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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。
６２ ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＶｏｌ.4５，Ｎｏ.１１，２０１５工业建筑 ２０１５年第4５卷第１１期悬吊结构减震性能的振动台试验研究*于建军１，２白国良１杨 帆２李春柳２马继明１（１.西安建筑科技大学土木工程学院，西安 ７１００５５；２．河北科技师范学院城市建设学院，河北秦皇岛 ０６６００4） 摘 要：对悬吊结构博物馆文物陈列系统进行了振动台试验，研究在ＥｌＣｅｎｔｒｏ波、Ｔａｆｔ波和兰州波作用下，结构自振频率、文物陈列系统重心变化、加速度响应、动力放大系数等对悬吊结构体系地震响应的影响。
试验结果表明：文物陈列系统的地震响应不仅取决于输入烈度的大小，还与地震波的频谱特性及结构的自振特性等有关。
当地震波强度较小（峰值加速度不大于０.２０ｇ）时，悬吊结构体系减震效果不明显，且有地震响应增大的趋势；模型结构重心下降可以有效地降低文物的地震响应。
当地震波强度较大时（峰值加速度不小于０.4０ｇ），文物地震作用响应相应增大，晃动加剧，并出现移位、倾斜、旋转和倾倒等现象；与非减震结构相比，悬吊结构呈现出良好的减震性能；模型结构重心的降低有助于降低结构的地震响应。
关键词：博物馆；文物陈列系统；悬吊结构；减震性能；振动台试验 ＤＯＩ：１０.１３２０４／ｊ．ｇｙｊｚ２０１５１１０１３ＳＨＡＫＩＮＧＴＡＢＬＥＴＥＳＴＯＦＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥＲＥＳＩＳＴＡＮＴＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥＯＦＳＵＳＰＥＮＳＩＯＮＳＴＲＵＣＴＵＲＥＹｕＪｉａｎｊｕｎ１，２ＢａｉＧｕｏｌｉａｎｇ１ ＹａｎｇＦａｎ２ ＬｉＣｈｕｎｌｉｕ２ ＭａＪｉｍｉｎｇ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５５，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＵｒｂａｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ＨｅｂｅｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６００4，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｈａｋｉｎｇｔａｂｌｅｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓｄｉｓｐｌａｙｓｙｓｔｅｍｏｆａｍｕｓｅｕｍ．ＵｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆＥｌＣｅｎｔｒｏｗａｖｅ，Ｔａｆｔｗａｖｅ，ａｎｄＬａｎｚｈｏｕｗａｖｅｓ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ'ｓｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｃｅｎｔｅｒｏｆｇｒａｖｉｔｙｏｆｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓ，ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｄｙｎａｍｉｃａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｏｎｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓｄｉｓｐｌａｙｓｙｓｔｅｍｗａｓｎｏｔｏｎｌｙｄｅｐｅｎｄｅｄｏｎｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｉｎｐｕｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｂｕｔａｌｓｏｏｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅａｎｄｎａｔｕｒａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｗｈｅｎｌｏｃａｌｓｅｉｓｍｉｃｉｎｔｅｎｓｉｔｙｗａｓｓｍａｌｌ（ＰＧＡ≤０.２０ｇ），ｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｆｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｗａｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄｏｆｍｏｄｅｌｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｅｎｔｅｒｏｆｇｒａｖｉｔｙｃｏｕｌｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓ．