建筑結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗方法與技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《建筑結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗方法與技術(shù)》較系統(tǒng)地闡述建筑結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗的方法與技術(shù)。內(nèi)容包括建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗相似關(guān)系、建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗模型材料、建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗模型設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗模型邊界模擬與施工技術(shù)、建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗方案設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗準備、建筑結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗數(shù)據(jù)分析方法等。本書可供土木工程研究、設(shè)計和試驗人員參考，也可作為土建類專業(yè)的研究生教材。

書籍目錄

前言第1章　引言第2章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗相似關(guān)系2.1 結(jié)構(gòu)模型相似的概念2.2 結(jié)構(gòu)模型相似關(guān)系的建立方法2.3 結(jié)構(gòu)抗震模型試驗的相似常數(shù)2.4 結(jié)構(gòu)振動臺試驗的相似關(guān)系第3章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗模型材料3.1 模型試驗材料要求3.2 常用的結(jié)構(gòu)振動臺試驗模型材料第4章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗模型設(shè)計4.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型設(shè)計4.2 鋼結(jié)構(gòu)模型設(shè)計4.3 考慮土一結(jié)共同工作結(jié)構(gòu)模型設(shè)計4.4 桁架結(jié)構(gòu)模型設(shè)計4.5 組合樓板模型設(shè)計4.6 消能減震結(jié)構(gòu)模型設(shè)計4.7 隔震結(jié)構(gòu)模型設(shè)計4.8 砌體結(jié)構(gòu)模型設(shè)計4.9 預應力結(jié)構(gòu)模型設(shè)計第5章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗模型邊界模擬與施工技術(shù)5.1 邊界模擬基本原則5.2 底座結(jié)構(gòu)類型及設(shè)計要點5.3 模型施工技術(shù)與質(zhì)量控制第6章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗方案設(shè)計6.1 模型安裝位置及方向6.2 傳感器布置原則6.3 傳感器類型6.4 試驗工況設(shè)計6.5 地震激勵選擇及輸入順序第7章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗準備7.1 試驗模型上振動臺前7.2 試驗模型上振動臺后第8章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗數(shù)據(jù)分析方法8.1 模型結(jié)構(gòu)動力特性8.2 模型結(jié)構(gòu)加速度8.3 模型結(jié)構(gòu)位移8.4 模型結(jié)構(gòu)地震作用8.5 預測原型結(jié)構(gòu)的抗震性能第9章 結(jié)語參考文獻附錄A 同濟大學振動臺試驗設(shè)備主要性能參數(shù)附錄B 已完成高層建筑結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗一覽表附錄C 建筑結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗實例（上海國際設(shè)計中心）C.1 概述C.2 試驗設(shè)備與儀器C.3 模型設(shè)計與制作C.4 模擬地震振動臺試驗C.5 模型結(jié)構(gòu)試驗結(jié)果分析C.6 原型結(jié)構(gòu)抗震性能分析C.7 結(jié)論

