液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验模型相似设计方法

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桩_土_结构动力相互作用研究现状与进展_邓浩昀

第39卷第1期2017年2月工程抗震与加固改造Earthquake Ｒesistant Engineering and ＲetrofittingVol.39，No.1Feb．2017［文章编号］1002-8412（2017）01-0001-07DOI ：10.16226/j．issn．1002－8412.2017.01.001桩－土－结构动力相互作用研究现状与进展邓浩昀1，金新阳2，顾明1（1．同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海200092；2．中国建筑科学研究院，北京100013）［提要］桩－土－结构动力相互作用是地震工程重要的研究方向之一。

本文回顾了近年来国内外桩－土－结构动力相互作用的研究历史，同时对该领域的研究现状进行介绍，简述了桩－土－结构动力相互作用解析法、数值分析、试验和原型观测的研究进展，并对该领域今后的研究方向给出了一些建议。

［关键词］动力相互作用；桩基础；地震工程；文克尔模型；有限元－边界元［中图分类号］D315．9［文献标识码］AＲesearch Status and Development of Dynamic Soil-pile-structure InteractionDeng Hao-yun 1，Jin Xin-yang 2，Gu Ming 1（1．State Key Liboratory of Disaster Ｒeduction in Civil Engineering ，Tongji University ，Shanghai 200092，China ；2．China Academy of Building Ｒesearch ，Beijing 100013，China ）Abstract ：Dynamic soil pile structure interaction （DSPSI ）is an important field of the earthquake engineering．The research history of DSPSI are reviewed ，and an attempt is made to summarize the current situation．The progress of the analytic solution ，numerical analysis ，experiments and the prototype in this area is introduced．Furthermore ，some suggestions for future studies in the DSPSI are also presented．Keywords ：dynamic interaction ；pile foundation ；earthquake engineering ；Winkler model ；FEM-BEM E-mail ：910702dhy@tongji．edu．cn［收稿日期］2016－09－09桩－土－结构动力相互作用（SPSI ）是一个涉及到结构动力学、土动力学、地震工程学、地质学、岩土力学、材料科学、计算数值分析等多种技术学科的研究课题，主要包括刚性运动相互作用和惯性相互作用。

【北京市自然科学基金】_振动台试验_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140729

推荐指数 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词离心机砂土地基模型试验振动台地震反应等效线性方法地震响应刚性桩复合地基三维有限元
推荐指数 2 2 2 2 2 1 1 1 1
科研热词振动台试验地铁车站再生混凝土高剪力墙防水试验覆土厚度薄层单元分析法自振频率耗能支撑石膏模型相似设计正交试验模型相似设计框架-剪力墙有限元模拟暗支撑时程抗震能力抗震性能地层阻抗函数土工离心机土力学反应位移法全再生骨料混凝土中高剪力墙
推荐指数 5 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2011年科研热词振动台试验断层错动地下管线试验设计抗震性能应变土体再生混凝土中高剪力墙推荐指数 3 2 2 1 1 1 1 1 1
2012年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词离心模型暗支撑振动台试验振动台模型试验抗震能力成层土地震反应全再生混凝土低矮剪力墙
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年序号 1 2 3 4 5
2014年科研热词近断层地震软限位组合限位器振动台试验基础隔震推荐指数 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

【国家自然科学基金】_桩-土-结构动力相互作用_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730

2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
科研热词桩-土-结构动力相互作用动力特性动力反应非线性粘弹性非平稳激励集中质量模型随机地震反应分析附加质量法钢拱桥自由场反应耦合扭转振动粘弹性人工边界等效线性法桩基工程桩土相互作用桩-土动力相互作用桩-土-输电塔体系桩-土-结构相互作用桩-土-结构桩-土-塔-线体系桥梁工程数值模拟振动台试验挤扩支盘桩抗震性能孔隙水压力大跨度塑性铰地震响应分析地震响应地震反应土-桩-结构相互作用体系可液化土动力阻抗函数动力相互作用动力接触二维有限元 goodman单元
科研热词振动台试验非线性桩基础桩-土-结构体系桥梁结构数值模拟土与结构相互作用动力相互作用偏心结构饱和地基频谱隔振效果超孔隙水压力薄层法自由场群桩基础群桩结构性饱和黄土结构-桩-土相互作用液化场地正交三梁模型桩-土相互作用桩-土-结构相互作用桥梁基础桥梁有限元法有限元-无限元有限元抗震分析抗拔应力泡平扭耦联天津站交通枢纽大型振动台试验地震相互作用地震响应地震反应规律地震反应地震作用地基响应土-桩-结构相互作用可液化场地双排桩单桩-柱墩半解析边界元法动力p-y曲线分析模型刚度三维有限元模型
推荐指数 6 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

