振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)地完整

1、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助(No. 50338040, 50025821)同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)室研究報(bào)告(A20030609-405)12層鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)框架振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)的完整數(shù)據(jù)Ben chmark Test of a 12-storyRei nforcedCon crete Frame Model on Shak ingTable報(bào)告編制：呂西林 李培振陳躍慶同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)室2004年1月目 錄1試驗(yàn)概況1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.2.1試驗(yàn)裝置1.2.2模型的相似設(shè)計(jì) 12.3模型的設(shè)計(jì)與制作 1.2.4材料性能指標(biāo)42.5測(cè)點(diǎn)布置4.2.

2、6加速度輸入波 52.7試驗(yàn)加載制度 93試驗(yàn)現(xiàn)象9.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)文件1-24.1 AutoCAD 文件1.24.2輸入地震波數(shù)據(jù)文件1 24.3測(cè)點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)文件 1.24.4傳遞函數(shù)數(shù)據(jù)文件1.212層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)1試驗(yàn)概況試驗(yàn)編號(hào)：S10H模型比：1/10模型描述：?jiǎn)慰?2層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)激勵(lì)波形：El Centro波、Kobe波、上海人工波、上?；鶐r波工況數(shù)：62試驗(yàn)日期：2003616試驗(yàn)地點(diǎn)：同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)室2試驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1試驗(yàn)裝置地震模擬振動(dòng)臺(tái)主要性能參數(shù)：臺(tái)面尺寸4.0m X4.0m最大承載模型重25t振動(dòng)方向X、Y、Z三向六自

3、由度臺(tái)面最大加速度X 向 1.2g ; Y 向 0.8g ; Z 向 0.7g頻率范圍0.1Hz 50Hz2.2模型的相似設(shè)計(jì)表1中列出了模型各物理量的相似關(guān)系式和相似系數(shù)。2.3模型的設(shè)計(jì)與制作模型比為1/10，梁、柱、板的尺寸由實(shí)際高層框架結(jié)構(gòu)的尺寸按相似關(guān)系折算。原型和模型概況見(jiàn)表 2，模型尺寸和配筋圖見(jiàn)圖1。模型材料采用微?；炷梁湾冧\鐵絲。微?；炷潦且环N模型混凝土，它以較大粒徑的砂礫為粗骨料，以較小粒徑的砂礫為細(xì)骨料。微?；炷恋氖┕し椒ā⒄駬v方式、養(yǎng)護(hù)條件 以及材料性能都與普通混凝土十分相似，在動(dòng)力特性上與原型混凝土有良好的相似關(guān)系，而且通過(guò)調(diào)整配合比，可滿足降低彈性模量的要求。

4、考慮計(jì)入隔墻、樓面裝修的重量和50 %活載，在板上配質(zhì)量塊配重。在標(biāo)準(zhǔn)層上布置每層19.4 kg配重，在屋面層上布置 19.7 kg配重。表1試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膭?dòng)力相似關(guān)系物理量關(guān)系式1/10模型備注材應(yīng)變£S1.01應(yīng)力（TSSe1/3.870料彈模ESe1/3.870模型設(shè)計(jì)控制特泊松比卩S1.01性s密度P1模型設(shè)計(jì)控制幾長(zhǎng)度丨Si1/10模型設(shè)計(jì)控制何面積SSsSi21/100特線位移XSxSi1/10性角位移Bs1.01荷集中力PSpSeSi21/387載面荷載qSqSe1/3.870質(zhì)量mSmS Si31/1000剛度kSkSeSi1/38.7動(dòng)1 /2時(shí)間tStSm / Sk0

5、.1967動(dòng)力荷載控制力頻率fSf1/St5.083動(dòng)力荷載控制特性阻尼cScSm/St0.00508速度vSvS|/St0.508加速度aSa2Si /St2.584動(dòng)力荷載控制表2原型和模型概況項(xiàng) 目原型1/10模型層數(shù)1212H/B66層高3m0.3m總高36m3.6m平面尺寸6m X6m0.6m xo.6m梁截面300mm x600mm30mm X60mm柱截面500mm X600mm50mm X60mm樓板厚度120mm12mm材料C30砼微粒砼巣4UL年圖FWC '1IIC 荷:1./礙営r標(biāo)準(zhǔn)舄扳配惑縣根：亠:|根 I -恆蔽面配麗團(tuán)_bt"T圖1模型尺寸和配筋

