砂袋垫层减隔震与抗液化性能振动台试验研究

结合某三层框架结构村镇建筑,开展了1/10缩尺模型振动台试验研究,检验了砂袋垫层的水平向减隔震性能,并与传统砂垫层作了比较。再通过砂袋垫层的足尺模型振动台试验,分析了其抗液化性能。结果表明:(1)砂袋的叠放层数越多时,地基的隔震频率越低、阻尼比越高,其隔震频率远小于传统砂垫层;(2)砂袋垫层对Ⅰ类场地的水平向地震波具有明显隔震效果,对Ⅱ～Ⅳ类场地具有一定减震效果,四种场地条件下的振动控制效果均明显优于传统砂垫层;(3)包装袋的约束效应使得砂袋垫层具有较好的抗液化性能,可进一步保证地震作用下的地基安全。因此,可应用砂袋垫层替代砂垫层,推广应用于地震区的村镇建筑。     

基础滑移隔震土坯组合砌体结构振动台试验

村镇建筑土坯结构在一定地域仍有较多应用,为提高土坯结构的抗震能力、减小地震反应,提出了再生砖-土坯组合砌体结构,还提出了一种玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统。进行了足尺再生砖-土坯组合砌体结构的振动台试验,采用了玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统,研究了结构动力特性与损伤演化过程,分析了影响结构地震反应的主要因素,阐明了隔震系统减小结构地震反应的作用。研究表明:基础滑移隔震再生砖-土坯组合砌体结构具有良好的工作性能;小震下,玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统不启动,结构地震反应与抗震结构类似;中震下,玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统启动,减轻了上部结构的地震作用;大震下,基础滑移隔震系统工作良好,有效地减缓了上部结构的损伤破坏;再生砖-土坯组合砌体结构可用于村镇砌体结构的抗震设计。     

不同场地多层基础隔震结构振动台试验对比研究

通过开展土-隔震结构动力相互作用体系的大型振动台模型对比试验,研究了刚性地基、硬土地基和软夹层地基3种不同地基上多层隔震结构的地震反应特征和基础隔震效果。结果表明:SSI效应对隔震结构动力特性的影响与地基土性密切相关,当地基土性由刚变柔时,隔震结构体系的一阶自振频率明显降低,阻尼比也明显增大;不同土性地基上SSI效应对隔震结构地震反应的影响并不相同,软夹层地基上SSI效应可能增大也可能减小隔震结构的地震反应强度,而硬土地基上考虑SSI效应时隔震结构的地震反应与刚性地基时的地震反应差别较小;不同土性地基上SSI效应对隔震结构基础隔震效率的影响与地基土性、输入地震动的特性和峰值等相关,其中地基土性的影响最为明显,地基土性越软,基础隔震效率越低。     

玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体结构工作性能试验研究

为发展村镇地区低层砌体房屋的低成本隔震技术,提出了一种玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统,该隔震系统由上下基础梁、玻璃珠-石墨滑移隔震层、上下基础梁间限位装置构成,根据受力需要,可在上下基础梁间设置砂浆棒,以实现对不同烈度区基础滑移启动荷载的有效控制。进行了4个不同构造的玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体墙试件的低周反复荷载试验,基于试验,分析了玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统的工作性能、砂浆棒控制作用、墙体滑移滞回性能、限位装置工作性能、墙体承载力和破坏特征。研究表明:玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统工作性能良好,能显著减小上部砌体结构所受的地震作用;在隔震系统中加入砂浆棒提高了隔震系统的滑移启动荷载,实现了对滑移启动荷载的有效控制;限位装置可有效地限制滑动位移,同时在大震下限位钢杆有足够的强度,防止上部结构位移过大;达到极限滑动位移后,随着低周反复荷载的继续施加,试件墙体的损伤破坏过程及破坏形态与抗震墙体类似。玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体结构,适于村镇低层房屋隔震设计。     

滑移隔震结构非线性反应的动力相似性研究

滑移隔震结构地震反应的分析和计算可通过滑移隔震结构非线性反应谱进行简化。由于非线性体系不能采用叠加原理,参数较多,所建立的非线性反应谱比较繁琐。本文通过对滑移隔震体系地震反应方程的变换,研究了滑移隔震体系地震反应中的动力相似关系。研究表明,滑移隔震体系虽然不符合叠加原理,但通过其中的动力相似关系,任何输入幅值下滑移隔震结构的任何反应都可由某一固定输入幅值下隔震结构相应反应经修正得到,理论上这种修正是不含任何误差的。利用该动力相似关系,滑移隔震结构体系非线性反应谱可得到极大简化。     

