建筑振动台试验方案设计

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.现代结构实验作业三某建筑振动动台试验验方案设设计 学 校： 广州大大学 学 院： 土木工工程学院院 专 业 班 级： 结构工工程专业业13级 学 生 姓 名： 蔡江红红 学 号： 22111131660099 指 导 教 师： 徐 丽 冼巧玲玲二一四年年六月一、振动台台试验方方案1试验方案案1.1工程程概况本工程塔楼楼结构体体系为“三维巨巨型空间间框架钢筋混混凝土核核心筒”结构体体系，主主要由4个核心心筒、钢钢骨混凝凝土（SRC）外框框架、3个避难难层联系系

2、桁架三三部分构构成，图图1-2、图1-3分别是是B塔结构构体系构构成示意意图和建建筑效果果图。特特别指出出的是本本工程在在14、24楼层的的联系桁桁架的腹腹杆以及及32、48楼层的的斜撑为为防屈曲曲支撑（UBB）构件件。设计计指标为为小震不不屈服，大大震屈服服耗能。具具体位置置示意见见图1-4。本工程的自自振周期期约为6.444秒，超超过了建建筑抗震震设计规规范(GB-500011-20001)设设计反应应谱长为为6秒的规规定。本本工程存存在5个一般般不规则则和2个特别别不规则则类型，5个一般般不规则则类型分分别是扭扭转不规规则、凹凹凸不规规则、刚刚度突变变、构件件间断和和承载力力突变。2个特

3、别别不规则则是高位位转换和和复杂连连接。1.2 模模拟方案案1、模拟方方案选择择动力试验用用的结构构模型必必须根据据相似律律进行设设计，模模型动力力相似律律的建立立以结构构运动方方程为基基础，选选择若干干主要控控制参数数作为模模拟控制制的对象象，依据据Bucckinnghaam的定理，经经无量纲纲分析导导出控制制参数的的无量纲纲积，据据此确定定各控制制参数的的相似比比率。结构动力试试验的相相似模型型大致分分为四种种：（1）弹塑塑性模型型 理论上上可以重重现结构构反应的的时间过过程，使使模型和和原型的的应力分分布一致致，并可可模拟结结构的破破坏。由由于要严严格考虑虑重力加加速度对对应力反反应的影

4、影响，必必须满足足Sa=Sg=1（Sa=模型加加速度/原型加加速度，Sg为重力力加速度度相似系系数，各各相似系系数之间间的关系系见表1），即即模型加加速度反反应与原原型加速速度反应应一致，这这一要求求大大限限制模型型材料的的选择。因因为在缩缩尺模型型中，几几何比（Sl）很小小，在Sa=Sg=1的条件件下，要要满足Sa=SE/SlS=1，即Sl=SE/S，必须须使模型型材料的的弹模很很小或材材料密度度很大，弹弹模小导导致模型型浇筑困困难，容容易损坏坏；密度度大则要要求在模模型材料料中加入入大量铅铅粉之类类容重大大的掺合合物。这这对大型型建筑动动力试验验模型是是难以办办到的。即即使弹模模或密度度满

5、足了了相似条条件，材材料的其其他性质质如泊松松比和阻阻尼等也也难以满满足相似似关系，所所以全相相似模型型只是一一种理想想化的模模型，在在实际工工程中很很难采用用。（2）用人人工质量量模拟的的弹塑性性模型 使用原原型材料料或其他他替代材材料制作作时，SE自然等等于1或接近近于1，若要要满足Sa=Sg=1的条件件，材料料密度需需要加大大，故采采用人工工质量。人人工质量量可以产产生适当当的重力力效应和和惯性作作用，但但不影响响结构的的刚度、强强度和阻阻尼特性性。人工工质量若若布置得得当，可可以模拟拟几何非非线性。因因此人工工质量模模型在地地震模拟拟实验中中获得广广泛应用用，但对对于大型型建筑物物，模

6、型型几何比比（Sl）很小小，人工工质量将将大大超超过模型型本身的的质量，而而模型各各层空间间有限，国国内外的的绝大多多数振动动台设备备承载能能力均难难以满足足这一要要求。因因而在模模型设计计中常加加以改进进。（3）忽略略重力效效应的弹弹性模型型 放弃Sa=Sg=1的条件件，忽略略重力效效应，会会使模型型反应失失真。在在一般情情况下，重重力引起起的结构构效应与与水平地地震作用用效应相相比是较较为次要要的，特特别是在在结构反反应处于于小变形形阶段不不发生明明显几何何非线性性的情况况下，忽忽略重力力效应不不会造成成大的误误差。由由于忽略略重力效效应的模模型中相相似比Sa1，即振振动台要要有较大大的出

