土体-框架结构振动台模型实验研究

在进行土体-框架结构的振动台模型实验中,测出了模型体系的加速度、位移和应变反应.首先分析了实验各阶段系统的自振频率及阻尼比的变化情况,然后着重比较了各工况下框架结构的加速度、层间位移和应变反应规律,并与刚性地基实验进行了对比.实验结果表明,相对于仅有水平激振,竖向激振的参与可使结构的反应增加,且位移、应变反应的增量要大于加速度反应的增量;桩体应变要小于框架上的应变;基础上的加速度反应要大于土表反应.土-结构相互作用下的测试结果普遍要大于刚性地基情况下的结果,并且加速度峰值、层间位移峰值沿楼层的变化趋势也不相同,基于刚性地基假定下的计算结果可能偏于不安全,对于结构的抗震设计考虑土-结构相互作用的影响很有必要.     

较硬分层土-桩基-结构相互作用体系振动台试验

进行了较硬分层土-桩基-框架结构相互作用体系的振动台试验，再现了上部结构和基础的震害现象．得出的主要规律有：体系频率小于不考虑相互作用的结构频率，而阻尼比则大于结构材料阻尼比；体系的振型曲线与刚性地基上结构的振型曲线不同，基础处存在平动和转动．土层传递振动的作用与土层性质、激励大小等因素有关．砂土层一般起放大作用，粘质粉土层一般起减震作用．结构顶层加速度反应组成取决于基础转动刚度、平动刚度和上部结构刚度的相对大小．多向激励下的动力反应规律没有明显差别．     

软土地基上桩-土-高层结构体系动力特性的振动台试验

为了研究软土地基上桩?土相互作用对高层结构动力特性的影响机理,设计了1：6比例的高层结构?桩?土动力相互作用体系,进行了软土地基上框架结构的模型振动台试验。试验采用层状剪切盒模拟土体的边界,锯末和砂土的混合物作为地基土、以12层钢筋混凝土框架结构模拟上部结构,基础采用3×3群桩基础。通过对比考虑土?结构相互作用（SSI）框架模型和刚性地基框架模型的结构动力特性,总结出本试验中SSI效应对高层框架结构的动力特性影响规律：土体对地震动存在显著的过滤作用,放大土体基频附近的振动,且放大幅度随地震动的加强而减小;小震时土体对加速度峰值起放大作用,而在大震时起减小峰值的作用;考虑SSI效应后,结构的频率降低,阻尼比提高,结构的损伤出现得更晚,发展也更慢。在土体频率处,SSI体系的振型受土体影响显著;在远离土体频率处,SSI体系振型与刚性地基一致。     

地下结构地震反应的振动台模型试验研究

进行了土-地下结构动力相互作用的大型振动台模型试验,分别测出了模型土中不同部位的加速度反应和地下结构的加速度与应变反应.对模型体系的加速度反应实测值进行整理分析了模型箱效应、试验各阶段系统的自振频率及阻尼比的变化情况和地下结构的加速度和应变反应规律.试验结果表明:相对于仅有水平加速度激振,峰值约为水平加速度峰值三分之二的竖向激振的参与,可使结构的反应增加,且应变反应的增量大于加速度反应的增量,地下结构横断面的变形仍以剪切变形为主;地下结构的加速度反应和应变反应的频谱分布有较大差异,应变反应中竖向振型的贡献较大.     

土-结构动力相互作用对橡胶支座隔震结构的影响

采用子结构法,建立了频域内土-结构动力相互作用下的橡胶支座隔震结构的分析模型及相应的运动方程,通过数值仿真2个具有埋置刚性基础的剪切型基础隔震结构的地震反应,并选用多种地基土,较为系统地分析计算了不同地基土参数组合下结构的隔震效果和地震响应.结果表明,设置橡胶支座隔震层可以削弱土-结构动力相互作用对结构动力特性的影响,减小结构相对于场地运动的楼层位移和基底位移.同时,土-结构动力相互作用使橡胶支座隔震效果有所降低,且影响程度与上部结构刚度成正比,与地基土刚度成反比.     

大比例模型稳态激振试验研究

设计并制作了一个土桩上部结构动力相互作用1/2比例框架模型,并对模型进行了弹性范围内的顶部稳态激振试验.对比了忽略重力加速度模拟模型、部分考虑重力加速度模拟模型、考虑重力加速度模拟模型3种工况下顶部机械激振的模型动力反应情况,发现结构顶部速度响应与底部速度响应存在较大不同,并且随着所考虑的重力荷载的增加,模型的基频逐渐降低,频率的变化基本符合相似规律.通过与实测值进行对比发现,本文所建有限元计算模型基本符合实际情况.通过计算,发现结构的频率、加速度响应随土层弹性模量的变化基本呈指数函数变化,提出了通过制造基于考虑土结构动力相互作用的人工地基达到减震效果的新思路.     

