振动台模型试验地完整.docx

1、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A20030609-40512层钢筋混凝土标准框架振动台模型试验的完整数据Benchmark Test of a 12-story Reinforced Concrete Frame Model on Shaking Table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12 试验设计13 试验现象94 试验数据文件124.1 AutoCAD文件1212层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验1

2、 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： El Centro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 0.1Hz50Hz2.2 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

3、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19.4 kg配重，在屋面层上布置19.7 kg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 注材料特性应变应力弹模E泊松比密度111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1/101/1001/101模型设计控制荷

4、载集中力P面荷载q1/387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a1/1000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1263m36m6m6m300mm600mm500mm600mm120mmC30砼12630mm60mm50mm60mm12mm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0F1031F/2F3F/4F5

5、F/6F7F/8F9F/10F11F/12F7.969 5.735 7.402 7.669 7.202 8.202 103103103103103103103注： 70.7mm； 2弹性模量试件尺寸为100 mm100 mm300mm； 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2018143273473913974205602.5 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

6、。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El Centro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El Centro波或Kobe波。图3图6分别为El Centro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。El Centro波是1940年5月18日美国IMPERIAL山谷地震M7.1在El Centro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

7、-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5 S10H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XA1822FXA2734FXA3646FXA4558FXA54610FXA63712FXA718根底顶面平面外XA82796F平面外XA9261012F平面外XA102511根底顶面平面外YAY115122F平面外YAY214134F平面外YAY313146F平面外YAY412158F平面外YAY5111610F平面外YAY6101712F平面外YAY7918根底顶面ZR12419根底顶面ZR223 202FZAZ22

8、2 214FZAZ321 226FZAZ419 238FZAZ518 2410FZAZ617 2512FZAZ71626柱底应变E1149西外27柱底应变E1250西内28柱底应变E1352东内29柱底应变E1453东外30柱底应变E1554北外31柱底应变E1655北内32柱底应变E1756南内33柱底应变E1858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

9、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

10、。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46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

11、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36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46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，110层的梁端或柱端均有裂缝，其中28层梁端裂缝贯穿，36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，19层的梁端或柱端均有裂缝，其中36层最严重，梁柱节点裂通甚至拉出或压碎，缝宽达3

12、mm，形成塑性铰。在最上部23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6 S10H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11WN2、3、4、5EL1、SH1、KB1、SJ10.090 七度多遇6、7EY1、KY10.030 0.090 0.077 七度多遇7+7+WN8、9、10、11EL2、SH2、KB2、SJ20.258 七度12、13EY2、KY20.085 0.258 0.220 七度14、15EZ2、KZ20.085 0.258 0.220 0.129 七度1616WN17、18、19、20E

13、L3、SH3、KB3、SJ30.388 21、22EY3、KY30.128 0.388 0.329 23、24EZ3、KZ30.128 0.388 0.329 0.194 2525WN26、27、28、29EL4、SH4、KB4、SJ40.517 八度30、31EY4、KY40.517 0.439 八度32、33EZ4、KZ40.517 0.439 0.258 八度3434WN35、36、37、38EL5、SH5、KB5、SJ50.646 39、40EY5、KY50.213 0.646 0.549 41、42EZ5、KZ50.213 0.646 0.549 0.323 4343WN44、45、

14、46、47EL6、SH6、KB6、SJ60.775 48、49EY6、KY60.255 0.775 0.659 50、51EZ6、KZ60.255 0.775 0.659 0.388 5252WN53、54、55、56EL7、SH7、KB7、SJ70.904 57、58EY7、KY70.298 0.904 0.769 59、60EZ7、KZ70.298 0.904 0.769 0.452 6161WN注：ELEl Centro波X单向； EYEl Centro波X、Y双向； EZEl Centro波X、Y、Z三向； KBKobe波X单向； KYKobe波X、Y双向； KZKobe波X、Y、Z三向； SH某某人工波X单向； SJ某某基岩波X单向； XYZ1北侧 西侧 南侧 东侧图8 S10H试验后框架结构裂缝图4 试验数据文件4.1 AutoCAD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：