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高层隔震钢结构办公楼原位动力试验研究

高层隔震钢结构办公楼原位动力试验研究

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作者：何英淼中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

结构原位动力试验是检验结构真实动力特性的最有效手段之一。但由于加载设备以及加载环境的限制，原位动力加载试验的实现通常具有很大的难度。近年来，随着加载技术和计算技术的进步，以及对于结构分析模型精度的要求越来越高，越来越... 详细信息

结构原位动力试验是检验结构真实动力特性的最有效手段之一。但由于加载设备以及加载环境的限制，原位动力加载试验的实现通常具有很大的难度。近年来，随着加载技术和计算技术的进步，以及对于结构分析模型精度的要求越来越高，越来越多的研究开始求诸于结构原位动力试验。本文作者所在研究小组成功实施了一栋15层（51.3米高）隔震钢结构大楼的原位动力试验。为隔震结构动力特性及其地震反应性态研究提供了宝贵的原位动力试验数据。本文主要完成了以下工作：1.概述了国内外隔震结构发展和原位动力试验研究现状。本文在阅读大量相关文献的基础上，介绍了国内外隔震结构发展史、结构原位动力试验特点以及近年来国内外隔震结构原位动力试验研究状况;介绍了近年来钢结构隔震技术发展趋势，指出了钢结构采用隔震技术的优缺点。2.设计、实施了云南省设计院隔震钢结构大楼原位动力试验。概括介绍了试验目的、实验对象的结构设计细节信息，对测量方案、加载方案以及加载工况进行了详细阐述和介绍。3.综合分析了原位动力试验71种工况的实测数据。试验共完成71种工况加载测试，包括环境振动、自由衰减振动、类共振强迫振动、位移控制的一维地震动激励。获得了各工况加载条件下结构的加速度和位移反应;综合分析了结构自振频率、隔震层等效刚度、隔震结构阻尼比、结构各层相对位移、层间位移、绝对加速度反应。实测结果表明设计阶段对于隔震层弹性变形能力的估计偏低。4.对比分析了有限元数值模拟分析结果和试验实测结果。建立了实验对象的有限元分析模型，阐述了隔震钢结构建模的关键问题;通过有限元数值模拟结果和实测结果的对比分析，验证了有限元模型的准确性;通过隔震和对应非隔震结果的对比分析，阐释了隔震结构的优点;通过本文基于实测结果所建立的有限元数值模拟结果与设计阶段所采用的ETABS计算结果对比分析，验证了设计阶段分析模型的合理性;与实测隔震层刚度对比分析，解释了设计对于上部结构层间剪力计算值偏低的原因。

关键词：原位动力试验隔震钢结构自由衰减强迫振动地震波激励有限元模拟

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玻璃幕墙和填充墙对高层隔震钢框架结构动力性能的影响

玻璃幕墙和填充墙对高层隔震钢框架结构动力性能的影响

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作者：田敬博中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

国内外破坏性地震震害表明，围护墙/隔墙、吊顶、管道、设备、家具等建筑非结构系统的破坏带来的损失可达地震总损失的79%，不仅对居住者的生命财产构成威胁，更可引发燃气泄露、火灾等次生灾害，给地震现场应急搜救带来障碍，使主体结... 详细信息

国内外破坏性地震震害表明，围护墙/隔墙、吊顶、管道、设备、家具等建筑非结构系统的破坏带来的损失可达地震总损失的79%，不仅对居住者的生命财产构成威胁，更可引发燃气泄露、火灾等次生灾害，给地震现场应急搜救带来障碍，使主体结构仍然完好的大量建筑物因建筑非结构系统的破坏而失去使用功能，变成“站立的废墟”、“危房”，医院失去医疗救灾功能，通讯中心、政府等失去应急指挥办公场所功能，企业停产、商业停止运营，造成巨大经济损失的同时，带来比结构破坏更为严重的不良社会影响。2011年发生的在日本9.0级地震海啸中作为非结构系统之一的核反应堆应急冷却装备失效引发的全球核危机，足以警示建筑非结构系统抗震问题的重要性和问题需要解决的急迫性。因此，开展建筑非结构系统抗震问题的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。围绕这一主题，本文主要开展了以下研究：系统地分析整理了关于建筑非结构系统抗震问题的国内外研究现状，对比分析了中国、美国、日本这三个代表着国际地震工程研究先进水平的国家关于非结构系统抗震设计相关规范的应用现状及发展水平，讨论了我国规范对于非结构系统抗震设计及分析研究存在的不足和亟需解决的问题。玻璃幕墙和填充墙作为实现建筑使用功能不可或缺的两种非结构构件，现行相关规范对于如何考虑其与结构的相互作用及其后果仅给出了原则性规定。本文在国内外研究成果的基础上，提出了如何在SAP2000有限元分析模型中简化模拟玻璃幕墙、半刚性填充墙以及柔性填充墙的实现方法。以云南省设计院15层隔震钢结构大楼的原位动力试验数据为依据，利用SAP2000有限元分析软件，分别建立设计中通常采用的仅考虑非结构构件质量贡献的纯梁柱框架钢结构模型、钢结构带玻璃幕墙模型、钢结构带填充墙模型以及幕墙和填充墙同时考虑等四个可对比模型，分别模拟分析原位试验各工况下实际结构的加速度和位移反应，并与试验数据进行对比分析，给出了这四种模型分别考虑玻璃幕墙、填充墙以及二者同时考虑时对结构振动特性、整体反应以及局部构件内力的影响规律及差别。通过与试验结果进行对比分析，验证了本文所提出的在钢结构模型中增加玻璃幕墙、填充墙单元模拟方法的合理性和可靠性。给出了在钢结构设计分析中分别考虑玻璃幕墙、半刚性填充墙以及柔性填充墙的建议方法。

