¿Prueba del modelo de mesa vibratoria de la respuesta al terremoto de suelo blando de Shanghai?
En los últimos diez años, con el aumento en el número de proyectos subterráneos y la frecuente ocurrencia de daños por terremotos en estructuras subterráneas, especialmente inspirados por el terremoto de Kobe, la gente tiene una nueva comprensión de la resistencia sísmica de estructuras subterráneas y fortalecimiento de la Investigación sobre el establecimiento de teorías y métodos para el diseño sísmico de estructuras subterráneas.
Los grandes terremotos históricos han demostrado que el suelo blando amplificará los efectos destructivos de los terremotos. Por lo tanto, en el área de Shanghai, donde la capa de suelo blando tiene un espesor de 250 ~ 300 m, es más significativo estudiar la teoría del análisis y. Métodos de diseño de diseño sísmico de metro. Zhang Xiong[1] y otros estudiaron la respuesta sísmica tridimensional del sistema de interacción suelo-estructura subterránea en el dominio del tiempo; AKIRA[2] utilizó el método estático de elementos finitos para estudiar la respuesta sísmica de la estructura subterránea. Los académicos nacionales también han fortalecido sus investigaciones sobre el comportamiento sísmico de las estructuras subterráneas. Ma Xianfeng [3] y otros llevaron a cabo investigaciones anteriores y más detalladas sobre el daño sísmico de estructuras subterráneas en China, que proporcionaron una base para establecer teorías y métodos para el cálculo sísmico de estructuras subterráneas. Chen Guoxing[4] utilizó el método de la subestructura para analizar los terremotos de las estructuras de las estaciones de metro; Zhang Hong[5] y otros analizaron la respuesta sísmica no lineal de los túneles del metro.
El profesor Yang Linde realizó una prueba con un modelo de mesa vibratoria en una estructura típica de una estación de metro en la zona de suelo blando de Shanghai. La prueba del modelo incluye dos partes: prueba del modelo de mesa vibratoria en campo libre y prueba del modelo de mesa vibratoria de estructura típica de una estación de metro. El primero se utiliza principalmente para simular la respuesta sísmica de la capa de suelo en campo libre, determinar el rendimiento de trabajo de la caja modelo y proporcionar requisitos previos para la prueba del modelo de mesa vibratoria de estructuras típicas de estaciones de metro. Este último se utiliza principalmente para comprender las leyes y características de la respuesta del movimiento del suelo cuando la estación de metro interactúa con el suelo. Según los resultados de las pruebas del modelo, Yang Chao [6] y Liu Qijian [7] estudiaron el método de cálculo de la respuesta sísmica de las estructuras de las estaciones de metro en áreas de suelo blando de Shanghai basándose en el supuesto de deformación plana. Este artículo estableció un modelo de cálculo tridimensional para la prueba del modelo de mesa vibratoria de campo libre y realizó un análisis de ajuste numérico tridimensional en él, que sentó las bases para establecer un método de cálculo numérico para la respuesta sísmica tridimensional del suave Shanghai. suelo.
1 Prueba del modelo de mesa vibratoria en campo libre
1.1 Descripción general de la prueba
Prueba del modelo de mesa vibratoria en campo libre [8] Como se muestra en la Figura 1, el dispositivo de caja modelo Es una mesa vibratoria de simulación de terremotos servoaccionada electrohidráulica de tres vías producida por la empresa MTS de los Estados Unidos. El tamaño de la mesa es de 4,0 mx 4,0 m; la capacidad de carga máxima es de 15 t; el modo de vibración es de seis grados de libertad en tres direcciones: x, y y z; el rango de frecuencia es de 0,1 ~ 50 Hz; es 1,2 g en la dirección Z y 0,7 g. La caja modelo es un cuboide hueco con una altura de 1,2 m, una longitud neta de 3,0 m a lo largo de la dirección de vibración y un ancho neto de 2,5 m perpendicular a la dirección de vibración. La altura del suelo en la caja es de 1 m.
