独立式石箍窑洞加固模型振动台试验研究EI北大核心CSCD

应用配筋砂浆带等加固技术对一缩尺比例为1/4的独立式石箍窑洞震损模型进行加固,并对其进行模拟地震振动台试验,以研究独立式石箍窑洞加固模型的动力响应与抗震性能。通过白噪声扫频得到该模型各阶段的自振频率和阻尼比等动力特性,并研究了模型结构的破坏特征、动力响应及其滞回耗能。试验研究结果表明:随着输入地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,加速度放大系数呈下降趋势;在水平X向(面阔方向)地震作用下,窑脸侧拱顶的加速度响应大于背墙侧拱顶,中孔拱顶的加速度响应大于边孔拱顶的,中拱拱脚的相对位移值始终大于边拱拱脚,甚至大于边拱拱顶;在峰值加速度为1.00g的地震激励后,窑顶、拱顶和拱脚的X向最大侧移角分别达到了1/29、1/229和1/201。模型虽局部破坏明显,但仍未出现整体倒塌趋势,表明本文提出的方法对独立式石箍窑洞的加固效果显著。     

独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟

以山西省静乐县的某独立式石箍窑洞为原型,制作1/4缩尺的三跨试验模型,对其进行了地震模拟振动台试验,分析了地震作用下窑洞模型的破坏过程及破坏形态。在试验研究基础上,采用ABAQUS软件建立独立式石箍窑洞的有限元模型,将模拟得到的动力特性、动力响应和地震损伤结果与试验结果进行了对比分析,验证了有限元模型的合理性,进而基于对原型结构的有限元模拟,分析了覆土厚度、拱跨数和拱矢跨比对窑洞模型受力性能的影响。结果表明：独立式石箍窑洞在地震作用下主要发生砂浆灰缝开裂破坏,开裂最严重的部位为洞口拱顶和侧墙与背墙的连接处;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,能够较好地反映地震作用下窑洞模型的受力性能;窑洞模型的纵墙刚度大于横墙,加速度和位移响应随输入峰值加速度的增大不断增大;随着覆土厚度变薄和拱矢跨比减小,窑洞模型的抗震性能增强,但拱跨数对窑洞模型的抗震性能影响较小。     

仿古建筑钢-混凝土组合框架抗震性能试验研究

为研究仿古建筑钢-混凝土组合框架的抗震性能,以抗震设防烈度7度区的某殿堂式仿古建筑钢-混凝土组合框架为原型,设计了1榀缩尺比为1∶2的仿古建筑钢-混凝土组合框架,并对其进行拟动力试验。分别输入El Centro波、Taft波、兰州波,地震峰值加速度依次为35 gal (7度多遇地震)、100 gal (7度设防地震)、220 gal (7度罕遇地震)和400 gal,实测了试件的加速度时程曲线、基底剪力-位移滞回曲线、耗能能力和变形性能。研究结果表明:仿古建筑钢-混凝土组合框架具有较好的塑性变形性能,结构的自振频率和动力放大系数随地震加速度的增大而降低。当峰值加速度为400 gal时,试件刚度较35 gal时减小66%。试件的耗能能力随地震加速度的增加而增大,且在各地震波作用下其变化幅度不同,El Centro波作用下最大,兰州波作用下最小。整个结构可满足7度抗震设防要求,具有良好的抗震性能。     

装配整体式与现浇剪力墙结构抗震性能对比分析

为研究装配整体式剪力墙结构的抗震性能,设计制作了参数、加载制度等条件相同的12层装配整体式和现浇剪力墙1∶5缩尺模型结构,并对其进行了振动台试验。研究了两模型结构受地震作用时的裂缝形态、破坏机理,自振频率、振型和阻尼比等动力特性,楼层剪力、倾覆力矩、位移,最大层间位移角和结构延性系数等地震响应参数,并进行了对比分析。结果表明:装配整体式结构连接部位存在初始损伤,在首次地震波输入后,其自振频率下降较大,而二者的振型系数和阻尼比变化趋势基本一致;在弹性阶段,两模型结构的裂缝形态、楼层剪力、倾覆力矩、楼层位移和层间位移角的变化规律基本一致,随着输入地震波加速度峰值的增大,其量值无明显差异;结构进入塑性阶段,两模型结构的裂缝形态及其形成机理的差异,造成现浇结构的自振频率最终降低幅度、层间位移角大于装配整体式结构。两模型结构的地震响应均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。     

