大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)-樁-土振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究.pdf

1、天津站交通樞紐工程作為北京奧運(yùn)的配套項(xiàng)目,天津市“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)工程,需要對(duì)工程結(jié)構(gòu)的各方面進(jìn)行深入研究。作為生命線工程的重要組成部分,交通樞紐抗震問題已經(jīng)成為城市工程抗震和防災(zāi)減災(zāi)研究的重要課題,因此以天津站交通樞紐工程為背景,選取天津站整體結(jié)構(gòu)有代表性的一部分按照比尺縮小制作成模型,考慮其與土相互作用,首次開展了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)-樁-土體系振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究,與國內(nèi)外已有的土-結(jié)構(gòu)相互作用振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)相比,該試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀赏痢⑷簶?、地?/p>

2、結(jié)構(gòu)、地上結(jié)構(gòu)多個(gè)部分組成,具有尺寸大、體系復(fù)雜的特點(diǎn),更具有代表性,其主要工作和結(jié)論如下:
　　 1.通過推導(dǎo)動(dòng)力模型試驗(yàn)的相似關(guān)系,著重指出結(jié)構(gòu)-樁-土體系模型與原型各物理量難以做到完全相似,于是本文提出了用土的卓越周期相似比來設(shè)計(jì)模型土,使結(jié)構(gòu)-樁-土體系模型與原型之間做到部分相似,振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果證明這種方法是合理的。
　　 2.給出求解土卓越周期的有限元數(shù)值模型,指出波動(dòng)理論公式(T=4H／vs)求卓越周期的適用

3、范圍及存在偏差,通過模型土模態(tài)分析研究了模型土卓越周期隨土體性質(zhì)、土域范圍及邊界條件的變化規(guī)律,得出通過適當(dāng)提高模型土的寬高比和合理選擇邊界條件及模型土材料配合比均可以減小邊界對(duì)模型土的影響。
　　 利用動(dòng)三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合,求出模型土的動(dòng)剪切模量和阻尼比計(jì)算公式中需要的參數(shù),提出用數(shù)值擬合來求模型土的最大動(dòng)剪切模量的方法；求出模型土的動(dòng)C、()值并與其靜C、()值相比較,結(jié)果表明:動(dòng)力加載中,土的C值明顯降低,()值有所增長,有

4、限元數(shù)值計(jì)算動(dòng)力模型中,推薦使用動(dòng)C、()值。
　　 3.完成模型制作,主要采用以下做法:結(jié)構(gòu)分兩部分制作、后組裝；樁做成空心內(nèi)部填充鐵砂作為配重；用銅管微粒混凝土模擬鋼管混凝土；為減小剛度影響,采用泡沫塑料對(duì)地下結(jié)構(gòu)開口兩端封口；用玻璃板替代原屋面鋼網(wǎng)架。試驗(yàn)表明這些措施行之有效。
　　 制作土箱并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值分析對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn),研究表明:在土箱底部,通過設(shè)置分割條嵌入模型土中做成的摩擦邊界效果較好；在土箱垂直于地

5、震動(dòng)兩側(cè)壁上,聚苯乙烯泡沫塑料做成的柔性邊界對(duì)Taft波和人工波加載的效果較好,而對(duì)天津波加載效果略差；在土箱平行于地震動(dòng)兩側(cè)壁上,通過側(cè)壁內(nèi)表面貼聚氯乙烯薄膜并涂抹潤滑油做成的滑動(dòng)邊界起到一定的效果。
　　 4.完成測(cè)點(diǎn)布置、模型土裝填、模型組裝及確定試驗(yàn)加載制度等試驗(yàn)準(zhǔn)備工作,提出一些有效的新做法,如加速度計(jì)的埋設(shè)采用挖埋而不是填埋的方法,現(xiàn)場(chǎng)材料含水率的測(cè)定中采用雙鍋加熱法烘干土和鋸末。
　　 5.試驗(yàn)結(jié)果整理從分

6、析大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)—樁-土振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)入手,用加速度、變形、正應(yīng)變、動(dòng)土壓力等指標(biāo)全面分析結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),并比較樁、地下結(jié)構(gòu)、地上結(jié)構(gòu)的不同響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn):
　　 1)結(jié)構(gòu)不同部分最大地震響應(yīng)發(fā)生的頻率不盡相同,且受地震波頻譜特性及自身頻率影響,天津波加載時(shí)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)較大；
　　 2)地震波向上傳播過程中,土與結(jié)構(gòu)對(duì)地震波均有過濾作用,地表以下,當(dāng)震級(jí)較小時(shí),土一結(jié)構(gòu)對(duì)地震波起放大作用,隨著震級(jí)的增加,對(duì)地震波放大

7、作用減緩甚至減小;
　　 3)最大變形隨結(jié)構(gòu)高度增加逐漸增大,在樁與地下結(jié)構(gòu)交界處和地表處,位移改變較大；
　　 4)地下結(jié)構(gòu)柱、樁最大正應(yīng)變呈中間大、兩頭小分布,殘余正應(yīng)變對(duì)結(jié)構(gòu)正應(yīng)變影響比較大,影響呈樁、地下結(jié)構(gòu)、地上結(jié)構(gòu)遞減；
　　 5)殘余動(dòng)土壓力對(duì)動(dòng)土壓力分布有一定影響,土越深,影響越大,最大動(dòng)土壓力隨著深度增加呈兩頭大、中間小分布,且地表處最大,總的土壓力受最大動(dòng)土壓力影響較大,隨深度增加有先降低后增