地震模拟振动台及模型试验研究进展

第22卷第6期2006年12月

结　构　工　程　师Structural Engineers

Vol .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

Research Advances on Si m ul ati n g Earthquake Shaki n g

Tables and M odel Test

SHEN Dejian

1,2

LU Xilin

1

(1.Research I nstitute of Structural Engineering and D isaster Reducti on,Tongji University,Shanghai 200092,China;

2.I nstitute of Civil Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China )

Abstract The devel opment of shaking table is induced first in this paper .The expansi on of the research scope of shaking tables is analyzed .The dynam ic si m ilitude relati onshi p fr om different authors is compared and re marked .The devel opment of testing method on shaking tables and ne w method on analyzing the result is als o p resented .Some valuable questi ons on shaking table test are induced and may be paid great attenti on by re 2searchers .

Keywords shaking table,model test,dyna m ic si m ilitude relati onshi p,testing method

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(UCS D )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、I ST公司、S D公司、SHORE W EST公司、JAG UAR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?

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Structural Engineers Vol.22,No.6 Earthquake and W ind Resistance

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La me方程和牛顿粘性流体力学的Navier2st ockes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,采用相同的长度和力的相似系数,试验结果具有较好的一致性。

文献[18]介绍了模拟地震振动台试验设计的实用流程和设计思路;提出了一种不用明确求出π数表达式的实用似量纲分析方法来设计模型的各相似常数,使得模型设计变得简单、快捷。

2.4　试验方法

越来越多的结构抗震控制装置被安置到结构中,比如T MD系统,AMD系统等。对这些系统的试验验证和数字模拟显得越来越重要。文献[19,20]在振动台试验的新方法方面进行了一些研究,指明了振动台试验和数值模拟相结合的杂交试验是未来的发展方向。杂交试验的核心是整个结构的一部分做振动台试验,其余部分做数值模拟试验,考虑了这两部分结构的相互作用。该试验方法最重要的是要保持质量比(试验部分质量/计算部分质量)尽可能的低。该方法在验证T MD,AMD等结构控制系统在模拟动态荷载条件下的性能方面具有明显的优点[19],在不更换硬件(AMD系统等)设置的情况下可以试验不同特性的主结构的性能。文献[20]还通过原型试验验证了提出的试验方法,两者结果具有较好的一致性。

2.5　振动台试验的测量方法

在目前的振动台试验中,位移的测量往往采用接触式测量方法(各种位移计等)或由加速度积分得到。接触式位移测量方法在大位移、大变形或者断裂、倒塌试验中的应用受到限制,加速度积分法受传感器的位置和数量限制。文献[21]提出了一种新的非接触三维位移测量方法,仅需?

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?抗震与抗风? 结构工程师第22卷第6期

在结构上布置一些发生器就可以测量。该方法的有效性和精度已被许多振动台试验(包括木结构)所验证。

3　振动台模型试验值得关注的一些问题

(1)目前抗震性能的关键指标层间相对位移都是通过存在误差的加速度积分来获得,如何直接测量层间相对位移值得进一步研究。

(2)重力失真效应的影响。人工质量的施加,改变了柱子的轴压比,但对柱子性能的影响程度研究甚少,值得关注。

(3)尺寸效应的影响。尺寸效应是众所周知的问题,目前有两种方法考虑其影响:一种是基于概率分布的分析方法,一种是基于断裂力学与试验数据相结合的半理论半经验分析方法。但是由于这些方法在基本假定方面与实际情况相差较大,还不能被振动台试验方便地采用。

(4)加载速率的影响。振动台试验需对地震波的持续时间进行压缩,从而必须提高外荷载的频率和材料的应变率。加载速率对材料强度提高的影响与外荷载频率变化对结构反应的影响不同,外荷载频率的提高有时会加大结构的反应,有时会降低结构的反应,而外荷载频率的增加一定会引起材料强度的增加。如何在建立动力相似关系时把加载速率的影响考虑进去,如何用这种关系式指导试验和推算原型结构的性能,仍是一个需要深入研究的问题。

(5)复杂的原型结构的简化和构件细部的模拟是高层和超高层建筑模型试验中一个不可避免的问题。尽管目前有学者已提出将整个过程分成几个阶段,每个阶段使用不同的相似关系,但是划分的依据和标准比较粗糙和含糊。