有无填充墙板的穿斗式木结构房屋振动台试验及对比分析

通过对不设置填充墙板与设置填充墙板的穿斗式木结构房屋进行模拟地震振动台试验,研究了穿斗式木结构的抗震性能,并对比分析了两模型结构的动力特性,及其在不同峰值加速度地震作用下的加速度放大系数、位移及最大层间位移角等动力响应。研究结果表明:两模型X向加速度动力放大系数在0.63～1.2,Y向加速度动力放大系数在0.51～0.97,说明模型榫卯挤压摩擦的耗能减震效果明显。不设置填充墙板的模型结构自振频率低、位移响应较大,扭转效应明显;设置填充墙板的模型抗侧刚度明显增大,结构自振频率增大,同时在地震激励下相对位移和层间位移角减小。两模型主体结构在大震作用下均无明显损坏,且设置填充墙板的木结构房屋具有更大的承载力和抗倒塌能力。     

古建筑木结构屋盖梁架体系动力性能分析

针对目前古建筑木结构研究领域中对屋盖梁架的动力性能研究甚少的现状,该文以殿堂型木结构为研究对象,按照《营造法式注释》的构造要求建立屋盖梁架层模型,通过对其进行动力性能分析,得出了屋盖梁架层的结构动力特性以及在各种工况作用下的位移最大响应值和加速度最大响应值,求解出了各梁架层的动力放大系数.研究表明:屋盖梁架模型的第一频率为1.486Hz;屋盖梁架模型的自振频率远远高于振动台试验整体结构模型的自振频率;梁架层最大位移值随地震作用和高度的增加而增大;大震(400gal)时半刚性榫卯连接的减震效果比中震(220gal)、小震(110gal)时的减震效果要好;层间动力放大系数值在1 左右;屋盖层与铺作层的动力放大系数在0.9 左右.     

地震作用下软土中桩承桥墩系统响应特性分析

以软黏土中桩承桥墩系统为研究对象,分别采用等效理想弹塑性模型和双曲线型滞回本构模型来描述桩承桥墩系统和软土的动力响应行为,系统探究了地震动强度（基岩峰值加速度或基岩峰值速度）、桩身抗弯刚度和桥跨结构质量等因素对不同位置处加速度放大系数及桩基?桥墩系统最大弯矩系数的影响规律。研究发现：当基岩峰值加速度小于 0.15g 时,软土对地震波的放大效应较为强烈,而当基岩峰值加速度大于 0.2g 时,软土的阻尼耗能减弱了地震波的震动强度;桥跨结构质量的增加会显著降低桥墩顶部加速度放大系数;由于软土动力特性的非线性和软土?桩基之间相互作用关系的复杂性,桥墩和桩基最大弯矩系数与基岩峰值速度有着强烈的非线性特征,当基岩峰值速度大于 0.2 m/s 时,桩基?桥墩系统基本进入塑性变形阶段;桩身抗弯刚度和桥跨结构质量分别对桩基和桥墩最大弯矩响应的影响更大,表明桩基和桥墩地震响应分别取决于地震过程中软土的动力作用和上部结构的惯性力作用。     

超高层混凝土框架-核心筒结构试验研究

为了研究超高层框架-核心筒结构在地震激励下的动力响应规律和抗震性能,按照动力相似关系设计了一个1/50缩尺模型,并实施了振动台试验。基于试验结果,对不同设防烈度地震作用下的结构自振频率、阻尼比、振型曲线、加速度动力放大系数、层间剪力、应变和位移响应进行了计算与分析。研究结果表明:随着振动次数的增加,结构自振频率降低,阻尼比基本呈增大趋势,振型曲线幅值减小;实验结束后,结构的动力特性变化不大,说明结构的损伤不大;结构的动力响应与地震强度和地震波的波形有关;结构抗震性能能够满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防要求。研究结果可为同类超高层结构的抗震设计提供参考。     