液化场地-群桩-上部结构动力特性研究综述

液化场地-群桩-上部结构动力特性研究综述
李雨润;刘毅;梁旭华
【期刊名称】《河北工业大学学报》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】桩基由于其良好的抗震性能,在实际工程中得到广泛的应用。

历次震害表明,可液化场地中的桩基通常会发生更为严重的破坏,进而导致上部结构的破坏。

因此,有必要深入开展液化场地-群桩-上部结构动力特性研究,弥补目前研究工作的不足之处。

本文旨在通过总结近年来国内外学者的相关研究成果,分析目前存在的主要问题,并提出亟待深入开展的研究工作。

主要包括以下几个方面内容:1)在已有液化场地直群桩研究成果基础上,需要探讨可液化场地斜群桩动力响应特征,描述斜桩桩身弯矩沿深度的分布规律;2)开展含饱和夹层土场地条件下直斜群桩-土动力相互作用机理对比研究;3)考虑土-水-上部结构耦合作用下群桩基础动力响应模型试验和数值模拟研究;4)评价液化场地滑移下高层建筑群桩基础破坏机理。

通过本文的论述,希望对桩基础抗震研究方向提供新的研究思路。

【总页数】7页(P74-80)
【作者】李雨润;刘毅;梁旭华
【作者单位】河北工业大学土木与交通学院;唐山市市政建设总公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU473.1
【相关文献】
1.液化场地斜直交替群桩-土-桥梁结构动力特性分析
2.考虑群桩效应的液化场地桩-土动力p-y曲线研究
3.液化微倾场地群桩-土动力相互作用p-y曲线特性
4.液化场地-群桩-上部结构动力相互作用简化分析方法
5.桩-土相互作用弹簧对倾斜液化场地-群桩-上部结构体系的影响
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土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验:试验方案设计

土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验：试验方案设计陈国兴;庄海洋;程绍革;杜修力;李亮【期刊名称】《地震工程与工程振动》【年(卷),期】2006(26)6【摘要】以南京地铁的建设背景为基础,对含有可液化土层的深厚软弱场地上双洞单轨的地铁区间隧道结构进行了大型振动台模型试验研究。

根据本次试验的目的和特性,首先给出了模型体系相似比的设计基本原则,并对整个模型体系进行了相似设计,对模型土和模型结构的制备方法和模型材料的物理特性进行了室内试验研究,同时,根据对隧道地震反应分析的数值模拟结果,对传感器的选择及其布置方案进行了分析。

最后,根据南京及其周边地区的地震环境,对台面输入地震动的选取及其加载方法进行了具体的阐述。

试验结果表明本文对土-地铁区间隧道动力相互作用的大型振动台模型试验的设计方案是合理的,对相关试验结果的整理和分析见另文。

【总页数】6页(P178-183)【关键词】地铁区间隧道;动力相互作用;大型振动台试验;地震反应【作者】陈国兴;庄海洋;程绍革;杜修力;李亮【作者单位】南京工业大学岩土工程研究所;中国建筑科学研究院工程抗震所;北京工业大学建工学院【正文语种】中文【中图分类】P315.972【相关文献】1.土-隧道结构动力相互作用振动台模型试验中传感器位置的优选 [J], 王建宁;窦远明;魏明;朱旭曦;段志慧;田贵州2.土-隧道结构动力相互作用振动台模型试验中传感器位置的优选 [J], 王建宁; 窦远明; 魏明; 朱旭曦; 段志慧; 田贵州3.隧道-土-上部建筑相互作用体系振动台模型试验方案设计 [J], 吴朝阳; 宗金辉; 李延涛; 田野; 温永刚; 丁冬4.土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验研究 [J], 陈国兴;庄海洋;杜修力;李亮;程绍革5.土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验——试验结果分析 [J], 陈国兴;庄海洋;杜修力;李亮;程绍革因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

结构动力模型试验的相似技巧

结构动力模型试验的相似技巧
林皋;朱彤;林蓓
【期刊名称】《大连理工大学学报》
【年(卷),期】2000(040)001
【摘要】通过多年模型试验的实践与体会，提出了结构动力模型试验与动力模型破坏试验中保持模型与原型的相似的３种基本要求与处理技巧，同时指出对结构动力特性，弹性振动响应与破坏形态等试验目的不同，相似要求也有所差别。

