嘉德艺术中心试验方案.docVIP

北京嘉德艺术中心模拟地震振动台 试验方案 建研科技股份有限公司 2015年1月 CABRTECH 北京嘉德艺术中心模拟地震振动台试验方案 I 目目 录录 1.项目概况项目概况.1 2.研究目的及内容研究目的及内容.1 3.模拟地震振动台技术指标模拟地震振动台技术指标.2 4.模型设计模型设计.2 4.1.模型缩尺比例2 4.2.模型材料3 4.3.模型相似关系3 4.4.模型设计及加工4 5.模型试验模型试验.6 5.1.试验加载程序6 5.2.试验参数测定方法7 5.3.试验测点布置7 6.试验成果试验成果.8 7.进行试验需提供的资料进行试验需提供的资料.8 8.试验进度试验进度.9 CABRTECH 北京嘉德艺术中心模拟地震振动台试验方案 1 1. 项目概况项目概况 北京嘉德艺术中心是一幢公共建筑，单体地下 5 层，地上 9 层，总高 37m。建 筑物结构体系为“框架-核心筒” ，体型较复杂，包括大开洞、悬挑、转换等多项不 规则。为了确保结构在地震作用下满足规范要求，了解其结构特性和地震效应，需 要进行整体结构模型模拟地震振动台试验研究，检验结构抗震性能，发现结构可能 的薄弱部位，进而提出改进措施，为结构设计提供参考依据。 2. 研究目的及内容研究目的及内容 根据项目特点以及试验要求，确定模型振动台的试验目的及试验内容如下： 1）测定模型结构的动力特性：自振频率、振型、结构阻尼比等，以及它们在 不同水准地震作用下的变化； 2）实测分别经受 8 度多遇、设防、罕遇等不同水准地震作用时模型的动力响 应，包括结构在弹性和弹塑性阶段的位移、加速度，及主要构件应变反应； 3）观察、分析结构抗侧力体系在地震作用下的受力特点和破坏形态及过程 （如构件开裂、塑性破坏的过程、位置关系等） ，找出可能存在的薄弱层及薄弱部 位； 4）验证结构的抗震性能是否如数值分析所预测；检验结构是否满足规范三水 准的抗震设防要求，检验结构各部分是否达到设计设定的抗震性能目标； 5）在试验结果及分析研究的基础上，对本结构的结构设计提出可能的改进意 见与措施，进一步保证结构的抗震安全性。 3. 模拟地震振动台技术指标模拟地震振动台技术指标 建研院拥有目前国内台面最大、载重量最重的模拟地震振动台，为准确模拟结 构在地震作用下的性能提供了更好的条件。尤其是对于本项目，60 吨的载重量为 较准确地模拟重力作用提供了设备保障。振动台主要技术指标如下表： 台面尺寸 66 m 标准载重量60 t (600kN) 最大载重量80 t (800kN) 最大位移 150 mm （横向） 250 mm（纵向） CABRTECH 北京嘉德艺术中心模拟地震振动台试验方案 2 100 mm（竖向） 最大速度 1000mm/s（横向） 1250mm/s（纵向） 800mm/s（竖向） 最大满载加速度 1.5 g（横向） 1.0 g（纵向） 0.8 g（竖向） 最大倾覆力矩 180 tm (1800kNm) 最大偏心1000mm 最大偏心力矩 600kNm 最大扭转角三向均为3 度 工作频段0.150Hz 控制模式及数据获取数字控制 振动方向空间六自由度 振动波形地震波、随机波、简谐波等 4. 模型设计模型设计 依据项目资料、振动台的台面尺寸、承载能力及选用的材料，按照振动台试验 模型的相似理论来进行试验设计。 4.1.模型缩尺比例模型缩尺比例 根据结构的规模及实验室设备的能力，模型缩尺比例选为 1/16。模型相似关系 设计详见下节。 4.2.模型材料模型材料 模型采用微粒混凝土模拟混凝土，细钢丝模拟钢筋，用黄铜模拟钢结构和型钢 混凝土结构中的钢材，微粒混凝土的弹性模量及强度可做到原型 1/2.51/3，钢丝的 面积可根据强度等效进行换算。 黄铜根据内掺合金含量的不同有不同的牌号，建研院以往试验中选用的固定牌 号的黄铜弹性模量及强度都接近 Q345 钢材的 1/2.51/3，与砂浆的强度和弹模匹配 较好，可以实现构件的承载力相似，并在以往试验中专门进行了小构件模型试验对 比，验证了缩尺模型的承载力相似。 