振动台模型试验地完整

1、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Ben chmark Test of a 12-storyRei nforcedCon crete Frame Model on Shak ingTable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 12.3模型的设计与制作 1.2.4材料性能指标42.5测点布置4.2.

2、6加速度输入波 52.7试验加载制度 93试验现象9.4试验数据文件1-24.1 AutoCAD 文件1.24.2输入地震波数据文件1 24.3测点记录数据文件 1.24.4传递函数数据文件1.212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：2003616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 X4.0m最大承载模型重25t振动方向X、Y、Z三向六自

3、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 50Hz2.2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。模型材料采用微粒混凝土和镀锌铁丝。微粒混凝土是一种模型混凝土，它以较大粒径的砂砾为粗骨料，以较小粒径的砂砾为细骨料。微粒混凝土的施工方法、振捣方式、养护条件 以及材料性能都与普通混凝土十分相似，在动力特性上与原型混凝土有良好的相似关系，而且通过调整配合比，可满足降低弹性模量的要求。

4、考虑计入隔墙、楼面装修的重量和50 %活载，在板上配质量块配重。在标准层上布置每层19.4 kg配重，在屋面层上布置 19.7 kg配重。表1试验模型的动力相似关系物理量关系式1/10模型备注材应变£S1.01应力（TSSe1/3.870料弹模ESe1/3.870模型设计控制特泊松比卩S1.01性s密度P1模型设计控制几长度丨Si1/10模型设计控制何面积SSsSi21/100特线位移XSxSi1/10性角位移Bs1.01荷集中力PSpSeSi21/387载面荷载qSqSe1/3.870质量mSmS Si31/1000刚度kSkSeSi1/38.7动1 /2时间tStSm / Sk0

5、.1967动力荷载控制力频率fSf1/St5.083动力荷载控制特性阻尼cScSm/St0.00508速度vSvS|/St0.508加速度aSa2Si /St2.584动力荷载控制表2原型和模型概况项 目原型1/10模型层数1212H/B66层高3m0.3m总高36m3.6m平面尺寸6m X6m0.6m xo.6m梁截面300mm x600mm30mm X60mm柱截面500mm X600mm50mm X60mm楼板厚度120mm12mm材料C30砼微粒砼巣4UL年图FWC '1IIC 荷:1./礙営r标准舄扳配惑县根：亠:|根 I -恆蔽面配丽團_bt"T图1模型尺寸和配筋

6、图2.4材料性能指标在浇筑模型的同时预留了试样，混凝土材性试验结果见表3，钢筋材性试验结果见表 4。表3 混凝土材性试验结果类别试样组号浇筑日期立方体强度(MPa)弹性模量(MPa)弹模均值(MPa)0F2003.3.269.21610.167 X103微1F/2F2003.3.307.9698.490 X103粒3F/4F2003.4.35.7357.062 X103混5F/6F2003.4.57.4027.649 X1037.751 X103凝7F/8F2003.4.107.6697.917 X103土9F/10F2003.4.147.2027.322 X10311F/12F2003.4.

7、218.2028.065 X103注： (1)立方体抗压强度试件尺寸为70.7mm X70.7mm X70.7mm ;(2)弹性模量试件尺寸为 100 mm X100 mm x300mm ；(3 )试样组号0F对应浇筑模型底座的微粒混凝土，不计入弹性模量平均值;(4 )混凝土材性试验日期为 2003年6月2日。表4钢筋的材性试验结果名称型号直径(mm)面积(mm 2)屈服强度(MPa)极限强度(MPa )20 #0.900.63327397铁丝18 #1.201.1334742014 #2.113.503915602.5测点布置加速度计的方向有 X、Y、试验中采用加速度计、 应变传感器量测模型

8、结构的动力响应。Z三个方向。试验测点布置见图2。测点传感器接线对应表见表5。振曲方直 B E1朮毬度计10a）平行于扳动方向（匕）蚕直干乘话方向图2试验测点布置图2.6加速度输入波试验选用地震波形有El Centro波、Kobe波、上海人工波及上海基岩波，试验中的某些工况同时输入 X、Y双向或X、Y、Z三向El Centro 波或Kobe波。图3图6分别为 El Centro波、Kobe波、上海人工波和上海基岩波的加速度时程曲线及傅氏谱。El Centro 波是1940年5月18日美国IMPERIAL山谷地震（M7.1 ）在El Centro 台 站记录的加速度时程， 它是广泛应用于结构试验及