6、圖2.4材料性能指標(biāo)在澆筑模型的同時(shí)預(yù)留了試樣，混凝土材性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，鋼筋材性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 4。表3 混凝土材性試驗(yàn)結(jié)果類別試樣組號(hào)澆筑日期立方體強(qiáng)度(MPa)彈性模量(MPa)彈模均值(MPa)0F2003.3.269.21610.167 X103微1F/2F2003.3.307.9698.490 X103粒3F/4F2003.4.35.7357.062 X103混5F/6F2003.4.57.4027.649 X1037.751 X103凝7F/8F2003.4.107.6697.917 X103土9F/10F2003.4.147.2027.322 X10311F/12F2003.4.

7、218.2028.065 X103注： (1)立方體抗壓強(qiáng)度試件尺寸為70.7mm X70.7mm X70.7mm ;(2)彈性模量試件尺寸為 100 mm X100 mm x300mm ；(3 )試樣組號(hào)0F對(duì)應(yīng)澆筑模型底座的微?；炷?，不計(jì)入彈性模量平均值;(4 )混凝土材性試驗(yàn)日期為 2003年6月2日。表4鋼筋的材性試驗(yàn)結(jié)果名稱型號(hào)直徑(mm)面積(mm 2)屈服強(qiáng)度(MPa)極限強(qiáng)度(MPa )20 #0.900.63327397鐵絲18 #1.201.1334742014 #2.113.503915602.5測(cè)點(diǎn)布置加速度計(jì)的方向有 X、Y、試驗(yàn)中采用加速度計(jì)、 應(yīng)變傳感器量測(cè)模型

8、結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。Z三個(gè)方向。試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。測(cè)點(diǎn)傳感器接線對(duì)應(yīng)表見(jiàn)表5。振曲方直 B E1朮毬度計(jì)10a）平行于扳動(dòng)方向（匕）蠶直干乘話方向圖2試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置圖2.6加速度輸入波試驗(yàn)選用地震波形有El Centro波、Kobe波、上海人工波及上?；鶐r波，試驗(yàn)中的某些工況同時(shí)輸入 X、Y雙向或X、Y、Z三向El Centro 波或Kobe波。圖3圖6分別為 El Centro波、Kobe波、上海人工波和上?；鶐r波的加速度時(shí)程曲線及傅氏譜。El Centro 波是1940年5月18日美國(guó)IMPERIAL山谷地震（M7.1 ）在El Centro 臺(tái) 站記錄的加速度時(shí)程， 它是廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)試驗(yàn)及

9、地震反應(yīng)分析的經(jīng)典地震記錄。其主要強(qiáng)震部分持續(xù)時(shí)間為 26秒左右，記錄全部波形長(zhǎng)為 54秒，原始記錄離散加速度時(shí)間間隔為0.02 秒，N-S 分量、E-W 分量和 U-D 分量加速度峰值分別為341.7gal、210.1gal 和206.3gal。表5 S10H測(cè)點(diǎn)傳感器接線對(duì)應(yīng)表序號(hào)位置方向測(cè)點(diǎn)號(hào)通道號(hào)備注1基礎(chǔ)頂面XA1822FXA2734FXA3646FXA4558FXA54610FXA63712FXA718基礎(chǔ)頂面平面外XA82796F平面外XA9261012F平面外XA102511基礎(chǔ)頂面平面外YAY115122F平面外YAY214134F平面外YAY313146F平面外YAY412

