框架结构抗震混合试验中子结构边界条件模拟方法研究

发布时间：2020-05-29 21:47

【摘要】：子结构抗震混合试验方法作为有效的抗震研究手段能够充分反映结构的抗震性能。将数值分析和物理加载进行结合,能够很好地再现大型复杂结构在地震激励下的响应。当前抗震学者主要致力于研究试验子结构的加载设计和数值子结构的计算更新,其中,子结构复杂边界条件的准确模拟是保证混合试验可行性和精确性的关键,满足子结构间的平衡与协调仍是一个难题。本文针对该问题展开理论和试验研究,主要内容如下:(1)提出了复杂边界条件模拟方法。利用试验单元边界自由度缩减方法,通过扩展试验单元转移到结构内力分析相对简单的加载界面实现协同加载,利用反弯点性质实现试验单元转动自由度的模拟,利用重叠域概念考虑构件之间的相互作用,确定子结构边界条件模拟方案。最终试验子结构暴露的自由度由9个简化为2个。(2)设计三层三跨两榀整体结构进行振动台试验,该试验能够有效反映结构的抗震性能。小模型钢框架结构振动台试验从位移响应、加速度响应、应变响应和滞回性能等方面对结构进行全方位空间性能分析,为进一步利用抗震混合试验方法研究边界条件模拟方案正确性奠定了基础。(3)选取一层半高一跨半宽试验子结构进行抗震混合试验。构建混合试验系统,制定子结构边界条件简化方案,通过对比子结构抗震混合试验与振动台试验位移响应结果,证明了本文提出的边界条件模拟方法的正确性和可行性。(4)设计小模型结构参数进行非完全缩尺结构的振动台试验。以结构固有频率设计为基础,通过压缩地震波时间和增加质量配重等方法确保模态参数基本符合相似比要求。从结构的动力特性和抗震性能分析等方面,结合自编的MATLAB时程分析结果作对比,既验证了参数设计的合理性和准确性,同时证明了自编程序的可行性。
【图文】：

地震破坏,情况,直接经济损失

我国可分为 20 个地震带，其中起于宁夏，经甘肃东部、四川中西部直至云南的一条贯穿中国大陆的地震密集区称为南北地震带，曾多次发生强震灾害，台湾省、西南、西部、华北、东南沿海等地都是我国地震的主要分布区。表 1-1 给出了 1990 年来中国发生的 5.0 级以上的震害情况，包括地震灾害次数、伤亡人数和直接经济损失[2-4]。表 1-1 中国自 1990 年以来地震灾害情况时间地震灾害次数死亡人数/人受伤人数/人直接经济损失/亿元1990-1995 80 233 20004 30.531996-2000 63 458 34851 96.392001-2005 60 353 9792 98.72006-2010 48 72019 389125 8886.22011-2015 62 1069 22413 1673.992016-2017 27 40 735 214.78其中，2008 年 5 月 12 日发生的汶川地震是十多年来，我国发生的伤亡最严重、强度最大、破坏力最强的一次地震，同时引发了崩塌、滑坡等地质灾害、次生灾害，死亡人数几乎达到七万人，直接经济损失达 8452 亿元人民币，对中国造成的影响非常之大。图 1-1 是汶川地震震后现场破坏的情况。

原理图,混合试验,原理图

图 1-2 混合试验原理图时代的进步和社会的发展，，对于大型复杂工程结构的需求不断刷新，利试验方法进行研究时会受到各自条件的限制。混合试验方法将有限元分加载试验相结合，既能针对大型复杂结构进行研究，解决振动台台面尺的限制问题，扩大研究结构的规模，又具备一定的经济性，只需要对整理拆分，对关键部位进行试验，其余部分可以通过有限元建模完成，减同时针对破坏形式多元化和分布化的特点，建立多个子结构分布试验，验的单一性，充分考虑真实地震动对结构的影响，提高研究的精度。混多种抗震方法的优点，越来越受到土木工程师们的青睐。从选取的试验度以及产生的试验结果等多方面比较分析以上四种抗震方法之间的区别 1-2 所示。表1-2 结构抗震试验方法比较验方法试验对象试验加载试验结试验梁、柱、节点等基本构件反复连续变化，人为规定加载制度基本构件破况，性能损实时往复运动，运动规律与结构整体反
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU352.11;TU317

【参考文献】