振动台模型试验地完整.docx

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振动台模型试验地完整

国家自然科学基金重点项目资助〔No.50338040,50025821〕

同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室研究报告〔A20030609-405〕

12层钢筋混凝土标准框架

振动台模型试验的完整数据

BenchmarkTestofa12-storyReinforced

ConcreteFrameModelonShakingTable

报告吕西林李培振陈跃庆

同济大学

土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室

2004年1月

1试验概况1

2试验设计1

3试验现象9

4试验数据文件12

4.1AutoCAD文件12

12层钢筋混凝土框架结构

振动台模型试验

1试验概况

试验编号：

S10H

模型比：

1/10

模型描述：

单跨12层钢筋混凝土框架结构

激励波形：

ElCentro波、Kobe波、某某人工波、某某基岩波

工况数：

62

试验地点：

同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室

2试验设计

2.1试验装置

地震模拟振动台主要性能参数：

×

最大承载模型重25t

振动方向X、Y、Z三向六自由度

频率X围0.1Hz～50Hz

2.2模型的相似设计

表1中列出了模型各物理量的相似关系式和相似系数。

2.3模型的设计与制作

模型比为1/10，梁、柱、板的尺寸由实际高层框架结构的尺寸按相似关系折算。

原型和模型概况见表2，模型尺寸和配筋图见图1。

模型材料采用微粒混凝土和镀锌铁丝。

微粒混凝土是一种模型混凝土，它以较大粒径的砂砾为粗骨料，以较小粒径的砂砾为细骨料。

微粒混凝土的施工方法、振捣方式、养护条件以与材料性能都与普通混凝土十分相似，在动力特性上与原型混凝土有良好的相似关系，而且通过调整配合比，可满足降低弹性模量的要求。

考虑计入隔墙、楼面装修的重量和50％活载，在板上配质量块配重。

在标准层上布置每层19.4kg配重，在屋面层上布置19.7kg配重。

表1　试验模型的动力相似关系

物理量

关系式

1/10模型

备注

材

料

特

性

应变ε

应力σ

弹模E

泊松比μ

密度ρ

1

1

1

模型设计控制

模型设计控制

几

何

特

性

长度l

面积S

线位移X

角位移β

1/10

1/100

1/10

1

模型设计控制

荷

载

集中力P

面荷载q

1/387

动

力

特

性

质量m

刚度k

时间t

频率f

阻尼c

速度v

加速度a

1/1000

动力荷载控制

动力荷载控制

动力荷载控制

表2原型和模型概况

项目

原型

1/10模型

层数

H/B

层高

总高

平面尺寸

梁截面

柱截面

楼板厚度

材料

12

6

3m

36m

6m×6m

300mm×600mm

500mm×600mm

120mm

C30砼

12

6

×

30mm×60mm

50mm×60mm

12mm

微粒砼

2.4材料性能指标

在浇筑模型的同时预留了试样，混凝土材性试验结果见表3，钢筋材性试验结果见表4。

表3混凝土材性试验结果

类别

试样组号

浇筑日期

立方体强度（MPa）

弹性模量（MPa）

弹模均值（MPa）

微

粒

混

凝

土

0F

×103

1F/2F

3F/4F

5F/6F

7F/8F

9F/10F

11F/12F

7.969

5.735

7.402

7.669

7.202

8.202

×103

×103

×103

×103

×103

×103

×103

注：

××70.7mm；

〔2〕弹性模量试件尺寸为100mm×100mm×300mm；

〔3〕试样组号0F对应浇筑模型底座的微粒混凝土，不计入弹性模量平均值；

〔4〕混凝土材性试验日期为2003年6月2日。

表4钢筋的材性试验结果

名称

型号

直径

（mm）

面积

（mm2）

屈服强度

〔MPa〕

极限强度

〔MPa〕

铁丝

20＃

18＃

14＃

327

347

391

397

420

560

2.5测点布置

试验中采用加速度计、应变传感器量测模型结构的动力响应。

加速度计的方向有X、Y、Z三个方向。

试验测点布置见图2。

测点传感器接线对应表见表5。

2.6加速度输入波

试验选用地震波形有ElCentro波、Kobe波、某某人工波与某某基岩波，试验中的某些工况同时输入X、Y双向或X、Y、Z三向ElCentro波或Kobe波。

图3～图6分别为ElCentro波、Kobe波、某某人工波和某某基岩波的加速度时程曲线与傅氏谱。

ElCentro波是1940年5月18日美国IMPERIAL山谷地震〔M7.1〕在ElCentro台站记录的加速度时程，它是广泛应用于结构试验与地震反响分析的经典地震记录。

