[发明专利]一种研究框架结构振动响应特征的模型试验方法及系统

说明书

一种研究框架结构振动响应特征的模型试验方法及系统，方法包括以下步骤：1)模型制作；2)模型加载：分为两个部分：①模型初始应力状态和边界条件；②模型结构在不同模拟振动荷载加载；3)振动台模型试验过程监测：分别进行了加速度监测和应力应变监测。系统包括模型制作系统、模型加载系统和模型监测系统：模型制作系统包括结构混凝土和钢筋相似材料，模型结构和底板浇筑；模型加载系统包括结构的固定装置、振动模拟荷载施加装置；模型监测系统包括加速度监测单元和应力应变监测单元。本发明解决了框架结构模型制作复杂的问题；研制出可行的模型试验系统；能够客观直接反应出框架结构在振动作用下的放大效应和加载参数对结构的影响规律。

技术领域

本发明涉及框架结构振动台物理模型试验领域，具体涉及一种研究框架结构振动响应特征的模型试验方法及系统。

背景技术

近年来，随着框架结构的迅速发展，建筑结构在振动作用下的响应特征和变形机理的研究越来越受到人们的重视。自然地震波因其频率低、衰减慢、持续时间长和携带能量巨大的特点很容易对建(构)筑物产生危害，而随着城市建设的高速发展，爆破施工在工程建设中的广泛应用，施工过程中产生的爆破振动波也会对周围建(构)筑物产生影响，可见研究分析框架结构的振动响应特征非常必要，可为爆破振动控制和结构抗震设计提供依据。

目前对于振动作用下框架结构的响应特征分析的研究主要采用三种方法：现场试验、数值模拟和物理模型试验。现场试验的不足之处在于试验周期长，试验成本高，并且很难找到两个完全相同的试验条件；采用数值模拟方法存在的问题是由于框架结构在振动作用下变形的复杂性，数值模拟结果的可靠性往往很难保证；而振动台物理模型试验在分析结构设计是否合理以及评价结构的稳定性能方面具有无可替代的作用，相比于应用数值模拟技术，振动台试验具有可直观反应结构的变形和破坏过程，更能实际的反映出各种物理现象和规律。

通过振动台物理模型试验对模型框架结构进行振动加载以研究框架结构在振动作用下各层的加速度表现出的高程放大效应以及结构关键构件的应变特征，并通过改变加载振动的参数(强度、频率、持续时间)研究各加载参数对结构的影响，对获得的监测数据进行定量和定性的结合分析，具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种研究框架结构振动响应特征的模型试验方法及系统。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种研究框架结构振动响应特征的模型试验方法，包括以下步骤：

S1、模型制作：合理概括框架结构在振动作用下的响应规律，根据物理模型试验相似理论确定框架结构中钢筋相似材料和混凝土相似材料，并考虑振动台模型试验的实际可操作性，包括：振动台台面尺寸、振动台承载能力、模型制作难易程度，得到试验相关物理量的相似比，然后以一栋钢筋混凝土结构为原型进行小比例尺缩尺模型制作，考虑现有试验条件的局限以及试验研究的目的，在模型制作过程中主要包含结构梁、柱、板的制作，而忽略结构剪力墙及其它结构的制作，通过模型制作得到物理试验模型；

S2、模型加载：分为两个部分：(1)模型初始应力状态和边界条件：试验中为了弥补模型结构重力效应的不足，在模型每层楼上均匀布置砖块充当附加人工质量，此外，为了使模型结构与原型结构具有相同的边界条件，制作底板使模型结构底部与振动台固定连接，保证在进行振动试验时模型结构和振动台共同振动；(2)模型在不同模拟振动荷载加载：在试验过程中通过振动台的控制系统改变加载振动波的频率、强度、持续时间，研究各加载参数对模型结构的影响规律；