柔性节点预制混凝土结构的动力反应

采用端部带转动弹簧的梁单元力学模型,对柔性节点预制混凝土框架结构的动力学特性及其在地震作用下的动力反应规律进行了系统研究.结果表明:结构自振频率随着节点相对刚度比的增加不断增大,当节点相对刚度比在0.1～10之间变化时,结构自振频率的变化十分明显.结构峰值位移反应随着节点相对刚度比的增加呈总体下降趋势,但下降趋势和程度受输入地震波能量分布特征的影响,并可能局部增大.随着节点相对刚度比的增加,结构在地震作用下的峰值加速度反应受输入地震波能量分布特征的控制,分布规律非常复杂.在工程中,应根据结构可能遭受的地震作用的能量分布特征,通过结构动力分析,确定节点的最优相对刚度比,以减小结构的动力反应.     

考虑滑移效应的体外预应力钢-混凝土组合梁自振频率分析

为了研究滑移与体外预应力对钢-混凝土组合简支梁自振频率的影响,提出了适用组合梁自振频率计算的静力折减刚度法和动力刚度修正系数法.以一根跨径为5 m的钢-混凝土组合简支试验梁为研究对象,分别采用静力折减刚度法、动力刚度修正系数法及换算截面法计算梁的自振频率,并将计算值与试验实测值进行对比.结果表明,采用动力刚度修正系数法计算得到的体外预应力组合梁的自振频率更接近于实测值,采用静力折减刚度法和换算截面法计算得到的梁的自振频率与实测值之间存在较大误差.当体外预应力值为100 k N时,换算截面法和静力折减刚度法与实测值的误差分别为19.3%和7.9%,动力刚度修正系数法误差则仅为2.9%.     

土弹性模量对土—结构共同作用体系影响分析

为了分析岩溶区土的弹性模量对共同作用体系的影响,建立岩溶地基—桩筏基础—钢框架核心筒结构三维有限元模型,对比分析桩间土弹性模量变化时,上部结构的动力响应情况。结果表明:桩间土弹性模量的变化对共同作用体系的动力响应有一定的影响,随着桩间土弹性模量的增加,上部结构加速度峰值、位移峰值、层间位移角峰值整体上有减小的趋势,位移峰值变化率最大为12.76%,加速度峰值和层间位移角峰值变化率都在10%以内;基础的弯矩和剪力减小。分析其原因是桩间土弹性模量的增大,增大了地基的刚度,使地基土在地震作用下的变形减小,对桩筏基础的约束增大,从而使上部结构的动力响应和基础的内力减小。     

预制再生混凝土框架模型模拟地震振动台试验

选用不同地震波,通过模拟地震振动台对首例1/4缩尺再生粗骨料取代率为100%的预制再生混凝土框架模型进行了3种地震波输入试验.通过白噪声扫描得到了该模型结构的自振频率、结构振型、阻尼比等动力特性,研究了加速度、楼层剪力、位移动力反应,记录了结构在试验中的开裂等现象.试验分析表明,随着地震动峰值强度的增加,模型呈现自振频率下降、阻尼比增大、加速度放大系数逐渐降低、楼层剪力逐渐增大的趋势;在弹塑性阶段后期,后浇节点刚度退化迅速,层间位移明显增大.采用层间位移作为评估标准,对预制再生混凝土框架的抗震能力进行了评价,表明预制再生混凝土框架抗震性能良好,但应采取必要措施加强梁柱节点的耗能能力.     

考虑SSI效应的特高压输电塔风致响应试验

为了研究风荷载作用下输电塔-基础-地基耦合效应(SSI效应)对输电塔风致响应的影响,以一座特高压输电塔-基础-地基体系为例,按照离散刚度法设计其气弹模型,采用一个刚性质量块来模拟基础,U型弹簧和阻尼器来模拟地基,对气弹模型进行风洞试验,并研究地基阻尼和刚度对输电塔结构风致响应的影响规律。研究表明:1)考虑SSI效应后,模型的振动衰减要慢于刚性地基模型;同时,随着地基刚度的减小,模型的综合刚度减少且自振周期增大;2)地基刚度的减小会使上部结构位移和加速度响应逐渐增大,对塔脚反力基本没有影响;随着地基阻尼的增大,塔身加速度逐渐减小,但位移和塔脚反力几乎保持不变。因此,在进行输电塔结构设计时应考虑SSI效应的影响。     

地震作用下高层框架-剪力墙隔震结构动力响应参数分析

针对一个10层框架-剪力墙基础隔震结构体系,考虑框架与剪力墙之间的相互作用,通过改变隔震层刚度及框架与剪力墙的刚度比,分析隔震层对地震波的滤波作用,以及考虑上部结构累积变形与隔震层大位移P-Δ效应,对高层框架-剪力墙结构的整体力学响应进行研究.结果表明:随着隔震层刚度的增加,传递到上部结构底部的加速度频谱幅值逐渐增大.随着框架与剪力墙刚度比增大,层间剪力的分布趋于均匀.上部结构累计变形产生的附加弯矩略大于隔震层本身P-Δ效应产生的附加弯矩.     