(6)模型混凝土的力学性能在各个楼层间存在一定的误差,目前通常的办法是直接取平均值,其合理性有待商讨。由于强度和弹性模量量纲的一致性,但在实际施工中模型材料很难完全满足强度和弹性模量相似比相同。

(7)对于使用日益广泛的劲性混凝土结构和钢混凝土组合结构的模型试验,满足钢结构部分和混凝土部分相似关系一致的材料比较难找,因而其动力相似关系的研究值得探讨。

(8)目前振动台模型试验激励加速度由小至大,因而在下一次激励之前,可能已经存在一定的

损伤,这与实际地震的一次激励存在一定的差距。

模型的已有损伤如何考虑没有明确的结果。

4　结　论

本文对振动台及振动台模型试验的一些研究情况做了一些介绍,主要有相似关系的研究进展、振动台试验研究内容和试验方法的发展方向,并对上述问题提出了看法,供同行们讨论。

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(下转第63页)?

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Structural Engineers Vol.22,No.6 Earthquake and W ind Resistance

得到以下结论:

(1)EC8采用两水准抗震设防目标,大致对应我国01规范的小震和中震的设防水准和设防目标,EC8中没有对应01规范大震水准的设防目标,我国规范抗震设防目标更为严格。

(2)EC8采用的反应谱与我国01规范的反应谱形状相似,但具体情况有所不同。

(3)EC8在中震水准下进行结构强度设计,我国01规范在小震水准下进行结构强度设计,但EC8通过性能系数q将地震作用折减,使得设计地震作用总体水平与01规范相当。

(4)EC8通过调整性能系数q的大小和保证相关延性指标可以使不同类型结构具有相同的抗震可靠度;我国01规范由于实质对所有结构采用了同一的q(q约等于3),其结果是使脆性结构抗震可靠度偏小,延性结构抗震可靠度偏大,很难做到不同类型结构抗震可靠度的统一。参考文献

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?抗震与抗风? 结构工程师第22卷第6期

地震模拟振动台及模型试验研究进展_沈德建

第22卷第6期2006年12月 结　构　工　程　师S t r u c t u r a l E n g i n e e r s V o l .22,N o .6 D e c .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 R e s e a r c hA d v a n c e s o nS i m u l a t i n g E a r t h q u a k e S h a k i n g T a b l e s a n dMo d e l T e s t S H E ND e j i a n 1,2 L UX i l i n 1 (1.R e s e a r c hI n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g a n d D i s a s t e r R e d u c t i o n ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200092,C h i n a ; 2.I n s t i t u t e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ,H o h a i U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210098,C h i n a ) A b s t r a c t T h e d e v e l o p m e n t o f s h a k i n gt a b l e i s i n d u c e df i r s t i nt h i s p a p e r .T h e e x p a n s i o n o f t h e r e s e a r c h s c o p e o f s h a k i n g t a b l e s i s a n a l y z e d .T h e d y n a m i c s i m i l i t u d e r e l a t i o n s h i p f r o md i f f e r e n t a u t h o r s i s c o m p a r e d a n d r e m a r k e d .T h e d e v e l o p m e n t o f t e s t i n g m e t h o d o n s h a k i n g t a b l e s a n d n e w m e t h o d o n a n a l y z i n g t h e r e s u l t i s a l s o p r e s e n t e d .S o m e v a l u a b l e q u e s t i o n s o n s h a k i n g t a b l e t e s t a r e i n d u c e d a n d m a y b e p a i d g r e a t a t t e n t i o nb y r e -s e a r c h e r s .K e y w o r d s s h a k i n g t a b l e ,m o d e l t e s t ,d y n a m i c s i m i l i t u d e r e l a t i o n s h i p ,t e s t i n g m e t h o d 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N E E S 计划的一部分,加州大学圣地亚哥分校(U C S D )于2004年安装M T S 公司制

