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重力失真和质量失真对振动台试验误差影响的数值研究

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重力失真和质量失真对振动台试验误差影响的数值研究

作者：刘吉龙中南大学

学位级别：硕士

目前,地震模拟振动台试验依然是揭示工程结构地震响应和破坏机理最有效的方法之一,在建筑、桥梁领域应用十分广泛。但是,大量试验结果表明重力失真和质量失真会引起显著的相似误差。本文针对不同的结构体系,进行理论推导以及数值动力分... 详细信息

目前,地震模拟振动台试验依然是揭示工程结构地震响应和破坏机理最有效的方法之一,在建筑、桥梁领域应用十分广泛。但是,大量试验结果表明重力失真和质量失真会引起显著的相似误差。本文针对不同的结构体系,进行理论推导以及数值动力分析,计算在不同重力失真和质量失真条件下原型与缩尺模型的误差大小,并探讨系统减轻误差的具体措施。主要研究工作如下:(1)推导出无阻尼SDOF体系在谐波作用下原型与重力失真和质量失真模型相对位移的误差计算公式,并对有阻尼SDOF体系进行数值模拟试验,得到SDOF体系在重力失真和质量失真条件下,不同谐波幅值以及频率比对误差影响的一般规律。(2)基于不同的MDOF体系,通过数值分析分析计算出受谐波作用和地震动作用下原型与重力失真和质量失真相对位移的误差大小,考虑不同重力二阶效应系数的影响。并且结合对SDOF体系的误差影响分析,针对不同的影响因素提出动力缩尺试验误差减小方法。(3)运用ANSYS有限元分析软件,建立超高层组合结构原型、重力失真模型、质量失真模型的有限元模型,分别进行模态分析以及地震瞬态分析,首先验证有限元计算模型的合理性,其次计算原型与各缩尺模型自振周期和动力响应的误差大小。此外,利用数值模拟试验的优势,详细对比随着PGA的增大,重力失真和质量失真对结构产生塑性变形过程的影响。图41幅,表13个,参考文献70篇

关键词：振动台试验重力失真质量失真相似误差数值分析

钢管混凝土单圆管拱模型重力失真影响振动台试验研究

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工程力学 2019年第12期36卷 52-61页

作者：黄福云龙腾飞杨芳芳董锐福州大学土木工程学院

为了研究重力失真对振动台试验相似模型地震响应的影响,基于人工质量的混合模型相似理论,以缩尺比为1∶10的钢管混凝土单圆管拱结构为试验模型,通过设置5种不同人工质量为重力失真度参数,采用5种不同时间压缩比的地震波及人工波,进行了... 详细信息

为了研究重力失真对振动台试验相似模型地震响应的影响,基于人工质量的混合模型相似理论,以缩尺比为1∶10的钢管混凝土单圆管拱结构为试验模型,通过设置5种不同人工质量为重力失真度参数,采用5种不同时间压缩比的地震波及人工波,进行了纵向、横向地震模拟振动台试验。试验结果表明:重力失真对拱结构模型第一阶频率相似的影响显著,重力失真度越大,模型第一阶频率相似系数试验值和理论值之间的误差也越大;输入波的频率比较小时,重力失真度越小的模型加速度响应越大,加速度峰值时间越延后;重力失真度和输入波的频率比对模型横向(Y向)加速度响应的影响要大于纵向(X向)的影响;通过调整模型配重及输入波的频率比,可减小模型的重力失真对加速度响应的影响。

关键词：桥梁工程振动台试验研究单圆管拱模型重力失真配重频率比相似比

钢管混凝土单圆管拱模型重力失真影响振动台试验研究

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钢管混凝土单圆管拱模型重力失真影响振动台试验研究

作者：龙腾飞福州大学

学位级别：硕士

地震模拟振动台试验是研究工程结构地震反应和破坏机理最有效的方法之一,其理论基础为相似理论。基于相似理论,国内外学者主要提出了四种基本相似模型,分别是应变失真模型、重力忽略模型、真实仿真模型、人工质量模型。其中,人工质量模... 详细信息

