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摘要：为了检验武汉保利文化广场结构的抗震性能，采用1：35的比例制作了微粒混凝土缩尺模型结构，在三向六自由度大型模拟地震振动台上进行了试验。试验采用El Centro波、Taft波、人工波三种地面运动，加载工况按3个阶段分别进行。研究了模型结构的动力特性和地震反应。
关键词：振动台试验；相似关系；自振特性
1 工程概况
武汉保利文化广场为地下4层，地上主楼46层，副楼20层，裙楼8层，副楼顶部5层与主樓相连，形成主、副楼连体建筑。主楼建筑屋面标高为210m，副楼建筑屋面标高为101.1m，裙楼建筑屋面标高为51.1m。本工程建筑抗震设防烈度为6度，建筑抗震设防类别为乙类。根据建设部令第111号《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》和2006年9月5日颁布的《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本工程属超限高层建筑工程，且为“塔体显著不同”、“跨度大于24m”的连体结构[1]。
2 地震模拟振动台试验
2.1 模型设计与制作
[作者简介：李鹏程(1983-)，男，江西人，研究生，从事结构工程的研究. (linaldo@qq.com)]相似关系的设计在模拟地震振动台试验中占有重要地位。模型设计最关键的是正确确定模型与原型之间的相似关系。目前常用的相似关系确定方法有方程分析法和量纲分析法。本文采用量纲分析法确定各相似关系[2]。模型与原型的相似关系见表1。
表1 模型与原型的相似关系
模型用微粒混凝土制作，材料为水泥砂浆。水泥为425R号硅酸盐水泥，骨料为粗砂和细砂。选用不同配合比使微粒混凝土达到不同的强度等级和弹性模量，以模拟原型C35～C60混凝土。
模型钢筋采用回火镀锌铁丝。根据刚度条件选用直径为18＃－22＃等多种规格的回火镀锌铁丝。根据模型和原型配筋率相似的原则进行模型配筋，并满足构造要求。
模型钢管混凝土采用钢管微粒混凝土来制作。钢管内灌注微粒混凝土，微粒混凝土中加入膨胀剂以防止钢管与混凝土之间离析。
根据钢管混凝土构件整体刚度相似原则，尽量兼顾模型的强度相似，选择不同壁厚和直径的钢管和不同配合比的微粒混凝土。施工完成后模型总高为6.464m，模型本身高6.314m，底板高0.15m，底板质量为2.9t，模型本身重2.4t。根据质量相似关系，同时结合结构的活荷载情况，模型总质量为17.1t，其中配重质量为11.8t。
2.2 试验过程
本工程抗震设防类别为丙类，为满足本工程抗震设防特别需要，采用EL CENTRO 波、TAFT波和安评报告中给出的人工波。
测点的布置主要考虑测试模型的动力特性、结构的地震反应以及关键部位的受力情况和弹塑性变形情况，因此，需要在适当部位布设加速度传感器、位移传感器及应变片。共布置加速度传感器和位移传感器83个，应变测试共48个通道。为测试阻尼器在试验中的工作性能，在连体部位的阻尼器上设置了激光位移计和应变片，用于测试阻尼器的位移和实际的出力。试验加载工况按照6度多遇地震、6度设防烈度地震、6度罕遇地震的顺序分3个阶段分别进行模拟地震试验。为了分析模型在不同试验阶段的动力特性和变化规律，在不同烈度地震作用输入前后，对模型进行白噪声扫频，测量结构的动力特性[3,4]。
3 模型试验结果
3.1 模型结构动力特性
不同强度地震作用后模型结构的各阶频率均有所变化。随着地震作用强度的增加，模型结构的各阶频率呈下降趋势。结构模态参数的变化情况如下：
（1）在多遇地震作用后，结构的各阶频率与震前相比变化很小，平均下降1.85%；
（2）在设防烈度地震作用后，各阶频率下降平均达到6.84％左右，模型在经历多遇地震和设防烈度地震作用后，结构没有发现明显开裂，可认为结构基本处在弹性工作阶段；
（3）在罕遇地震作用后，各阶频率下降平均达到18.70％左右，个别混凝土连梁产生裂缝，但整体结构仍保持抗震承载能力。
3.2 模型结构加速度反应分析
不同地震波以不同强度作用时，结构的加速度反应规律基本相同。在三个水准地震作用下，主体结构加速度反应沿高度分布比较均匀。加速度最大值有时发生在结构顶层，有时发生在中间层，顶部鞭端效应不是十分显著，加速度放大系数大多数在2.5以内，平均值在2以内。
4 结论与建议
（1）试验中测得的震前模型结构频率与相似等效的原型计算频率进行比较，前五阶频率平均误差在30%以内，可认为模型结构基本上模拟了原型结构的动力特性。
（2）根据相似系数由模型结构反应反推原型结构的动力反应，原型结构满足我国抗震规范要求，能够满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。
（3）建议采用阻尼耗能装置使该结构具有更好的抗震性能。
参考文献
[1] 武汉保利文化广场模拟地震振动台试验研究报告[R].广州:广州大学结构工程研究所,2009.