地震模拟振动台九子台阵系统的安装与调试

Dynamical Systems and Control 动力系统与控制, 2016, 5(1), 11-17 Published Online January 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/fc11769662.html,/journal/dsc https://www.wendangku.net/doc/fc11769662.html,/10.12677/dsc.2016.51002 The Installation and Debugging of Nine Sub-Array System of Shaking Table Juke Wang, Chunhua Gao, Shuoyu Zhang Beijing Laboratory of Earthquake Engineering and Structural Retrofit, Beijing University of Technology, Beijing Received: Dec. 20th, 2015; accepted: Jan. 10th, 2016; published: Jan. 14th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/fc11769662.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Facing the damage caused by the frequent occurrence of earthquakes, this study pointed out that shaking table experiment is the research and development direction of structural seismic test, and briefly summarized the developmental history and status quo. In recent years, as array system of-fered important experiment methods to the anti-seismic experimental research and theoretical research of such slim-lined constructions as large-space structure, pipeline, multiple span bridge, etc., this study made a conclusion of the system composition, functional characteristics, installa-tion method and debugging procedures of nine sub-array system based on the nine sub-array sys-tem of BJUT, and further explained the characteristics and contents of array system control. It’s of some referential value for the technological development of shaking table array experiment. Keywords Shaking Table Array, Function Debugging, System Control 地震模拟振动台九子台阵系统的安装与调试 王巨科，高春华，张硕玉 北京工业大学，工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京 收稿日期：2015年12月20日；录用日期：2016年1月10日；发布日期：2016年1月14日

SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究_张之颖

第43卷第2期2010年2月 土　木　工　程　学　报 C H I N AC I V I LE N G I N E E R I N G J O U R N A L V o l .43F e b . N o .2 2010 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 S S I 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 (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S S I 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S S I 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:T U 435　T U 447 文献标识码:A 文章编号:1000-131X(2010)02-0100-05 S h a k i n g t a b l e t e s t s o f t h e d a m p i n g b e h a v i o r o f S S I s y s t e m s Z h a n g Z h i y i n g 1 　C h o C h o n g d u 2 　L ǜX i l i n 3 　L o u M e n g l i n 3 (1.X i ′a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y ,X i ′a n 710049,C h i n a ;2.I n h a U n i v e r s i t y ,I n c h e o n 402751,K o r e a ; 3.S t a t e K e y L a b o r a t o r y f o r D i s a s t e r R e d u c t i o n i n C i v i l E n g i n e e r i n g ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200092,C h i n a )A b s t r a c t :As y s t e m i n v o l v i n g s o i l -s t r u c t u r ei n t e r a c t i o ni s o f t e nc o n s i d e r e da s an o n -c l a s s i c a l d a m p i n gs y s t e m d u et o d i s t i n c t i v e d i f f e r e n c e s b e t w e e nt h em a t e r i a l p r o p e r t i e s o f s o i l a n ds t r u c t u r e .A ne x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o nb a s e do n s h a k i n gt a b l et e s t i sc o n d u c t e dt oe x p l o r et h ea c t u a l d a m p i n gb e h a v i o ro f s o f ts o i l -s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n s y s t e m .M e a s u r e m e n t s o f t h e t r a n s f e r f u n c t i o n s ,t h e n a t u r a l f r e q u e n c i e s a n dt h e m o d a l d a m p i n gr a t i o s o f d i f f e r e n t p a r t s o f t h e s y s t e mr e v e a l t h e e x i s t e n c e o f c o m p o s i t e m o d e a n d m o d a l d a m p i n g r a t i o a l o n g w i t h n o n l i n e a r d y n a m i c b e h a v i o r o f t h e s o i l -s t r u c t u r e s y s t e m u n d e r g r a d u a l l yi n c r e a s i n ge a r t h q u a k ea c t i o n .T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t si n d i c a t et h a t t h ec l a s s i c a l d a m p i n g b e h a v i o r i s p r o n o u n c e di ns o i l -s t r u c t u r e i n t e r a c t i o ns y s t e m a n ds e i s m i ca n a l y s i s c a nb e p e r f o r m e db y u s i n g c l a s s i c a l d a m p i n g t h e o r y .K e y w o r d s :s o i l -s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n (S S I );c l a s s i c a l d a m p i n g ;s h a k i n g t a b l e t e s t ;c o m p o s i t e m o d e s E -m a i l :z h a n g z h y @m a i l .x j t u .e d u .c n 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 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。 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(S o i l -S t r u c t u r eI n t e r a c t i o n ,简称 S S I )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S S I 体系实际阻尼机制的研究甚为欠 DOI :10.15951/j .t m gcxb .2010.02.013