地震模拟振动台试验是研究工程结构地震反应和破坏机理最有效的方法之一,其理论基础为相似理论。基于相似理论,国内外学者主要提出了四种基本相似模型,分别是应变失真模型、重力忽略模型、真实仿真模型、人工质量模型。其中,人工质量模型包括满配重模型和欠人工质量模型(混合模型)。欠人工质量模型弥补了基本相似模型的不足,兼顾了振动台承载能力有限的特点,是目前振动台试验中应用最多的模型。不过,在绝大多数情况下,欠人工质量模型存在显著的重力失真现象,且重力失真对欠人工质量模型振动台试验相似性的影响较大。基于欠人工质量模型重力失真影响的研究,大都停留在理论探讨层面,进行振动台试验研究的较少,且在这些试验研究中,开展完全人工质量(满配重)模型试验的很少,已有的研究结果还缺乏验证。为此,本文基于重力失真影响的相关因素(加速度相似系数、结构自身特性、地震动特性),开展了钢管混凝土单圆管拱重力失真模型振动台试验,并进行了有限元参数扩展分析,研究重力失真对该相似模型动力特性及地震响应的影响。主要工作和结论如下:(1)基于混合模型相似理论,设计制作了几何缩尺比为1:10的钢管混凝土单圆管拱模型,通过对模型设置5种不同的人工质量(配重)来实现不同的重力失真度,并选取3种不同的地震波及人工波,其中每种地震波及人工波均采用5种不同的时间压缩比,对每种重力失真度的模型进行一致激励,开展地震模拟振动台试验。(2)动力特性试验结果表明,重力失真对钢管混凝土单圆管拱模型的失稳模态基本没有影响,对一阶阻尼比影响较小,对自振频率影响较大。重力失真度较大时,由模型自振频率试验值反推原型自振频率存在较大误差,误差最大约21%,重力失真的影响不可忽略。(3)地震响应试验结果表明,输入波的时间压缩比较小时,重力失真降低了拱结构模型的加速度响应;时间压缩比较大时,重力失真放大了拱结构模型的加速度响应。输入波的时间压缩比越小,重力失真对模型拱顶位移响应的影响越显著;重力失真对模型应变响应的影响非常显著,若模型重力失真度过大,则应变响应结果不准确,偏不安全。(4)有限元参数分析结果表明,地震波幅值越大,重力失真对模型地震响应的影响越大;矢跨比越大,重力失真对模型自振频率和加速度响应的影响越大,对位移和内力响应的影响越小。

关键词：振动台试验钢管混凝土单圆管拱结构欠人工质量模型重力失真时间压缩比地震响应

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某钢砼框架结构重力失真模型相似比设计

河北建筑工程学院学报 2019年第2期37卷 43-45,50页

作者：谢军胡英飞包淑贤倪雅静段龙张恒杨永竹河北建筑工程学院土木工程学院

为研究重力失真下的结构相似关系,以某10层框架结构为原型,遵循1:30的几何相似比例进行缩尺,以密度,几何尺寸和弹性模量为基本量纲,通过量纲分析法对高层框架结构缩尺模型在重力失真的情况下,按照Buckinghamπ定理导出框架模型结构各物... 详细信息

为研究重力失真下的结构相似关系,以某10层框架结构为原型,遵循1:30的几何相似比例进行缩尺,以密度,几何尺寸和弹性模量为基本量纲,通过量纲分析法对高层框架结构缩尺模型在重力失真的情况下,按照Buckinghamπ定理导出框架模型结构各物理量的相似关系和相似比,并为减小重力失真效应,对模型进行配重计算,为后续高层框架结构在重力失真下的振动台模型相似比设计提供参考.

关键词：模型结构重力失真量纲分析相似关系

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振动台试验结构模型若干相似问题研究

振动台试验结构模型若干相似问题研究

作者：叶涛萍河北工程大学

学位级别：硕士

振动台模型试验是实验室模拟地震、评价结构整体抗震能力以及判断结构安全性的重要手段，是研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法，可以适时地再现各种地震波的作用过程，并进行人工地震波的模拟试验，比较接近实际的地震情况，可直... 详细信息

振动台模型试验是实验室模拟地震、评价结构整体抗震能力以及判断结构安全性的重要手段，是研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法，可以适时地再现各种地震波的作用过程，并进行人工地震波的模拟试验，比较接近实际的地震情况，可直观的观察模型的动力特性和破坏过程，找出结构薄弱环节，为结构设计采用合理的抗震措施提供可靠依据，故在地震工程的理论研究和实践中得到广泛的应用。振动台模型试验在学术界一直扮演着举足轻重的角色，本文对其发展、理论基础以及现阶段存在的问题以及今后的发展动向进行了简单阐述。本文首先对模型结构在满配重情况下，原型结构和模型在弹性阶段的动力相似关系进行推导，继而对配重不足的情况进行了研究，经过理论推导，得出了其在弹性阶段以及弹塑性阶段的动力相似关系，并通过模型数值分析，研究了重力失真效应对结构内力的影响，得出结构在地震作用下引起的结构内力满足相似关系，而构件在地震和静力荷载共同作用下的内力反应不相似的结论，并提出了减少重力失真效应的方法。随着科技的进步，高层建筑的迅速崛起，桩基础得到广泛应用，关于此方面的研究日趋增多，而桩-土-上部结构之间相互作用因其影响因素之多，情况之复杂一直是研究的重难点，本文就其振动台试验模型结构之间的相似关系，本着考虑主要矛盾的原则，对上部结构对地基以及地基对上部结构的影响进行了研究，并给出了一般模型设计步骤和一般情况下的相似关系。为了满足公众对大跨度大空间的需求，框架结构得到广泛应用，其弹性阶段的理论研究已经比较成熟，而弹塑性阶段的研究较少，本文就简单的框架结构按构件承载力相似的原则进行模型设计，并运用SAP2000对这些模型进行静力非线性分析，据此研究结构进入弹塑性阶段的一些相似性能。通过以上相关振动台试验模型结构的一些研究，以期为模型的设计工作提供一些参考和帮助。