7、力力，而模模型的频频率则较较高，加加载和量量测设备备要在高高频状态态下工作作。这种种模型对对研究弹弹性状态态下的性性能比较较合适，但但本项试试验要求求模拟结结构在7度大震震作用下下的反应应，结构构有可能能进入非非弹性阶阶段并产产生较大大位移。因因此不宜宜采用忽忽略重力力效应的的模型。（4）混合合相似模模型 使用微微粒混凝凝土材料料，采用用一定的的人工质质量尽量量减少忽忽略重力力效应的的影响。微微粒混凝凝土材料料的弹模模较原型型材料小小，而泊泊松比和和阻尼等等特性与与原型材材料相近近。2、模拟方方案确定定本试验选用用混合相相似模型型的设计计方案是是较为理理想的。由前述分析可知，结构模型振动台试验

8、的相似关系是根据运动基本方程建立的，相似关系应满足质点运动平衡方程式相似、边界条件相似和运动初始条件相似。相似关系可采用量纲分析法求得。对于结构的地震反应问题，可表述为如下函数关系：式中：为结结构反应应应力，为结构构件尺寸，为构件的弹性模量，为构件的质量密度，为时间，为结构反应变位，为结构反应速度，为结构反应加速度，为重力加速度，为结构自振圆频率。取,三者者为基本本量，其其余各量量均可以以此为基基础按照照量纲分分析的原原理表示示为,的幂次次单项式式。定义义A在原型型结构中中的数值值为，在在模型中中的数值值为，那那么在模模型设计计中量A的相似似比为。若若使模型型试验能能模拟原原型结构构的地震震反

9、应，各各量的相相似比必必须满足足表1-1中的的公式条条件。一般情况下下，振动动台试验验是模型型试验，要要做到所所有物理理量完全全相似是是十分困困难的，甚甚至是不不可能的的。因此此在实际际试验中中只能要要求保证证主要的的物理量量相似，不不能要求求所有的的物理量量都严格格相似。根据表1-1（模型/原形=1/35）模型与与原型的的相似关关系，根据振振动台的的承载能能力，同同时估算算模型重重量后，对对模型配配重进行行初步验验算。其中弹弹性模量量的相似似关系需需根据模模型材料料试块的的测试结结果加以以调整。表1-1 模型与与原型的的相似关关系（几几何比：模型/原型=1/35）相似系数符号公式比值（模型型

10、/原型）尺寸Sl模型l/原原型l1/35弹性模量SE模型E/原原型E1/4.00加速度SaSa= SSE Sl2/ SSm2.2455质量Sm模型m/原原型m1/110000时间StSt =0.11228频率SfSf=1/ Stt8.86441速度SvSv =0.25333位移SuSu =1/35应力1/4.00应变1刚度Sk0.00771阻尼Sc0.0000811.3模型型设计及及模型材材料模型比例选选用1/335，依据据相似理理论进行行模型设设计。在在模型设设计、制制作过程程中与甲甲方和设设计单位位进行34次讨论论和确认认。1）模型混混凝土模型用微粒粒混凝土土制作，材料为水泥沙浆。水泥为4

11、25R号硅酸盐水泥，骨料为粗砂和细砂。选用不同配合比使微粒混凝土达到不同的强度等级和弹性模量，以模拟原型C30C60混凝土。在模型制作作过程中中同时浇浇注规定定数量的的砂浆立立方体试试块和棱棱柱体试试块以测测定微粒粒混凝土土材料的的强度和和弹性模模量。试试块和模模型同时时养护。材材料性能能试验在在广州大大学广东东省重点点实验室室（教育育部、科科技部共共建重点点实验室室）进行行。弹性性模量的的测定是是将棱柱柱体试块块（尺寸寸70.7mmm700.7mmm2240mmm）置于10t标准压压力试验验机上进进行重复复加载。使使用荷载载传感器器、千分分表测荷荷载和变变形，然然后绘出出应力变变形曲线线，重

12、复复进行加加载和卸卸载，直直到曲线线的残余余变形不不再增长长为止，加加载和量量测按照照混凝凝土结构构试验方方法标准准（GB550155-922）的要要求进行行。2）模型钢钢筋模型钢筋采采用回火火镀锌铁铁丝。根根据刚度度条件选选用直径径为228等多种种规格的的回火镀镀锌铁丝丝。根据据模型和和原型配配筋率相相似的原原则进行行模型配配筋，并并满足构构造要求求。3）模型型型钢对型钢的模模拟采用用刚度相相似原则则，梁柱柱型钢、型型钢混凝凝土内型型钢及支支撑型钢钢（包括括工字型型、十字字型和箱箱型）用用不同厚厚度的薄薄钢板（或或紫铜）焊接而成，模拟实际工程中不同截面的型钢。4）模型钢钢结构对模型内连连杆、