掌握这一技术，可以通过模型试验加深对结构动力特性和破坏形态的认识，获得更多有用的信息，特别对复杂的土工建筑物动力模型破坏试验的相似问题，提出了一些新的概念。

【总页数】8页(P1-8)
【作者】林皋;朱彤;林蓓
【作者单位】大连理工大学土木工程系;大连市政设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TU317.1
【相关文献】
1.地基-地下结构系统动力离心模型试验相似设计方法研究 [J], 刘晶波;刘祥庆;王宗纲
2.结构动力模型试验与原型相似关系的研究 [J], 刘彩玲;刘杰
3.构建动力相似模型试验平台提升结构振动教学质量水平 [J], 李迎涛;周凌;杨朝山;王仲刚
4.考虑流-固耦合的输水隧道动力模型试验中的一种相似技巧 [J], 刘金云;陈健云
5.结构动力模型试验相似理论及其验证 [J], 迟世春;林少书
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桩-土-结构地震动力相互作用分析方法对比研究的开题报告

桩-土-结构地震动力相互作用分析方法对比研究的开题报告
一、研究背景
桩-土-结构体系经常受到地震的影响，而土壤和结构的动力特性会对地震响应产生不同的影响，使得相互作用分析成为地震工程中不可缺少的一环。

目前，对于桩-土-结构体系的地震动力相互作用分析，主要采用了有限元方法、位移谱法、时程分析法等多种方法。

但是，目前各种方法的适用范围、精度和实用性等方面都存在一些限制和差异，因此需要对这些方法进行比较研究，以进一步完善地震工程实践中的方法和技术。

二、研究内容和目标
本研究的主要内容是比较和评估不同桩-土-结构体系地震动力相互作用分析方法的适用范围、精度和实用性，并结合实际工程进行案例验证。

具体目标包括：
1.对于有限元法、位移谱法和时程分析法等方法的基本原理和应用范围进行分析和比较；
2.对比不同方法对桩-土-结构体系地震响应的模拟精度；
3.比较不同方法在改善桩-土-结构体系地震响应方面的实用性；
4.以实际工程为例进行验证和比较不同方法的实用性。

三、研究方法和技术路线
1.文献研究法：对现有的有限元法、位移谱法和时程分析法等方法进行文献调研和分析，以对这些方法的基本原理和应用范围有一个比较全面的了解；
2.数值模拟法：采用有限元软件OpenSees和PLAXIS等，对不同桩-土-结构体系进行数值模拟，分析比较不同方法的模拟精度；
3.实际工程应用法：选取代表性的工程实例进行分析和比较，以验证和比较不同方法的实用性。

四、研究意义
本研究通过对比不同桩-土-结构体系地震动力相互作用分析方法，对地震工程领域提供更准确、更可靠的工程设计方案，同时为相关领域的研究和实践提供更深入的理论支持。