不同场地多层基础隔震结构振动台试验对比研究北大核心CSCD

通过开展土-隔震结构动力相互作用体系的大型振动台模型对比试验,研究了刚性地基、硬土地基和软夹层地基3种不同地基上多层隔震结构的地震反应特征和基础隔震效果。结果表明:SSI效应对隔震结构动力特性的影响与地基土性密切相关,当地基土性由刚变柔时,隔震结构体系的一阶自振频率明显降低,阻尼比也明显增大;不同土性地基上SSI效应对隔震结构地震反应的影响并不相同,软夹层地基上SSI效应可能增大也可能减小隔震结构的地震反应强度,而硬土地基上考虑SSI效应时隔震结构的地震反应与刚性地基时的地震反应差别较小;不同土性地基上SSI效应对隔震结构基础隔震效率的影响与地基土性、输入地震动的特性和峰值等相关,其中地基土性的影响最为明显,地基土性越软,基础隔震效率越低。     

弹性滑移支座力学性能的试验研究

介绍了弹性滑移支座的原理、构造和特点;通过对其在不同工况下的性能试验,研究了竖向荷载、位移幅值以及加载频率对弹性滑移支座力学性能的影响,并给出了试验值与理论计算值之间的对比。研究结果表明:弹性滑移支座具有良好的工作性能,滞回曲线饱满,耗能能力强;竖向荷载和加载频率对弹性滑移支座的力学性能有一定的影响,而位移幅值对其影响较小;弹性滑移支座的恢复力模型,可以用考虑速度的指数摩擦力模型来描述,并且模拟得较为准确。     

长大高耸结构的单桩基础振动台试验研究

横向地震响应是影响长大高耸结构(如风机、超高桥墩桥梁等)抗震稳定性的重要因素,开展此方面的研究对于此类结构的防震减灾具有积极意义。本文基于前期开展的单桩基础振动台试验,研究了地震激励下的桩基横向地震响应规律。首先使用加速度空采段数据对环境噪声进行了分析,为滤波器提供合理的截止频率,并将加速度响应结果与Gohl所开展试验进行了对比,以说明上部结构对桩基横向响应的影响。然后使用应变片数据转化得到了桩-土体系的p-y(土抗力-横向位移)数据,并通过不同传感器数据对同一物理量的记录情况对比,验证了试验数据质量,在此基础上研究桩基动力p-y响应规律。所得结果表明:(1)空采段数据所携带的噪声信息可以通过FFT变换后,利用信噪比为滤波器提供合理的截止频率;(2)上部结构对横向加速度响应影响显著,与Gohl试验相比,本文试验土面处加速度放大系数仅是其0. 59倍,而位移响应幅值是其10. 5倍;(3)桩基类型、场地条件对p-y响应影响显著,与Wilson试验结果相比,本试验p-y曲线的最大横向位移仅是其1/13;(4)地震作用下桩基一侧出现了明显的桩土间隙,而另一侧则不存在(刚度一侧加强,一侧减弱),这种两侧的差异性变化会严重影响结构的稳定性,但在其他非高耸结构的桩基振动台试验中少有记录和分析。     

高温作用下型钢与混凝土粘结滑移的试验研究

利用自制的火灾试验炉进行了11个型钢混凝土试件在恒高温下的推出试验。重点分析了型钢加载值与滑移量之间的关系、试件裂缝及其发展特征等内容。结果表明:随着试验温度的升高,型钢混凝土的极限滑移荷载与残余荷载相对于其在常温下的数值均有大幅下降,在20~200℃时下降最快,200℃之后滑移荷载的下降趋势较为平缓。随着试件所受温度升高,加载过程中出现裂缝的部位增多。试验中高温下试件的初始滑移量高于常温下试件的,随温度的变化其在2.5~3mm范围内波动。     

土钉支护抗震性能的振动台试验研究

为研究土钉支护结构体系的抗震性能,设计并完成了土钉支护边坡1:12比尺的振动台试验,研究了土钉支护边坡的动力反应特征和规律。结果表明:土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与计算假设的圆弧形不同,而且该作用带与滑裂面的位置并不相同;边坡土体中部和下部的加速度放大系数较小而且比较接近,边坡上部土体的加速度放大系数则较大。     

