考虑地震动持时的液化场地-桩基振动台试验设计

发布时间：2019-10-21 15:00

【摘要】：振动台试验中地震动输入是一个关键因素,地震动持时压缩是1-G振动台试验设计中的重要环节,地震动持时压缩后,地震动特性发生改变,对地基-结构体系动力响应产生显著影响。为了研究振动台试验中地震动输入特性,特别是地震动持时压缩对可液化场地-结构体系地震非线性动力响应的影响,本论文较系统地阐述了振动台试验的整体设计思路,其中重点阐述了相似比设计思路及持时压缩方法、模型地基及结构制备、叠层剪切型模型箱性能、传感器布设及新型传感技术、持时压缩后地震动特性的变化、数据处理方法。成套方案设计思路为振动台试验提供了完备、科学的方法。
【图文】：

实景,振动台

鈉醒顾?［2－4］。地震动持时压缩特性对地基－结构体系动力响应的影响还未有较为合理的理论和规律表述。作者拟通过系列振动台试验开展地震动持时压缩对液化地基－结构体系非线性动力响应的影响研究。本论文阐述整体试验思路，重点分析地震动持时压缩原则、地震动持时压缩效果、模型箱可靠性、新型测试技术、新型传感器布置技术、多类型数据耦联分析方法。为多介质耦合体系振动台试验中地震动持时压缩的地震动输入问题及地震动持时压缩对液化地基－结构体系非线性动力响应的影响提供了方案及分析方法。1振动台试验方案设计图1振动台实景图Fig．1Live-actiononshaking-table1．1试验系统及设备模型试验在北京工业大学结构实验室开展，振动台采用MTS-TestStar控制器以及MTS作动器作为激励装置。台面尺寸:3m×3m;频率范围:0．4～50Hz;最大承载:60t;X向最大位移:±127mm;X向最大速度:600mm/s;X向最大加速度:1．0g;最大倾覆力矩:30t·m，振动台实景如图1所示。1．2试验目的及地震动持时压缩确定方法地基土－结构体系的相似比设计涉及到地基土与结构，不同学者开展了多介质耦合相似比设计方法的研究和应用工作。相似比设计多采用量纲分析法、相似理论和控制方程法，各方法特点详见文献［10］。现阶段较为常用的基于1-G振动台模型试验的地基土－结构体系相似比设计的核心流程可归纳为:液化地基－结构体系试验的相似性设计应充分考虑液化场地的有效上覆土压力和振动孔隙水压力对结构的影响，并尽量匹配多种介质材料的相似比。Cauchy常数和Froude常数是关于质量和重力相似的重要无量纲参数，，针对液化地基－结构体系的特点，常选取Froude常数作为相似标准(重力相似律)，以反映原型与模型之间惯性力与重力的相似特性。通过实际场地与模型地基?

示意图,体系,示意图,振动台试验

第5期许成顺，等:考虑地震动持时的液化场地－桩基振动台试验设计接近模型地基的卓越频率))作为系列振动台试验的唯一可变量，分析地震动持时压缩对液化场地－结构体系地震响应的影响，系统地震动输入示意图见图2。图2体系地震动输入示意图Fig．2Thediagramofinputgroundmotion1．3模型地基与模型结构制备采用标准地基装样模式进行地基制备以保证试验的单因素特性。模型地基采用分层制备方法，以5cm为分层标准，并在分层处进行拉毛处理，饱和液化层(54cm)顶部覆盖不透水黏土层(3cm)。振动台试验前，取表层黏土及试验用砂开展室内试验，测得表层黏土的密度为1903．33kg/m3，细砂的密度为1911．67kg/m3，试验用细砂的相关材料参数见表1，模型细砂的颗粒级配曲线如图3。模型细砂要经过晾晒、过筛，并采用雨砂法制备模型地基，以保证模型地基充分饱和;雨砂法制备模型地基的示意图如图4所示。桩基及上部结构(配重)采用空心钢桩进行模拟，模型结构如图5所示。表1细砂的材料特性Table1Materialpropertiesoffinesand累积百分含量(%)特征粒径(mm)不均匀系数曲率系数≤0．075mm≤0．25mm≤0．5mm≤1．0mm≤2．0mmD60D50D30D10CuCc7．8239．5085．7199．041000．360．310．200．094．001．23图3模型地基的材料特性图4模型地基制备示意图图5模型结构Fig．3MaterialpropertyofmodelsoilFig．4PreparingofmodelfoundationFig．5Themodelstructure1．4地震动输入及工况安排通过比选不同类型的地震动，最终采用卧龙台地震记录作为输入地震动。卧龙台地震记录的原始E-W53
【作者单位】：北京工业大学建筑工程学院;中国地震局地球物理研究所;
【基金】：国家自然科学基金项目(51578026,51421005)~~
【分类号】：TU435

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