相似比不严格成比例情况下振动台模型设计

相似比不严格成比例情况下振动台模型设计张琳;邱文亮;姜涛【摘要】受压构件相似比不严格成比例时,提出了振动台模型的设计方法.根据相似原理,通过方程分析和量纲分析,当受压构件的厚度比尺不严格成比例时,频率比尺不仅与长度比尺和加速度比尺有关,还与刚度有关.即当模型的厚度比尺是长度相似比的q倍时,模型与实桥之间的频率比尺是理论计算比尺的√q倍.以某大跨拱桥主桥为工程背景,进行1/50缩尺模型试验,验证了理论分析的正确性,同时为振动台模型试验提供了参考.【期刊名称】《沈阳大学学报》【年(卷),期】2014(026)005【总页数】5页(P421-425)【关键词】振动台;模型设计;相似关系;频率比尺【作者】张琳;邱文亮;姜涛【作者单位】大连理工大学桥梁工程研究所,辽宁大连 116024;大连理工大学桥梁工程研究所,辽宁大连 116024;大连理工大学桥梁工程研究所,辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】TU352评价桥梁结构的抗震性能及地震作用下的破坏机理一直是学术界关注的问题.随着计算机和工程结构的发展,各种桥梁分析软件应运而生.但由于问题复杂,计算分析有其局限性,如材料的本构关系没有很好地解决;计算分析时对原型桥梁简化的合理性有待商榷,对同一问题的分析不同研究者可能给出不同的结果.桥梁抗震性能评价的另一有效方法是振动台的模型试验.由于振动台设备承载能力及实验室空间的限制,大型桥梁一般进行缩尺模型.因而,如何正确地设计模型并确定相似比尺以期获得原桥的地震反应相当关键.文献[1]给出了采用一般材料时,模型与原型的相似关系.文献[2]给出了原型与模型采用同种材料时,模型在不同配重下与原型动力的相似关系.文献[3]给出了不同试验目的时,相似关系如何换算.但迄今为止没有涉及当模型不严格满足相似比尺(如刚度变化)时的相似比例关系.本文根据相似原理及结构力学相关理论进行推导,并以某大跨拱桥主桥振动台模型试验为例,验证了给出的相似关系的正确性.1 相似原理本文利用相似定理推导出来的相似关系进行模型的设计与制作.相似三定理[4]如下. 相似定理1 两个系统互相相似,那么其单值条件和相似判据相同.相似定理2 某物理现象各物理量之间的关系式均可以用相似准数间的函数关系式来表示.相似准数通常用π表示,故又称为π定理.相似准数的函数关系式如下:fx1,x2,x3,…=gπ1,π2,π3,….π定理作为量纲分析的普遍定理,为模型的设计提供了可靠的理论基础.相似定理3 凡具有同一特性的现象, 若单值条件彼此相似且由单值条件的物理量所组成的相似判据在数值上相等, 则这些现象必定相似.由3个相似定理可知,相似定理1和相似定理2均是给出已知相似,而后求相似的某些性质;而相似定理3则通过现象的最少外部特征来判断其是否相似,是确定现象是否相似的充要条件,这样就构成了一个完整的系统.基于3个相似定理,可利用方程分析和量纲分析来确定相似关系.1.1 方程分析利用方程分析法时,先对所研究的问题提出明确的物理方程,根据物理方程、单值条件及相似常数确定相似条件[5].如结构动力学基本方程为(1)将质量、加速度、速度、阻尼、刚度、位移的相似常数代入式(1)得(2)式中:Sm为质量的相似比;为位移表示的加速度的相似比;为惯性力加速度的相似比; Sc为阻尼的相似比;为速度的相似比;Sk为刚度的相似比;Sx为位移的相似比.根据量纲协调原理,以密度、长度、加速度、弹性模量的相似常数替换,则式(2)变为式中:Sρ为密度的相似比;Sl为长度的相似比;Sa为加速度的相似比;SE为弹性模量的相似比.整理可得此模型试验需要满足的相似常数之间的关系,如下所示:(4)进而可得式中,ST为周期的相似比;Sf为频率的相似比.1.2 量纲分析当各参数之间的函数关系不能确定所研究的问题时,用量纲分析法比较方便.量纲分析法遵循相似定理1和相似定理2.首先将有关的物理参数列出来,根据相似定理得到模型设计的相似条件,从而确定所研究的各物理量的相似常数.一般选三个量纲为基本量纲导出其他物理量的量纲[6-7].量纲分析法得出的结构抗震动力模型相似常数均是在严格按照长度比尺的前提下推导出来的.以受压构件为例,实际情况下,当模型比尺不是严格按照相似比尺时,频率比尺不仅与长度比尺、加速度比尺有关,还与刚度有关.由式(1),得如边长为a×b、厚度为t的箱型截面,其抗压刚度[8]为(10)当长度、厚度均为原型的1/n时,抗压刚度为(11)当长度为原型的1/n时,由于实际原因,当厚度为原型的q/n时,抗压刚度为从而,刚度比为由式(12)知(14)式中:为模型厚度是原型的1/n时的频率比尺; 为模型厚度是原型的q/n时的频率比尺.由式(14)知,长度比尺相同,厚度变为原来的q倍时,频率约变为原来的倍.2 应用本文以某大跨拱桥主桥抗震模型试验为例, 研究当相似比尺不严格成比例时, 由于实际条件改变, 厚度比尺对周期、频率等相似常数的影响.该大跨拱桥主跨理论跨径200 m,矢高为61.54 m,矢跨比为l/3.25,设计拱轴线采用悬链线.拱肋是箱型截面,分变高段和等高段两部分,采用Q345qE钢材.变高段截面尺寸由拱顶的3.0 m×3.0 m 渐变到拱脚附近的3.0 m×4.5 m,其余拱段为等高段.主梁为钢-混凝土组合梁结构,由边纵梁、横梁、小纵梁组成纵横体系.其上设混凝土桥面板.吊杆采用环氧涂层钢绞线成品吊杆.全桥立面布置图如图1所示.图1 全桥立面布置图(单位:cm)Fig.1 The elevation layout drawing of wholebridge(Unit: cm)2.1 确定模型的相似关系采用1∶50的比尺进行缩尺,选择有机玻璃做模型材料.利用方程分析和量纲分析可以得出本实验的相似关系如表1所示.表1 本试验模型的相似常数Table 1 Similarity constant of the test物理量相似比相似常数长度 Sl1/50应变 Sσ/SE1弹性模量SE0.013应力SE=Sσ0.013质量密度Sσ/(Sa·Sl)0.65质量Sσ·S2l/Sa5.2×10-6集中力Sσ·S2l5.2×10-6周期S0.5l·S-0.5a0.14频率 S-0.5l·S0.5a7.07加速度 Sa12.2 建立模型按照上述相似关系,采用有限元软件Midas/Civil建立模型.主梁利用刚度相等,将钢-混凝土组合梁截面等效为工字型钢截面,进而依照相似比尺换算为工字型截面.由长度相似比可知,拱肋从拱顶到拱脚由60 mm×60 mm变为60 mm×90 mm的箱型截面.而在实际情况下,往往模型的材料不严格遵照相似比尺,故建立两个模型.模型1的拱肋厚度为1 mm,严格按照相似比尺;模型2的拱肋厚度为2 mm. 模型截面图如图2所示.通过模型1和模型2的振动特性和实桥模型相比较,由于实际条件有限,当厚度不严格遵照相似比尺时,可以得出原型和模型之间的振动频率的关系.