钢筋混凝土结构小比例尺模型相似性研究

论文摘要

从振动台模型实验诞生到现在的几十年间,与其相配套的振动台模型相似理论有了长足的发展。对于钢筋混凝土结构小比例尺模型,往往不能使用原型材料作为模型材料;此外,为了利用同一模型研究原型结构在不同等级地震动作用下的反应性态,振动台试验中通常采用逐级加载的方式。因此,在钢筋混凝土结构小比例尺模型振动台试验中,必然需要考虑以下两个问题:(1)模型设计中,需要考虑不同材料(混凝土和配筋)间相似性协调的问题;(2)针对现在振动台常用的逐级加载的加载方式,当对同一模型进行多级次地震动输入时,不可避免地造成模型结构的累积损伤,这就给试验结果带来误差。本文针对以上两个问题进行了如下的研究:(1)本文提出一种钢筋混凝土结构小比例尺模型的设计方法—相似性协调设计方法,即通过调整模型构件配筋、保护层厚度和箍筋间距等,从而实现模型混凝土和模型配筋的相似性协调。分别采用相似性协调设计方法和常用设计方法设计模型,通过构件试验、模型振动台试验与数值模拟,进行相似偏差对比分析研究,考察了相似性协调设计方法的有效性、合理性和可行性;(2)本文针对钢筋混凝土结构小比例尺模型振动台试验中,常采用的逐级加载方式,提出了分级相似关系,即通过每级次地震动输入后模型模态测试的自振频率结果,再根据自振频率和弹模之间的关系,来改变弹模比从而调整相似关系,进行下一级次地震模拟振动台实验,模拟原型结构在不同级次地震动输入下的反应性态。通过钢筋混凝土结构小比例尺模型振动台试验和原型结构的数值模拟,对按照分级相似关系的试验模型和不采用分级相似关系的试验模型,进行相似偏差对比分析,研究分级相似关系对逐级加载误差的改善情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 模型试验的意义
• 1.2 结构模型实验理论
• 1.2.1 相似理论
• 1.2.2 量纲分析
• 1.2.3 动态相似模拟理论
• 1.2.4 地震模拟实验中的模型相似理论
• 1.3 选题
• 1.4 各章主要研究内容及安排
• 第二章 相似性协调的模型设计方法及分级相似关系
• 2.1 相似性协调的模型设计方法
• 2.2 普通混凝土与微粒混凝土非线性力学性能的关系
• 2.3 各等效动态相似关系的建立
• 2.3.1 等效三阶段动态相似关系
• 2.3.2 分级相似关系
• 2.4 本章结论
• 第三章 相似性协调模型设计方法的构件试验研究
• 3.1 材料力学性能试验
• 3.1.1 试验目的
• 3.1.2 C30 混凝土和M5 标准砂浆力学性能试验
• 3.1.3 钢筋拉伸试验及其结果
• 3.2 原型构件试验
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 原型构件参数
• 3.2.3 构件试验结果
• 3.3 模型构件试验
• 3.3.1 模型相似设计
• 3.3.2 模型制作及试验过程
• 3.3.3 试验结果与分析
• 3.4 本章结论
• 第四章 振动台试验研究
• 4.1 试验设计与模型制作
• 4.1.1 相似关系
• 4.1.2 模型的制作
• 4.2 试验的仪器及设备
• 4.3 地震模拟振动台试验
• 4.3.1 地震波的选取
• 4.3.2 测点布置
• 4.3.3 试验方案与步骤
• 4.4 模型结构试验的主要结果
• 4.4.1 试验过程及现象
• 4.4.2 试验结果
• 4.5 原型结构数值模拟
• 4.5.1 框架结构层剪切计算模型的建立方法
• 4.5.2 原型数值模拟结果
• 4.5.3 模型试验结果相似偏差分析
• 4.6 本章结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介