结构振动试验课程论文

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1、结构动力模型试验中的相似理论及其在结构抗震评价中的应用12级防灾苗得胜21120911005摘要：高层建筑的快速发展伴随着抗震评价问题的凸显，计算机技术在得到充分应用的同时也因材料设置、计算方法、模型简化等措施的不合理导致了计算结果可信度不够高。于是动力模型相似试验在评价结构抗震性能中发挥了较大的作用。本文将研究动力模型试验在结构抗震评价中的各种相似关系及其适用条件，并选取一框架结构实例进行抗震模型试验分析，以此来说明动力模型试验在现代结构抗震评价中的应用。关键字：模型试验；抗震评价；相似理论；量纲分析随着建筑科技的发展，越来越多的高层、超高层建筑结构和特种结构被应用到实际工程之中。如何评价

2、这些特殊结构的抗震性能、了解其地震破坏机理逐渐被人们所重视。计算机技术的发展使得结构计算方法和计算技术取得了长足的进步，各种通用的结构分析软件应运而生。人们已经可以通过软件对结构进行动力分析来了解其在地震荷载作用下的响应和破坏形态。但由于问题的复杂性，计算分析方法有一定的局限性。首先是材料的本构模型和参数至今还没有很好的得到解决，特别是材料的非线性、弹塑性本构模型及参数，还没有行之有效的方法能够简单确定。其次，计算分析必须对原结构实施简化，很多时候难以判断简化的合理性。再加上各种分析方法的局限性，使得对同一问题的分析结果差别很大。结构抗震安全评价的另一重要手段是利用大型振动台进行结构动力模型

3、试验。模型试验不仅可单独用于结构评价，还能与计算分析结果进行比较，综合判断结构的安全性。结构模型的振动台试验是研究工程结构抗震性能的重要方法,正确处理模型与原型的相似关系以及由模型反应正确推导原型反应是很重要的问题。由于振动台设备能力以及实验室空间的限制，大型结构物一般只进行缩尺模型试验。这样，原型结构与模型结构之间各种力学和物理量的相似关系至关重要。结构动力模型试验的相似换算关系，应根据不同的试验目的，采用不同的相似关系。处理模型相似问题包含一定的技巧，如果处理得当，就可以通过动力模型试验或动力模型破坏试验获得更多有用的信息，从而加强对结构动力特性和破坏形态的认识。很多文献也利用这些相似关

4、系，由模型试验结果推测原型。但至今仍没有这些相似关系的试验验证。研究者一般根据模型试验结果，直接由相似关系推测原型结构的动力特性。并根据经验，判断试验结果的可靠性。在很多情况下，将难以很好解释结果归因于缩尺效应。本文通过同一结构不同配重模型的振动台试验，验证了结构动力模型试验中的几种相似率，并讨论了它们应用的前提。1结构动力模型试验的相似理论1．1结构动力模型试验的一般要求要使试验模型与被模拟的原型结构满足物理力学相似，需要满足以下四方面的相似关系。即几何尺寸相似、模型材料与原型材料的应力应变关系相似、质量和重力相似以及初始条件和边界条件相似。几何相似要求模型根据原型尺寸按固定比例缩小制作，

5、这似乎比较容易。但几何相似不仅包括结构的梁、柱、板、墙等件的缩尺制作，还包括各构件的组装精度及连接强度是否与原型相似。模型材料与原型材料应力应变关系相似是非常困难的。因为即使采用微粒骨料按原型级配制作的微粒混凝土和特别加工的钢筋，也很难保证在不同应变速率、不同荷载幅值等条件下应力应变滞回圈相似。但对于不同的研究目的，应力应变关系可以不同。例如研究结构的自振频率及小震反应时，可仅要求模型材料与原型材料的弹性模量相似即可。但当研究结构的破坏形态时，则除了要求弹性模量相似外，还应当考虑抗拉强度、抗压强度以及极限破坏应变相似。质量和重力相似是模型设计中最灵活的相似关系。可以根据不同的试验目的，选择满

6、足质量相似关系或重力相似关系或质量一重力相似关系。初始条件和边界条件相似对大多数结构试验而言并不复杂，其在考虑土结相互作用时比较复杂。1．2结构动力模型试验的量纲分析量度各种物理量数值大小的标准量称为单位。撇开单位的大小，表征物理量的性质和类别称为量纲。凡是正确反映客观规律的物理方程，其各项的量纲都必须是一致的，即只有方程两边量纲相同，方程才能成立。这称为量纲和谐原理。利用量纲的规律确定物理关系式形式的方法称为量纲分析法。常用的量纲分析法是π定理。如果一个物理过程涉及n个物理量(x1，……，xn)，且基本量纲数为m，则该物理过程可以用由这n个物理量组成的n－m个无量纲量(π1，……，πn－m

7、)的关系式来描述。即：原来的关系式f(x1，……，xn)=0可化为新的关系式F(π1，……，πn－m)=0在一般动力问题中，可以通过量纲分析来确定各物理量之间的关系。在线弹性范围内可用下式表达：f(σ、l、E、ρ、t、u、v、a、g、ω)=0式中，σ、l、E、ρ、t、u、v、a、g、ω依次为动应力、长度、弹性模量、密度、时间、位移、速度、加速度、重力加速度、圆频率。以长度l、密度ρ和弹性模量E为基本未知量，根