图2 模型截面图(单位: mm)Fig.2 The sectional view of the model (Unit: mm)2.3 配重通过计算得实桥模型的拱肋自重为29 571.24 kN,则通过相似比得模型的拱肋自重需为153.77 kN,而模型1的自重为49.44 kN,模型2的自重为89.00 kN,故模型1和模型2的配重分别为104.32 kN,64.80 kN. 将配重按照均布载荷添加到拱肋上.2.4 反应谱分析根据《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB 02-01—2008),对实桥模型和缩尺模型1、2进行反应谱分析.前五阶阵型模态如图3～图7所示.实桥模型和缩尺模型1、2的频率比(前五阶模态)如表2、表3所示.图3 一阶阵型Fig.3 Model shape 1图4 二阶阵型Fig.4 Model shape 2图5 三阶阵型Fig.5 Model shape 3图6 四阶阵型Fig.6 Model shape 4图7 五阶阵型Fig.7 Model shape 5表2 模型1与实桥的频率比Table 2 Frequency ratio between realbridge and model 1模态实桥的频率Hz模型1的频率Hz模型1与实桥的频率比10.7465.5637.45721.0026.1736.16131.2479.3537.50041.95912.6846.47552.0 5114. 9347.281表3 模型2与实桥的频率比Table 3 Frequency ratio between realbridge and model 2模态实桥的频率Hz模型2的频率Hz模型2与实桥的频率比10.7468.03010.76421.0028.7848.76731.24712.92010.36141.95917.9589.167 52.05121.23810.355由式(6)和式(7)得理论频率比尺和理论周期比尺分别为7.07,0.14,与表2的试验数据相比,一阶的频率误差为5.47%;当厚度变为原来的2倍时,由式(14)知,理论频率比尺和理论周期比尺分别为10.00,0.1,与表3的试验数据相比,一阶的频率误差为7.64%.模型1与模型2的频率比如表4所示.表4 模型1与模型2的频率比Table 4 Frequency ratio between model 1 and model 2模态模型1的频率比尺模型2 的频率比尺模型1的频率比尺模型2的频率比尺17.45710.7641.44326.1618.7671.42337.50010.3611.38146.4759.1671.41657. 28110.3551.422由表4得,模型1与模型2的频率比约为且最大误差为2.05%,基本符合由式(14)推断的结论.3 结语本文根据相似原理,提出当受压构件相似比不严格成比例时振动台模型的设计方法.对于箱型截面的受压构件,当材料厚度比尺不严格按照长度比尺改变时,频率比尺不仅与长度比尺、加速度比尺有关,还与截面的刚度有关.即厚度比尺是长度比尺的q 倍时,频率比尺约为理论计算的倍.通过某大跨拱桥的振动台试验验证了此方法的正确性,同时也为相似的振动台模型试验提供了参考.参考文献:【相关文献】[1]张敏政. 地震模拟实验中相似律应用的若干问题[J]. 地震工程与工程振动, 1997,17(2):52-58. (Zhang Minzheng. Study on Similitude Laws for Shaking Table Tests[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 1997,17(2):52-58.)[2]黄维平,邬瑞锋,张前国. 配重不足时的动力试验模型与原型相似关系问题的探讨[J]. 地震工程与工程振动, 1994,14(4):64-71.(Huang Weiping,Wu Ruifeng,Zhang Qianguo. Study on the Analogy between Scale Models with Less Ballast and their Prototypes under Shaking Table Test[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 1994,14(4):64-71.)[3]林皋,朱彤,林蓓. 结构动力模型试验的相似技巧[J]. 大连理工大学学报, 2000,40(1):1-8.(Lin Gao,Zhu Tong,Lin Bei. Similarity Technique for Dynamic Structural Model Test[J]. Journal of Dalian University of Technology, 2000,40(1):1-8.)[4]杨俊杰. 相似理论与结构模型试验[M]. 武汉:武汉理工大学出版社, 2004.(Yang Junjie. The Similarity Theory and Structural Model Test[M]. Wuhan: Wuhan University of Technology Press, 2004.)[5]周颖,吕西林. 建筑结构振动台模型试验方法与技术[M]. 北京:科学出版社, 2012.(Zhou Ying,Lü Xilin. The Method and Technology of Architectural Structure Shaking Tab le Model Test[M]. Beijing: Science Press, 2012.)[6]Sedov L I. Similarity and Dimensional Methods in Mechanics[M]. 10th ed. Boca Raton: CRC Press, 1993.[7]钟慧,檀永刚. 大连星海湾跨海大桥主桥动力模型设计[J]. 沈阳大学学报:自然科学版,2013,25(4):322-325.(Zhong Hui, Tan Yonggang. Dynamic Model Design of Dalian Xinghai Bay Cross-Sea Bridge[J]. Journal of Shenyang University: Natural Science, 2013,25(4):322-325.)[8]孙训芳,方孝淑,关来泰. 材料力学[M]. 4版. 北京:高等教育出版社, 2009.(Sun Xunfang,Fang Xiaoshu,Guan Laitai. Mechanics of Materials[M]. 4th ed. Beijing: Higher Education Press, 2009.)。

