术的优缺点，探讨未来发展趋势，为相关领域的研究和实践提供参考。

地震模拟振动台作为一种重要的试验设备，可以模拟地震波对建筑物的影响，为研究者提供一种可控、可重复的实验手段。

模型试验则是将实际建筑结构按比例缩小，通过模拟地震作用下的响应，来研究结构的抗震性能。

这两者的结合为抗震研究提供了强有力的技术支持。

本文首先介绍了地震模拟振动台的工作原理和技术特点，然后对近年来国内外在模型试验方面的研究进行了梳理，包括试验方法、试验对象和试验结果等方面的内容。

接着，本文分析了当前研究中存在的问题和挑战，如模型与原型之间的相似性、试验数据的准确性等。

本文探讨了地震模拟振动台及模型试验的未来发展趋势，包括技术革新、数据分析方法的改进以及与其他抗震技术的结合等方面。

2. 地震模拟振动台技术概述定义：地震模拟振动台是一种用于模拟地震作用的实验设备，通过在实验模型上施加特定的振动，来模拟地震时的地面运动。

原理：振动台通过驱动系统产生可控的振动波形，这些波形可以模拟实际的地震波形或特定的地震动参数。

综合模拟环境：结合温度、湿度等环境因素，进行更全面的地震模拟。

3. 地震模拟振动台的发展历程地震模拟振动台的发展可以追溯到20世纪初。

最初，地震模拟振动台主要用于建筑结构的抗震性能研究。

早期的振动台设备简单，只能模拟一维地震波，且模拟的地震波频率范围有限。

这些早期的尝试为后来的研究奠定了基础。

20世纪50年代，随着电子技术和材料科学的发展，地震模拟振动台进入了快速发展阶段。

这一时期的振动台设备开始能够模拟多维地震波，频率范围也得到扩大。

一、竞赛目的通过比赛，加强华东地区工科院校土建类专业之间的相互交流，促进学生创新能力和专业技术水平的提高，营造培养卓越工程人才的良好氛围。

本次比赛突出设计理念、结构概念、结构体系创新，采用先进设备实施加载试验，希望能从理论创新引领实际工程发展的角度，加强理论与实际的有机结合，注重对设计构思与实施结果一致性的考察。

二、竞赛题目高层建筑抗震性能模拟地震振动台试验三、竞赛内容1、结构方案概念设计及方案优选；2、结构分析与制作详图设计；3、结构模型制作；4、结构模型模拟地震振动台试验。

四、竞赛细则（一）材料及制作工具1、材料主体材料：有机玻璃板，额定厚度：1mm、2mm，弹性模量2.6⨯103MPa，强度40MPa，比重1.2。

辅助材料：镀锌铁丝，规格22号，直径0.71mm，材质：Q235。

胶接材料：氯仿、502胶（辅助安装质量块用，安装质量块时在实验室现场领取）。

标识材料：红、黄、蓝、黑彩色不干胶纸各一张，规格100⨯40。

【注1】材料由组委会提供，不允许使用任何其他材料。

【注2】材料参数仅供参考，有机玻璃板厚度、镀锌铁丝的直径可能有较大的误差，以实测结果为准。

2、制作工具钩刀、美工刀、电吹风、0#水砂纸、锉刀、直尺、图板、小毛笔、滴管注射器。

（二）模型设计要求1、底座虚线内为模型可使用范围，Φ1=8为柱脚安装孔，Φ2=5为底板安装孔底座平面示意图模型需可靠连接于底座上，然后固定于地震模拟振动台台面上。

底座为有机玻璃板，尺寸250×250×6mm，外围25mm范围不得有任何构件。

底座内部200 200范围8个直径8mm的圆孔，可用于固定构件（上部模型如不能利用这8个孔，可采用其它任一有效方式将上部模型固定于底板上）；外围12个直径5mm的孔用于将底座固定于地震模拟振动台台面上。