偏压隧道模型振动台试验与数值模拟研究

根据动力模型试验相似关系,设计了一个比尺为1∶10的偏压隧道模型,开展大型振动台模型试验,研究地震作用下偏压隧道加速度动力响应规律,模型试验以汶川波作为输入波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种加载方式。利用MIDAS/NX有限元软件进行数值模拟,并与模型试验结果对比分析。研究表明:衬砌测点的加速度时程曲线与输入地震波特征相似,卓越频段和傅氏谱谱值都增大。X向激振时,加速度放大效应不明显且放大系数随激振幅值的增大而略有减小;竖向波对衬砌加速度动力响应影响明显大于水平地震波,表现为加速度放大效应显著;XZ双向激振时,相比于单向波而言测点加速度放大系数有增大、也有减小,与测点位置有关,临近边坡侧测点竖向加速动力响应较大,非偏压侧拱脚和拱顶是抗震设计的重点;数值模拟与试验结果在变化趋势上相近,数值上拟合程度高,在输入Amax0.2g时,模拟结果误差较小,随输入加速度峰值的增大误差增大。     

受相邻上部结构影响的隧道-土体系振动台试验研究

为了研究在上部结构存在下隧道与土体的地震响应规律,以地表建筑结构和地下上下平行隧道体系为背景,在软土场地上进行了隧道-土-相邻上部结构体系振动台试验。先介绍了整体试验的概况,包括振动台性能和模型材料,模型各物理量的动力相似关系,模型结构的尺寸,并参照已有研究选定了模型箱内部的边界条件,模型中传感器的位置以及适合该场地的地震波和加载制度。然后,分别从加速度和变形两方面对上下平行隧道与土的地震响应进行分析。在上部结构存在条件下,试验数据表明:①土体加速度峰值沿深度整体自下而上增大,隧道上部土体的加速度增大明显,随着输入加速度峰值的增大,土体的加速度放大系数减小;②在地震波作用下,上隧道的加速度反应大于下隧道,且上隧道的拱腰、拱脚部分与下隧道的拱肩、拱脚部分应变峰值最大。     

含小净距隧道岩石边坡地震动力特性的大型振动台试验研究

为研究含小净距隧道岩石边坡在地震作用下的动力特性,设计了一个比尺1∶10的含小净距隧道岩石边坡的大型振动台试验模型,试验以汶川波（WC）作为振动台激振波,采用水平（x）向、竖直（z）向和水平竖直（xz）向三种激振方式,研究地震作用下边坡的加速度响应特性和动位移响应特性。试验结果表明:1） 边坡加速度放大系数沿坡面向上呈现出先减小后增大的非线性变化特征,边坡会改变输入地震波的频谱成分,对高频段地震波存在滤波作用。2） x、z单向激振下边坡加速度放大系数随着加载加速度峰值的增大而增大,xz双向激振下则随着加载加速度峰值的增大而减小。3） 以3/5坡高为界,此高度以下,边坡对竖向地震波的放大作用大于对水平向地震波的放大作用,在此高度以上则刚好相反。4） 边坡水平方向位移主要受水平向地震波的影响,且随着激振加速度峰值的增大而增大。5） 以4/5坡高为界,此高度以下动位移峰值增大趋势缓慢,此高度以上,动位移响应峰值急剧增大,且在坡顶处产生最大的水平位移。6） 边坡的动位移响应与地震波的激振方向和测点位置有关。试验研究结果对含小净距隧道边坡抗震设计及其地震动力反应特性的研究有一定的指导意义。     

跌落工况下斜支承系统易损件的冲击特性

目的基于斜支承系统双自由度模型,研究系统易损件的跌落冲击特性。方法针对系统无量纲跌落冲击动力学方程,用龙格-库塔数值分析法获得易损件跌落冲击动力学响应,探讨系统支承角、频率比、跌落冲击初始速度、阻尼比等对易损件位移及加速度响应的影响规律。结果通过对易损件位移、加速度响应最值影响因素的分析表明,减小支承角可增加易损件位移响应最值,降低其加速度响应最值,延长响应周期;随着频率比的增加,易损件位移和加速度响应的最值减小;随着初始速度的增加,易损件位移、加速度响应最值上升明显;对于加速度响应最值,系统阻尼比存在最佳值。结论为使斜支承系统获得理想的减振和抗跌落冲击性能,需综合考虑各相关参数。     