9、地震反应分析的经典地震记录。其主要强震部分持续时间为 26秒左右，记录全部波形长为 54秒，原始记录离散加速度时间间隔为0.02 秒，N-S 分量、E-W 分量和 U-D 分量加速度峰值分别为341.7gal、210.1gal 和206.3gal。表5 S10H测点传感器接线对应表序号位置方向测点号通道号备注1基础顶面XA1822FXA2734FXA3646FXA4558FXA54610FXA63712FXA718基础顶面平面外XA82796F平面外XA9261012F平面外XA102511基础顶面平面外YAY115122F平面外YAY214134F平面外YAY313146F平面外YAY412

10、158F平面外YAY5111610F平面外YAY6101712F平面外YAY7918基础顶面ZR12419基础顶面ZR223202FZAZ222214FZAZ321226FZAZ419238FZAZ5182410FZAZ6172512FZAZ71626柱底应变E1149西外27柱底应变E1250西内28柱底应变E1352东内29柱底应变E1453东外30柱底应变E1554北外31柱底应变E1655北内32柱底应变E1756南内33柱底应变E1858南外试验中选用 N-S分量作为X向输入。其时程曲线和傅氏谱如图3所示（图中峰值缩比为0.1g ）。Kobe波是1995年1月17日日本阪神地震（M7

11、.2 ）中，神户海洋气象台在震中附近 的加速度时程记录。这次地震是典型的城市直下型地震，记录所在的神户海洋气象台的震中距为0.4km。主要强震部分的持续时间为7秒左右，记录全部波形长约40秒，原始记录离散加速度时间间隔为0.02秒，N-S分量、E-W分量和 U-D分量加速度峰值分别为818.02gal、617.29gal和332.24gal。试验中选用 N-S分量作为 X向输入。其时程曲线和 傅氏谱如图4所示（图中峰值缩比为0.1g ）。上海人工波（Shw2 ）的主要强震部分持续时间为50秒左右，全部波形长为 78秒，加速度波形离散时间间隔为0.02秒。其时程曲线和傅氏谱如图5所示（图中峰值缩

12、比为0.1g ）。上海基岩波（Shj）的主要强震部分持续时间为30秒左右，全部波形长为 64秒，加速度波形离散时间间隔为0.02秒。其时程曲线和傅氏谱如图6所示（图中峰值缩比为 0.1g ）。-BC.S笆皿asQac-Bc°H.Jmnrrie(sec)N-S分量）3127(b) Y万向OJD0X50.0 D-0.05-0.1013.527.0Tfme(stc)40.554.01006000610 a a a Q-O- raFoneJdlo 芝<a mm0.11200.0900.06C0 1000 0500.02610.05.0FrequeneyfHz)II1F1III1FIIi

13、JFILikilil i:RAu匕榊a. 075E-W分量）0.03C2.55.0T.510.0FrequencyfHzl:II:I iu illiLi liji * . 11 iJhJi iL ,II0.Q6D0 D46D.030D 0150 0000.05.010.015.020.0FrequencyfHz)图3 El Centro波时程及其傅氏谱«cQ4E4leu*«-Bjud-legafljUQ<Su2«jeffiydl«-SUG4E4«U*«ri1R111 . -冷-rJl|wKrTr,节 | 111 11KIIIhi

14、iil10.020 030 0 4C 0Tirre£*c>a) X方向(JiihJljJ1 If ijJil lii.hijijii.i.oo.I11L1:11fc，M" -! JA""r二0.0250.050左 OJOO 总 0.07510X2.55.07.5FrBquenc(Hz|N-S分量）77工；6 - uo-5JIQa3x3<t-712 阮" JiwH01000.0750.0500.0250.0000.010 02 55 07.5Frequency(Hz)10.020.030.0 MUTme aee)（b） Y万向（E-W