隔震建筑柔性管线的抗震性能试验研究

隔震建筑的隔震层在罕遇地震作用时会发生较大的水平位移,这要求穿越隔震层的竖向管线系统必须采用柔性连接以维持建筑的使用功能。尽管相关规范、规程规定了柔性连接管线的构造方式,但其真实的变形能力尚缺乏试验研究。本文对具有不同密封构造(橡胶型、金属型和石棉型)和连接接头(抓斗式和卡套式)的柔性管线进行了循环加载试验,所有试件均预先充水加压至1.0 MPa或2.5 MPa,以密封泄漏、力学指标下降作为判断构件失效的依据。试验表明橡胶密封圈和金属密封圈能够有效地防止柔性管线的泄漏,而采用石棉密封圈的试件泄漏位移远小于另外两种密封圈。抓斗式接头用于柔性管线的连接是可行的,而卡套接头不能提供同等水平的抗震性能。定义了柔性管线损伤极限状态和损伤指数,得到了试验易损性曲线。建立了柔性管线力学模型,利用试验数据对其关键参数进行识别,以性能点力学指标为依据,准确再现了试件抗震性能,为建立整体结构多元模型奠定了基础。     

斜坡振动台试验模型相似材料的动力特性研究

利用动三轴试验仪器,研究了斜坡振动台试验中的模型相似材料(模拟软岩和软弱夹层)的动力特性。试验结果表明,循环荷载作用下,软岩弹性变形迅速,荷载翻转处滞回环呈"尖叶状",而软弱夹层则相反,为"椭圆状";不同围压下,2种材料的动弹模均大于静弹模,骨架曲线近似双曲线,1/Ed—εd呈近似线性关系;随着围压的增大,软岩相似材料呈应变硬化的趋势,而软弱夹层则相反;软岩和软弱夹层相似材料阻尼比随动应力增加而增大,但相同应力状态下,软弱夹层阻尼比是软岩的1.5~5倍,与此对应,薄夹层斜坡较厚夹层斜坡动力响应更强,破坏规模和范围更大。该研究结果可供强震下斜坡的非线性动力响应分析借鉴。     

基于振动台试验的桥墩复合损伤指标研究∗

为更准确描述钢筋混凝土矩形空心桥墩的损伤情况,提出一种综合考虑位移和能量的复合损伤指标。基于 9 个空心桥墩试件的振动台试验结果,分别计算出各试件的位移损伤指标、弹塑性耗能差率损伤指标以及复合损伤指标,通过对三种损伤指标结果对比以及多地震波作用下结果的统计分析,验证了复合损伤指标的适用性;进一步应用复合损伤指标考察了桥墩配箍率、轴压比、配筋率三种参数的变化对空心桥墩损伤性能的影响。研究结果表明：复合损伤指标值介于位移和弹塑性耗能差率损伤指标值之间,且与单一损伤指标相比,复合损伤指标的离散程度较小;应用复合损伤指标对空心桥墩的损伤进行参数分析可知,当轴压比、配筋率一定时,桥墩的损伤程度随配箍率的增大而降低;当配箍率、配筋率一定时,损伤程度随轴压比的增大而提高;当轴压比、配箍率一定时,损伤程度随配筋率的增大而降低。由此说明,复合损伤指标能够反映参数变化对桥墩损伤性能的影响,具有良好的适用性。     

多滑动面滑坡变形破坏机理的振动台试验研究

以玉树机场路0#滑坡群第七块堆积滑坡为试验原型,采用4·14玉树地震时收集的地震波为试验的基本动荷载,通过大型振动台试验,研究不同方向分别先后加载时,多滑动面滑坡的渐进性破坏特征。结果表明:多滑动面坡体对地震波峰值加速度的放大效应基本上沿高程的增大,放大效应越明显;地震作用下,多滑动面滑坡的变形破坏发育于坡体浅层滑面,逐渐向坡体深层滑面发展,最终破坏变形是沿坡面浅层部位的滑动破坏;与单滑动面滑坡在地震破坏效应不同的是:多滑动面滑坡在坡体局部出现滑移变形时,不一定引起整体滑移,坡体的变形主要体现出了以浅层滑动面为依附面的坡面变形,并向坡体深层滑面不断牵引的破坏特征。该试验成果较好地揭示了多滑动面堆积滑坡的变形破坏机理,可为多滑动面堆积滑坡的治理提供设计参考。     

基于大型振动台试验的偏压隧道地震响应特性研究

基于动力模型相似理论,设计了一个尺寸为1∶10的偏压隧道模型进行大型振动台试验,研究模型分别在大瑞人工波、Kobe波和汶川波水平竖向双向激振条件下偏压隧道的加速度、动应变和围岩压力的动力响应特性。试验结果表明:偏压隧道竖向加速度响应与地震波、振幅和测点位置有关,且对激振加速度有放大效应,但随输入加速度峰值的增大而减小,受临空坡面放大效应的影响,同一高程靠近坡面的偏压侧放大系数大于非偏压侧(除拱脚外);水平向加速度响应主要与测点位置关系较大,受波形和振幅影响较小。衬砌在地震作用下主要承受拉应力,主应力随输入加速度峰值的增大而增大,非偏压拱脚主应变值最大是抗震设防的关键部位。     