忽略重力影响振动台试验模型相似关系研究

李旭光
要：４层框架结构进行振动台模型设计，以运用有限元软件Ｓ２０ＡＰ００对忽略重力影响模型进行了动力时程分析，并
结构为一个４层钢筋混凝土框架结构，ｚ轴方向为３跨，轴
Ｙ轴方向为３跨，轴间距８ｍ。底层层高４５ｍ，．其他层作最能直接了解结构在地震激励下反应 Байду номын сангаас可靠方法。由于振动间距６ｍ，
忽略重力影响振动台试验模型相似关系研究
王秉文
摘与原型结构比较，从而验证了忽略重力影响模型的可行性。
关键词：动台试验，似关系，略重力影响振相忽中图分类号：３２ＴＵ５振动台试验是建筑结构抗震研究的试验方法之一，常被当通文献标识码：Ａ
进建议，以后的加固设计提供参考。为当前我国在使用的中小学校舍和农民自建房很大一部分为参考文献：２世纪８００年代建造，多为预制板砖砌体结构房屋。中小学校［］郭剑飞，育人．其１杨某砖混结构墙体托换改造与加固设计［］Ｊ．舍这种大开间的房屋结构一般为满足教室采光需要在纵向往往四川建筑科学研究，０９３（）７ —０２０，５３：８８．
图５构造柱加固做法图６构造柱加固现场施工
布置大量的采光窗。这种采光窗的布置使得抗震纵墙面积大幅［］吴武玄．２既有砖混预制板教学楼的抗震鉴定及分析［］福Ｊ．减小，常造成纵墙的刚度和抗震能力不足，容易在墙体上产生也建建筑，０９５：９ —９．２０（）１５１６应力集中而发生墙体开裂破坏。通过在两片采光窗之间加设构［］ＣＣ４：０３碳纤维片材加固混凝土结构技术规程［］３ＥＳ１６２０，Ｓ．造柱的方法来提高开窗纵墙的抗震能力和整体刚度。构造柱与［］０Ｓ１，混结构加固与修复［］４３￣６１砖Ｓ．原窗间墙通过＠４０的拉结筋拉结；将受力钢筋沿外侧绕过［］李志强，０并５孙晋垣．浅谈多层砌体房屋的抗震设计［］山西建Ｊ．上部横梁，使得构造柱在浇筑完成后与横梁连接成整体，到了类起筑．０９．５５：８６２０３（）６ —９．

