钢框架模型地震模拟振动台试验研究开题报告

1. 研究目的与意义

我的课题是：钢框架结构地震模拟振动台试验的研究。地震模拟振动台是地震工程研究中非常重要的试验设备。它可以按照人们的需要，模拟地震的再现，或者进行某种特定的振动，而被试验的结构模型的反应，经相似换算后，可以作为原型在真实地震下的反应。自20世纪60年代开始，全球便开始建立地震模拟振动台系统，国内各高校及科研单位也在陆续推进。随着技术的发展，系统已从单向运动向复杂的三向六个自由度发展，试验的内容也从砌体结构模型试验、框架结构模型试验、简体结构模型试验向桥梁模型结构试验、具有隔震减震装置的结构模型试验、结构和地基共同工作的模型试验等新的领域发展。从理论上讲，振动台越大，所能承载的结构模型也越大，试验结构的性能也越接近真实结构的性能，然而由于振动台本身尺寸、承载能力、试验时间和经费等的限制，大多时候必须做缩尺模型试验，如何规划缩尺模型试验的流程，如何操作完成缩尺模型的地震模拟试验就是本研究课题的关键。我选用钢框架结构作为模型进行本次试验，钢框架结构是以钢材制作为主的结构，是最主要的建筑结构类型之一，在我国有着悠久的历史，应用极其广泛，结构本身也相对简单，试验得出的数据也具有普遍性及代表性，同时钢材有强度高、自重轻的特点；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；塑性、韧性好，可有较大变形，能很好的承受动力荷载，在试验时能更清晰直观地观察它的位移、形变等。

2. 研究内容和预期目标

本课题的主要研究内容有三点：一是模型的设计。确定了使用钢框架模型后，必须借助学校内实验室的地震模拟振动台协调模型、试验能力，研究相似理论，确定模型的各个参数，设计合理的方案，并制作模型；二是激励的选择。试验时，振动台台面产生要求的地面运动，其运动规律与结构遭遇地震时的运动规律相同，安装在振动台上的模型结构受到台面运动的加速度作用，产生惯性力，从而再现地震对结构的作用。因此选取怎么样的地震波也是研究的必要内容，一般情况下需要选择两条有记录的天然地震波与一条波形不规则的人工地震波；三是所需记录的试验数据的选择。选取的需要记录的数据要能够反映模型结构的抗震性能特点，本试验是一种高速动态试验，试验中采集的数据主要包括模型结构各测点的加速度、位移和应变。其中，最主要的测试数据是各楼层的加速度数据，因为通过实测的加速度，可以推算各楼层所受的惯性力作用，加速度传感器为绝对传感器，可以直接安装在模型结构的各个楼层位置，为了准确地测量模型结构基底的加速度，在其基底处也要安装。位移传感器为相对传感器，在试验中要设置安装支架，安装支架应有足够的刚度，不受振动台运动影响，将位移传感器固定在安装支架上，测量模型结构与安装支架间的相对位移。对于钢框架结构，可直接采用电阻应变计测量试验中的应变变化。

3. 研究的方法与步骤

本课题最主要的研究方法便是模型相似理论，设计选定形式的钢框架地震模拟振动台试验模型，在此基础上，利用校内的地震模拟振动台进行振动台试验，得到钢框架模型的地震反应。相似理论，是说明自然界和工程中各相似现象相似原理的学说。是研究自然现象中个性与共性，或特殊与一般的关系以及内部矛盾与外部条件之间的关系的理论。在结构模型试验研究中，只有模型和原型保持相似，才能由模型试验结果推算出原型结构的相应结果。通过确定模型与原型的几何相似比，推导出动力相似关系，就能保证振动台实验室模型运动规律与原结构遭遇地震时的运动规律相同，从而得出结论。

试验共分为三大部分：试验准备、试验工况和试验数据分析总结。

准备阶段的具体步骤有：1.熟悉试验的模型相似比并借助实验室的地震模拟振动台协调模型、试验能力等，确定各个参数。2.设计试验的框架模型相应的图纸并进行模型制作。3.测点布置，确定加速度传感器、位移传感器的布置方式、位置和数量，并在模型上进行安装。

4. 参考文献

[1]叶日贵.多层钢结构振动台试验与数值模拟分析[j].钢结构,2019,34(02):77-80.

[2]刘祖强,杨筱,薛建阳,周超锋.型钢混凝土异形柱框架地震模拟振动台试验及数值模拟[j].振动工程学报,2019,32(01):17-28.

[3]赵一敏,白羽,柏文峰.新型装配式轻钢混合结构振动台试验研究[j].钢结构(中英文),2019,34(07):12-14 38.

5. 计划与进度安排

[1] 3月16日—3月22日 文献检索，提交开题报告

[2] 3月23日—4月05日 论文研究，提交外文翻译初稿

[3] 4月06日—5月17日 论文研究，提交论文初稿