10、158F平面外YAY5111610F平面外YAY6101712F平面外YAY7918基礎(chǔ)頂面ZR12419基礎(chǔ)頂面ZR223202FZAZ222214FZAZ321226FZAZ419238FZAZ5182410FZAZ6172512FZAZ71626柱底應(yīng)變E1149西外27柱底應(yīng)變E1250西內(nèi)28柱底應(yīng)變E1352東內(nèi)29柱底應(yīng)變E1453東外30柱底應(yīng)變E1554北外31柱底應(yīng)變E1655北內(nèi)32柱底應(yīng)變E1756南內(nèi)33柱底應(yīng)變E1858南外試驗(yàn)中選用 N-S分量作為X向輸入。其時(shí)程曲線和傅氏譜如圖3所示（圖中峰值縮比為0.1g ）。Kobe波是1995年1月17日日本阪神地震（M7

11、.2 ）中，神戶海洋氣象臺(tái)在震中附近 的加速度時(shí)程記錄。這次地震是典型的城市直下型地震，記錄所在的神戶海洋氣象臺(tái)的震中距為0.4km。主要強(qiáng)震部分的持續(xù)時(shí)間為7秒左右，記錄全部波形長(zhǎng)約40秒，原始記錄離散加速度時(shí)間間隔為0.02秒，N-S分量、E-W分量和 U-D分量加速度峰值分別為818.02gal、617.29gal和332.24gal。試驗(yàn)中選用 N-S分量作為 X向輸入。其時(shí)程曲線和 傅氏譜如圖4所示（圖中峰值縮比為0.1g ）。上海人工波（Shw2 ）的主要強(qiáng)震部分持續(xù)時(shí)間為50秒左右，全部波形長(zhǎng)為 78秒，加速度波形離散時(shí)間間隔為0.02秒。其時(shí)程曲線和傅氏譜如圖5所示（圖中峰值縮

12、比為0.1g ）。上?；鶐r波（Shj）的主要強(qiáng)震部分持續(xù)時(shí)間為30秒左右，全部波形長(zhǎng)為 64秒，加速度波形離散時(shí)間間隔為0.02秒。其時(shí)程曲線和傅氏譜如圖6所示（圖中峰值縮比為 0.1g ）。-BC.S笆皿asQac-Bc°H.Jmnrrie(sec)N-S分量）3127(b) Y萬(wàn)向OJD0X50.0 D-0.05-0.1013.527.0Tfme(stc)40.554.01006000610 a a a Q-O- raFoneJdlo 芝<a mm0.11200.0900.06C0 1000 0500.02610.05.0FrequeneyfHz)II1F1III1FIIi

13、JFILikilil i:RAu匕榊a. 075E-W分量）0.03C2.55.0T.510.0FrequencyfHzl:II:I iu illiLi liji * . 11 iJhJi iL ,II0.Q6D0 D46D.030D 0150 0000.05.010.015.020.0FrequencyfHz)圖3 El Centro波時(shí)程及其傅氏譜«cQ4E4leu*«-Bjud-legafljUQ<Su2«jeffiydl«-SUG4E4«U*«ri1R111 . -冷-rJl|wKrTr,節(jié) | 111 11KIIIhi

14、iil10.020 030 0 4C 0Tirre£*c>a) X方向(JiihJljJ1 If ijJil lii.hijijii.i.oo.I11L1:11fc，M" -! JA""r二0.0250.050左 OJOO 總 0.07510X2.55.07.5FrBquenc(Hz|N-S分量）77工；6 - uo-5JIQa3x3<t-712 阮" JiwH01000.0750.0500.0250.0000.010 02 55 07.5Frequency(Hz)10.020.030.0 MUTme aee)（b） Y萬(wàn)向（E-W

15、分量）10.020.030.040.0Ttmefsec)0.11000 0760.0S00.Q260 0000.020.05 010.015.0FrequareyCHzl（c） Z萬(wàn)向（U-D分量）圖4 Kobe波時(shí)程及其傅氏譜20,040.060.C30.0Tlmefsec)11VI111R-1 1HFP1a|jJ：,!ww0.2000.1500.1M0.D&02.55.07.510.0Frequency(Hz)圖5上海人工波（Shw2）時(shí)程及其傅氏譜Tlmesec）0 5 0 5 O1 o o O 1 ao.a QQD O G D10.015.020.0Frequeneyri-lz

