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工程结构抗震性能的研究通常有试验研究、理论分析和仿真分析等手段,目前模拟地震振动台模型试验是研究结构整体抗震性能、确认其抗震能力的重要方法之一。对试验的动力相似理论进行分析和讨论并对试验进行误差分析及对其结果修正方面的研究有助于推动动力试验方法的完善,有助于更好地利用动力试验结果来指导结构设计和提高与改进结构的抗震性能。本文在现有模拟地震振动台结构模型试验研究成果的基础上,分析了试验模型制作过程中和试验实施过程中出现的误差;评估了误差对试验结果的影响;提出了满足结构抗震动力试验研究要求的误差分析和修正方法;最后分析了重力失真对模型试验结果的影响机理及影响程度。主要内容可概括如下:
⑴对6个整体试验的结构模型尺寸进行测量,在对测量数据进行了整理和统计的基础上,绘制了实际模型尺寸误差分布的频率直方图,直观地得到了试验模型尺寸误差的特性和一般分布规律。根据所测数据的统计特性,提出尺寸误差的分布具有正态分布的特点。
⑵通过“偏度、峰度检验法”检验了尺寸误差服从正态分布的假设;根据尺寸误差服从正态分布的结论,提出了在有限元软件中模拟具有尺寸误差的结构模型的建模方法。
⑶针对6个典型的结构计算模型,分别对含有尺寸误差和无尺寸误差的情况进行了弹性时程分析。对时程分析中反映出的结构动力特性和动力响应(如周期、最大加速度等)进行分析比较,结合理论分析,提出了对尺寸误差进行修正的方法,并尝试提出了对结构基本周期进行修正的公式。
⑷运用SAP2000有限元分析程序,对一个10层框架——剪力墙结构的模拟地震振动台试验进行研究,分析由于材料特性差异对振动台试验结果的影响。主要考察了材料特性不同时结构在遭遇地震动时的动力反应变化,包括结构在各水准地震动作用下周期及加速度、位移反应等的变化。归纳出模型试验中材料特性差异引起误差的一般性结论。
⑸总结了模型试验中各种动力相似关系并引出振动台模型试验中的重力失真问题。抛开具体的结构形式,剖析了重力失真对结构的应力刚度和重力二阶效应的影响,解析了重力失真模型时间相似系数的变化规律。接着从数学模型着手推导分析了重力失真对模型试验相似程度的影响并对重力失真对结构破坏模式的影响进行了讨论。