结构－地基动力相互作用体系的振动台试验研究.doc

1、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Benchmark Test of a 12-story Reinforced Concrete Frame Model on Shaking Table报告编制：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 月目 录1 试验概况 .12 试验设计 .12.1 试验装置 .12.2 模型的相似设计 .12.3 模型的设计与制作 .12.4 材

2、料性能指标 .42.5 测点布置 .42.6 加速度输入波 .52.7 试验加载制度 .93 试验现象 .94 试验数据文件 .124.1 AutoCAD 文件 .124.2 输入地震波数据文件 .124.3 测点记录数据文件 .124.4 传递函数数据文件 .12同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室 12 层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验112 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： El Centro 波、Kobe 波、上海人工波、上海基岩波工 况 数： 62试验日期： 20

3、03.6.16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：台面尺寸 4.0m4.0m最大承载模型重 25t振动方向 X、Y、Z 三向六自由度台面最大加速度 X 向 1.2g；Y 向 0.8g；Z 向 0.7g频率范围 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

4、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、养护条件以及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。在标准层上布置同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室 12 层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验2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 SSE0.1.11/3.8701/3.87011

5、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 0.12SlXl 1/101/1001/101模型设计控制荷载集中力 P面荷载 q EqlP21/3871/3.870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 a22/13/tlavtmcfktlmSS1/10001/38.70.19675.0830.005080.5082.584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12

6、60.3m3.6m0.6m0.6m30mm60mm50mm60mm12mm微粒砼同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室 12 层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验3根根根根根图 1 模型尺寸和配筋图同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室 12 层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验42.4 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)0F 2003.3.26 9.216 10.167103微粒混凝土1F/2F3F/4F5F/6

7、F7F/8F9F/10F11F/12F2003.3.302003.4.32003.4.52003.4.102003.4.142003.4.217.969 5.735 7.402 7.669 7.202 8.202 8.4901037.0621037.6491037.9171037.3221038.0651037.751103注： （1）立方体抗压强度试件尺寸为 70.7mm70.7mm70.7mm；（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

8、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2018140.901.202.110.631.133.503273473913974205602.5 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。同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室 12 层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验52.6 加速度输入波试验选用地震波形有 El Centro 波、Kobe 波、上海人工波及上海基岩波，试验中的某些工况同时输入 X、Y 双向或

9、 X、Y、Z 三向 El Centro 波或 Kobe 波。图 3图 6 分别为 El Centro 波、Kobe 波、上海人工波和上海基岩波的加速度时程曲线及傅氏谱。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及地震反应分析的经典地震记录。其主要强震部分持续时间为 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 和图 2 试验测点布置图同济

10、大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室 12 层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验6206.3gal。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 基础顶面 X A1 82 2F X A2 73 4F X A3 64 6F X A4 55 8F X A5 46 10F X A6 37 12F X A7 18 基础顶面平面外 X A8 279 6F 平面外 X A9 2610 12F 平面外 X A10 2511 基础顶面平面外 Y AY1 1512 2F 平面外 Y AY2 1413 4F 平面外 Y AY3 1314 6F 平面外 Y AY4 1215

11、8F 平面外 Y AY5 1116 10F 平面外 Y AY6 1017 12F 平面外 Y AY7 918 基础顶面 Z R1 2419 基础顶面 Z R2 2320 2F Z AZ2 2221 4F Z AZ3 2122 6F Z AZ4 1923 8F Z AZ5 1824 10F Z AZ6 1725 12F Z AZ7 1626 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 南内同济大学土木工程防灾国家重

12、点实验室振动台试验室 12 层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验733 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。主要强震部分的持续时间为 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、617.29g

13、al 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） 。上海人工波（Shw2）的主要强震部分持续时间为 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） 。上海基岩波（Shj）的主要强震部分持续时间为 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） 。（a）X 方向（N-S 分量）（b）Y 方向（E-W 分量）（c）Z 方向（U-D 分量）图 3 El Centro 波时程及其傅氏谱同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台试验室 12 层钢筋混凝土框架结构振动台模型试验8（a）X 方向（N-S 分量）（b）Y 方向（E-W 分量）（c）Z 方向（U-D 分量）图 4 Kobe 波时程及其傅氏谱图 5 上海人工波（Shw2 ）时程及其傅氏谱