CABRTECH 北京嘉德艺术中心模拟地震振动台试验方案 3 黄铜模拟型钢 钢丝模拟钢筋（剪力墙筒体及框架柱） 型钢混凝土筒体（暗柱） 黄铜砂浆模拟型钢混凝土柱性能试 验 4.3.模型相似关系模型相似关系 原型结构主体高约 37 米（自地面至屋顶） ，首层平面尺寸约 73 米55 米， 地上部分重力荷载代表值约 32000 吨。根据振动台尺寸，模型长度相似比（缩尺比 例）为 1/16，根据上节所述的模型材料性能，材料弹模相似比 SE为 1/2.5；模型做 到重力相似，根据振动台承载能力，确定质量密度相似比为 7.2。通过以上确定的 三个相似比，根据前述模型设计相似理论，可推导得到模型的其他相似关系如下表。 其中，加速度放大系数为 1.0，即做到重力相似。 相似常数 物理量量纲 参数取值 应力 FL-2SE 0.40000 应变 -1 1.00000 材料特性 弹性模量 EFL-2SE 0.40000 CABRTECH 北京嘉德艺术中心模拟地震振动台试验方案 4 波桑系数 v - 1 1.00000 密度 FT2L-4 S=SE/S1 6.40000 线尺寸 LLSl 0.06250 线位移 LSl 0.06250 几何尺寸 频率 T-1 2 1 l S 4.00000 集中力 PFSES12 0.00156 压力 qFL-2SE 0.40000 加速度 aLT-2Sa 1.00000 重力加速度 gLT-21 1.00000 速度 vLT-1 2 1 l S 0.25000 荷载 时间 tT 2 1 l S 0.25000 按照表中所示的相似关系，模型底板尺寸约为 5X4m；模型总高 2.7m，模型自 重为 8 吨，加配重 43 吨，模型底板自重 10 吨，模型总重 61 吨，可在建研院的振 动台上完成试验。 根据结构各层楼面尺寸、楼层高度及层质量测算，1：16 的缩尺模型中可以布 置 43 吨的配重（铁块及铅块） ，且保证配重沿结构竖向和在楼面上的分布与原结构 基本一致。试验进行前，还需按照实际测得的材料弹性模量和模型重量进行微调。 4.4.模型设计及加工模型设计及加工 4.4.1. 模型设计模型设计 试验模型包含地面以上结构部分。根据确定的相似比例关系以及原型结构设计 图纸进行模型结构设计。模型设计满足模型与原型在材料特性、几何特性、构件和 节点构造、荷载分布等方面的相似律。模型中的关键构件包括剪力墙、框架柱、框 架梁、桁架杆件均根据原型结构按照相似关系缩尺制作。压型钢板组合楼板简化为 混凝土平板，厚度 10mm，压型钢板对楼板刚度及承载力的贡献通过楼板中的配筋 体现。楼面次梁简化为楼板中的暗梁，以简化施工。 4.4.2. 模型加工及安装模型加工及安装 振动台试验模型的加工与结构实际施工过程相似，也是采用逐层施工的方法。 型钢构件均采用黄铜板焊接而成。每层先安装型钢构件，绑扎竖向构件钢筋，浇筑 CABRTECH 北京嘉德艺术中心模拟地震振动台试验方案 5 竖向构件，然后施工水平构件。模板采用聚苯材料。 试验模型中会按照相似比例关系模拟剪力墙中的钢板，包括暗柱型钢；暗柱箍 筋及剪力墙拉筋会开孔穿过墙中的钢板，以保证协同工作。 5. 模型试验模型试验 5.1.试验加载程序试验加载程序 首先进行 8 度小震的试验，然后逐渐加大台面输入地震波幅值，历经 8 度中震 和 8 度大震。小震和中震阶段进行 X、Y、Z 三个单向的输入及三向同时输入，大 震阶段进行三向地震输入（X、Y、Z 地震） 。各工况的名称、编号、输入地震波名 称及其峰值如下表所示。地震波 1、2、3 的选择与设计单位协商确定，依据规范确 定的原则是采用两条实际纪录地震波和一条人工地震波。选定波是指前面试验过程 中，三条波中反应较大的一条波。大震工况下，为避免累计损伤影响试验结果，仅 采用反应最大的一条地震波进行试验。