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《上海软土地震响应的振动台模型试验及其三维数值拟合分析论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、上海软土地震响应的振动台模型试验及其三维数值拟合分析论文.freel的上海地区开展建立地下铁道抗震设计的分析理论和设计方法的研究具有更重要的意义。张雄1等在时间域内研究了土-地下结构相互作用体系的三维地震响应;AKIRA2等采用静态有限元法研究了地下结构的的地震响应。国内学者也加强了对地下结构的抗震性能的研究。马险峰3等在国内较早、也较详细的对地下结构的震害进了调查和研究,.freel×4.0m;最大承载为15t;振动方式为X、Y、Z三向六自由度;频率范围为0.1~50Hz;台面最大加速度为:X向1.2g、Y向0.8g、Z向0.7g。模型箱为高1
2、.2m的中空长方体,沿振动方向净长3.0m,垂直于振动方向净宽2.5m,箱中土体高度1m。在模型土表面和中部设置了16个加速度传感器,用A表示(图2);并在模型土与箱壁的接触面上布设了4个动土压力传感器,以P表示。试验采集到的信息为模型土和模型箱的加速度值以及模型土与模型箱之间的接触压力值。1.2模型土的选择与配制模型土的性能难于在各个方面都与原状土相似,故试验中力求在最大动剪切模量值和动剪切模量与动应变间关系曲线的变化规律两方面使模型土与原状土尽量相似。本次试验用来制作模型土的材料选取为褐黄色粉质粘土,原因主要有:(1)这类粘土在上海市区的地表
3、浅层内普遍存在,获取方便,(2)这类粘土干燥时强度较高,遇水后可迅速软化,易于通过调整含水率及密实度使其特性满足对模型土配制的要求。2计算模型2.1计算区范围的确定计算区范围与模型箱尺寸一致。模型土长3.35m(激振方向,含两侧泡沫塑料板厚各175mm),宽2.5m,深1.0m,采用实体单元对模型土和塑料板划分三维有限差分网格,如图3所示。2.2材料本构模型的选取对重塑土进行动力试验9表明上海软土的动应力应变关系遵循“应变软化”规律:动剪切模量随动剪应变的增加而降低,阻尼比则随动剪应变的增加而增加,其关系可用Davidenkov模型描述为其中:A
4、、B和γr为拟合常数;γr亦为参考剪应变,γd为瞬时动剪应变;Gd和λ为瞬时的动剪切模量和阻尼比;Gmax和λmax为最大动剪切模量和最大阻尼比。本次试验选取褐黄色粉质粘土作为制作模型土的原料。Davidenkov模型参数由试验确定8,见表1。其泊松比为0.4,密度为1760kg/m3;试验8测得泡沫塑料板的动弹性模量为4.13MPa,密度15kg/m3,泊松比0.4,泡沫塑料板选用弹性模型。2.3边界条件由于在激振过程中模型箱的刚度较大,其变形可忽略不计,可认为侧向和底部边界在水平方向上的加速度始终与台面输入的试验波一致。因而计算时所采取的动力
5、边界条件为:沿激振方向在模型四个侧面与底面同时施加与振动台台面输入加速度一致的加速度边界;模型底面为竖向固定的边界;顶面为自由变形的边界。2.4荷载输入试验选取三种地震波作为振动台台面输入波,试验加载制度见表2。试验采用单向输入激励,在模型底部输入台面波。3计算结果与分析鉴于自由场振动台模型试验中,用于接受激振响应信息的传感器主要是加速度传感器,因此本文仅分析加速度响应规律。3.1加速度放大系数将测点加速度反应的峰值与振动台台面输入的峰值之比定义为加速度反应的放大系数。各加载工况下,土体表面测点A3和一半深度处测点A25的二维6、三维数值模拟计算
6、结果列于表3和表4,测点布置图见图2。从表3、4可以看出:大部分工况下三维计算结果与二维计算结果以及试验结果均吻合较好,相对误差均在10%之内,表明提出的计算方法能较好的模拟模型土的动力响应规律。仅在El-9和SH-10两种工况时二维和三维的计算结果与试验结果有一定的误差,原因可能是地震动输入峰值过大,土的剪切模量衰减较大,从而使得试验过程中土实际的应力应变关系曲线偏离所采用的Davidenkov模型曲线较大。此外还可看出三维的计算结果大于二维,二维的计算结果大于试验。3.2加速度反应时程与富氏谱图4、5分别为SH-3工况下测点A25的加速度时程
7、曲线及其富氏谱的计算结果与实测结果。由图可见计算结果的波形、幅值与试验结果均基本吻合,两者在各频段的频率组成也基本一致,也表明文中的计算方法能较好的模拟模型土的加速度响应规律。4结语本文对在同济大学进行的上海软土地区地铁车站结构振动台模型试验的自由场振动台试验建立了三维计算模型,分自由场振动台模型试验进行了三维数值拟合分析,得到了模型土的加速度响应规律及模型土与模型箱之间的动土压力,计算结果与实测结果以及按二维模型计算的结果吻合较好,表明本文建立的三维计算模型能较好的模拟模型土的动力特性,为建立计算上海软土三维地震响应的计算方法奠定了基础。对三维
8、计算方法的研究将另文介绍。
