高層建筑結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗與原型對比的研究.pdf

1、工程結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗是研究結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理和評價結(jié)構(gòu)整體抗震能力的重要方法之一,如何正確處理試驗?zāi)Ｐ团c原型的相似關(guān)系以及如何由模型反應(yīng)正確推導(dǎo)原型反應(yīng)是很關(guān)鍵的問題。本文基于振動臺試驗,以12層的高層建筑框架結(jié)構(gòu)為模型,對其進(jìn)行了模型設(shè)計,并在同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室進(jìn)行了模型試驗。另外,運(yùn)用大型非線性有限元分析軟件MSC.Marc分別對原型結(jié)構(gòu)和模型結(jié)構(gòu)建立了有限元分析模型,并對其進(jìn)行了地震作用下的動力響應(yīng)分析。根據(jù)相似理

2、論,由模型地震反應(yīng)按照動力相似關(guān)系推導(dǎo)出原型結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),并將其與原型結(jié)構(gòu)的計算值進(jìn)行對比分析。文章分別從結(jié)構(gòu)的自振特性、加速度、位移、層間剪力、結(jié)構(gòu)傾覆力矩和樁身應(yīng)變來對比原型與模型的動力響應(yīng):
　　 (1)對比模型和原型的前10階自振頻率,模型反推值和原型計算值吻合較好;由模型試驗得到的振型曲線和原型的模態(tài)分析得到的振型相似性較好,故可采用模型試驗結(jié)果來研究原型結(jié)構(gòu)的動力特性。
　　 (2)按照相似關(guān)系,由模型反推

3、得到的原型最大加速度與原型結(jié)構(gòu)計算值相符合,各樓層的加速度時程曲線變化趨勢一致,相似性較好。
　　 (3)對比模型與原型的位移時程曲線和樓層最大位移,對比表明:位移時程曲線和各樓層的最大位移都有很好的相似性,按照相似關(guān)系由模型推算的原型結(jié)構(gòu)頂層最大位移為21.66mm,原型結(jié)構(gòu)計算得到的結(jié)構(gòu)頂層最大位移為20.36mm,二者誤差不大。
　　 (4)根據(jù)相似關(guān)系由模型反推得到的原型結(jié)構(gòu)底部的最大剪力和傾覆力矩與由原型結(jié)構(gòu)計

4、算分析得到的底部最大剪力和傾覆力矩均相當(dāng)吻合。
　　 (5)通過對比模型和原型支盤樁樁身應(yīng)變時程曲線,以及對原型結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬所得樁身應(yīng)變云圖與模型試驗觀察到的樁頂破壞情況進(jìn)行分析,原型計算所得結(jié)果和模型試驗結(jié)果一致。
　　 通過上述對高層建筑結(jié)構(gòu)模型和原型的頻率、振型、加速度、位移、剪力、傾覆力矩和樁身應(yīng)變的對比分析,驗證了基于E.Buckinghamπ定理導(dǎo)出的動力相似關(guān)系的準(zhǔn)確性,結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗可以真實地反映原型