Ｗｈｅｎｌｏｃａｌｓｅｉｓｍｉｃｉｎｔｅｎｓｉｔｙｗａｓｌａｒｇｅ（ＰＧＡ≥０.4０ｇ），ｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓｏｆｅａｒｔｈｑｕａｋｅｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎｃｒｅａｓｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄｓｈａｋｉｎｇｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｃｃｕｒｒｅｄ，ａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｔｉｌｔ，ｓｗｉｖｅｌａｎｄｄｕｍｐｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎａａｌｓｏｈａｐｐｅｎｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｎｏｎ-ｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｄａｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｔａｎｄｓｈｏｃｋａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｇｒａｖｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｓｅｕｍ；ｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓｄｉｓｐｌａｙｓｙｓｔｅｍ；ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｓｈａｋｉｎｇｔａｂｌｅｔｅｓｔ*国家自然科学基金项目（５１4７８３８１）；河北科技支撑计划项目（１３２７５８０２）；西安建筑科技大学创新团队支持项目。
第1篇一、实验目的本实验旨在通过模拟地震环境，对建筑结构进行抗震强度检测，评估其抗震性能，确保建筑在地震作用下的安全性和可靠性。
通过本实验，可以了解建筑结构的受力特点，为建筑抗震设计和加固提供依据。
二、实验原理抗震强度检测实验主要基于以下原理：1. 地震模拟原理：通过模拟地震波，对建筑结构施加动态荷载，模拟地震对建筑结构的影响。
2. 结构响应原理：通过检测结构在地震波作用下的加速度、位移、速度等响应参数，评估结构的抗震性能。
3. 结构破坏原理：通过观察结构在地震波作用下的破坏形态，分析结构破坏的原因。
三、实验设备1. 地震模拟器：用于模拟地震波，提供动态荷载。
2. 数据采集系统：用于采集结构响应参数，包括加速度计、位移计、速度计等。
3. 加载设备：用于施加静态荷载，模拟地震前后的荷载。
4. 测试台：用于安装和固定建筑结构模型。
四、实验材料1. 建筑结构模型：根据实际建筑结构进行缩尺制作，采用钢筋混凝土材料。
2. 钢筋：用于制作结构模型中的钢筋，按照设计要求进行配筋。
3. 混凝土：用于制作结构模型中的混凝土，按照设计要求进行浇筑。
五、实验步骤1. 结构模型制作：根据设计要求，制作建筑结构模型，并进行钢筋绑扎和混凝土浇筑。
2. 结构模型安装：将结构模型安装在测试台上，确保结构模型稳定。
3. 数据采集系统安装：在结构模型上安装加速度计、位移计、速度计等数据采集设备，确保数据采集准确。
4. 静态荷载施加：在结构模型上施加静态荷载，模拟地震前的荷载，观察结构模型的受力情况。
5. 地震波模拟：启动地震模拟器，模拟地震波，对结构模型施加动态荷载，观察结构模型的响应和破坏情况。
6. 数据采集与处理：在地震波模拟过程中，实时采集结构响应参数，并对数据进行处理和分析。
六、实验结果与分析1. 结构响应分析：通过数据采集系统，得到结构在地震波作用下的加速度、位移、速度等响应参数。
分析结果表明，结构在地震波作用下的响应符合抗震设计要求。
地震波传播特性的实验与模拟研究地震是由地壳运动引起的地震波传播特性的实验和模拟研究是地震科学中一项重要的研究内容。
通过实验与模拟研究，可以深入了解地震波在地球内部的传播规律和特性，并为地震预测与防灾提供支持和指导。
本文将从实验和模拟两个方面，对地震波传播特性进行研究，以期能为地震科学研究提供一些思路与参考。
一、地震波传播特性的实验研究地震波传播特性的实验研究通常是通过在实验室中模拟地震波的传播过程，并通过仪器设备进行观测和记录来研究。
常见的地震波传播特性实验研究方法有模型实验与震源实验两种。
1. 模型实验模型实验是将地震波传播的物理过程通过模型进行缩放和模拟。
通过建立地质模型和模拟地震源，研究人员可以模拟不同地震波传播路径和地壳结构下的地震波传播特性。