关键词：振动台模型试验重力失真相似关系桩-土-上部结构相互作用静力非线性塑性铰

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振动台模型试验若干问题的研究

振动台模型试验若干问题的研究

作者：杨旭东中国建筑科学研究院

学位级别：硕士

振动台模型试验是研究建筑整体结构和构件在地震作用下的动力特性和抗力的重要手段,通过振动台对其上的模型结构输入地震波,可以直观的观察模型的动力特性和破坏过程,找出结构薄弱环节,为结构设计中采取合理的抗震措施提供依据。 ... 详细信息

振动台模型试验是研究建筑整体结构和构件在地震作用下的动力特性和抗力的重要手段,通过振动台对其上的模型结构输入地震波,可以直观的观察模型的动力特性和破坏过程,找出结构薄弱环节,为结构设计中采取合理的抗震措施提供依据。本文首先对模型结构配重不足的情况下,原型和模型在弹性阶段的动力相似关系进行了推导,并且通过模型数值分析了重力失真效应对结构动力反应的影响,证明了相似关系仅适用于在地震作用下引起的结构反应如位移反应、加速度反应以及地震作用引起的构件内力的相似,但是构件在地震和静力荷载共同作用下的内力反应并不相似。指出了改变了模型配重和输入加速度放大倍数,而不改变模型构件配筋,会引起结构构件抗力失真的现象。本文建立相关数值模型,对于钢筋混凝土结构强度模型的构件配筋相似关系进行了理论推导。采用平面结构弹塑性地震响应分析软件NDAS2D,分析了同等加速度作用下不同配重模型间、满配重模型与原型结构间,不同加速度峰值下满配重模型与原型结构间在结构产生同等破坏状态和相似抗力时的构件配筋对比关系。通过弹塑性计算分析,钢筋混凝土模型结构的配筋值与输入地震波加速度峰值,以及模型结构的配重情况等存在着很重要的关系,为使模型能够正确的反映原型结构的破坏状态,必须根据模型的配重和输入的加速度放大倍数对模型构件的配筋进行相应调整,总结出模型构件配筋的相似关系,为钢筋混凝土结构振动台模型的设计工作提供了一些参考和帮助。

关键词：振动台模型试验重力失真相似率强度模型加速度放大配重不足配筋相似关系

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满配重与欠配重模型振动台试验技术研究

满配重与欠配重模型振动台试验技术研究

作者：齐娟中国建筑科学研究院

学位级别：硕士

振动台试验模型大多采用缩尺的欠质量模型,通过放大加速度峰值来满足地震作用的相似关系,但往往由于附加质量的不足使结构竖向压应力不足,结构竖向构件混凝土较早开裂、结构刚度较早退化、结构破坏模式改变等不利影响,产生重力失真,使... 详细信息

振动台试验模型大多采用缩尺的欠质量模型,通过放大加速度峰值来满足地震作用的相似关系,但往往由于附加质量的不足使结构竖向压应力不足,结构竖向构件混凝土较早开裂、结构刚度较早退化、结构破坏模式改变等不利影响,产生重力失真,使模型结构不能真实地反映原型结构的破坏过程。本文从振动台试验着手,旨在改进现有的动力相似关系和模型构件等强设计,解决地震模拟振动台试验中,考虑重力失真条件下的模拟地震试验技术。为了消除重力失真这一不利影响,本文设计制作两个完全相同的模型进行振动台试验,其中一个模型满配重,不放大加速度峰值,另一个模型欠配重,加速度峰值放大3倍,观察研究两模型破坏过程及破坏状态的差异。通过试验发现两模型的破坏过程及破坏状态截然不同,即重力失真造成的影响不容忽视。用ANSYS软件对两模型进行有限元数值模拟分析,发现两模型在加速度峰值相差3倍的前提下,由静力和地震作用共同引起的构件内力不相似,但两模型在加速度峰值相同的前提下,由静力和地震作用共同引起的满配重模型构件的内力是欠配重模型构件内力的3倍,所以本文通过总结轴力比、钢筋强度、钢筋面积、混凝土弹性模量等因素的变化与构件极限承载力变化的规律,分2种情况举例说明模型构件的设计方法,使满配重模型与欠配重模型在同等加速度峰值下的破坏状态相似。

关键词：多层振动台试验重力失真模型设计加速度放大有限元数值模拟分析构件内力构件极限承载力

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浅谈振动台试验中欠配重模型设计方法

浅谈振动台试验中欠配重模型设计方法