某大型升船机结构模型振动台试验研究

论文摘要

本文以某大型升船机结构为背景,介绍了该门式连体塔柱结构1:25缩尺模型的模拟地震振动台试验情况。基于该结构模型的实测动力响应,分析了该结构的抗震性能。另外,用有限元程序SAP2000对该模型进行弹性时程计算。试验和计算结果表明,由于此升船机塔柱结构对称性强,塔柱结构的响应以单向的响应为主,双向或三向同时激励下塔柱结构的响应可由单向激励下的响应组合而成;沿塔柱高度其纵横向的最大加速度响应包络图呈S形分布,在10层附近塔柱的加速度响应较小,此特征不受模拟地震输入方式与输入地震波不同的影响;随着激励水平的提高与模型损伤的积累,塔柱水平加速度动力放大系数沿高度趋于均匀;船厢处于不同工作位置对塔柱结构的动力响应影响很小,但对船厢和塔柱结构间耦合力的影响显著,船厢处于最高位时耦合力最大。基于试验结果,得出现有设计结果可以保证该升船机塔柱结构在设计地震下的安全并有足够的安全储备。针对该升船机塔柱纵立面开洞少、沿高度塔拄筒体内楼板少,摆放附加配重的困难,提出了局部增加楼板或减少楼板以及外纵墙临时开洞口的解决方法,并利用SAP2000软件对简化试验模型进行了计算分析,计算结果表明简化方法是可行的,但是外纵墙预留洞口必须修补,才能更好模拟原型的动力特性。最后,本文对我国目前振动台模型试验采用的相似关系进行探讨。采用有限元软件SAP2000和MARC,预测了按照一致相似律设计的一座六层框架欠人工质量模型在不同配筋率下不同配重因素的影响。发现配筋率较小时配重不足的影响明显,配筋率较大时影响不明显。对模型钢筋采用与原型钢筋接近而模型混凝土弹模相似比采用0.3、按照一致相似律设计且不同配重的一座六层框架欠人工质量模型分析结果显示,按照等面积配筋率设计的模型将高估原型结构的抗震能力,按照构件承载力相似原则设计的模型能较好反映原型结构的地震响应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 升船机特点及研究现状
• 1.2.1 升船机的定义及特点
• 1.2.2 升船机应用现状
• 1.2.3 国内对升船机抗震性能的已有研究
• 1.3 模型试验及其分类
• 1.4 相似理论的研究进展
• 1.4.1 基于量纲分析的相似理论
• 1.4.2 基于方程式分析法的相似理论
• 1.4.3 弹塑性阶段的相似理论
• 1.4.4 钢筋的相似理论
• 1.5 本论文的主要研究内容及安排
• 第2章 升船机结构模型振动台试验设计
• 2.1 工程概况
• 2.2 模型的设计制作
• 2.2.1 模型材料选取
• 2.2.2 相似关系确定
• 2.2.3 塔柱模型的制作
• 2.2.4 船厢及纵、横导向梁模型的设计制作
• 2.2.5 模型的底板设计及吊装方案
• 2.3 试验设备和测试方案
• 2.3.1 试验设备
• 2.3.2 试验量测方案
• 2.3.3 试验进度与工况
• 2.4 小结
• 第3章 振动台试验结果分析
• 3.1 模型的动力特性
• 3.2 试验现象
• 3.3 结构模型的加速度反应
• 3.4 结构模型的位移反应
• 3.5 塔柱结构应变和破坏情况
• 3.6 纵横导向梁的反应
• 3.7 小结
• 第4章 某大型升船机模型有限元分析
• 4.1 试验模型与原型结构的比较
• 4.2 有限元计算结果与试验结果比较
• 4.2.1 模型自振特性
• 4.2.2 弹性时程分析
• 4.2.3 结构的耦合力反应
• 4.2.4 结构的加速度反应
• 4.2.5 结构的位移反应
• 4.3 小结
• 第5章 相似问题的讨论
• 5.1 对基于方程式相似理论的探讨
• 5.2 一致相似律的探讨
• 5.2.1 欠人工质量模型弹性阶段
• 5.2.2 欠人工质量模型弹塑性阶段
• 5.3 配重不足的影响
• 5.3.1 FM8 不同配重模型
• 5.3.2 改变配筋率的不同配重模型
• 5.4 按照不同原则进行配筋设计
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果