振动台试验方案设计实例

一、振动台试验方案 1试验方案 1.1工程概况 本工程塔楼结构体系为“三维巨型空间框架－钢筋混凝土核心筒”结构体系，主要由4个核心筒、钢骨混凝土（SRC）外框架、3个避难层联系桁架三部分构成，图1-2、图1-3分别是B塔结构体系构成示意图和建筑效果图。特别指出的是本工程在14、24楼层的联系桁架的腹杆以及32、48楼层的斜撑为防屈曲支撑（UBB）构件。设计指标为小震不屈服，大震屈服耗能。具体位置示意见图1-4。 本工程的自振周期约为 6.44秒，超过了《建筑抗震设计规范》(GB-50011-2001)设计反应谱长为6秒的规定。本工程存在5个一般不规则和2个特别不规则类型，5个一般不规则类型分别是扭转不规则、凹凸不规则、刚度突变、构件间断和承载力突变。2个特别不规则是高位转换和复杂连接。 1.2 模拟方案 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

高层建筑抗震性能模拟地震振动台试验

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。

XJ-Z50小型地震模拟振动台

XJ-Z50小型地震模拟振动台 南京工业大学土木工程学院实验教学中心研制

XJ-Z50小型地震模拟振动台 1、概述 振动实验台有液压式、机械式和电磁式等几种，振动台在结构抗震、自振频率测量、结构振动分析中是不可缺少的设备，振动台设备的成本与台面的尺寸、性能和相应的配套设备有关，一般要几十万到上百万以上的资金才能建成。那么对于众多理工科院校和新建院校承担如此高的资金有一定的难度。我们推出的“XJ-Z50小型地震模拟振动台”是为理工科院校专门设计的，该系统具备了振动台的所有实验内容，费用相应要低得多，适合作为教学使用，使学生能通过实验来学习、认识和掌握在振动上要完成的实验方法，为将来参与实际大、中振动台建设打下基础。 该系统除用于教学外，还可用于小型仪器（如：精密电子仪器、手持设备、计算机硬盘驱动器、传感器、MEMS 传感器和其它设备等）的振动考核试验。只要配备一只标准加速度计（如B&K 公司的加速度计），就可用该系统对其它传感器的灵敏度和频响曲线进行标定，传感器标定在工程试验中是必不可少的。 2、系统组成 该系统由振动台台面系统、电磁式激振器、功率放大器、振动台控制传感器、振动台控制仪（含数据采集、程控信号源）、计算机和控制软件组成。

3、实验内容 3.1 地震模拟、人工模拟地震波再现、地震反应谱测试；3.2 白噪声激励与结构振型测试； 3.3等幅值正弦扫频控制与结构振型测试； 3.5 随机波实验模拟； 3.6 加速度传感器和速度传感器灵敏度、频响曲线标定测试(选配)； 4、技术指标和型号振动台控制机柜 4.1 振动台和功率放大器： 台面尺寸：516x360x20mm 台体材料：铝合金 台面自重：11kg 激振力：500N 频率范围：0-2000Hz 总重量：75kg 最大位移： 10mm 最大加速度：±5g

振动台试验终极版

一、前言 模拟地震振动台可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的试验，它是在试验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法，这种设备还可用于研究结构动力特性、设备抗震性能以及检验结构抗震措施等内容。另外它在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、桥梁工程等方面也都发挥了重要的作用，而且其应用的领域仍在不断地扩大。模拟地震振动台试验方法是目前抗震研究中的重要手段之一。 20世纪70年代以来，为进行结构的地震模拟试验，国内外先后建立起了一些大型的模拟地震振动台。模拟地震振动台与先进的测试仪器及数据采集分析系统配合，使结构动力试验的水平得到了很大的发展与提高，并极大地促进了结构抗震研究的发展。 二、常用振动台及特点 振动台可产生交变的位移，其频率与振幅均可在一定范围内调节。振动台是传递运动的激振设备。振动台一般包括振动台台体、监控系统和辅助设备等。常见的振动台分为三类，每类特点如下： 1、机械式振动台。所使用的频率范围为1~100Hz，最大振幅±20mm，最大推力100kN，价格比较便宜，振动波形为正弦，操作程序简单。 2、电磁式振动台。使用的频率范围较宽，从直流到近10000Hz，最大振幅±50mm，最大 推力200kN，几乎能对全部功能进行高精度控制，振动波形为正弦、三角、矩形、随机，只有极低的失真和噪声，尺寸相对较大。 3、电液式振动台。使用的频率范围为直流到近2000Hz，最大振幅±500mm，最大推力 6000kN，振动波形为正弦、三角、矩形、随机，可做大冲程试验，与输出力（功率）相比，尺寸相对较小。 4、电动式振动台。是目前使用最广泛的一种振动设备。它的频率范围宽，小型振动台频率 范围为0~10kHz，大型振动台频率范围为0~2kHz，动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。原理：是根据电磁感应原理设置的，当通电导体处的恒定磁场中将受到力的作用，半导体中通以交变电流时将产生振动。振动台的驱动线圈正式处在一个高磁感应强度的空隙中，当需要的振动信号从信号发生器或振动控制仪产生并经功率放大器放大后通到驱动线圈上，这时振动台就会产生需要的振动波形。组成部分：基本上由驱动线圈及运动部件、运动部件悬挂及导向装置、励磁及消磁单元、台体及支承装置。 三、组成及工作原理 地震模拟振动台的组成和工作原理 1.振动台台体结构 振动台台面是有一定尺寸的平板结构，其尺寸的规模由结构模型的最大尺寸来决定。台体自重和台身结构是与承载试件的重量及使用频率范围有关。一般振动台都采用钢结构，控制方便、经济而又能满足频率范围要求，模型重量和台身重量之比以不大于2为宜。振动台必须安装在质量很大的基础上，基础的重量一般为可动部分重量或激振力的10~20倍以上，这样可以改善系统的高频特性，并可以减小对周围建筑和其他设备的影响。 2.液压驱动和动力系统