底座平面示意见上图，底座上不得另行钻孔。

2、楼层数模型必须至少有4个平面楼层，包含底层但不包括顶面，底座视为模型一层。

第1篇一、实验目的为了提高我国应急救援队伍应对地震灾害的能力，验证地震挤压实验设备的效果，以及为我国地震救援技术提供参考，我们进行了本次模拟地震挤压实验。

通过模拟地震过程中建筑物倒塌产生的挤压效应，研究挤压实验设备对模拟建筑物的破坏效果，以及人员被困后的救援可行性。

二、实验原理本次实验采用模拟地震挤压实验设备，模拟地震过程中建筑物倒塌产生的挤压效应。

实验过程中，通过调整设备参数，模拟不同震级、不同类型的地震挤压作用。

实验原理如下：1. 模拟地震：通过地震模拟设备产生地震波，模拟地震过程中建筑物倒塌产生的挤压效应。

2. 实验装置：实验装置包括模拟建筑物、地震模拟设备、传感器等。

模拟建筑物采用可拆卸的模块化结构，便于实验过程中更换。

3. 数据采集：实验过程中，通过传感器实时采集模拟建筑物的变形、受力、振动等数据，以及人员被困后的生存状态。

4. 分析与评估：根据实验数据，分析模拟建筑物的破坏程度、人员被困情况，评估地震挤压实验设备的效果。

三、实验设备1. 地震模拟设备：采用电液伺服地震模拟系统，可模拟不同震级、不同类型的地震。

2. 模拟建筑物：采用可拆卸的模块化结构，便于实验过程中更换。

3. 传感器：应变片、加速度计、位移传感器等，用于实时采集实验数据。

4. 人员模拟：采用假人模拟被困人员，用于研究挤压实验设备对人员的影响。

四、实验步骤1. 实验准备：搭建实验装置，调试设备参数，确保实验顺利进行。

2. 实验开始：启动地震模拟设备，模拟地震过程中建筑物倒塌产生的挤压效应。

3. 数据采集：实验过程中，实时采集模拟建筑物的变形、受力、振动等数据，以及人员被困后的生存状态。

4. 实验结束：实验结束后，关闭地震模拟设备，收集实验数据。

五、实验结果与分析1. 模拟建筑物破坏程度：实验结果表明，随着地震震级的增大，模拟建筑物的破坏程度逐渐加剧。

在模拟6级地震时，模拟建筑物大部分结构被破坏，形成较大裂缝。

2. 人员被困情况：实验过程中，人员模拟在地震挤压作用下，身体多处骨折，无法动弹。

振动台隔振及其固有频率计算选型1 空气弹簧隔振系统建模空气弹簧隔振系统可视为单自由度系统，建立振动台空气弹簧-减振器的数学计算模型，如下图3所示，系统简化为弹性元件和阻尼元件的并联，认为其不存在耦合振动，可由该数学模型获得空气弹簧的刚度特性与其垂向形变量的关系式。

图1-3 垂直振动台隔振系统模型隔振系统可抽象为由质量M 、刚度K =4K ′、阻尼C =4C ′表示的二阶集总参数系统，通过ωn =√K M ，阻尼比ξ=2√MK ，固有频率f n =ωn 2π=√K M 2π，计算隔振系统的固有频率f n 、阻尼比ξ。

2 承载力分析最大承载力分析 例：振动台总质量约为5.02 T ，振动台最大推力F p =40kN ，由此可计算得到空气弹簧系统所需最大承载力为F max =mg +F p =5.02∗9.8+40=89kN =20069bs安装空气弹簧4个，每个空气弹簧所需的最大承载力为F max ′=F max 4=22.25kN =5006lbs 静态承载力分析振动台总质量约为5.02T ，则空气弹簧的静态承载力为F s =mg =49.196kN =11069.1lbs安装空气弹簧4个，每个空气弹簧的静态承载力为F s′=F s4=12.299 kN=2767 lbs3 空气弹簧选择空气弹簧高度的选择选择空气弹簧的高度为设计高度130mm。

空气弹簧充气压力的选择所选择的空气弹簧应该在设计高度处满足静态承载力≥F s′=2767 lbs，最大承载力≥F max′=5006 lbs。

选择晨光300130J-1型空气弹簧。

查表可知，该空气弹簧在充气压力为0.7mpa时，高度为135mm时，可承担3674bs负载，大致满足静态承载力要求，在高度压缩到75mm时，可承担5451.6lbs负载，满足最大承载力要求。