章節(jié)摘錄

　　第2章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗相似關(guān)系 嚴格地講，結(jié)構(gòu)試驗除了在原型結(jié)構(gòu)上所進行的試驗外，一般的結(jié)構(gòu)試驗都是模型試驗，結(jié)構(gòu)抗震試驗也可以采用模型試驗。模型是根據(jù)結(jié)構(gòu)的原型，按照一定的比例制成的縮尺結(jié)構(gòu)，它具有原型的全部或部分特征。對模型進行試驗可以得到與原型結(jié)構(gòu)相似的工作情況，從而可以對原型結(jié)構(gòu)的工作性能進行了解和研究。模型試驗的核心問題是如何按照相似理論的要求，設(shè)計出與原型結(jié)構(gòu)具有相似工作情況的模型結(jié)構(gòu)。本章即介紹結(jié)構(gòu)振動臺試驗中的相似理論與相似設(shè)計。2．1 結(jié)構(gòu)模型相似的概念 結(jié)構(gòu)模型試驗旨在設(shè)計出與原型結(jié)構(gòu)具有相似工作情況的模型結(jié)構(gòu)，其相似設(shè)計中既包含了物理量的相似，又包含了更廣泛的物理過程相似。簡單地說，結(jié)構(gòu)模型相似主要解決下列一些問題：（1）模型的尺寸是否要與原型保持同一比例； （2）模型是否要求與原型采用同一材料； （3）模型的荷載按什么比例縮小和放大； （4）模型的試驗結(jié)果如何推算至原型。具體的結(jié)構(gòu)模型相似設(shè)計將涉及幾何相似、材料相似、荷載相似（動力、靜力）、質(zhì)量相似、剛度相似、時間相似、邊界條件相似等。2．2 結(jié)構(gòu)模型相似關(guān)系的建立方法 結(jié)構(gòu)模型與原型之間的相似關(guān)系，通過模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)相似常數(shù)之間的關(guān)系予以反映，即相似條件。模型設(shè)計的關(guān)鍵就是要給出各相似常數(shù)之間的相似關(guān)系。確定相似條件一般有方程式分析法和量綱分析法兩種。1． 方程式分析法 運用方程式分析法確定相似條件，必須在進行模型設(shè)計前對所研究的物理過程各物理量之間的函數(shù)關(guān)系，即對試驗結(jié)果和試驗條件之間的關(guān)系提出明確的數(shù)學方程式，然后才能根據(jù)數(shù)學方程式，確定相似條件。用方程式分析法確定相似條件，方法簡單、概念明確，許多文獻有詳細介紹，本書不再詳細討論。2． 量綱分析法 當待考察問題的規(guī)律尚未完全掌握、問題較為復雜沒有明確的函數(shù)關(guān)系式時，常采用量綱分析法確定相似關(guān)系。量綱（也稱因次）的概念是在研究物理量的數(shù)量關(guān)系時產(chǎn)生的，它說明量測物理量時所采用單位的性質(zhì)。一般來說，選取三個物理量的量綱作為基本量綱，其余物理量的量綱可以作為導出量綱推導得到。例如，在一般結(jié)構(gòu)工程問題中，各物理量的量綱都可由長度、時間、力三個基本量綱導出，此系統(tǒng)稱為絕對系統(tǒng)；或由長度、時間、質(zhì)量三個基本量綱導出，此系統(tǒng)稱為質(zhì)量系統(tǒng)。建筑結(jié)構(gòu)模型試驗常用物理量的質(zhì)量系統(tǒng)量綱見表2．1。也可以選用其他量綱作為基本量綱，只要基本量綱是相互獨立和完整的，各物理量之間的量綱關(guān)系實際滿足的是一種量綱協(xié)調(diào)。第2章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗相似關(guān)系 量綱分析法需要遵循二個相似定理，即：相似物理現(xiàn)象的π數(shù)相等（第一相似定理）；n個物理參數(shù)、k個基本量綱可以確定（n-k）個π數(shù)（第二相似定理）。運用量綱分析法確定相似條件的步驟可以總結(jié)為：列出與所研究的物理過程有關(guān)的物理參數(shù)，根據(jù)相似定理使得模型和原型的π數(shù)相等，得到模型設(shè)計的相似條件；遵循量綱和諧的概念，確定所研究各物理量的相似常數(shù)?？梢钥闯觯匠淌椒治龇ㄖ皇橇烤V分析法中的一種特殊情況，它以各物理量之間滿足的方程式作為π數(shù)，各物理量的量綱也一定遵循量綱協(xié)調(diào)條件。