表中输入地震波的峰值按照规范规定确定， 试验时可根据设计要求进行调整。 输入工况表 名称序号波形及输入方向 加速度峰值 （cm/s2） 自振特性1第一次 白噪声扫描50 2地震波 1X 向 3地震波 2X 向 4地震波 3X 向 5地震波 1Y 向 6地震波 2Y 向 7地震波 3Y 向 70 8地震波 1z 向 9地震波 2z 向 10地震波 3z 向 45.5 11地震波 1三向 12地震波 2三向 8 度小震 13地震波 3三向 70(X) ,59.5 (Y) ,45.5 (z) 自振特性14第二次白噪声扫描50 15地震波 1X 向 16地震波 2X 向 17地震波 3X 向 8 度中震 18地震波 1Y 向 200 CABRTECH 北京嘉德艺术中心模拟地震振动台试验方案 6 19地震波 2Y 向 20地震波 3Y 向 21地震波 1z 向 22地震波 2z 向 23地震波 3z 向 130 24地震波 1三向 25地震波 2三向 26地震波 3三向 200(X) ,170 (Y),130(Z) 自振特性27第三次白噪声扫描50 8 度大震28选定波三向 400(X) ,340 (Y),260(Z) 自振特性29第五次白噪声扫描50 5.2.试验参数测定方法试验参数测定方法 各试验工况下，通过加速度传感器可测得各测点的加速度响应时程；通过对测 量的加速度响应时程进行两次积分，可以获得加速度测点的绝对位移，再经过处理， 得到相对振动台台面的位移响应时程，并进一步得到结构的层间位移、层间位移角、 扭转反应；通过在结构受力的关键部位粘贴应变片，测量在地震作用下关键部位构 件的动应变时程；根据白噪声激励下结构的加速度响应时程，经过分析可得到试验 各阶段结构的自振特性，包括周期、振型及阻尼比。 5.3.试验测点布置试验测点布置 在结构模型底板布置三向加速度传感器，测试实际的地震输入。 各层楼面，在各核心筒角部布置双向加速度传感器，测试结构整体的平动及扭 转反应。 三层转换桁架跨中、59 层外围悬挑端部、空腹桁架跨中，布置竖向加速度传 感器，测试其竖向反应。 在结构受力的关键部位粘贴应变片，测量在地震作用下关键部位构件的受力情 况。具体测量位置需与设计单位共同协商确定。重点关注核心筒根部内部钢板、三 层转换桁架跨中及端部斜腹杆、59 层外围悬挑斜杆、空腹桁架杆件、核心筒与悬 挂斜杆连接处，测试其在地震作用下的反应。 CABRTECH 北京嘉德艺术中心模拟地震振动台试验方案 7 6. 试验成果试验成果 通过振动台试验得到成果及提供的相应成果报告文件如下： 1、试验报告 其中应包括模型试验方案，模型设计图纸等，以及以下试验结果： 1）模型结构的动力特性：自振频率、振型、结构阻尼比等，以及它们在不同 水准地震作用下的变化； 2）实测分别经受多遇、设防、罕遇等不同量值不同水准地震作用时模型的动 力响应，包括结构在弹性和弹塑性阶段的位移、加速度、层位移、关键部位构件位 移及主要构件应变响应；实测内部混凝土结构扭转效应。 3）观察、分析结构在地震作用下的受力特点、主体结构可能的破坏形态及过 程，找出可能存在的薄弱层及薄弱部位； 4）验证结构的抗震性能是否如数值分析所预测；检验结构是否满足规范三水 准的抗震设防要求，检验结构各部分是否达到设计设定的抗震性能目标； 5）试验结果与分析结果的对比； 6）在试验结果及分析研究的基础上，对本结构的结构设计提出改进意见与措 施，进一步保证结构的抗震安全性； 2、试验过程描述，试验照片及录像资料。 7. 进行试验需提供的资料进行试验需提供的资料 进行振动台试验，需要提供以下资料： 1、抗震设计参数，包括抗震设防标准、各级地震峰值加速度、地震波数据。 2、结构初设计算书或者超限审查报告。 3、设计图纸。包括建筑平面、立面、剖面图（初设图即可） ；结构图（dwg 图形文件） ，结构图中应包括以下信息： （1）所有构件截面尺寸及定位 （2）构件内配置的型钢