固有频率的计算查表可知高度为135mm，充气压力为0.7mpa时，空气弹簧刚度为K′= 386kg/cm，由于共安装4个空气弹簧，故换算单位为1512130 N/m，可解得隔振系统的固有频率f n：f n=√KM2π=√151213050202π=2.76 Hz4 阻尼器选择以选用MONROE 31089型阻尼器，其阻尼系数为C′=2150.7 N·s/m，可计算总的阻尼系数CC=4C′=8602.8 N·s/m隔振系统的阻尼比ξ=2√MK =2×√3016.5×862880=0.0843，为使隔振系统具有相同的阻尼比，可计算得到所需阻尼器的阻尼系数为ξ∗2√MK4=3672N·s/mC′target=。

国内大型振动台及其参数大浩神110330xxxx1) 同济大学同济大学地震模拟振动台在朱伯龙教授的领导下于1983年7月建成，原为X、Y两向振动台，90代进行了多次改造，主要改造内容为：双向振动台升级至三向六自由度；模型重量由15t升级至25t；控制系统和数据采集系统的升级等。

目前，该振动台的主要技术参数如下：台面尺寸：4m×4m；频率范围：0.1~50Hz；最大模型重量：25t;最大位移：X向：±100mm，Y向：±50mm，Z向：±50mm；最大速度：X向：1000 mm/s；Y向和Z向：600 mm/s；最大加速度：X向：4.0g（空载）1.2g（负载15t）；Y向：2.0g（空载）0.8（负载15t）；Z向：4.0g（空载）0.7g（负载15t）；最大重心高度：台面以上3000 mm；最大偏心：距台面中心600 mm；该振动台的核心部件由美国MTS公司生产，部分部件由国内配套，具体为：控制部分和数据采集部分由MTS生产；钢结构台面由MTS设计，国内红山材料试验机厂通过兰州化工总厂生产；油源部分的核心部件MTS提供，其他油箱、硬管道等部分由红山生产；作动器均采用MTS产品。

整个系统由MTS总承包。

该振动台实验室是土木工程防灾国家重点实验室的一部分，技术负责人为吕西林教授，目前已经完成试验项目数量近500项。

据统计，在世界上已经运行的大型振动台中，该振动台的运行效率名列前茅。

二、苏州东菱振动试验仪器有限公司世界最大单台推力电动振动台该系统主要由500kN(50吨)超大推力的电动振动台、4500mm×4000mm超大尺寸的水平滑台及700kW超大功率的功率放大器组成，与目前国外单台最大推力的日本35吨振动台相比，全部8项主要技术指标中有5项超过、3项持平。

三、中国建筑科学研究院中国建筑科学研究院原有的3×3m单向振动台已经基本废弃，其新建地震模拟振动台位于北京市顺义区的科研基地，目前安装已经完成，正在进行调试。

第33卷　增刊2007年12月四川建筑科学研究Sichuan B uilding Science收稿日期223作者简介徐忠根(65),男,浙江金华人,博士,副教授,主要从事钢结构稳定、结构抗震的研究。

x z @63深圳中航广场模型模拟地震振动台试验研究徐忠根1,刘　臣2,陈笑翎3,吴大鹏1,王喜堂1,张建军2,樊东坡3(1.广州大学工程抗震研究中心,广东广州　510405;2.深圳建筑设计研究总院,广东深圳　518031;3.香港迈进建筑设计有限公司,香港　999077)摘　要:介绍了深圳中航广场公寓附楼—部分框支剪力墙结构模型模拟振动台试验研究。

其特点是:主体结构平面呈L 形,两肢比例接近1∶1,结构扭转效应明显。

试验选定3条地震波,对该模型进行了基于7度的小震、中震、大震共33种地震工况下的模拟地震振动台试验,对结构进行模态分析,并且测定了模型结构的加速度、位移反应,观察了裂缝出现和发展情况。