13、梁梁、柱等等钢结构构构件，采采用刚度度相似的的原则设设计，选选用成品品钢结构构构件（或或紫铜构构件）加加工成形形。5）模型钢钢管混凝凝土模型钢管混混凝土采采用钢管管（或紫紫铜管）微微粒混凝凝土来制制作。钢钢管（或或紫铜管管）内灌灌注微粒粒混凝土土，微粒粒混凝土土中加入入膨胀剂剂以防止止钢管（或或紫铜管管）与混混凝土之之间离析析。根据据钢管（或或紫铜管管）混凝凝土构件件整体刚刚度相似似原则，尽尽量兼顾顾模型的的强度相相似，选选择不同同壁厚和和直径的的钢管（或或紫铜管管）和不不同配合合比的微微粒混凝凝土。在在模型制制作前，先先进行小小比例的的构件试试验，确确定材料料的刚度度和强度度。防屈曲支撑撑模

14、拟防屈曲支撑撑（UBB）初步步拟定小小震作用用下按刚刚度相似似来模拟拟，大震震时考虑虑换一批批UBB，按阻阻尼相似似模拟。具具体模拟拟方案还还要与设设计方及及制作方方沟通协协商确认认。1.4 测测点布置置测点的布置置主要考考虑测试试模型的的动力特特性、结结构的地地震反应应以及关关键部位位的受力力情况和和弹塑性性变形情情况。因因此，需需要在适适当部位位布设加加速度传传感器、位位移传感感器及应应变片。1.4.11测点布布置原则则1）模型动动力特性性的测试试由于在振型型分析中中只需加加速度数数据，在在测点布布置上可可仅布置置加速度度传感器器。测点点主要分分布在结结构模型型两个水水平主振振型方向向上，

15、中中间点（A点）主主要用于于单方向向主振型型的测试试，外围围点（FF点）主主要用于于空间扭扭转振型型的测试试。2）模型结结构地震震反应的的测试为了解结构构模型在在X、Y、Z三个方方向上的的地震反反应情况况，加速速度传感感器和位位移传感感器沿结结构的三三个方向向布置。在在A点布置置加速度度传感器器及位移移传感器器。同时时为了考考虑结构构的扭转转效应，在在F点布置位位移传感感器。加速度传感感器及位位移传感感器沿结结构高度度布置，测测点的竖竖向分布布间距以以反映结结构模型型的整体体情况为为原则。3）应变测测点的布布置应变测点布布置在重重点观测测的柱、梁梁的杆件件上，具体布布置根据据计算结结果，并并与

16、设计计方商讨讨确定，监测重点部位的受力情况和弹塑性变形情况。1.4.22测点布布置方案案结构测点的的平面及及竖向布布置图见见图1-6、1-77。模态态测试及及地震反反应测试试用加速速度传感感器测点点布置方方案见表表1-2，共有74个通通道。应变测点布布置在结结构复杂杂连接、转转换桁架架、主要要受力构构件、以以及防屈屈曲支撑撑构件等等处。具具体布置置方案将将根据计计算结果果与设计计方商讨讨后确定定。1.5 试试验工况况及顺序序在进行结构构地震反反应试验验之前，先先进行结结构的模模态测试试，分别别在X、Y、Z三个方方向输入入白噪声声，测定定结构震震前的动动力特性性，为了了保证模模型在弹弹性变形形范

17、围内内，白噪噪声的加加速度幅幅值采用用0. 05g。模态态测试工工况见表表1-3。表1-3 模态测测定试验验工况试验序号输入地震波波输入方向输入加速度度峰值(g)1白噪声（00.140HHz）X0.052白噪声（00.140HHz）Y0.053白噪声（00.140HHz）Z0.05在每个地震震水准试试验前后后，各输输入一次次白噪声声用以测测定结构构动力特特性的变变化情况况。在多遇地震震作用下下，分别别按甲方方提供的的人工波波1、天然然波1、天然然波2三个地震震波进行行X向、Y向和Z向的单向向输入，以便用来与按建筑抗震设计规范弹性计算的结果进行比较和验证。然后再进行最危险方向74度方向输入和X+

18、Y+Z三向输入。模型试验工况及顺序见表1-4。在设防烈度度地震作作用下，分别进进行X向和Y向单向向输入，以便与结构动力弹塑性时程分析结果进行比较。然后进行X+Y+Z三向输入。模型试验工况及顺序见表1-5。在罕遇地震震作用下下，根据据前面的的实验选选用最不不利地震震波，分分别进行行X向和Y向单向向输入和和X+YY+Z三向输输入，以便与与结构动动力弹塑塑性时程程分析结结果进行行比较。模模型试验验工况及及顺序见见表。表1-2 多遇地地震试验验工况及及顺序试验序号输入地震波波输入方向输入加速度度峰值（g）4人工波1X0.065天然波1X0.066天然波2X0.067人工波1Y0.068天然波1Y0.069天然波2Y0.0610人工波1Z0.0611天然波1Z0.061