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混凝土石膏复合墙板试点工程动力特性测试与分析.pdf
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1、第 3 7卷 第 1 1 期 建筑结构 2 0 0 7年 1 1 月 混凝土石膏复合墙板试点工程动力特性测试与分析 * 姜忻良 张 宇 许 岩 ( 天 津大 学建 筑工 程学 院3 0 0 0 7 2 ) 提要】 通过实测复合墙板试点工程结构的动力反应 , 获得了结构的 自振频率 、 振型和阻尼 比等模态参数。 提出一种适用于工程界广泛采用的 S A T WE建模的材料等效简化方法。采用此方法对试点工程进行的分析计 算表 明 , 计算 和实测 的基 本振 型吻合 较好 。对 结构 进行 的地震 反应 分析 结果 表 明 , 结 构抗震 性 能 良好 。 关 键词 】 混凝 土石 膏复合 墙板动
2、 力特 性有限元地 震反 应 F i n i t e El e me n t An a l y s i s a n d Dy n a mi c Ch a r a c t e r i s t i c T e s t f o r Ty p i c a l S t r u c t u r a l En g i n e e r i n g o f Ra p i d W a l l S y s t e m J i a n g X i n l i a n g ,Z h a n g Y u ,X u Y a n( C i v i l E n g i n e e r i n g C o l l e g e o
3、 f T i a n j i n U n i v e r s i t y , T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 , C h i n a ) Ab s t rac t : T h e n a t u r a l f r e q u e n c y ,mo d a l s h a p e a n d mo d a l d a mp i n g r a t i o o f t h e t y p i c a l s t r u c t u r a l o f c o mp o s i t e w a l l b o a r d( rap i d w a l 1 )s y s t e
4、 m a r e g o t b y d y n a mi c b e h a v i o r m e a s u r e m e n t A m e t h o d t o s i m p l i f y t h e c o m p o s i t e w a l l b o a r d t o t h e e q u i v al e n t i s b r o u g h t o u t f o r e s t a b l i s h i n g t h e fi n i t e e l e me n t mo d e l i n S A T WE,w h i c h i s wi d
5、e l y u s e d i n e n gin e e r i n g d e s i g nUs i n g t h i s me t h o d,t he a n aly s i s an d c a l c u l a t i o n r es u l t s f o r t h e t y pi c al s t ru c t u r e i n d i c a t e t h a t t h e r e s u l t s o f p rac t i c al me a s u r e me n t a b o u t t h e f u n d a me n t a l mo
6、da l a c c o r d wi t h t h e c o mpu t a t i o n a l o n e s b a s i c a l l yF i n a l l y,t h e a n t i s e i s mi c c a pa b i l i t y o f t hi s s t ruc t ur e i s pr o v e d t o b e e x c e l l e nc e by s e i s mi c r e s p on s e a n a l y s i s Ke y wo r ds: c o n c r e t e g y ps um c omp
