钢管混凝土斜柱转换结构模型振动台试验研究

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190104

杨春^1,2,,
吴宏伟¹,
莫庭威¹,
蔡健^1,2,
吴轶³,
左志亮^1,4,,,
陈庆军¹,
潘广斌¹

基金项目:国家自然科学基金（51408230，51578246），广东省自然科学基金（S2013040015140，2017A030313263），亚热带建筑科学国家重点实验室开放课题（2019ZB21）

详细信息

作者简介:
杨春（1973—），男，副教授，研究方向为钢-混凝土组合结构，E-mail：chyangscut@qq.com

通讯作者:
左志亮（1982—），男，副教授，研究方向为钢-混凝土组合结构，E-mail：ctzlzuo@scut.edu.cn

中图分类号:TU528
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出版历程
- 收稿日期:2019-01-29
- 修回日期:2019-10-24
- 网络出版日期:2019-11-26
- 刊出日期:2021-06-15

Shaking Table Test for Structural Model with Inclined Column Transfer System

摘要

摘要:为了研究某超高层建筑的抗震表现，对其进行了比例为1:35的模型振动台试验研究，该建筑塔楼的部分框架结构由两根钢管混凝土越层巨型框支柱支承，在结构7～11层设有钢管混凝土斜柱转换结构. 通过试验研究了缩比模型的破坏模式、自振周期、层间位移、扭转响应等动力响应；采用PERFORM-3D软件进行原结构弹塑性地震响应数值分析. 研究结果表明：由于结构布置的不对称性，结构整体扭转效应明显，塔楼部分的结构抗扭刚度不足；在台面加速度峰值接近罕遇地震工况的设定值470 cm/s ²时，塔楼部分发生扭转破坏，此时除个别楼层外，各楼层的层间位移角仍满足弹塑性层间位移角限值1/100的要求；在所有工况下，转换区域未见破坏，钢管混凝土框支柱、斜柱的应变均处于弹性工作状态；数值分析结果和试验结果吻合良好.
- 高层建筑/
- 斜柱转换/
- 钢管混凝土/
- 振动台试验/
- 抗震性能
Abstract:To study the seismic performance of a super high-rise building, a shaking table test with a geometrical scale of 1/35 was carried out. Part of frames in the tower structure of the building are supported by two concrete-filled steel tubular (CFST) mega frame columns with duplex-story height, which are not connected to the first 6 floors. The inclined CFST column transfer structure is arranged on the 7th to 11th floors. Through experiments, failure modes, natural vibration period, story drift, and torsional responses of the structural model were studied first. Then, a numerical analysis of the elastic-plastic seismic response of the original structure was carried out via PERFORM-3D software. Results show that torsion effects were significant because of the asymmetric plane arrangement and the inadequate torsional stiffness of the tower. When the actual peak acceleration on the shake table surface was close to the value of the rare earthquake condition (i.e., 470 cm/s ²), the torsional failure occurred in the tower. In this condition, except for very few stories, the story-drift angle of each floor was still smaller the limit value 1/100 of the elastic-plastic story-drift angle. Under all load conditions, the strains of CFST frame columns and inclined ones of the transfer areas stayed elastic. The analysis results are in good agreement with those of experiments.
- high-rise building/
- inclined column transfer structure/
- concrete-filled steel tube/
- shaking table test/
- seismic performance

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图 1结构模型外观及斜柱转换结构示意

Figure 1.Diagram of the model and the inclined column transfer structure

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图 2施工阶段的转换节点

Figure 2.Transfer joint in construction

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图 3制作完成的模型

Figure 3.Completed model

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图 4模型、底板和振动台面三者关系

Figure 4.Planar relationship among the model，base， and shake table

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图 5模型构件破坏

Figure 5.Failure of members in the model

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图 6各工况下模型监测楼层加速度放大系数

Figure 6.Amplification factor of acceleration of the monitored stories of the model in various load cases

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图 7楼层质心相对底座位移变化曲线

Figure 7.Displacement at the mass center of floors relative to the base

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图 8模型层间位移角变化曲线

Figure 8.Inter-story drift at the center of floors

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图 9不同工况下楼层质心相对底座位移包络图

Figure 9.Relative displacement envelope of mass center to the base in various load cases

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表 1振动台试验的加载方案

Table 1.Loading scheme of shaking table test

工况	地震激励	加速度峰值/（×g）			持时/s
工况	地震激励	X向	Y向	Z向	持时/s
1W	第 1 次白噪声
2T7D	T 波	0.08	0.09	0.05	5.79
3E7D	E 波	0.05	0.09	0.05	5.71
4A7D	安评波	0.08	0.09	0.06	4.38
5W	第 2 次白噪声
6T7S	T 波	0.22	0.26	0.16	5.79
7E7S	E 波	0.16	0.26	0.15	5.71
8A7S	安评波	0.22	0.26	0.17	4.38
9W	第 3 次白噪声

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表 2台面实测加速度峰值

Table 2.Acceleration measured on table surface

工况	Y向/(cm•s⁻²)		X向/(cm•s⁻²)		Z向/(cm•s⁻²)		X向/Y向
工况	设定	实测	设定	实测	设定	实测	设定	实测
2T7D	87	84	77	70	21	2.0	0.88	0.83
3E7D	87	87	54	58	21	1.9	0.61	0.67
4A7D	88	88	74	55	25	1.9	0.85	0.63
6T7S	250	233	219	238	61	2.2	0.88	1.02
7E7S	250	239	153	152	60	1.8	0.61	0.64
8A7S	250	291	212	443	68	2.0	0.85	1.52

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表 3加速度计及位移计布置方法

Table 3.Layout of accelerometers and displacement meters

仪器类型	方向	测点位置	布置层数/层
加速度计	X、Y、Z	质心	底板、3、7、19、23
位移计	X、Y、Z	质心	底板、6、12、27
位移计	X、Y	质心	2、4、5、7、8、10、11、17、21、26
位移计	X、Y	远端	6、7、12、27

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表 4白噪声激励下自振频率测试结果

Table 4.Test results of natural frequency under white noise excitation

工况	频率/Hz			周期/s
工况	第 1 次	第 2 次	第 3 次	第 1 次	第 2 次	第 3 次
1W	4.006	5.165	8.388	0.250	0.194	0.119
5W	3.944	5.102	8.075	0.254	0.196	0.124
9W	3.349	4.014	6.730	0.299	0.249	0.149

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表 5重点观测楼层远端和质心测点的位移比

Table 5.Inter-drift at the mass center and distal point of monitored floors

楼层	2T7D	3E7D	4A7D	6T7S	7E7S	8A7S
27	1.56	1.48	1.37	1.94	1.48	1.89
12	2.01	1.99	2.00	2.03	2.01	2.03
7	1.62	1.56	1.62	1.87	1.74	1.76
6	1.36	1.45	1.38	1.43	1.56	1.51

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