轨道交通隧道基底刚度对共建结构的振动影响分析

为了探明建筑物与轨道交通隧道共建时隧道基底刚度对系统振动的影响,建立列车-轨道-隧道-土层-建筑物系统耦合振动模型,列车-轨道动力学模型和隧道-土层-建筑物有限元模型通过扣件力进行参数传递,对隧道基底土层加固为不同刚度时隧道结构以及建筑物结构振动位移、速度、加速度响应进行了时程分析、频谱分析和振级分析等.结果表明:隧道基底刚度越大,其下沉位移越小,隧道结构振动速度突变越大且振动速度的周期性越不明显,但振动位移的振幅变化与隧道基底刚度没有严格的相关性;隧道基底刚度对隧道振动加速度影响的主要频率为1~5Hz的低频部分;隧道基底刚度对于建筑物结构振动有较大影响,主要集中于低频范围,影响幅度可达10dB.     

近断层脉冲型地震动作用下黏滞阻尼器和双调谐质量阻尼器对曲线高墩刚构桥减震控制

为研究粘滞阻尼器(VD)和双调谐质量阻尼器(DTMD)对曲线高墩刚构桥的减震控制效果,基于OpenSees建立某曲线高墩刚构桥的非线性分析模型,选取三条近断层脉冲型地震动对其进行动力时程分析。分别探究了VD的阻尼系数和阻尼指数,以及DTMD的上下层结构的阻尼比、质量比、频率比等阻尼器参数对其在曲线高墩刚构桥中的减震效果影响规律。结果表明：在本文分析VD的阻尼系数、阻尼指数变化范围内,VD对曲线高墩刚构桥墩顶位移减震率在9.42%~15.28%范围内,近断层脉冲型地震动作用下粘滞阻尼器对曲线高墩刚构桥的减震效果不佳。设计较优的DTMD控制下曲线高墩刚构桥的结构内力减震效果在45%左右,结构位移加速度在55%~75%范围内,DTMD可用于曲线高墩刚构桥减震控制中。     

考虑节点刚域影响的钢-混组合桁架梁桥行车动力响应分析

为研究节点刚域对钢-混组合桁架梁桥行车动力响应的影响规律,以某新建桥梁为例,利用自主开发的TRBF-DYNA软件开展列车-轨道-桥梁耦合系统振动响应研究.分别采用有限元方法建立考虑节点刚域的轨道-桥梁子系统整体三维模型;采用多刚体动力学方法建立31自由度车辆子系统模型,应用轮轨空间滚动接触模型模拟轮轨间可分离的接触关系.首先分析了节点刚域对桥梁自振特性的影响;继而研究了节点刚域和行驶线路对列车走行性以及桥梁整体和局部杆件动力响应的影响.结果表明:考虑节点刚域显著提高桥梁刚度;同时,桥梁的竖向振动位移峰值和加速度峰值减小30.00%~35.15%;钢腹杆内力显著提升,其中弯矩会增大90.41%~224.02%;但节点刚域对列车行车安全性指标影响较小.双线行车较单线行车引起的桥梁动力响应显著增强,其中横竖向加速度峰值将分别增大114.29%和100%;钢腹杆的应力有所增加,但并非成倍增加.建议在研究钢-混组合桁架梁桥行车动力响应时考虑节点刚域的影响.     

地基加固对隧道下穿铁路路基车致动力响应的影响

通过现场测试及数值模拟，研究了地表铁路行车作用下地铁隧道下穿铁路路基系统的动力响应规律，分析了下穿节点地基加固体弹性模量、深度等参数对地表振动及地铁隧道结构的影响。研究结果表明：车致地表振动频率由列车轮对分布、轨枕间距及行车速度共同决定；地基加固增加了下穿系统的车致振动响应，降低了高频振动的衰减速度；提升加固体模量，会增大地表振动加速度；加固深度提升至隧道底部可有效降低隧道的附加动应力。     

再生混凝土框架结构模型振动台试验

介绍了再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土框架模型的振动台试验.对框架模型的自振频率、结构等效刚度、结构阻尼比、结构振型、加速度反应、位移反应进行了研究.分析表明,随着地震强度的增加,结构出现一定程度的破坏后,模型抗侧移刚度退化、自振频率随之下降、结构的阻尼比逐渐增大、加速度放大系数呈逐渐降低的趋势;采用层间变形作为评估指标,对再生混凝土框架的抗震能力进行了评估.经过多次地震试验后,尽管再生混凝土框架的破坏较为严重,但在1.170g地震试验后仍然没有倒塌,表明再生混凝土框架结构具有良好的抗震能力.     

强震作用下渡槽TLD 效应模型试验研究

通过对矩形截面渡槽的单跨模型进行动力试验研究,探讨了渡槽在刚性地基强震条件下的调谐液体阻尼器(TLD)效应;通过调节槽内水位,研究了水体横向减震作用与深宽比的关系。试验结果表明,水体的晃动及水波破碎对渡槽的横向动力响应起到了 TLD 减震作用。渡槽内水位增加会改变结构的动力特性,使渡槽结构自振频率下降。在强震作用下,TLD 横向减震效果随水位变化发生波动,当槽内水体晃动频率与渡槽结构自振频率接近时,减震作用最为显著。