其主要强震局部持续时间为26秒左右，记录全部波形长为54秒，原始记录离散加速度时间间隔为0.02秒，N-S分量、E-W分量和U-D分量加速度峰值分别为341.7gal、210.1gal和206.3gal。

表5S10H测点传感器接线对应表

序号

位置

方向

测点号

通道号

备注

1

根底顶面

X

A1

8

2

2F

X

A2

7

3

4F

X

A3

6

4

6F

X

A4

5

5

8F

X

A5

4

6

10F

X

A6

3

7

12F

X

A7

1

8

根底顶面平面外

X

A8

27

9

6F平面外

X

A9

26

10

12F平面外

X

A10

25

11

根底顶面平面外

Y

AY1

15

12

2F平面外

Y

AY2

14

13

4F平面外

Y

AY3

13

14

6F平面外

Y

AY4

12

15

8F平面外

Y

AY5

11

16

10F平面外

Y

AY6

10

17

12F平面外

Y

AY7

9

18

根底顶面

Z

R1

24

19

根底顶面

Z

R2

23

20

2F

Z

AZ2

22

21

4F

Z

AZ3

21

22

6F

Z

AZ4

19

23

8F

Z

AZ5

18

24

10F

Z

AZ6

17

25

12F

Z

AZ7

16

26

柱底应变

E11

49

西外

27

柱底应变

E12

50

西内

28

柱底应变

E13

52

东内

29

柱底应变

E14

53

东外

30

柱底应变

E15

54

北外

31

柱底应变

E16

55

北内

32

柱底应变

E17

56

南内

33

柱底应变

E18

58

南外

试验中选用N-S分量作为X向输入。

其时程曲线和傅氏谱如图3所示〔图中峰值缩比为0.1g〕。

Kobe波是1995年1月17日日本阪神地震〔M7.2〕中，神户海洋气象台在震中附近的加速度时程记录。

这次地震是典型的城市直下型地震，记录所在的神户海洋气象台的震中距为0.4km。

主要强震局部的持续时间为7秒左右，记录全部波形长约40秒，原始记录离散加速度时间间隔为0.02秒，N-S分量、E-W分量和U-D分量加速度峰值分别为818.02gal、617.29gal和332.24gal。