土体液化动力分析数值模型

B1 A1 （ σ A1 和 B1 为系珚其中， σ 珚 0）， 0 为平均法向压力，
[
]ห้องสมุดไป่ตู้
1. 4
孔压增长模型
假定地震中砂层不排水、孔压由循环剪应力所致. 采用孔压发生经验式
* ΔU N =
A2 N τN （1 － U* N －1 ） N － A4 σ 珚 N －1
A3
(
).
α
* 式中： ΔU N = ΔU N / σ 珚 0 为第 N 应力循环中孔压增 * 量与初始平均有效应力之比；U N －1 为第 N － 1 应力
{
1
1. 1
土体液化分析数值模型
基本假定
[ ( ) ] }， = 0. 272 {1 － tanh [ ln ( 0. 000556 ) ] } · γ
0. 492 0. 4
①下伏基岩为水平成层半空间连续体，基岩面为不透水边界且各点运动相同； ② 上覆水平成层的可液化砂层为各向同性均质、半空间连续体； ③土层反应模拟为沿着竖直向上传播的二维水平剪切波；④初始地下水为排水边界；⑤地震中可液化砂土层不排水；⑥孔压发生由循环应力控制；⑦ 简化为平面应变问题. 1. 2 土的循环非线性本构模型砂土与粘土的循环非线性本构模型（剪应力－剪应变关系）通过满足 Masing 准则的修正双曲线应力－应变模型表述为
循环中孔压与初始平均有效应力之比；σ 珚 N － 1 为第 N － 1 应力循环中平均有效应力；τ N 为第 N 应力循环的幅值；A2， 3， 4 为试验参数 .
* * 据试验整理出 ΔU N / （ 1 － U N －1 ）与 τ N / σ 珚 N －1 之
数. 1. 3

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第23卷第3期岩石力学与工程学报 23(3)：450～456

2004年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2004

2002年6月3日收到初稿，2002年7月24日收到修改稿。 * 国家自然科学基金(50178027，50378031)和土木工程防灾国家重点实验室访问学者基金资助项目。作者凌贤长简介：男，40岁，博士，现任哈尔滨工业大学教授、中国科学院高级访问学者，主要从事岩土工程、岩土地震工程及冻土工程方面的研究工作。E-mail：Xianzhang_Ling@263.net。

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验模型相似设计方法*

凌贤长1，2 王臣1 王成3，4 (1哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨 150090) (2中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州 730000)

(3同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海 200092) (4重庆交通学院桥量系重庆 400074)

摘要当今，模拟振动台试验是研究工程抗震能力与破坏机理的重要手段之一。模型相似设计是确保振动台试验能够尽可能真实地反映原型动力性状的关键之一。基于目前广泛应用的Bockinghamπ定理，主要采用量纲分析方法，并且结合考虑模型与原型之间的材料变形应力-应变本构关系及桩-土接触边界动力响应相似性，求解液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验的模型设计相似关系，同时提出人工质量问题的解决办法。关键词土木建筑工程，模型相似设计，振动台试验，桩-土-桥梁结构动力相互作用，液化场地分类号 TU 435，P 315.97 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)03-0450-07

SCALE MODELING METHOD OF SHAKING TABLE TEST OF DYNAMIC INTERACTION OF PILE-SOIL-BRIDGE STRUCTURE IN GROUND OF SOIL LIQUEFACTION

Ling Xianzhang1，2，Wang Chen1，Wang Cheng3，4 (1Civil Engineering Department，Harbin University of Technology， Harbin 150090 China)

(2State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering，Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute，CAS，

Lanzhou 730000 China) (3State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering，Tongji University， Shanghai 200092 China)

(4Bridge Department，Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074 China)

Abstract Nowdays，scale modeling shaking table test is an important method to study aseismic ability and destroyable mechanism of engineering structure. The design of scale model is one of keys to insure that shaking table test can really reflect the dynamic characters of prototype. In order to solve the similitude problem of shaking table scale modle test of dynamic interaction of pile-soil-bridge structure in ground of soil liquefaction，based on the theorem of Bockingham π widely applied at present，the dimensional analysis method is used，and the constitutive strain-stress relationship of material between model and prototype and the dynamic response similarity of pile-soil interface are considered at the same time. Finally the method is put forward to solve artificial mass problem. Key words civil engineering，design of scale model，shaking table test，dynamic interaction of pile-soil-bridge structure，ground of soil liquefaction 第23卷第3期凌贤长等. 液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验模型相似设计方法 • 451 • 1 前言目前，用于开展地基、结构地震输入动力响应及土-结构动力相互作用等研究的模拟振动台试验是研究工程抗震能力与破坏机理的重要手段之一，倍受国内外学术界及工程领域的关注[1～8]。但是，