模型实验通常需要借助地震仪、地震计等设备进行观测和数据记录，以获得实验数据。
例如，1989年美国加州Loma Prieta地震后的模型实验研究，研究人员通过在室内搭建地震模型，模拟Loma Prieta地震中的地震波传播过程。
他们通过在模型中注入地震波源，观测不同地震波在模型中的传播速度、幅度衰减和力学效应等特性，研究地震波在地震中的传播规律。
2. 震源实验震源实验是通过实验室中的震源设备产生地震波源，并观测地震波在实验体（如岩石样本）中的传播特性。
这种实验方法可以更好地模拟地震中的震源产生和波传播的真实情况。
例如，1995年日本兵库地震后，研究人员利用震源实验研究了地震波在岩石样本中的传播速度和振幅衰减特性。
他们使用实验室中的震源设备产生地震波源，将岩石样本放置在震源附近，并通过地震仪观测地震波传播过程中的变化。
通过这种实验研究，他们了解到岩石样本中地震波传播速度和振幅衰减与地震中观测到的地震波特性具有一定的相关性。
二、地震波传播特性的模拟研究地震波传播特性的模拟研究是利用计算机模拟方法进行的。
通过建立地震波传播的数学模型和采用数值计算方法，可以模拟地震波在地球内部的传播过程，并预测地震波在不同地震源和地壳结构下的传播特性。
第 36 卷第 4 期2023 年8 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 4Aug. 2023独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟刘祖强1，2，马东1，张风亮3，薛建阳1，2，潘文彬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.陕西省建筑科学研究院有限公司，陕西西安 710082）摘要: 以山西省静乐县的某独立式石箍窑洞为原型，制作1/4缩尺的三跨试验模型，对其进行了地震模拟振动台试验，分析了地震作用下窑洞模型的破坏过程及破坏形态。
在试验研究基础上，采用ABAQUS软件建立独立式石箍窑洞的有限元模型，将模拟得到的动力特性、动力响应和地震损伤结果与试验结果进行了对比分析，验证了有限元模型的合理性，进而基于对原型结构的有限元模拟，分析了覆土厚度、拱跨数和拱矢跨比对窑洞模型受力性能的影响。
结果表明：独立式石箍窑洞在地震作用下主要发生砂浆灰缝开裂破坏，开裂最严重的部位为洞口拱顶和侧墙与背墙的连接处；有限元模拟结果与试验结果吻合较好，能够较好地反映地震作用下窑洞模型的受力性能；窑洞模型的纵墙刚度大于横墙，加速度和位移响应随输入峰值加速度的增大不断增大；随着覆土厚度变薄和拱矢跨比减小，窑洞模型的抗震性能增强，但拱跨数对窑洞模型的抗震性能影响较小。
关键词: 独立式石箍窑洞；振动台试验；数值模拟；地震损伤；动力响应中图分类号: TU363 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）04-1101-12DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.04.024引 言窑洞作为传统民居，是中国西北地区一种独有的建筑形式，具有保温性能强、隔音效果好、建造成本低、绿色环保等优点［1］。
窑洞根据结构形式的不同可分为靠崖式、下沉式和独立式3种。
地震条件下桩板结构振动台模型试验与分析的开题报告尊敬的评委老师们：我即将开展的课题是“地震条件下桩板结构振动台模型试验与分析”，以下是我的开题报告：一、选题背景近年来，地震频繁发生，地震对于建筑结构的影响日益受到关注。
桩板结构是一种在地震条件下常用的建筑结构类型，它具有良好的抗震性能。
在实际工程中，为了研究桩板结构的抗震性能，通常采用振动台模型试验方法，通过试验对桩板结构的动态特性进行分析，以此来指导工程实践。
二、研究目的研究桩板结构的抗震性能，分析地震条件下桩板结构的动态特性，探究桩板结构在地震条件下的变形、位移、应力等关键参数的变化规律，及其与设计参数的关系，为桩板结构的设计提供有价值的参考。
三、研究内容及方法1、研究内容（1）设计地震动力波形，并进行振动台试验；（2）研究桩板结构的结构模型和模拟方法；（3）研究桩板结构的抗震性能，并进行模拟计算；（4）研究桩板结构的结构特性，包括变形、位移、应力等参数的变化规律，并分析其与设计参数的关系。
2、研究方法（1）采用振动台试验方法进行研究，测量试验数据并分析试验结果；（2）采用数值模拟方法进行结构分析，比较分析试验结果与数值分析结果；（3）通过对试验结果和分析结果的比较，确定桩板结构的抗震性能，分析桩板结构的结构特性，并提出相应的优化设计措施。
四、研究意义本课题研究将有助于深入了解桩板结构在地震条件下的抗震性能，为桩板结构的抗震设计提供科学的参考依据；并且，将为类似建筑结构的抗震研究提供新的思路和方法。
同时，通过本研究的开展，有助于提高振动台试验的技术水平和应用范围，对于推进振动台试验技术的发展也具有一定的意义。
注：以上内容为开题报告模板，根据实际情况可适当调整和修改。
第22卷第6期2006年12月结 构 工 程 师StructuralEngineersVol.22,No.6Dec.2006