振动台模型试验

01 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 02 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。总之，模型材料的选用要综合就近取材及经费等因素，同时要注意强度、弹性模量的换算等。 1.2 模型相似设计 把握大型模型振动台试验，最关键的是正确的确定模型结构与原型结构之间的相似关系。目前常用的相似关系确定方法有方程分析法和量纲分析法两种，它们之间的区别是显而易见的：当待求问题的函数方程式为已知时，各相似常数之间满足的相似条件可由方程式分析得出；量纲分析法的原理是著名的相似定理：相似物理现象的π数相等；个物理参数、个基本量纲可确定()个nkkn[$#8722]π数。当待考察问题的规律尚未完全掌握、没有明确的函数关系式时，多用到这种方法。高层建筑结构模拟地震振动台试验研究中包含诸多的物理量，各物理量之间无法写出明确的函数关系，故多采用量纲分析法。 量纲分析法从理论上来说，先要确定相似条件（π数），然后由可控相似常数，推导其余的相似常数，完成相似设计。在实际设计中，由于π数的取法有着一定的任意性，而且当参与物理过程的物理量较多时，可组成的数也很多，将线性方程组全部计算出来比较麻烦；另一方面，若要全部满足与这些π数相应的相

振动台模型试验地完整

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)

实用标准文案 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～50Hz 2.2 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。

7-振动台模型试验设计方法研究

振动台模型试验设计方法研究 王磊陈华 四川省建筑科学研究院，四川成都，６１００８１ ［摘要］ 由结构的振动台模型试验结果来考察真实结构的动力特性，是研究工程结构地震反应的试验研究方法之一，根据不同的试验目的来设计模型试验，不同的试验目的采用不同的模型相似律，在振动台模型试验中是非常重要的，明确了土工结构在振动台模型试验中的相似问题。 Ｍｏｄｅｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｓｈａｋｉｎｇ　Ｔａｂｌｅ　Ｔｅｓｔｓ Ｗａｎｇ　ＬｅｉＣｈｅｎ　Ｈｕａ Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，　Ｃｈｅｎｇｄｕ，　６１００８１，　Ｃｈｉｎａ［　Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｉｔ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｕｎｄｅｒ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ．　Ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｓｈａｋｉｎｇ　ｔａｂｌｅ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．　Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｓ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｓｉｍｉｌｉｔｕｄｅ　ｒｕｌｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ．　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｓｉｍｉｌｉｔｕｄｅ　ｒｕｌｅｓ　ａｒｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｓｔ　ｐｕｒｐｏｓｅ．　Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，　ｓｉｍｉｌｉｔｕｄｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　［　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；　ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｓｈａｋｉｎｇ　ｔａｂｌｅ；　ｓｉｍｉｌｉｔｕｄｅ　ｒｕｌｅ