基于试验模态分析的原油储罐损伤识别研究

基于试验模态分析的基本原理,对立式拱顶钢制原油储罐模型进行应变模态试验,考察了模态参数对原油储罐模型损伤程度和损伤位置的识别能力。试验分析表明,罐体结构在损伤位置相同的情况下,损伤程度越大,频率的衰减增大,但相对变化率的变化规律不甚明显;位移振型不能给出损伤的位置信息,振型差曲线可以识别出罐体损伤位置;随着模型内充水高度上升,结构频率呈下降趋势,反映了附加质量和附加阻尼的作用;罐内液体存在对损伤位置识别影响不大。     

钢筋混凝土梁裂缝宽度与裂缝深度的相关性试验研究

裂缝的出现极大地降低梁的使用寿命。裂缝宽度和裂缝深度作为裂缝的两个主要参数,目前对前者的研究相对成熟,而后者的研究甚少。通过对8根钢筋混凝土梁的静力加载试验,研究由荷载引起的结构裂缝宽度与深度的相关性发展形态,并考虑混凝土强度、保护层厚度和钢筋直径对裂缝特征的影响。结果表明:混凝土梁裂缝宽度的发展主要与钢筋配筋率有关;梁的开裂荷载与混凝土的劈裂抗拉强度有一定关系;裂缝宽度与深度的相关性大致呈三段式的发展,并拟合二者的曲线。     

高速铁路客站站厅结构竖向地震激励的振动台试验研究

新型"房桥合一"高速铁路客站站厅往往采用大跨度钢桁架结构形式,其特点是上弦有混凝土楼板,为候车厅,上下弦中间为设备层,整个桁架承受较大荷载,对竖向地震较为敏感。选取具有一定代表性的天津西站站厅结构,基于相似理论,制定了1/20缩尺的9桁架单元典型模型及试验方案;输入多量级典型地震波,完成了检验其竖向抗震性能的振动台试验研究,并与有限元计算结果比较,获得了大跨站厅结构在不同水准竖向地震下的动力响应特性和屈服机制;指出当前该站厅结构抗震性能良好,薄弱环节集中于主次桁架的端部斜腹杆及节点处,主要构件并没有出现屈服破坏。     

排水刚性桩处置可液化倾斜场地的振动台试验研究∗

排水刚性桩将竖向排水体和刚性桩相结合,是一种有效的地基抗液化处理措施。但目前对排水刚性桩在可液化倾斜场地中抗液化侧向变形的性能研究还比较缺乏,制约了其推广与应用。通过振动台试验,开展了可液化倾斜场地中排水刚性桩和普通刚性桩的对比研究,从土体内部动孔压响应、液化土体的流动性质、桩顶水平位移等角度研究了排水刚性桩对可液化倾斜场地的处理效果,并考虑了群桩布置形式的影响。结果表明,排水刚性桩是一种有效的加固可液化倾斜场地的处理措施,可以较好的限制液化土体侧向变形;相同群桩布置形式下,排水刚性桩限制土体流动变形效果优于普通刚性桩,且这种限制效果在坡顶位置更为明显;对于普通刚性桩,群桩梅花形布置形式相对于正方形布置形式能更好的阻止液化土体的流动变形,而对于排水刚性桩,群桩布置形式影响较小。     

基于动土压力响应特性的黄土滑坡振动台试验研究∗

为了探讨地震作用下动土压力沿高程和滑面的响应规律,通过大型振动台实验输入X向和Z向地震波,输入幅值逐级增大直到边坡破坏,对沿滑面和沿高程的5个土压力传感器的动土压力峰值分布规律进行分析,并利用基于小波变换的能量提取工具对加载X向和Z向的EL波进行分解,分析其在不同频带的动力响应特性,并进行了加速度峰值分析与动土压力峰值的组合响应分析。研究结果表明:(1)土压力沿高程和滑面都呈现非线性增加的趋势,加载X向地震波对滑面土体应力影响较为显著,而加载Z向地震波对坡顶面附近土体应力影响较为显著,且加载Z向地震波土压力沿高程放大趋势比加载X向地震波更明显;(2)输入加速度峰值0.6g时,滑体开始向下滑动,贯通破裂面的产生和动土压力峰值以及加速度峰值同时突变可作为边坡破坏的依据;(3)使用基于小波变换的能量提取工具对各频段的能量进行提取,发现第一频段的能量占比在95%以上,说明第一频段内土体响应最为剧烈,黄土边坡对地震波运动过程中高频部分具有"滤波作用",因此进行防护设计时应把这一现象作为设计的考虑因素之一。