[2] JG101-96,建筑抗震试验方法规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[3] GB50011-2001建筑抗震设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2008.
[4] JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2002.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：振动台试验；相似关系；自振特性
1 工程概况
武汉保利文化广场为地下4层，地上主楼46层，副楼20层，裙楼8层，副楼顶部5层与主樓相连，形成主、副楼连体建筑。主楼建筑屋面标高为210m，副楼建筑屋面标高为101.1m，裙楼建筑屋面标高为51.1m。本工程建筑抗震设防烈度为6度，建筑抗震设防类别为乙类。根据建设部令第111号《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》和2006年9月5日颁布的《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本工程属超限高层建筑工程，且为“塔体显著不同”、“跨度大于24m”的连体结构[1]。
2 地震模拟振动台试验
2.1 模型设计与制作
[作者简介：李鹏程(1983-)，男，江西人，研究生，从事结构工程的研究. (linaldo@qq.com)]相似关系的设计在模拟地震振动台试验中占有重要地位。模型设计最关键的是正确确定模型与原型之间的相似关系。目前常用的相似关系确定方法有方程分析法和量纲分析法。本文采用量纲分析法确定各相似关系[2]。模型与原型的相似关系见表1。
表1 模型与原型的相似关系
模型用微粒混凝土制作，材料为水泥砂浆。水泥为425R号硅酸盐水泥，骨料为粗砂和细砂。选用不同配合比使微粒混凝土达到不同的强度等级和弹性模量，以模拟原型C35～C60混凝土。
模型钢筋采用回火镀锌铁丝。根据刚度条件选用直径为18＃－22＃等多种规格的回火镀锌铁丝。根据模型和原型配筋率相似的原则进行模型配筋，并满足构造要求。
模型钢管混凝土采用钢管微粒混凝土来制作。钢管内灌注微粒混凝土，微粒混凝土中加入膨胀剂以防止钢管与混凝土之间离析。
根据钢管混凝土构件整体刚度相似原则，尽量兼顾模型的强度相似，选择不同壁厚和直径的钢管和不同配合比的微粒混凝土。施工完成后模型总高为6.464m，模型本身高6.314m，底板高0.15m，底板质量为2.9t，模型本身重2.4t。根据质量相似关系，同时结合结构的活荷载情况，模型总质量为17.1t，其中配重质量为11.8t。
2.2 试验过程
本工程抗震设防类别为丙类，为满足本工程抗震设防特别需要，采用EL CENTRO 波、TAFT波和安评报告中给出的人工波。
测点的布置主要考虑测试模型的动力特性、结构的地震反应以及关键部位的受力情况和弹塑性变形情况，因此，需要在适当部位布设加速度传感器、位移传感器及应变片。共布置加速度传感器和位移传感器83个，应变测试共48个通道。为测试阻尼器在试验中的工作性能，在连体部位的阻尼器上设置了激光位移计和应变片，用于测试阻尼器的位移和实际的出力。试验加载工况按照6度多遇地震、6度设防烈度地震、6度罕遇地震的顺序分3个阶段分别进行模拟地震试验。为了分析模型在不同试验阶段的动力特性和变化规律，在不同烈度地震作用输入前后，对模型进行白噪声扫频，测量结构的动力特性[3,4]。
3 模型试验结果
3.1 模型结构动力特性
不同强度地震作用后模型结构的各阶频率均有所变化。随着地震作用强度的增加，模型结构的各阶频率呈下降趋势。结构模态参数的变化情况如下：
（1）在多遇地震作用后，结构的各阶频率与震前相比变化很小，平均下降1.85%；
（2）在设防烈度地震作用后，各阶频率下降平均达到6.84％左右，模型在经历多遇地震和设防烈度地震作用后，结构没有发现明显开裂，可认为结构基本处在弹性工作阶段；
（3）在罕遇地震作用后，各阶频率下降平均达到18.70％左右，个别混凝土连梁产生裂缝，但整体结构仍保持抗震承载能力。
3.2 模型结构加速度反应分析
不同地震波以不同强度作用时，结构的加速度反应规律基本相同。在三个水准地震作用下，主体结构加速度反应沿高度分布比较均匀。加速度最大值有时发生在结构顶层，有时发生在中间层，顶部鞭端效应不是十分显著，加速度放大系数大多数在2.5以内，平均值在2以内。
4 结论与建议
（1）试验中测得的震前模型结构频率与相似等效的原型计算频率进行比较，前五阶频率平均误差在30%以内，可认为模型结构基本上模拟了原型结构的动力特性。
（2）根据相似系数由模型结构反应反推原型结构的动力反应，原型结构满足我国抗震规范要求，能够满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。
（3）建议采用阻尼耗能装置使该结构具有更好的抗震性能。
参考文献
[1] 武汉保利文化广场模拟地震振动台试验研究报告[R].广州:广州大学结构工程研究所,2009.
[2] JG101-96,建筑抗震试验方法规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[3] GB50011-2001建筑抗震设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2008.
[4] JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2002.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。