重力失真对振动台模型试验相似性的影响

摘要

地震模拟振动台试验是当前我国研究建筑结构抗震性能、确认其抗震能力的重要方法之一，其理论基础为相似理论。我国当前针对复杂大型和超限超高建筑结构进行的振动台模型试验绝大多数采用混合模型理论。在绝大多数情况下，混合模型存在重力失真现象。重力失真会对试验模型和原型之间的相似性产生影响。因而，研究重力失真对相似性的影响具有很直接的现实意义。 为了研究重力失真对相似性的影响，本文主要采用数值对比分析的方法，并假以概念解析和模型试验手段，从构件和简单结构入手，抽象出能判断重力失真影响模型试验相似性程度的判据，并提出相应的评价指标以检验判据的合理性；然后将提出的判据法应用于实际的复杂结构振动台模型试验中，对该法在具体试验中判断重力失真影响相似性的适用性予以论证。 主要的研究内容、过程和观点可概括为： 首先，总结了基于混合模型理论设计的试验相似关系的主要系数表达式和特点，指出了重力失真与其依存关系。继而，抛开具体的结构形式，剖析了重力的应力刚度、重力二阶效应以及抗力相关关系等结构效应，解释了重力失真影响相似性的机理。在此基础上，从一般概念出发，解析了重力失真模型的时间相似系数的变化规律，即重力失真导致时间相似系数变小，并指出了与重力失真影响相似性相关的其它因素有：加速度相似系数、地震动的特性和结构自身特性。 然后，以最为简单的悬臂柱为研究对象，突出重力失真通过应力刚度和重力二阶效应等几何非线性影响相似性的特点，借助参数分析，引出了判断重力失真影响的判据——时间失真度以及对失真模型相似性的主要评价指标——能量失真度和耗能比失真度。 紧接着，针对三层单跨平面钢框架，将研究进一步拓展到重力失真对大震下结构塑性内力重分布过程的影响，进而影响整个结构的抗震能力和最终的破坏机制。综合多种分析结果，提出了模型试验的重力失真双参数判据法——时间失真度和轴压比。 最后，应用双参数判据法对两个具有代表性的振动台模型试验的相似性受重力失真影响的情况进行判断。其中，第一个试验的结构形式为闭环式倒锥台型框架体系，第二个为支撑钢框架结构。通过模型试验和数值分析的结果证实了双参数判据法在此类振动台模型试验中的适用性。

目录

文摘

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论文说明:主要符号说明

声明

第1章绪论

1.1振动台模型试验

1.2关于相似关系的研究现状

1.3关于重力失真的研究进展

1.4已有研究存在的问题

1.5研究意义

1.6本文的研究工作

第2章重力失真影响相似性的机理

2.1相似关系的导出

2.2重力失真

2.3重力的结构效应

2.4时间相似系数的变化规律

2.5相关因素

2.6本章小结

第3章重力失真对悬臂柱相似性的影响

3.1数值模型

3.2控制参数

3.3时间失真度判据

3.4失真的评价指标

3.5悬臂柱的分析结果

3.6本章小结

第4章重力失真对平面框架相似性的影响

4.1框架模型

4.2数值分析

4.3时间失真度和轴压比的关系

4.4框架恢复力特性

4.5框架分析结果

4.6本章小结

第5章闭环式倒锥台型框架体系的抗震性能研究

5.1结构概况

5.2研究手段

5.3双参数判据

5.4评价指标

5.5本章小结

第6章支撑钢框架的抗震性能研究

6.1结构特点

6.2研究手段

6.3双参数判据

6.4评价指标

6.5附加质量不足对相似性的影响分析

6.6本章小结

第7章结论和展望

7.1结论

7.2不足

7.3展望

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果