大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)-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(jié)構(gòu)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(jīng)成為城市工程抗震和防災(zāi)減災(zāi)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(jié)構(gòu)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(fù)雜結(jié)構(gòu)-樁-土體系振動臺模型試驗研究,與國內(nèi)外已有的土-結(jié)構(gòu)相互作用振動臺模型試驗相比,該試驗?zāi)Ｐ陀赏痢⑷簶?、地?/p>

2、結(jié)構(gòu)、地上結(jié)構(gòu)多個部分組成,具有尺寸大、體系復(fù)雜的特點,更具有代表性,其主要工作和結(jié)論如下:
　　 1.通過推導(dǎo)動力模型試驗的相似關(guān)系,著重指出結(jié)構(gòu)-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(shè)計模型土,使結(jié)構(gòu)-樁-土體系模型與原型之間做到部分相似,振動臺試驗結(jié)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(shù)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(zhì)、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(shù)據(jù)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(shù),提出用數(shù)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(jié)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(shù)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(jié)構(gòu)分兩部分制作、后組裝；樁做成空心內(nèi)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(jié)構(gòu)開口兩端封口；用玻璃板替代原屋面鋼網(wǎng)架。試驗表明這些措施行之有效。
　　 制作土箱并通過試驗數(shù)據(jù)和數(shù)值分析對其進行檢驗,研究表明:在土箱底部,通過設(shè)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(cè)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(cè)壁上,通過側(cè)壁內(nèi)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(shè)采用挖埋而不是填埋的方法,現(xiàn)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(jié)果整理從分

6、析大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)—樁-土振動臺模型試驗數(shù)據(jù)入手,用加速度、變形、正應(yīng)變、動土壓力等指標全面分析結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),并比較樁、地下結(jié)構(gòu)、地上結(jié)構(gòu)的不同響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn):
　　 1)結(jié)構(gòu)不同部分最大地震響應(yīng)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(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)較大；
　　 2)地震波向上傳播過程中,土與結(jié)構(gòu)對地震波均有過濾作用,地表以下,當震級較小時,土一結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)高度增加逐漸增大,在樁與地下結(jié)構(gòu)交界處和地表處,位移改變較大；
　　 4)地下結(jié)構(gòu)柱、樁最大正應(yīng)變呈中間大、兩頭小分布,殘余正應(yīng)變對結(jié)構(gòu)正應(yīng)變影響比較大,影響呈樁、地下結(jié)構(gòu)、地上結(jié)構(gòu)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