限于振动台的有效承载能力，大型结构及地基只能以缩尺模型进行试验。因此，为使模型试验能够尽可能真实地反映原型的动力性状，必须考虑模型与原型之间的物理相似性，这就涉及各物理量的相似比取值问题。长期以来，基于Bockingham π定理建立的人工质量相似律和忽略重力相似律，一度在工程模型振动台试验中广泛应用，并延用至今[9～14]。

本文将基于Bockingham π定理，主要采用量纲分析方法，并且结合考虑模型与原型之间的材料变形应力-应变本构关系及桩-土接触边界动力响应相似性，求解液压场地桩-土-桥梁结构动力相互作用振动台试验模型设计的相似常数。

2 模型相似设计基本原则

本次模型振动台试验在同济大学土木工程防灾国家重点实验室完成，主要目的在于考察：(1) 桩-土-桥梁结构动力体系地震输入响应特性；(2) 非自由场地基饱和砂土地震液化过程；(3)场地液化过程中钢筋混凝土桩、柱墩失效过程与破坏机理。据此确定的模型相似设计的基本原则如下： (1) 强调地基和桩、柱墩遵循相同的相似关系。并且，结构的所有线性尺寸具有同一个相似常数，即为正态几何相似。 (2) 近似考虑重力加速度的模拟，力争结构重力不失真，故对结构附加人工质量块(不影响结构的刚度，上部桥梁结构也以质量块形式加到墩上)，以补足结构的重力效应和惯性力效应。采用水沉法制做人工砂土地基，以确保其充分饱和。 (3) 桩、柱墩的模型材料为微粒混凝土配以镀锌铁丝。微粒混凝土是一种模型混凝土，以较大粒径的砂砾为粗骨料、以较小粒径的砂粒为细骨料，其施工振捣方式、养护条件及材料性能等均与普通混凝土十分相似，尤其在动力特性方面与普通混凝土之间有良好的相似关系，通过适当调配可以达到降低弹性模量等的要求[2]。

(4) 作为模拟场地液化条件下土-结构动力相互作用的模型振动台试验，有效上覆土压力和土中动

力响应孔隙水压力是必需考虑的。 (5) 控制输入动力荷载参数，以满足振动台性能的要求。 (6) 满足试验装备能力及施工条件。

3 量纲分析法求解相似关系

基于上述试验研究目的及相似设计基本原则，本次模型相似设计所考察的参与物理现象Q的主要物理量如表1所示。对于研究液化场地土-结构动力相互作用模型振动台试验来说，物理量的几何相似性、质量密度相似性、动弹性模量相似性、有效上覆土压力相似性、动力响应孔隙水压力相似性、重力加速度相似性、动力响应加速度、动力响应角位移及输入振动相似性等应是主要考虑的因素；至于阻尼比、振动频率及动泊松比等的相似性虽然十分重要，但是在进行模型相似设计时则很难实现。参与物理现象Q的物理量控制方程为

，，，，，，，，v(σωμρPRELf g，

0)=

σεθ，，，，，，，，uavSTA (1)

采用长度[L]、时间[T]及质量[M]作为基本量纲，则物理现象Q的量纲为γβα

][][][][TLMQ=。如此，

式(1)中各物理量的量纲如表2所示。将式(1)改写成无量纲方程，则其任一无量纲项可以表示为 7654321][][][][][][][ααααααα

ωμρπ

PREL=

1312111098][][][][]g[][vααααααθσσ

TA′

1817161514][][][][][ααααα

uavS (2)

将表2中各量纲公式代入式(2)、并据量纲齐次原则进一步整理得

322αωρπ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=LE63α

ωρ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝

⎛

42α

ρω⎟⎟⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

22v

ωρσ

⎟⎟⎠⎞⎜⎜

⎝

⎛′

L·

92gαω⎟⎠⎞⎜⎝⎛L102α

ω⎟⎠⎞⎜⎝

⎛

()11αωT

1222αωρσ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛L13α

μθ