通过1/30模拟振动台试验研究表明结构整体性较差,两肢扭转不一致,导致两肢交接处拉压破坏比其他位置严重,形成该种平面形式的薄弱环节,需要对个别构件进行适当加强。

从宏观现象的观察和实测数据的分析表明,结构总体上满足抗震设防三水准、两阶段设计的要求,具有抵抗基于7度的罕遇地震作用的能力。

关键词:振动台;模拟试验;不规则平面;扭转中图分类号:T U352.1;T U973;O324 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2007)增刊-0045-04Sha k i n g table test of Shen zhen Ch i n es e A i r L i n e Squar eXU Zhonggen 1,L IU Chen 2,CHEN Xiaoling 3,WU Dapeng 1,WANG Xitang 1,Z HANG J ianjun 2,F AN Dongpo3(1.Earthquake Enginee ring Re s ea rch Te st Cente r of Guangzhou University,Guangzhou 510405,China;2.A rchitec t ure D esign and Re search Institut e of Shenzhen,Shenzhen 518031,China;3.A rchitec t ure D esign Company of Hongkong Ma ijing,Hongkong 999077,Chi na)Ab stra ct:A shaking tab l e te st of Shenzhen Chinese Air Line Squa re,a struc t ure of partial frame su pported s hear wall struc ture,is introduced in this paper .It has a L 2shape p lan with its t w o s ame lengt h of flange s .Three ty pes of ground moti ons a re used in t he te st with their s e is m ic i ntensity of 7degree and 33l oading conditi ons a re used .The mode l s ca l e is 1/30.Its mode s are mea sured and sotheir re s ponses of acce lera ti ons,displacements and stra i n s .T he test sho ws s o m e weakne sses of the structure and so me m e m be rs sh ould be strengthened .Genera lly,the structure ha s the ability of bearing seis m ic l oad of 7degree of seis m ic intensity .Key wor ds:shaking table;m i m ic t e st;irregular plan;t orsion1　工程概况深圳中航广场公寓(附楼)47层(屋面层以下),地面至屋面层高16516m ,地面至屋顶层高16611m 。

地震模拟台精密定位控制工法1、前言精密工程测量是工程测量的现代发展和延伸，它以绝对测量精度达到毫米量级，相对测量精度达到1×10-5，以先进的测量方法、仪器和设备，在特殊条件下进行的特殊测量工作。

精密工程测量准确求定控制点和工作点的坐标和高程以及进行精密定向、精密准直、精密垂准，为社会服务。

由我甘肃第七建设集团股份有限公司承建的兰州理工大学地震模拟振动台是从英国SERVOTEST公司引进的地震模拟振动台，可以模拟各种类型的地震，是研究水坝及房屋结构抗震性能的重要设备。

振动台的基础中有八个主要的预埋部件，其中1’～4’位于基础坑底，与垂直方向的加振器固连，控制上下振动，5‘～8‘位于基础坑内的侧面，与水平方向上的4个加振器固连，用来控制侧向振动。

这八个预埋部件要求很高的定位精度，精度要求0.4mm,英方提出预理部件面板中心在x，y，z,α,β,γ六轴方向上的误差要小于0.4mm。

如何控制六个方向的偏差是本工程成败的关键。

我司与兰州理工大学合作，运用此技术，并开发出专门计算程序软件，成功完成了该工程的定位测量工作，最终的误差在0.2mm范围以内，并总结出了本工法。

2、特点本工法结合大型地震模拟振动台预埋件精密定位的测量工作，针对预埋件所处的特定位置和混凝土的分期浇筑，提出并采用分期建立控制网、放样定位的方法，在数据处理上采用拟稳平差，从而保证了两期预埋件位置之间的最佳精度。

3、适用范围精密设备基础预埋件位置定位控制、安装过程定位测量。

4、工艺原理以精密工程测量控制网为基础，采用精确的方法将构件定位标志的设计位置与控制网相关联；安装定位工作直接利用控制网进行，运用Leica TC2003全站仪将构件安装在设计位置。

通过自主编制的计算程序，对测量误差进行分析。

5、工艺流程及操作要点5.1 工艺流程平面控制网布设→平面控制网精度分析→平面位置测设及安装测量→高程控制网测设→振动台支架及助动器基座安装→混凝土浇筑。