文档介绍：北京嘉德艺术中心模拟地震振动台
试验方案
建研科技股份有限公司
2015年1月
目录
1. 项目概况 1
2. 研究目的及内容 1
3. 模拟地震振动台技术指标 2
4. 模型设计 2
. 模型缩尺比例 2
. 模型材料 3
. 模型相似关系 3
. 模型设计及加工 4
5. 模型试验 6
. 试验加载程序 6
. 试验参数测定方法 7
. 试验测点布置 7
6. 试验成果 8
7. 进行试验需提供的资料 8
8. 试验进度 9
项目概况
北京嘉德艺术中心是一幢公共建筑,单体地下5层,地上9层,总高37m。建筑物结构体系为“框架-核心筒”,体型较复杂,包括大开洞、悬挑、转换等多项不规则。为了确保结构在地震作用下满足规范要求,了解其结构特性和地震效应,需要进行整体结构模型模拟地震振动台试验研究,检验结构抗震性能,发现结构可能的薄弱部位,进而提出改进措施,为结构设计提供参考依据。
研究目的及内容
根据项目特点以及试验要求,确定模型振动台的试验目的及试验内容如下:
1)测定模型结构的动力特性:自振频率、振型、结构阻尼比等,以及它们在不同水准地震作用下的变化;
2)实测分别经受8度多遇、设防、罕遇等不同水准地震作用时模型的动力响应,包括结构在弹性和弹塑性阶段的位移、加速度,及主要构件应变反应;
3)观察、分析结构抗侧力体系在地震作用下的受力特点和破坏形态及过程(如构件开裂、塑性破坏的过程、位置关系等),找出可能存在的薄弱层及薄弱部位;
4)验证结构的抗震性能是否如数值分析所预测;检验结构是否满足规范三水准的抗震设防要求,检验结构各部分是否达到设计设定的抗震性能目标;
5)在试验结果及分析研究的基础上,对本结构的结构设计提出可能的改进意见与措施,进一步保证结构的抗震安全性。
模拟地震振动台技术指标
建研院拥有目前国内台面最大、载重量最重的模拟地震振动台,为准确模拟结构在地震作用下的性能提供了更好的条件。尤其是对于本项目,60吨的载重量为较准确地模拟重力作用提供了设备保障。振动台主要技术指标如下表:
台面尺寸
6×6 m
标准载重量
60 t (600kN)
最大载重量
80 t (800kN)
最大位移
±150 mm (横向)
±250 mm(纵向)
±100 mm(竖向)
最大速度
±1000mm/s(横向)
±1250mm/s(纵向)
±800mm/s(竖向)
最大满载加速度
± g(横向)
± g(纵向)
± g(竖向)
最大倾覆力矩
180 t·m (1800kN·m)
最大偏心
1000mm
最大偏心力矩
600kN·m
最大扭转角
三向均为±3度
工作频段
~50Hz
控制模式及数据获取
数字控制
振动方向
空间六自由度
振动波形
地震波、随机波、简谐波等
模型设计
依据项目资料、振动台的台面尺寸、承载能力及选用的材料,按照振动台试验模型的相似理论来进行试验设计。
模型缩尺比例
根据结构的规模及实验室设备的能力,模型缩尺比例选为1/16。模型相似关系设计详见下节。
模型材料
模型采用微粒混凝土模拟混凝土,细钢丝模拟钢筋,用黄铜模拟钢结构和型钢混凝土结构中的钢材,微粒混凝土的弹性模量及强度可做到原型1/~1/3,钢丝的面积可根据强度等效进行换算。
黄铜根据内掺合金含量的不同有不同的牌号,建研院以往试验中选用的固定牌号的黄铜弹性模量及强度都接近Q345钢材的1/~1/3,与砂浆的强度和弹模匹配较好,可以实现构件的承载力相似,并在以往试验中专门进行了小构件模型试验对比,验证了缩尺模型的承载力相似。
黄铜模拟型钢钢丝模拟钢筋(剪力墙筒体及框架柱)
型钢混凝土筒体(暗柱) 黄铜砂浆模拟型钢混凝土柱性能试验
模型相似关系
原型结构主体高约37米(自地面至屋顶),首层平面尺寸约73 米×55 米,地上部分重力荷载代表值约32000吨。根据振动台尺寸,模型长度相似比(缩尺比例)为1/16,根据上节所述的模型材料性能,材料弹模相似比SE为1/;模型做到重力相似,根据振动台承载能力,。通过以上确定的三个相似比,根据前述模型设计相似理论,可推导得到模型的其他相似关系如下表。其中,,即做到重力相似。
物理量
量纲
相似常数
参数
取值
材料特性
应力σ
FL-2
SE
应变ε
--
1
弹性模量E
FL-2
SE
波桑系数v
--
1
密度