单层钢框架抗震减震振动台实验Word文件下载.docx
- 文档编号:20834386
- 上传时间:2023-01-25
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:66.02KB
单层钢框架抗震减震振动台实验Word文件下载.docx
《单层钢框架抗震减震振动台实验Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单层钢框架抗震减震振动台实验Word文件下载.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1.试验方案
1.1工程概况
单层框架尺寸为6MX9.8MX3.3米。
图1钢框架示意图
2.模拟方案
2.1模拟方案选择
动力试验用的结构模型必须根据相似律进行设计,模型动力相似律的建立以
结构运动方程为基础,选择若干主要控制参数作为模拟控制的对象,依据
Buckingham的n定理,经无量纲分析导出控制参数的无量纲积,据此确定各控制参数的相似比率。
结构动力试验的相似模型大致分为四种:
(1)弹塑性模型理论上可以重现结构反应的时间过程,使模型和原型的
应力分布一致,并可模拟结构的破坏。
由于要严格考虑重力加速度对应力反应的
影响,必须满足sa=s=i(s=模型加速度/原型加速度,sg为重力加速度相似系数,各相似系数之间的关系见表1),即模型加速度反应与原型加速度反应一致,这一要求大大限制模型材料的选择。
因为在缩尺模型中,几何比(S)很小,在
Sa=Sg=啲条件下,要满足Sa=S/SSF,即S=S/Sp必须使模型材料的弹模很小或材料密度很大,弹模小导致模型浇筑困难,容易损坏;
密度大则要求在模型材料中加入大量铅粉之类容重大的掺合物。
这对大型建筑动力试验模型是难以办到的。
即使弹模或密度满足了相似条件,材料的其他性质如泊松比和阻尼等也难以满足相似关系,所以全相似模型只是一种理想化的模型,在实际工程中很难采用。
(2)用人工质量模拟的弹塑性模型使用原型材料或其他替代材料制作时,SE自然等于1或接近于1,若要满足Sa=Sg=1的条件,材料密度需要加大,故采用人工质量。
人工质量可以产生适当的重力效应和惯性作用,但不影响结构的刚度、强度和阻尼特性。
人工质量若布置得当,可以模拟几何非线性。
因此人工质量模型在地震模拟试验中获得广泛应用,但对于大型建筑物,模型几何比
(S)很小,人工质量将大大超过模型本身的质量,而模型各层空间有限,国内外的绝大多数振动台设备承载能力均难以满足这一要求。
因而在模型设计中常加以改进。
(3)忽略重力效应的弹性模型放弃Sa=Sg=1的条件,忽略重力效应,会
使模型反应失真。
在一般情况下,重力引起的结构效应与水平地震作用效应相比是较为次要的,特别是在结构反应处于小变形阶段不发生明显几何非线性的情况下,忽略重力效应不会造成大的误差。
由于忽略重力效应的模型中相似比Sa>
1,
即振动台要有较大的出力,而模型的频率则较高,加载和量测设备要在高频状态下工作。
这种模型对研究弹性状态下的性能比较合适,但本项试验要求模拟结构在7度大震作用下的反应,结构有可能进入非弹性阶段并产生较大位移。
因此不宜采用忽略重力效应的模型。
(4)混合相似模型使用微粒混凝土材料,采用一定的人工质量尽量减少忽略重力效应的影响。
微粒混凝土材料的弹模较原型材料小,而泊松比和阻尼等特性与原型材料相近。
3、模拟方案确定本试验选用混合相似模型的设计方案是较为理想的。
由前述分析可知,结构模型振动台试验的相似关系是根据运动基本方程建立的,相似关系应满足质点运动平衡方程式相似、边界条件相似和运动初始条件相似。
相似关系可采用量纲分析法求得。
对于结构的地震反应问题,可表述为如下函数关系:
-=f(l,E,'
t,u,v,a,g,•)
式中:
二为结构反应应力,I为结构构件尺寸,E为构件的弹性模量,'
为构件的质量密度,t为时间,u为结构反应变位,v为结构反应速度,a为结构反应加速度,g为重力加速度,•,为结构自振圆频率。
取I,E,a三者为基本量,其余各量均可以此为基础按照量纲分析的原理表示为I,E,a的幕次单项式。
定义A在原型结构中的数值为Ay,在模型中的数值为Am,那么在模型设计中量A的相似比为Sa=Am/Ay。
若使模型试验能模拟原型结构的地震反应,各量的相似比必须满足表1-1中的公式条件。
一般情况下,振动台试验是模型试验,要做到所有物理量完全相似是十分困
难的,甚至是不可能的。
因此在实际试验中只能要求保证主要的物理量相似,不
能要求所有的物理量都严格相似。
根据表1-1(模型/原形=1/5.45原型的相似关系,根据振动台的承载能力,同时估算模型重量后,对模型配重进行初步验算。
其中弹性模量的相似关系需根据模型材料试块的测试结果加以调整。
表1-1模型与原型的相似关系(几何比:
模型/原型=1/5.45)
相似系数
符号
公式
比值(模型/原型)
尺寸
S
模型I/原型1
1/5.45
弹性模量
Se
模型E/原型E
1/1
加速度
Sa
Sa=SeS/Sm
5.45
质量
备
模型m/原型m
1/161.88
时间
St
S収
频率
Sf
Sf=1/St
速度
Sv
S/=JS|Sa
1
位移
Su
SU=SI
应力
S亦
Sb=SE
应变
S名
S"
刚度
Sk
Sk=SmSa/S|
阻尼
Sc
Sc=SmJSa/S|
4•模型尺寸
钢框架模型尺寸为
图2.框架整体图
注:
1.柱的位置必须严格按照图尺寸制作,否则固定不上
2.