Hay 16 sensores de aceleración en la superficie y en el medio del suelo modelo, representados por A (Figura 2). Cuatro sensores dinámicos de presión del suelo están dispuestos en la superficie de contacto entre el suelo modelo y la pared de la caja, representados por p. La información recopilada en el experimento es el valor de aceleración entre el suelo modelo y la caja modelo y el valor de presión de contacto entre el modelo. suelo y la caja modelo.
1.2 Selección y preparación del suelo modelo
Es difícil que el rendimiento del suelo modelo sea similar al suelo original en todos los aspectos, por lo que intentamos que el suelo modelo sea similar. al suelo original en dos aspectos: las reglas cambiantes del módulo de corte dinámico máximo y la curva de relación entre el módulo de corte dinámico y la deformación dinámica.
El material utilizado para hacer el suelo modelo en este experimento es arcilla limosa marrón. Las razones principales son las siguientes: (1) Este tipo de arcilla es omnipresente en la capa superficial poco profunda de Shanghai y es fácil de obtener (2) Este tipo de arcilla tiene una alta resistencia cuando está seca y puede ablandarse rápidamente cuando se expone al agua; Al ajustar su contenido de agua y densidad, se puede utilizar fácilmente. Sus características cumplen con los requisitos de la preparación del suelo modelo.
2 Modelo de cálculo
2.1 Determinación del área de cálculo
El rango del área de cálculo es consistente con el tamaño del cuadro del modelo. El suelo modelo tiene 3,35 m de largo (en la dirección de excitación, incluido el espesor de las placas de espuma plástica en ambos lados de 175 mm), 2,5 m de ancho y 1,0 m de profundidad. El suelo modelo y la placa de plástico se dividen en mallas tridimensionales de diferencias finitas utilizando elementos sólidos, como se muestra en la Figura 3.
2.2 Selección del modelo constitutivo del material
La prueba dinámica de suelo reformado [9] muestra que la relación dinámica tensión-deformación del suelo blando de Shanghai sigue la ley de "ablandamiento de deformación": dinámica corte El módulo disminuye con el aumento de la deformación cortante y la relación de amortiguación aumenta con el aumento de la deformación cortante. La relación se puede describir mediante el modelo de Davydenkov de la siguiente manera
Donde: a, b, γr es el. constante de ajuste; γr es también la deformación por corte de referencia, γd es la deformación por corte dinámica instantánea Gd y λ son el módulo de corte dinámico instantáneo y la relación de amortiguación Gmax y λmax son el módulo de corte dinámico máximo y la relación de amortiguación máxima;
Este experimento utiliza arcilla limosa marrón como materia prima para hacer el suelo modelo. Los parámetros del modelo de Davidenkov se determinan experimentalmente [8], como se muestra en la Tabla 1. Su índice de Poisson es de 0,4 y su densidad es de 1760 kg/m3. La prueba [8] midió el módulo elástico dinámico del tablero de espuma plástica como 4,13 MPa, la densidad como 15 kg/m3 y la relación de Poisson como 0,4. Se seleccionó el tablero de espuma plástica como modelo elástico.
2.3 Condiciones de contorno
Debido a la gran rigidez de la caja modelo durante el proceso de excitación, se puede ignorar su deformación. Se puede considerar que la aceleración de los límites lateral e inferior. en la dirección horizontal siempre es consistente con la mesa de vibración. Las ondas de prueba de entrada son consistentes.
Por lo tanto, las condiciones de contorno dinámicas utilizadas en el cálculo son: se aplica simultáneamente un límite de aceleración consistente con la aceleración de entrada de la mesa vibratoria a los cuatro lados y la parte inferior del modelo a lo largo de la dirección de excitación fijada verticalmente; límite; la superficie superior es un límite libremente deformable.