关键词：非结构系统隔震钢结构原位动力试验玻璃幕墙填充墙有限元分析

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无砟轨道硅藻土路堑防排水基床结构现场动力试验

无砟轨道硅藻土路堑防排水基床结构现场动力试验

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作者：郭惠芹西南交通大学

学位级别：硕士

硅藻岩（土）是一种孔隙率高、压缩系数大、结构性强、灵敏度高的特殊土,当受到外部扰动或是处于干湿循环状态下时,硅藻土极易崩解或软化,使得其力学性质严重下降。对于硅藻土地区无砟轨道路基来说,尤其是多雨地区硅藻土路基,如果雨水... 详细信息

硅藻岩（土）是一种孔隙率高、压缩系数大、结构性强、灵敏度高的特殊土,当受到外部扰动或是处于干湿循环状态下时,硅藻土极易崩解或软化,使得其力学性质严重下降。对于硅藻土地区无砟轨道路基来说,尤其是多雨地区硅藻土路基,如果雨水渗入地基则会导致硅藻土遇水软化,地基土在上部结构物自重和列车动荷载循环作用下沉陷,进而使轨道结构的平顺性发生改变,严重影响高速铁路的安全运营。因此,为保证硅藻土地基不受雨水的侵扰,本文对无砟轨道硅藻土路堑防排水基床进行了系统研究研究,主要工作如下:1.系统研究了无砟轨道路堑基床防排水技术并作了详细介绍:介绍了防排水基床的结构形式,防排水结构层为中粗砂夹铺毛细防排水板的形式;介绍了施工材料,包括毛细防排水板、AB组填料及级配碎石;对防排水基床的施工工艺、注意事项和检测验收进行了详细的叙述。2.结合课题要求及研究内容,选取典型防排水基床断面与传统基床断面,设计了浸水试验与原位动力试验,对试验的研究内容、试验设备、传感器埋设、试验加载参数与加载工况、数据采集等进行了详细地介绍。3.对防排水基床和传统基床开展了浸水试验和原位动力试验。原位动力试验在不同服役状态（天然和浸水）下进行,每种状态下激振200万次,其中,传统基床仅在浸水状态下进行。通过试验得到了防排水基床在不同服役状态下动应力、加速度、速度的长期变化规律、沿深度和路基横断面方向的衰减规律以及浸水前后基床内部不同位置处土壤湿度的变化,由试验结果可知经过400万次的加载后防排水基床长期稳定性良好且毛细防排水板结构层具有良好的防排水效果和耐久性。4.利用ABAQUS软件建立了防排水基床和传统基床三维有限元动力分析模型,获取了基床结构动应力与速度沿深度方向及横断面方向的数值计算结果,并与现场实测值进行对比,结果表明:数值计算结果大于实测值,两者的衰减规律一致。5.对防排水基床结构的基床表层进行了优化设计。40cm厚的基床表层级配碎石层优化为37cm级配碎石+3cm聚氨酯掺量为8%的致密型聚氨酯碎石层,提高了基床表层的防排水性能,并对其动力特性及防排水性能进行了研究,结果表明:增设致密型聚氨酯碎石层后的基床表层结构具良好的稳定性及防排水效果。

关键词：无砟轨道防排水基床原位动力试验动态响应基床优化设计

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