地震模拟振动台及模型试验研究进展沈德建1,2 吕西林1(1.同济大学结构工程与防灾研究所,上海200092;2.河海大学土木工程学院,南京210098)
提 要 在介绍振动台本身发展的基础上,分析了振动台试验研究内容的扩展、振动台模型试验动态相似关系研究进展、振动台试验方法的发展和振动台试验新的测量方法,提出了振动台模型试验中值得关注的一些问题。关键词 振动台,模型试验,动态相似关系,试验方法
ResearchAdvancesonSimulatingEarthquakeShakingTablesandModelTest
SHENDejian1,2 LUXilin1(1.ResearchInstituteofStructuralEngineeringandDisasterReduction,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;
2.InstituteofCivilEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)
Abstract Thedevelopmentofshakingtableisinducedfirstinthispaper.Theexpansionoftheresearchscopeofshakingtablesisanalyzed.Thedynamicsimilituderelationshipfromdifferentauthorsiscomparedandremarked.Thedevelopmentoftestingmethodonshakingtablesandnewmethodonanalyzingtheresultisalsopresented.Somevaluablequestionsonshakingtabletestareinducedandmaybepaidgreatattentionbyre2searchers.Keywords shakingtable,modeltest,dynamicsimilituderelationship,testingmethod
基金项目:国家自然科学基金重点项目(50338040)1 概 述结构振动台模型试验是研究结构地震破坏机理和破坏模式、评价结构整体抗震能力和衡量减震、隔震效果的重要手段和方法。然而,由于振动台本身承载能力、试验时间和经费等的限制,许多时候必须做缩尺模型试验,在坝工模型和高层、超高层建筑中更是如此。一些新型结构形式,由于其超出了设计规范的要求,往往需要通过实验对其抗震性能做合理的评估。超高层建筑和超大跨度建筑,在理论分析还不完善的情况下,试验,特别是振动台模型试验,是分析其抗震能力的一种有效手段。线弹性的缩尺模型相似关系已得到了较好的解决,但是许多复杂结构的相似关系、非线性动态相似关系虽然进行了一些研究,但是还未能得到较好的解决。一些劲性钢筋混凝土结构、钢管混凝土结构和其他一些新型结构的动态相似关系的研究还不够深入,有些甚至才刚刚起步。振动台试验较好地体现了模型的抗震性能,可我们更关心的是由模型的试验结果推算的原型结构的抗震性能,但在这方面尚未形成非常一致的结论,还存在一定的误差,因而精度还有待于进一步的提高。本文介绍国内外振动台模型试验的研究进展。
2 研究的最新进展
2.1 振动台本身的发展作为美国NEES计划的一部分,加州大学圣地亚哥分校(UCSD)于2004年安装MTS公司制造的北美最大的室外振动台,其平面尺寸为12.2m×7.6m,台面最大承载能力为2000t,水平最大推力为680t,最大加速度为3g,频率范围为0～20Hz。该振动台可以与其附近的土基础结构共同作用实验系统组成一个联合的系统,为足尺模型的抗震试验提供了方便。中国建筑科学研究院于2004年安装一个台面尺寸为6.1m×6.1m的三向六自由度MTS振动台,其频率范围为0～50Hz;台面最大承载能力为80t。日本于2005年安装台面尺寸为20m×15m的三向六自由度振动台。水平最大加速度、速度和位移分别是0.9g,2m/s和±1m;竖向的相应值分别为1.5g,0.7m/s和±0.5m。台面最大承载能力为1200t。MTS振动台控制器已升级为全数字469D控制器,使振动台试验过程变得简单、易于操纵,大大地节约了时间和成本,为开展更多的试验研究提供了可能。研制生产振动台或振动台部件的公司也越来越多,有MTS公司、IST公司、SD公司、SHOREWEST公司、JAGUAR公司、SERVOTEST公司等等,这也促进了振动台本身的发展。2.2 振动台试验的研究内容振动台试验的研究内容已经从砌体结构、框架结构、筒体结构模型发展到现在的桥梁结构模型、考虑一些隔震和减震措施结构的模型试验和结构地基共同作用试验。因而研究的内容也是越来越丰富。9层钢筋混凝土框架剪力墙结构1/6比例模型的试验研究指出,规范的某些限值过于保守[1]:①《建筑抗震设计规范》规定的在超越概率分别是63%和2%时,层间位移角要小于0.125%和1.0%,与实验结果相比较,这些值显得过于保守;②实际设计结构的抗侧刚度比按规范要求设计的要高得多。振动台在桥梁抗震中也得到了一定的应用。长度比例为0.3,高宽比分别为6.64,4.5和2.5的二柱桥墩的振动台模型试验结果表明[2],两个较高的试件有相应较高的延性和侧移,并表现出相同的弯曲性能;较短试件的延性和侧移较小,并呈现出一定的弯/剪组合性能。由于振动台的能力限制,或者是试验的成本较高,时间较紧,有时不得不采用比例非常小的模型,但是比例非常小的模型的材料、钢筋的相似比较难以满足。一种采用高性能纤维增强水泥组合材料和水平钢筋来制造模型的方法在试验中得到应用[3],并通过理论和试验分析了其动态性能,