柱上有三个螺栓孔,与下图两种支座结合使用,螺栓采用?
?
,螺栓空稍大螺
栓。
图3固定端支座示意图(固定端支座一共4个)
1•螺栓孔位置必须与柱螺栓孔对应,以便固定
2.固定端下侧与振动台链接,孔的直径30mm
-C
图4滚动隔震支座示意图(滚动支座一共4个)
2.下侧与振动台链接,孔的直径30mm
上圈梁埋件
100mm
图5滚动支座尺寸图
5.测点布置
测点的布置主要考虑测试模型的动力特性、结构的地震反应以及关键部位的受力情况和弹塑性变形情况。
因此,需要在适当部位布设加速度传感器、位移传感器及应变片。
5.1测点布置原则
1)模型动力特性的测试
由于在振型分析中只需加速度数据,在测点布置上可仅布置加速度传感器。
测点主要分布在结构模型两个水平主振型方向上,中间点(A点)主要用于单方向主振型的测试,外围点(F点)主要用于空间扭转振型的测试。
2)模型结构地震反应的测试
为了解结构模型在单个方向上的地震反应情况,加速度传感器和位移传感器沿结构的三个方向布置。
在A点布置加速度传感器及位移传感器。
同时为了考虑结构的扭转效应,在F点布置位移传感器。
加速度传感器及位移传感器沿结构高度布置,测点的竖向分布间距以反映结构模型的整体情况为原则。
3)应变测点的布置
应变测点布置在重点观测的柱、梁的杆件上,具体布置根据计算结果,并与设计方商讨确定,监测重点部位的受力情况和弹塑性变形情况。
5.2测点布置方案
模型测点布置根据试验测试项目来进行,在每根钢柱的柱顶、柱底以及靠近柱顶柱底各1/4处和梁端布置应变片,以测量钢梁与柱截面的应变。
结构测点的平面及竖向布置图见图。
模态测试及地震反应测试用加速度传感器测点布置方案见,共有个通道。
应变测点布置在结构复杂连接、转换桁架、主要受力构件、以及防屈曲支撑构件等处。
具体布置方案将根据计算结果与设计方商讨后确定。
四、试验内容
1、钢框架结构动力特性测定
本试验采用两种方法测定钢框架的动力特性。
1)自由振动法:
对钢框架模型施加一个初始位移,突然卸载;
或对钢框架
模型施加一个冲击荷载(用榔头敲击钢框架顶层),利用结构的弹性使其自由振动起来。
通过采集记录的自由振动曲线,进行频谱分析你后,可以求出结构的基本频率和阻尼比z。
2)脉动法:
通过采集钢框架模型由于外界环境脉动而产生的微幅振动波形,经过频谱分析,可以得出其动力特性。
表1结构固有频率、阻尼系数
方法7-^
1阶
2阶
3阶
z
自由振动法
脉动法:
242钢框架模型结构动力反应的测定
测定钢框架结构模式在不同荷载作用下顶层位移、楼面加速度、柱角动应变
等,并将结果对比。
表不同荷载作用下结构的动力反应
输入信号正
弦波
动应变
W1
(mm)
W2
A1
(m/s2)
A2
A3
A4
A5
B1
(u£
)
B2
hz
幅值
mm
243滚动隔震减震实验
在框架的底部安装滚动隔震,测试结构在不同荷载作用下楼面位移,各处加
速度和柱角动应变,并将结果进行对比
隔震
非隔
震
减震
率(%)
非隔震
减震率
(%)
(U£
(%)
频率hz
幅值mm
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单层 框架 抗震 减震 振动 实验