试验中选用N-S分量作为X向输入。

其时程曲线和傅氏谱如图4所示〔图中峰值缩比为0.1g〕。

某某人工波〔Shw2〕的主要强震局部持续时间为50秒左右，全部波形长为78秒，加速度波形离散时间间隔为0.02秒。

其时程曲线和傅氏谱如图5所示〔图中峰值缩比为0.1g〕。

某某基岩波〔Shj〕的主要强震局部持续时间为30秒左右，全部波形长为64秒，加速度波形离散时间间隔为0.02秒。

其时程曲线和傅氏谱如图6所示〔图中峰值缩比为0.1g〕。

2.7试验加载制度

试验中，台面输入加速度峰值按小量级分级递增，按相似关系调整加速度峰值和时间间隔。

加载制度见表6。

每次改变加速度输入大小时都输入小振幅的白噪声激励，观察模型系统动力特性的变化。

3试验现象

试验时安装在振动台上的模型如图5所示。

试验中，在前7个工况下〔相当于原型体系承受七度多遇地震〕，在S10H结构上没有发现任何裂缝。

在第9工况SH2后〔相当于原型体系承受七度地震〕，在4层平行于X振动方向的框架梁的梁端首先出现细微的自上而下和自下而上开展的垂直裂缝，缝宽小于0.05mm。

在第16工况后，平行于X振动方向的4～6层框架梁的梁端均有垂直裂缝，缝宽约0.08mm，各柱中未观察到裂缝；平行于Y振动方向的框架梁柱中也未发现裂缝。

在第18工况SH3后，平行于X振动方向的3～6层框架梁的梁端垂直裂缝贯穿，最大缝宽在第4层处，约0.15mm。

在第21工况双向EY3后，平行于Y振动方向的框架中，于第4～6层梁的梁端先出现垂直裂缝，缝宽约0.08mm。

之后，随着输入激励加大，梁端裂缝增大，开裂的梁的位置向上层、向下层开展。

经62个工况后，北侧和南侧的平行于X振动方向的框架上，1～10层的梁端或柱端均有裂缝，其中2～8层梁端裂缝贯穿，3～6层最严重，拉出或压碎，缝宽达4mm，形成塑性铰；西侧和东侧的平行于Y振动方向的框架上，1～9层的梁端或柱端均有裂缝，其中3～6层最严重，梁柱节点裂通甚至拉出或压碎，缝宽达3mm，形成塑性铰。

在最上部2～3层根本没有裂缝。

试验完毕时，模型已成为不稳定的机动结构。

试验后S10H框架结构的裂缝图如图6所示。

表6S10H试验加载制度

序号

工况代号

原型

1/10模型

备注

X向

Y向

Z向

X向

Y向

Z向

1

1WN

－

－

－

2、3、4、5

EL1、SH1、KB1、SJ1

－

－

0.090

－

－

七度多遇

6、7

EY1、KY1

0.030

－

0.090

0.077

－

七度多遇

7+

7+WN

－

－

－

8、9、10、11

EL2、SH2、KB2、SJ2

－

－

0.258

－

－

七度

12、13

EY2、KY2

0.085

－

0.258

0.220

－

七度

14、15

EZ2、KZ2

0.085

0.258

0.220

0.129

七度

16

16WN

－

－

－

17、18、19、20

EL3、SH3、KB3、SJ3

－

－

0.388

－

－

21、22

EY3、KY3

0.128

－

0.388

0.329

－

23、24

EZ3、KZ3

0.128

0.388

0.329

0.194

25

25WN

－

－

－

26、27、28、29

EL4、SH4、KB4、SJ4

－

－

0.517

－

－

八度

30、31

EY4、KY4

－

0.517

0.439

－

八度

32、33

EZ4、KZ4

0.517

0.439

0.258

八度

34

34WN

－

－

－

35、36、37、38

EL5、SH5、KB5、SJ5

－

－

0.646

－

－

39、40

EY5、KY5

0.213

－

0.646

0.549

－

41、42

EZ5、KZ5

0.213

0.646

0.549

0.323

43

43WN

－

－

－

44、45、46、47

EL6、SH6、KB6、SJ6

－

－

0.775

－

－

48、49

EY6、KY6

0.255

－

0.775

0.659

－

50、51

EZ6、KZ6

0.255

0.775

0.659

0.388

52

52WN

－

－

－

53、54、55、56

EL7、SH7、KB7、SJ7

－

－

0.904

－

－

57、58

EY7、KY7

0.298

－

0.904

0.769

－

59、60

EZ7、KZ7

0.298

0.904

0.769

0.452

61

61WN

－

－

－

注：

EL——ElCentro波〔X单向〕；EY——ElCentro波〔X、Y双向〕；EZ——ElCentro波〔X、Y、Z三向〕；

KB——Kobe波〔X单向〕；KY——Kobe波〔X、Y双向〕；KZ——Kobe波〔X、Y、Z三向〕；

SH——某某人工波〔X单向〕；SJ——某某基岩波〔X单向〕；X∶Y∶Z＝1∶∶

北侧西侧南侧东侧

图8S10H试验后框架结构裂缝图

4试验数据文件

4.1AutoCAD文件

4.2输入地震波数据文件

时间间隔：

0.00392秒

4.3测点记录数据文件

文件名格式：

示例：

时间间隔：

0.00392秒

4.4传递函数数据文件

文件名格式：