16、l圖7 S10H試驗(yàn)圖6上海基巖波（Shj）時(shí)程及其傅氏譜2.7試驗(yàn)加載制度試驗(yàn)中，臺(tái)面輸入加速度峰值按小量級(jí)分級(jí)遞增，按相似關(guān)系調(diào)整加速度峰值和時(shí)間間隔。加載制度見(jiàn)表 6。每次改變加速度輸入大小時(shí)都輸入小振幅的白噪聲激勵(lì)，觀察模型系 統(tǒng)動(dòng)力特性的變化。3試驗(yàn)現(xiàn)象試驗(yàn)時(shí)安裝在振動(dòng)臺(tái)上的模型如圖5所示。試驗(yàn)中，在前7個(gè)工況下（相當(dāng)于原型體系 承受七度多遇地震），在S10H結(jié)構(gòu)上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任 何裂縫。在第9工況SH2后（相當(dāng)于原型體系承 受七度地震），在4層平行于X振動(dòng)方向的框架 梁的梁端首先出現(xiàn)細(xì)微的自上而下和自下而上發(fā) 展的垂直裂縫，縫寬小于0.05mm。在第16工況后，平行于 X振動(dòng)方向的46

17、層框架梁的梁 端均有垂直裂縫，縫寬約0.08mm，各柱中未觀察到裂縫；平行于 Y振動(dòng)方向的框架梁柱中也未 發(fā)現(xiàn)裂縫。在第18工況SH3后，平行于X振動(dòng) 方向的36層框架梁的梁端垂直裂縫貫通，最 大縫寬在第4層處，約0.15mm。在第21工況 雙向EY3后，平行于Y振動(dòng)方向的框架中，于第 46層梁的梁端先出現(xiàn)垂直裂縫，縫寬約 0.08mm。之后，隨著輸入激勵(lì)加大，梁端裂縫增大，開(kāi)裂的梁的位置向上層、向下層發(fā)展。經(jīng)62個(gè)工況后，北側(cè)和南側(cè)的平行于 X振動(dòng)方向的框架上，110層的梁端或柱端均有裂縫，其中28層梁端裂縫貫通，36層最嚴(yán)重，拉出或壓碎，縫寬達(dá)4mm ,形成塑性鉸；西側(cè)和東側(cè)的平行于 Y振

18、動(dòng)方向的框架上， 19層的梁端或柱端均有裂縫，其中36層最嚴(yán)重，梁柱節(jié)點(diǎn)裂通甚至拉出或壓碎，縫寬達(dá)3mm，形成塑性鉸。在最上部 23層基本沒(méi)有裂縫。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，模型已成為不穩(wěn)定的機(jī)動(dòng)結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)后S10H框架結(jié)構(gòu)的裂縫圖如圖 6所示。表6 S10H試驗(yàn)加載制度序號(hào)工況代號(hào)原型1/10模型備注X向Y向Z向X向Y向Z向11WN0.070.070.072、3、4、5EL1、SH1、KB1、SJ10.0350.090七度多遇6、7EY1、KY10.0350.0300.0900.077七度多遇7+7+WN0.070.070.078、 9、 10、 11EL2、SH2、KB2、SJ20.10.258七度12

19、、13EY2、KY20.10.0850.2580.220七度14、15EZ2、 KZ20.10.0850.050.2580.2200.129七度1616WN0.070.070.0717、18、19、20EL3、SH3、KB3、SJ30.150.38821、22EY3、KY30.150.1280.3880.32923、24EZ3、 KZ30.150.1280.0750.3880.3290.1942525WN0.070.070.0726、27、28、29EL4、SH4、KB4、SJ40.20.517八度30、31EY4、KY40.20.170.5170.439八度32、33EZ4、 KZ40.20.170.10.5170.4390.258八度3434WN0.070.070.0735、36、37、38EL5、SH5、KB5、SJ50.250.64639、40EY5、KY50.250.2130.6460.54941、42EZ5、 KZ50.250.2130.1250.6460.5490.3234343WN0.070.070.0744、45、46、47EL6、SH6、KB6、SJ60.30.77548、49EY6、KY60.30.2550.7750.65950、51EZ6、KZ60.30.2550.150.7750.6590.3885252WN0.070.070