矩形脉冲激励下悬挂式弹簧系统冲击特性的研究

以悬挂式弹簧系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统非线性无量纲动力学方程,利用龙格—库塔法对系统冲击特性进行数值分析。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统悬挂角为变量,构建了系统的三维冲击谱。讨论了系统悬挂角以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,系统悬挂角、阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加阻尼可使系统加速度响应峰值明显降低。研究结论可为悬挂式弹簧减振系统的设计提供理论依据。     

爆炸荷载下泡沫混凝土减振层动力响应分析

为研究爆炸荷载下泡沫混凝土减振层厚度对岩体拱结构的减振性能影响,基于ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件,建立炸药-空气-结构流固耦合模型,在岩体与衬砌间设置0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m不同厚度泡沫混凝土减振层。应用流固耦合算法对比分析了衬砌外层拱顶、拱肩和拱脚单元最大有效应力、峰值压力及峰值位移。拱顶上方单元压力与TMB5-855-1公式吻合良好,验证了模型有效性。数值模拟结果表明:设置减振层后拱顶、拱肩和拱脚最大有效应力变小,拱脚减少超过80%;随减振层厚度增加,拱顶、拱肩和拱脚峰值压力减小,峰值位移增加,当厚度超过0.6 m,减振抗爆效果不明显,峰值位移趋于稳定;拱顶作为响应强烈部位,应采取加固措施;综合考虑经济因素,建议设置0.6 m厚减振层。     

前轮摆振对车辆稳定性的影响及后轮反馈控制

建立包括转向系统的整车四自由度模型,分析摆振发生时转向系统刚度、阻尼对前轮摆振角、车辆横摆角速度、侧向加速度和侧倾角加速度的影响。为减小摆振对车辆稳定性的影响,应用最优控制对后轮进行反馈控制。结果表明:当摆振发生后,车辆侧向加速度和侧倾角加速度会产生较大波动,横摆角速度和侧倾角影响不大;转向系统阻尼对摆振的影响较大。采用对后轮的反馈控制可有效改善摆振发生时的车辆横向稳定性。     

钢管混凝土柱排架-核心筒结构抗震性能研究

以钢管混凝土柱钢框架-核心筒结构为工程背景,将钢梁与柱、核心筒的节点修改为螺栓连接的铰接节点,制作1/40的缩尺结构模型进行振动台测试,研究结构的损伤特点、动力特性、最大侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和延性需求等。结果表明:震损出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应较显著;核心筒最大层间位移角达1/26,超过规范框架-核心筒结构体系不倒塌限值3.8倍未出现倒塌;钢排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,楼层延性需求差异大。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能混合试验

为进一步研究混合试验方法的有效性以及高强钢组合K形偏心支撑钢框架的抗震性能,建立了一套基于OpenFresco试验平台的混合试验系统,进行了一个1:2缩尺的3层高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构模型的混合试验。首先通过小工况的预加载研究试验系统的有效性,分析了试验子结构的位移加载精度,作动器加载时差。然后对试件进行正式的混合试验加载,分析了高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构在不同工况下的自振频率、位移反应、水平地震作用、滞回性能以及关键部位应变。结果表明:作动器加载位移峰值与计算位移峰值比较接近,最大相对误差为13.60%,各工况下作动器平均每步的加载时差保持在20 ms左右;随着地震波加速度峰值的增大,模型的自振频率下降,刚度出现了一定的退化。各层的变形主要产生在消能梁段的腹板处,以剪切变形为主。模型结构在多遇地震和罕遇地震作用下的最大层间侧移角分别为1/1068和1/197,符合抗震设计规范对层间侧移角限值。综上,基于OpenFresco试验平台的混合试验系统能够较好的反应结构的地震响应,高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构具有良好的抗震性能。