大型復雜結構-樁-土振動臺模型試驗研究.pdf

1、天津站交通樞紐工程作為北京奧運的配套項目,天津市“十一五”規(guī)劃重點工程,需要對工程結構的各方面進行深入研究。作為生命線工程的重要組成部分,交通樞紐抗震問題已經成為城市工程抗震和防災減災研究的重要課題,因此以天津站交通樞紐工程為背景,選取天津站整體結構有代表性的一部分按照比尺縮小制作成模型,考慮其與土相互作用,首次開展了大型復雜結構-樁-土體系振動臺模型試驗研究,與國內外已有的土-結構相互作用振動臺模型試驗相比,該試驗模型由土、群樁、地下

2、結構、地上結構多個部分組成,具有尺寸大、體系復雜的特點,更具有代表性,其主要工作和結論如下:
　　 1.通過推導動力模型試驗的相似關系,著重指出結構-樁-土體系模型與原型各物理量難以做到完全相似,于是本文提出了用土的卓越周期相似比來設計模型土,使結構-樁-土體系模型與原型之間做到部分相似,振動臺試驗結果證明這種方法是合理的。
　　 2.給出求解土卓越周期的有限元數值模型,指出波動理論公式(T=4H／vs)求卓越周期的適用

3、范圍及存在偏差,通過模型土模態(tài)分析研究了模型土卓越周期隨土體性質、土域范圍及邊界條件的變化規(guī)律,得出通過適當提高模型土的寬高比和合理選擇邊界條件及模型土材料配合比均可以減小邊界對模型土的影響。
　　 利用動三軸試驗數據擬合,求出模型土的動剪切模量和阻尼比計算公式中需要的參數,提出用數值擬合來求模型土的最大動剪切模量的方法；求出模型土的動C、()值并與其靜C、()值相比較,結果表明:動力加載中,土的C值明顯降低,()值有所增長,有

4、限元數值計算動力模型中,推薦使用動C、()值。
　　 3.完成模型制作,主要采用以下做法:結構分兩部分制作、后組裝；樁做成空心內部填充鐵砂作為配重；用銅管微粒混凝土模擬鋼管混凝土；為減小剛度影響,采用泡沫塑料對地下結構開口兩端封口；用玻璃板替代原屋面鋼網架。試驗表明這些措施行之有效。
　　 制作土箱并通過試驗數據和數值分析對其進行檢驗,研究表明:在土箱底部,通過設置分割條嵌入模型土中做成的摩擦邊界效果較好；在土箱垂直于地

5、震動兩側壁上,聚苯乙烯泡沫塑料做成的柔性邊界對Taft波和人工波加載的效果較好,而對天津波加載效果略差；在土箱平行于地震動兩側壁上,通過側壁內表面貼聚氯乙烯薄膜并涂抹潤滑油做成的滑動邊界起到一定的效果。
　　 4.完成測點布置、模型土裝填、模型組裝及確定試驗加載制度等試驗準備工作,提出一些有效的新做法,如加速度計的埋設采用挖埋而不是填埋的方法,現場材料含水率的測定中采用雙鍋加熱法烘干土和鋸末。
　　 5.試驗結果整理從分

6、析大型復雜結構—樁-土振動臺模型試驗數據入手,用加速度、變形、正應變、動土壓力等指標全面分析結構的地震響應,并比較樁、地下結構、地上結構的不同響應。研究發(fā)現:
　　 1)結構不同部分最大地震響應發(fā)生的頻率不盡相同,且受地震波頻譜特性及自身頻率影響,天津波加載時結構的地震響應較大；
　　 2)地震波向上傳播過程中,土與結構對地震波均有過濾作用,地表以下,當震級較小時,土一結構對地震波起放大作用,隨著震級的增加,對地震波放大

7、作用減緩甚至減小;
　　 3)最大變形隨結構高度增加逐漸增大,在樁與地下結構交界處和地表處,位移改變較大；
　　 4)地下結構柱、樁最大正應變呈中間大、兩頭小分布,殘余正應變對結構正應變影響比較大,影響呈樁、地下結構、地上結構遞減；
　　 5)殘余動土壓力對動土壓力分布有一定影響,土越深,影響越大,最大動土壓力隨著深度增加呈兩頭大、中間小分布,且地表處最大,總的土壓力受最大動土壓力影響較大,隨深度增加有先降低后增