使得钢筋混凝土结构振动台模型试验变得经济简单。试验结果表明,其能很好地模拟钢筋混凝土构件的抗震性能。台湾地震工程研究中心进行的三层带主动控制支撑系统的足尺钢框架的振动台试验[4]。结果表明,主动控制系统和结构的相互作用(CSI)影响非常明显。为了更好地研究土结构共同作用系统,文献[5]进行了5个桩基模型、3个箱形基础模型和一个复合地基模型的振动台试验。土的模型采用上海软土,结构模型采用顶部带有质量块的单柱和现浇的12层钢筋混凝土框架。试验采用一个可变的土容器,并通过控制容器和结构的平面尺寸的比例来缩小由于边界条件引起的箱形效应。振动台模型试验已经从单纯的结构试验发展到结构与基础共同作用试验和带主动和被动控制的结构试验。
2.3 相似准则的发展由于振动台尺寸、承载能力和实验费用的限制,小比例模型在抗震试验特别是振动台试验中得到了广泛的应用。但是,由于基于几何尺寸的传统的相似律是在弹性范围内获得的,因而在结构的非弹性性能分析方面已显示出一些不足,甚至会出现严重的错误。国内外相似准则的研究成果如下:
在砌体结构的相似关系方面,文献[6,7]做了一些研究。采用参数法和方程法,推导了不同配重条件(空载、满载和半载)下,砌体结构模型与原型的动力相似关系;并且提出了在结构进入弹塑性阶段后,应如何根据模型试验结果,利用得出的相似关系来分析原型的动力性能;通过振动台模型试验验证了动力相似关系的正确性。结合模型墙片的拟静力试验,认为重力对结构的弯曲刚度有较大影响,但不影响结构的剪切刚度[7]。文献[8-10]在一致相似律、小比例模型相似和非线性相似方面做了一些研究。基于π定理,推导了考虑建筑物活载和非结构构件质量效应的地震模拟试验的相似关系[8];提出可以方便
地设计任意附加质量的结构缩尺模型的一致相似
・65・StructuralEngineersVol.22,No.6 EarthquakeandWindResistance律[9]。认为采用原型材料制作模型时,人工质量不足模型在结构破坏阶段将导致试验误差。采用非原型材料制作时,非线性性态的模拟将变得更加困难。在此基础上,提出了简化的近似处理方法,可依据材料的非线性性质,区别结构反应不同的变形阶段,使用不同的相似关系。具体过程如下:首先获得原型和模型混凝土两者之间的等效模量比,进而导出动态相似关系。根据等效模量比的变化程度,将结构试验分成三个阶段,线弹性阶段、弱非线性阶段和强非线性阶段,在每个阶段使用不同的相似关系[10]。上述方法适用于小比例钢筋混凝土结构模型非线性性能振动台模拟试验研究。从固体力学的Lame方程和牛顿粘性流体力学的Navier2stockes方程出发,文献[11]推导了流固耦合体系的振动台模型试验的动力相似关系,并提出了一种将结构构件的三维方向取不同缩尺比的方法来消除重力失真效应的影响。同济大学结构工程与防灾研究所在模型动力相似关系的修正方面做了许多研究工作[12-14]。在3个不同比例的结构模型试验和5组共18个不同缩尺柱的模型试验研究基础上,考虑模型和原型材料非线性不相似、模型和原型结构的实际刚度差别、尺寸效应、加载速率、重力失真、模型设计和精度误差等方面对加速度基本相似关系的影响程度,建立了统一的加速度修正准则。经过加速度相似修正的模型的推算结果和模型的实测结果对比分析表明,修正后的动力相似关系在结构所处的弹性阶段和极限破坏阶段取得了一定的修正效果,其结果在工程允许的误差范围内;但在结构开裂破坏后的损伤发展阶段不能采用。对于日益增多的超限高层、超高层建筑,振动台试验是衡量其抗震能力的一种重要手段,文献[15]提出了下列一些主要建议:①为满足我国现阶段结构抗震设计所要求的“小震不坏,大震不倒”的要求,混凝土结构抗震模型应考虑弹性阶段及极限状态的动力相似关系。②对于高层建筑结构模型,由于模型缩尺较小,应重点考虑构件断面上弯矩、剪力和轴力的相似关系,从构件层次和层间层次上满足模型与原型的相似关系。③对于不同介质组成的体系,例如流体固体耦合体系、土结构相互作用体系,两种介质应满足一致的相似关系。④模型的质量分布及刚度分布特性要与原型一致。文献[16,17]提出了一种考虑几何比例系数,等效弹性模量比值和最终应变比值修正的相似律。该相似律可以补偿缩尺模型的地震响应分析误差,并使根据缩尺模型试验结果分析的模型和原型结构的抗震性能更加可靠。根据结构破坏程度的不同,将结构分成多个阶段,每个阶段使用不同的相似率,并进行了拟动力试验的模拟,结果表明,提出的多阶段等效相似律适合于小比例模型的抗震性能试验[16]。通过钢结构柱的拟动力试验,在长度和力的比例系数相等的情况下,分别验证了基于质量、时间和加速度的三种相似律的一致性[17];结果表明,在不同的相似关系中,采用