振动台试验全过程介绍

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。总之，模型材料的选用要综合就近取材及经费等因素，同时要注意强度、弹性模量的换算等。 1.2 模型相似设计 把握大型模型振动台试验，最关键的是正确的确定模型结构与原型结构之间的相似关系。目前常用的相似关系确定方法有方程分析法和量纲分析法两种，它 们之间的区别是显而易见的：当待求问题的函数方程式为已知时，各相似常数之间满足的相似条件可由方程式分析得出；量纲分析法的原理是著名的相似定理：相似物理现象的π数相等；个物理参数、个基本量纲可确定π数。当待考察问题的规律尚未完全掌握、没有明确的函数关系式时，多用到这种方法。高层建筑结构模拟地震振动台试验研究中包含诸多的物理量，各物理量之间无法写出明确的函数关系，故多采用量纲分析法。 量纲分析法从理论上来说，先要确定相似条件（π数），然后由可控相似常数，推导其余的相似常数，完成相似设计。在实际设计中，由于π数的取法有着一定的任意性，而且当参与物理过程的物理量较多时，可组成的数也很多，将线性方程组全部计算出来比较麻烦；另一方面，若要全部满足与这些π数相应的相似条件，将会十分苛刻，有时是不可能达到也不必要达到的。综合上述两点，可采用更为实用的设计方法，即先选取可控相似常数，利用一种近似量纲分析法的方法，求出其余的相似常数。在整个过程中，并不需要明确的求出诸多π数的表达式。

地下综合管廊大型振动台模型试验研究-地震工程与工程振动

第28卷第6期2008年12月 地 震 工 程 与 工 程 振 动J OURNAL OF EARTHQUAK E ENG I N EER I NG AND ENG I NEER I NG V I BRAT ION V o.l 28N o .6 D ec .2008 收稿日期:2008-03-28; 修订日期:2008-07-09 基金项目:土木工程防灾国家创新研究群体项目(50621062) 作者简介:史晓军(1974-),男,博士研究生,主要从事地下结构抗震研究1E-m ai:l s x j 149@163.co m 文章编号:1000-1301(2008)06-0116-08 地下综合管廊大型振动台模型试验研究 史晓军1,陈 隽1,2,李 杰1,2 (1.同济大学,上海200092;2.土木工程防灾国家重点实验室,上海200092) 摘 要:针对地下综合管廊缺乏抗震研究的现状,开展了地下综合管廊大型振动台模型试验研究。 试验中除对通常的地下结构振动台试验中常规地震响应进行了测量外,还测量了模型场地水平位 移、模型结构的层间位移、模型结构内钢筋应变。同时,通过自行设计的接触面土体滑移传感器测量 了结构顶板接触面土体滑移。本文对模型结构的动力响应以及接触面和周围土体地震响应规律进 行了分析。结果表明:在地震作用下地下综合管廊的地震加速度响应服从周围土体的地震响应,其 响应幅值不会大于周围土体的加速度响应幅值;结构内力最大部位出现在结构的角部,并且内力随 着地震动强度的增加而增大;地下综合管廊接触面土压总体上随着地震动强度的增加而增大,侧板 和顶、底板的土压力分布模式不同;在水平地震作用下,地下综合管廊会产生顶、底板之间的相对位 移,同时伴随着横截面内的刚体转动;地下综合管廊壁板与土接触面的作用力是结构产生内力的直 接原因,其中侧壁土压起主要作用。 关键词:地下综合管廊;振动台试验;接触面土体滑移;层间位移 中图分类号:P315195216 文献标志码:A Shaking table test on underground utility tunnel SH I X iao j u n 1,C H EN Jun 1,2,LI Ji e 1,2 (1.Tong jiUn i versit y ,Shangha i200092,C h i na ; 2.S tat e K ey Laborat ory f or D is aster Reduction i n C i v ilEng i neeri ng ,Shanghai 200092,C hina)Abst ract :Large scale shaking tab le test on under g r ound utility tunnel is conducted to i n vesti g ate its seis m ic per -f o r m ance .During the test so il disp lace m en,t structura l displace m ent and stra i n o f steel are m easured.M o reover ,a special sensor is desi g ned to m easure the sli p page bet w een so il surface and struct u ra l surface .A ll t h ese data are an -alyzed in ter m s of so il responses and structura l responses .The resu lts sho w tha t structura l acce leration responses are m a i n l y caused by the acce leration of surrounding so i,l and its a m p litude is less than that o f soi.l M ax i m um str uctur -al stra i n appears on corners o f the structure and increases w ith the i n crease o f input a m p litude .The so ilpressure of contact surface increases w ith the i n crease o f ex citation i n tensity .The pattern o f so il pressure d istri b uti o n on side w a lls is d ifferent fr o m that on t h e top and botto m plate .Side w a ll so il pressure is m ore i m portant t h an that on top and botto m p late for structura l stra i n response . K ey w ords :underground utility tunne;l shaki n g tab le m odel tes;t contact surface so il slippage ;layer displace m ent 引言 地下综合管廊,又称共同沟,是将燃气、电力、电信、给排水等两种或两种以上的生命线工程设施共同敷