7、o s i t e wa l l ;d y n a mi c c h a rac t e ris t i c;fin i t e e l e me n t ;s e i s mi c r e s p o n s e 0 引 言 混凝土石 膏复 合墙 板 ( R a p i d Wa l 1 ) 为澳 大 利亚 速 成建筑有 限公 司( R B S ) 开发的专利产品 , 其墙体截 面如 图 1所示。 目前针对 复合 墙板 的研 究 , 主要 是板材 的 抗剪性能 、 破坏特征 , 以及正常设计 时纵 墙与横墙 在低 周反复荷载作用 下 的动力性 能 、 纵 横墙 交接处 的破 坏 特征 。但对
8、实体结构在地震作用下 的动 力反应 尚未 做 出研究 , 而测定和分析这类结构 的动 态特性 , 是进行 抗 震研究的重要基础 。 采用脉动方法 , 通 过实 测位 于天津 地 区 的该 结 构 体系试点工程的动力特性 , 获得 了结构 的 自振频率 、 振 型和阻尼 比等重 要参 数。同时 , 为 了便 于 工程技 术人 员的实际使用 , 还提 出了一种适用于 S A T WE软件 的材 料等效简化的有效方法 。 1 试点工程动 力特性 测试 1 1工 程 概 况 该试 点工程 为 6层 住宅楼 , 是 R B S墙 体建筑 体系 研究与应用项 目的试 验工程 , 位 于天津 市南 开 区芥
9、 园 道康华里 。建筑纵 向长 2 9 1 6 m, 横 向长 1 3 1 4 m。层 高 2 9 m, 室外标 高 一 0 6 m, 屋面形式为坡屋顶 。底层 和楼 梯 间墙为双层 墙板 , 其 余各 层墙 采用单 层墙 板 。楼 面 为厚 1 2 0 m m现 浇钢 筋 混凝 土楼 板 。楼 梯 为钢 筋 混凝 土板式 楼梯 , 混凝 土栏 板 。工程按 7度 抗震 设 防。结 构标准层平 面及剖 面如图 2 所示 。 图 1 复合墙体截面与等效过程示意图 1 2测点布置 和数据采集 为量测结 构纵 、 横 两个方向的平移振动 , 将传感 器 布置在每层平 面的几何 中心 处 ( 轴 中心
10、 ) , 各布置 两 个水平振动测 点 , 测量 结构 沿长 轴和短 轴方 向 的模 态 参 数。具 体布置 如图 2所示 。为 了避 免外界过 多的干 扰 噪声 , 试验在深夜进行 , 共进行 了 1 0次数据采集。 1 3数据分析与测试结果 在数据分析之 前 , 通 过对采 集到 的数 据进行 规定 性的检验 , 认为测 量采集 的数 据信 号是各 态历 经的平 稳随机信号 , 基本符合正态分布 , 且各个测 点之间具有 良好 的相关性 。根 据 自谱或互 谱 的峰值 分布 , 通 过判 断相干函数 的取值 是否 接近 于 1 , 可 以识 别结 构 的 主 要模态频率 , 结果见表 1
11、。 *国家 自然科 学基金资助项 目( 5 0 5 7 8 1 1 0 ) 。 维普资讯 http:/ 1 L 0 平移振动测点 ( a ) 结 构平面图 ( b )剖面 1 1 图 2 结构平面图及测点布置示意 结构 , Y方 向的 自振 测试 结果 表 1 自振频率 第一阶频 率阻尼 比( ) 测点位置 方向 Y方 向 方向 Y方向 底层地 面 2 6 8 0 6 2 8 5 3 2 7 3 7 6 6 l 层 2楼板 2 6 7 6 8 2 8 5 3 4 6 3 2 5 0 9 层 3楼板 2 6 7 7 8 2 8 5 3 2 6 0 9 4 9 2 层 4楼板 2 6 7 9 2
12、2 8 5 3 7 5 5 2 5 9 4 层 5楼板 2 6 7 9 6 2 8 5 3 5 5 9 8 4 8 6 层 6楼板 2 6 7 9 7 2 8 5 3 6 5 9 6 4 8 9 层 6楼顶 2 6 7 9 9 2 8 5 3 7 5 8 9 5 3 8 平 均 2 6 7 9 l 2 8 5 3 5 6 1 6 5 3 8 在确定模态 频率 之后 , 用 不同测点 在模态 频率 处 自谱或互谱 的比值并结合互谱或 传递 函数 给 出的相位 信息 , 可 以识别结构的振型( 见图 3 ) 。 在与各阶模态频率对 应的 自谱峰值处用半 功率半 带宽法求得结构在该模态频率下 的阻尼
13、 比 , 见表 1 。 2 计算模型及结果分析 2 1复合墙板 的等效处理 中国建筑科学研究 院开发 的空 间有 限元分 析软件 S A T WE在工程界有着广泛 的应用 , 为 此提 出一种 复合 墙板 等效模 型 , 以适应 S A T WE的模型输入要求 。 等效处理的思 路是将 一定长 度 的复合墙 板 , 通 过 等效处理 , 用 同样长度的混凝土墙板来 代替 , 保 证等效 前后墙体的抗侧刚度不变 。同时考虑实际工程 的易用 性 , 给 出一般的等效计算式 。等效过程 遵循 以下假设 : 石膏板和混凝土 芯柱在 受力 时发生微 小变形 , 两种 材 芯 柱 的长度 为 f , 则混
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