15、分量）10.020.030.040.0Ttmefsec)0.11000 0760.0S00.Q260 0000.020.05 010.015.0FrequareyCHzl（c） Z万向（U-D分量）图4 Kobe波时程及其傅氏谱20,040.060.C30.0Tlmefsec)11VI111R-1 1HFP1a|jJ：,!ww0.2000.1500.1M0.D&02.55.07.510.0Frequency(Hz)图5上海人工波（Shw2）时程及其傅氏谱Tlmesec）0 5 0 5 O1 o o O 1 ao.a QQD O G D10.015.020.0Frequeneyri-lz

16、l图7 S10H试验图6上海基岩波（Shj）时程及其傅氏谱2.7试验加载制度试验中，台面输入加速度峰值按小量级分级递增，按相似关系调整加速度峰值和时间间隔。加载制度见表 6。每次改变加速度输入大小时都输入小振幅的白噪声激励，观察模型系 统动力特性的变化。3试验现象试验时安装在振动台上的模型如图5所示。试验中，在前7个工况下（相当于原型体系 承受七度多遇地震），在S10H结构上没有发现任 何裂缝。在第9工况SH2后（相当于原型体系承 受七度地震），在4层平行于X振动方向的框架 梁的梁端首先出现细微的自上而下和自下而上发 展的垂直裂缝，缝宽小于0.05mm。在第16工况后，平行于 X振动方向的46

17、层框架梁的梁 端均有垂直裂缝，缝宽约0.08mm，各柱中未观察到裂缝；平行于 Y振动方向的框架梁柱中也未 发现裂缝。在第18工况SH3后，平行于X振动 方向的36层框架梁的梁端垂直裂缝贯通，最 大缝宽在第4层处，约0.15mm。在第21工况 双向EY3后，平行于Y振动方向的框架中，于第 46层梁的梁端先出现垂直裂缝，缝宽约 0.08mm。之后，随着输入激励加大，梁端裂缝增大，开裂的梁的位置向上层、向下层发展。经62个工况后，北侧和南侧的平行于 X振动方向的框架上，110层的梁端或柱端均有裂缝，其中28层梁端裂缝贯通，36层最严重，拉出或压碎，缝宽达4mm ,形成塑性铰；西侧和东侧的平行于 Y振

18、动方向的框架上， 19层的梁端或柱端均有裂缝，其中36层最严重，梁柱节点裂通甚至拉出或压碎，缝宽达3mm，形成塑性铰。在最上部 23层基本没有裂缝。试验结束时，模型已成为不稳定的机动结构。试验后S10H框架结构的裂缝图如图 6所示。表6 S10H试验加载制度序号工况代号原型1/10模型备注X向Y向Z向X向Y向Z向11WN0.070.070.072、3、4、5EL1、SH1、KB1、SJ10.0350.090七度多遇6、7EY1、KY10.0350.0300.0900.077七度多遇7+7+WN0.070.070.078、 9、 10、 11EL2、SH2、KB2、SJ20.10.258七度12

19、、13EY2、KY20.10.0850.2580.220七度14、15EZ2、 KZ20.10.0850.050.2580.2200.129七度1616WN0.070.070.0717、18、19、20EL3、SH3、KB3、SJ30.150.38821、22EY3、KY30.150.1280.3880.32923、24EZ3、 KZ30.150.1280.0750.3880.3290.1942525WN0.070.070.0726、27、28、29EL4、SH4、KB4、SJ40.20.517八度30、31EY4、KY40.20.170.5170.439八度32、33EZ4、 KZ40.20.170.10.5170.4390.258八度3434WN0.070.070.0735、36、37、38EL5、SH5、KB5、SJ50.250.64639、40EY5、KY50.250.2130.6460.54941、42EZ5、 KZ50.250.2130.1250.6460.5490.3234343WN0.070.070.0744、45、46、47EL6、SH6、KB6、SJ60.30.77548、49EY6、KY60.30.2550.7750.65950、51EZ6、KZ60.30.2550.150.7750.6590.3885252WN0.070.070