PIV技术在大型振动台模型试验中的应用

第32卷 第3期 岩 土 工 程 学 报 Vol.32 No.3 2010年 3月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Mar. 2010 PIV技术在大型振动台模型试验中的应用 刘 君，刘福海，孔宪京，李永胜 (大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024) 摘 要：PIV（Particle image velocimetry）技术在流场试验和土体静力变形试验中已经得到了广泛应用，并取得了良好的测试分析效果。但在大型振动台模型试验中的应用还未见发表。结合边坡稳定大型振动台模型试验，对PIV技术在大型振动台模型试验中的应用进行了探索，并对边坡失稳的判别准则进行了分析。分别采用SONY高清数码摄像机、MVC高分辨率摄像头和CANON数码单反相机进行图片采集。结果发现高清数码相机所采集的照片能够为PIV技术提供较好的支持。图片分析结果表明：PIV测量技术能较好地测定大型振动台模型试验中观察面内任意点在任意时刻的位移，可以获得丰富的边坡变形直至破坏的完整过程，从而可以深入地研究地震作用下边坡变形发展、应变局部化形成及其与边坡破坏过程的关系。通过对位移时程曲线的分析表明，位移曲线曲率判别法能较准确判别边坡失稳时刻。 关键词：PIV；大型振动台；模型试验；边坡稳定；变形 中图分类号：P642.22 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2010)03–0368–07 作者简介：刘 君(1972–)，男，黑龙江五常人，副教授，从事岩土工程变形与稳定分析研究。E-mail: junliu@https://www.wendangku.net/doc/fc11769662.html,。 Application of PIV in large-scale shaking table model tests LIU Jun, LIU Fu-hai, KONG Xian-jing, LI Yong-sheng (State Key Laboratory of Coastal & Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China) Abstract:PIV is a velocity-measuring technique commonly used in the field of experimental fluid mechanics and geotechnical tests, but no previous report is found on the use of this technique in large-scale shaking table tests. The PIV technology is applied to large-scale shaking table model tests on slope stability, and the failure criterion is also studied. Sony high-definition video camera, MVC3000 camera and Canon EOS 450D digital camera are used to capture images. It is found that Canon digital camera can provide the best quality images and the measured results exhibit good regularity. The results show that the PIV technology is verified to effectively measure the displacement of any point at any time with accuracy within the observation region. Furthermore, one can get more information about the process of deformation development, the formation of strain localization and the whole failure process of slope under earthquakes. The maximum curvature criterion of the displacement-time curve can be used to predict the time of sliding of slopes. Key words:PIV; large-scale shaking table; model test; slope stability; deformation 0 引 言 我国80%的水能资源在西部。随着经济建设的迅速发展和西部大开发战略的实施，水利工程建设必将得到快速发展，高坝大库的建设也会越来越多[1]。在高坝大库中，高土石坝占了相当大的比例。西部拟建设的高土石坝多位于强震区，大坝能否抗御强震袭击和地震作用下的安全性是人们关心的重大问题[2]。 滑坡是土石坝的主要震害之一。它不仅使工程遭受重大损坏，甚至造成溃坝失事危及人民生命财产的安全。汶川大地震的发生，人们对地震引起的滑坡问题日益关注[3]。边坡的失稳破坏是一个存在着岩土体的滑动、平移和转动的复杂过程，具有宏观上的不连续性和单个块体运动的随机性[4]。调查及分析结果表明边坡破坏一般是渐进过程，破坏过程与边坡的变形过程有着密切的联系。 大坝的地震观测和微振试验在许多国家得到开展，目的是获得大坝地震响应和抗震性能的实测资料，但只获得了极为有限的资料，经受过强震考验的大坝十分稀少。振动台可以根据需要，或者模拟地震的再现，或者进行特定的振动，而被试验结构的反应经过相似换算后可以得到原型结构在真实地震状态下的反应。所以，振动台模型试验成为预测高土石坝地震变 ─────── 基金项目：国家自然科学基金重大研究计划项目（90815024）；辽宁省创新团队项目（2009T017） 收稿日期：2008–12–10