2.4 Entrada de carga
Se seleccionaron tres tipos de ondas sísmicas como ondas de entrada de la mesa vibratoria. El sistema de carga de la prueba se muestra en la Tabla 2. El experimento utiliza excitación de entrada unidireccional y la onda de la tabla se ingresa en la parte inferior del modelo.
3 Resultados y análisis del cálculo
Dado que en la prueba del modelo de mesa vibratoria de campo libre, los sensores utilizados para recibir información de respuesta de excitación son principalmente sensores de aceleración, este artículo solo analiza la respuesta de aceleración. normas.
3.1 Coeficiente de amplificación de aceleración
La relación entre el valor máximo de respuesta de aceleración del punto de medición y el valor máximo de entrada de la mesa de vibración se define como el coeficiente de amplificación de respuesta de aceleración. Bajo diversas condiciones de carga, los resultados de la simulación numérica 2D [6] y tridimensional del punto de medición A3 de la superficie del suelo y el punto de medición A25 de media profundidad se muestran en la Tabla 3 y la Tabla 4, y la disposición de los puntos de medición se muestra en la Figura 2.
Se puede ver en las Tablas 3 y 4 que los resultados del cálculo tridimensional concuerdan bien con los resultados del cálculo bidimensional y los resultados de las pruebas en la mayoría de las condiciones de trabajo, y los errores relativos están dentro 10%, lo que indica que el método de cálculo propuesto puede simular mejor la ley de respuesta dinámica del suelo modelo. Sólo bajo las dos condiciones de trabajo de El-9 y SH-10, existen ciertos errores entre los resultados de los cálculos bidimensionales y tridimensionales y los resultados de las pruebas. La razón puede ser que el valor máximo de entrada del movimiento del suelo es demasiado grande y el módulo de corte del suelo está muy atenuado, lo que resulta en una gran desviación entre la curva de relación tensión-deformación real del suelo y la curva del modelo de Davitenkov utilizado en la prueba. Además, se puede ver que los resultados del cálculo tridimensional son mayores que los bidimensionales, y los resultados del cálculo bidimensional son mayores que los resultados experimentales.
3.2 Historial del tiempo de respuesta de aceleración y espectro de Fourier
La Figura 4 y la Figura 5 muestran la curva histórica del tiempo de aceleración del punto de medición A25 y su espectro de Fourier en condiciones de trabajo SH-3 Cálculo y medición resultados de los espectros foliares. Se puede ver en la figura que la forma de onda y la amplitud de los resultados del cálculo son básicamente consistentes con los resultados experimentales, y los componentes de frecuencia de los dos son básicamente los mismos en cada banda de frecuencia. Esto también muestra que el método de cálculo en este documento. Puede simular bien la ley de respuesta de aceleración del suelo modelo.
4 Conclusión
Este artículo estableció un modelo de cálculo tridimensional para la prueba del modelo de mesa vibratoria en campo libre de la estructura de la estación de metro de Shanghai en el área de suelo blando, y realizó tres Simulaciones numéricas dimensionales mediante el ensayo del modelo de mesa vibratoria en campo libre. Mediante análisis de ajuste se obtuvo la ley de respuesta de aceleración del suelo modelo y la presión dinámica del suelo entre el suelo modelo y la caja modelo. Los resultados del cálculo concuerdan bien con los resultados medidos y los resultados del cálculo del modelo bidimensional, lo que indica que el modelo de cálculo tridimensional establecido en este documento puede simular mejor las características dinámicas del suelo modelo, sentando las bases para el establecimiento de un método de cálculo de respuesta sísmica tridimensional para suelos blandos en Shanghai. El estudio de los métodos de cálculo tridimensional se presentará en otro artículo.
Para obtener más información sobre licitaciones de ingeniería/servicios/adquisiciones y para mejorar la tasa de adjudicación de ofertas, puede hacer clic en la parte inferior del sitio web oficial de servicio al cliente para realizar una consulta gratuita: /#/? fuente=bdzd