大跨度地下结构振动性态试验研究※.PDFVIP

第24卷 第5期 重 庆建筑 大学学报 V01．24 No．5 2002年 1O月 Journal of Ch0ngqing Jianzhu Universi Oct．2002 文章编号：1006—7329(2002)05—0052—06 大跨度地下结构振动性态试验研究 赵大鹏， 宫必宁， 晏成明 (河海大学 水利水电学院，江苏南京 210098) 摘要：介绍了某大跨度地下结构的振动台试验，通过试验对拟定结构的自振频率、阻尼比 及动力响应进行分析，并重点分析了地下结构对竖向地震激励的响应。讨论 了在不同埋 深下，土与结构的相互作用对地下结构抗震性能的影响。 关键词：地下结构；竖向地震；振动台试验；振动性态 中图分类号：TU311 文献标识码：A 目前地下结构抗震研究以数值模拟为主，但关于土与结构相互作用的基本动力学特性和物理 机制研究不多，本文通过模拟地震振动台试验，研究地铁车站结构地震响应基本规律，对基本土体 和结构形式考虑地震输入、土与结构相互作用，分析体系变形、结构地震动力响应、破坏形态的机 制，并讨论各因素影响作用。 1 模型的设计和制作 考虑到现有的大多数地铁车站属于矩形断面，且此结构为多数大跨度地下结构所采用，因此试 验选取矩形断面的拟定框架结构为研究对象。拟定结构用有机玻璃加工而成，结构模型尺寸为60 cm×60 cm x 24 cm(如图1)，其中柱横断面尺寸为1．2 cm×1．2 cm，顶底板厚度为1．2 cm，侧壁厚度 为0．5 cm。实验用箱体(尺寸为2．7 rn x 1．2 111 X 0．8 m)装细干砂以模拟地基土，砂层的深度为1 rn。 实验中地下结构采用10 cm和36 cm两种埋深(见表1，表2)。拟定结构按1：5O的比例模拟跨度3O Ffl、高12 m的地下结构…，理想土体埋深分别为5 m(浅埋)和18 m(深埋)。 2 试验设备 试验采用大型振动台系统，系统配置功能很强的MTS地震软件包，可进行各种实时控制，振动 分析及数据处理。数据采集使用中国水利科学研究院与河海大学共同研制的CDSP振动信号采集 处理系统和分析软件。 3 测点布置 试验采用加速度传感器、电阻应变片、压力传感器和位移计，分别布置在结构和土体中。具体 的测点布置如图1(其中各数字代表试验中各传感器所对应的通道号)。 4 试验工况 本次试验选择三种波形：自噪声、阪神波和El—Centro波。考虑到竖向地震及水平和竖向地震 收稿日期12002—07—05 基金项目：江苏省自然科学基金资助项目(BK2001018) 作者简介：赵大鹏(1976一)，男．硕士生．主要从事地下结构的抗震控制与分析研究。 5期 赵大鹏，等； 堕鏖 工丝 ： 查 坠堡壅 53 的相互耦合，试验工况分别采用水平( 向)、垂直(Z向)和水平垂直双向地震波输入，垂直地震动 加速度值取水平加速度的2／3；并分两种埋深进行试验。 表1埋深为10 cm的部分加载方案(浅埋) 5 动力分析 5．1 自振频军 试验表明，土和结构的水平向自振频率一致，但在垂直方向有差别。土、结构的侧壁和结构的 中柱垂直向的基频接近，但二、三阶频率离散较明显，中柱的频率高于侧壁的频率，侧壁和土体的垂 直向自振频率比较接近。 在深埋情况，随着振动量级的增大，结构的水平向自振频率逐渐降低，其中一阶自振频率最终 降低7．78％、二阶降低4．22％、三阶降低9，44％。在浅埋情况，体系的水平向自振频率逐渐减小， 基频基本不变。垂直向一阶和三阶自振频率有增大趋势，二阶自振频率则在中间阶段上升而后下 54 重庆 建筑大 学学报 24卷