3． 似量綱分析法 量綱分析法從理論上來說，先要確定相似條件（π數(shù)），然后由可控相似常數(shù)，推導其余的相似常數(shù)，完成相似設(shè)計。在實際設(shè)計中，由于π數(shù)的取法有著一定的任意性，而且當參與物理過程的物理量較多時，可組成的π數(shù)也很多，將線性方程組全部計算出來比較麻煩；另一方面，若要全部滿足與這些π數(shù)相應的相似條件，將會十分苛刻，有時是不可能達到也不必要達到的。綜合上述兩點，結(jié)合多年研究和試驗經(jīng)驗，在結(jié)構(gòu)模型相似常數(shù)建立過程中，并不需要明確的求出諸多π數(shù)的表達式，可以采用更為實用的設(shè)計方法，即先選取可控相似常數(shù)，利用一種近似 量綱分析法的方法，求出其余的相似常數(shù)。因其原理本質(zhì)仍為量綱分析法，故稱為“似量綱分析”，其步驟簡述如下。相似理論求得的π數(shù)是獨立的無量綱組合，它表示要求已知物理量的量綱與待求物理量的量綱組合為 1，即已知物理量與未知物理量組合的基本量綱的冪指數(shù)之和為零。根據(jù)這一原則，很容易由冪指數(shù)的線性變換確定各相似常數(shù)之間的關(guān)系。例如，一般建筑在地震作用下的結(jié)構(gòu)性能研究中包含下列物理量：幾何性能方面，長度l、位移D、應變ε； 材料性能方面，彈性模量E、應力σ、泊松比μ、質(zhì)量密度ρ、質(zhì)量m； 荷載性能方面，集中力F、線荷載p、面荷載q、力矩M； 動力性能方面，剛度K、周期T、頻率f、阻尼c、速度 x ?、加速度a等。此時的變換系數(shù)即為物理量之間相似常數(shù)的冪指數(shù)，即SMb ?Sσ-1 ? Sl -3 ＝1癡SMb＝Sσ?S3l（2．1）再以阻尼相似常數(shù)為例。查表2．1可知，阻尼的質(zhì)量系統(tǒng)量綱為 第2章 建筑結(jié)構(gòu)振動臺試驗相似關(guān)系［MT-1 ］，量綱冪指數(shù)按列矩陣的形式列入表2．3。結(jié)構(gòu)振動臺試驗中的其余相似常數(shù)均可由似量綱分析法予以確定。2．3 結(jié)構(gòu)抗震模型試驗的相似常數(shù) 結(jié)構(gòu)抗震試驗一般可分為結(jié)構(gòu)抗震靜力試驗和結(jié)構(gòu)抗震動力試驗兩大類，其中結(jié)構(gòu)抗震靜力試驗又分為擬靜力試驗和擬動力試驗；結(jié)構(gòu)抗震動力試驗分為模擬地震振動臺試驗和建筑物強震觀測試驗。結(jié)構(gòu)抗震靜力、動力試驗模型設(shè)計均要滿足物理條件相似、幾何條件相似和邊界條件相似的要求。1． 結(jié)構(gòu)抗震靜力模型相似常數(shù) 常見的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)靜力模型相似常數(shù)如表2．4所示。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于混凝土材料本身具有明顯的非線性性質(zhì)以及鋼筋和混凝土力學性能之間的差異，要模擬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)全部的非線性性能是很不容易的。從應力與彈性模量量綱相同的含義來說，要求物體內(nèi)任何點的應力相似常數(shù)與彈性模量相似常數(shù)相等。實際上受力物體內(nèi)各點的應力大小是不同的，亦即各點的應變大小不同。對于不同的應變，要求彈性模量相似常數(shù)不變，這就要求模型與原型的應力應變關(guān)系曲線相似，如圖2．1所示。要滿足這一關(guān)系，只有當模型與原型采用相同強度和變形的材料時才有可能，這時就要求滿足表2．4中“實用模型關(guān)系式”的要求。國外從20世紀50年代開始就開展了磚石結(jié)構(gòu)模型試驗的研究，國內(nèi)也曾開展過這方面的研究工作。磚石結(jié)構(gòu)靜力模型相似常數(shù)如表2．5所示。由于磚石結(jié)構(gòu)本身是兩種材料組成的復合材料結(jié)構(gòu)，因此制作模型時在所有的細節(jié)上都要按比例縮小，這無疑給模型制作帶來了一定的困難。由于試驗要求模型砌體有與原型相似的應力應變關(guān)系，因此，一個實用的途徑就是采用與原型相同的材料。

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