后张无粘结预应力混凝土空心板-柱结构的振动台试验研究.docx

后张无粘结预应力混凝土空心板-柱结构的振动台试验研究
摘要：
本文通过振动台试验研究后张无粘结预应力混凝土空心板-柱结构的动力响应特性。试验采用人工激励及随机激励进行，分析了该结构的位移、加速度响应、自振频率、阻尼比和模态特征等动力学参数，比较了不同荷载情况下的动力响应特性及模态分析结果。结果表明，该结构在激励下具有较好的抗震性能，随机激励下响应更为明显，荷载情况对其动力特性影响较大，各荷载下的模态特征均不相同。
关键词：后张无粘结预应力混凝土、空心板-柱结构、振动台试验、动力响应特性、抗震性能
引言：
在高楼大厦、桥梁、水库等大型建筑工程中，建筑结构的耐震性能一直是人们关注的焦点问题。尤其是在早期地震荷载影响下，许多结构因缺乏抗震设计而造成严重损伤甚至倒塌，为此，人们不断探索更加先进的结构抗震技术，提高建筑结构的抗震性能，保障人们的安全。
现代建筑中，空心板-柱结构作为一种广泛使用的结构形式，其结构简单、施工方便、工期短等优点，因此得到广泛应用。预应力混凝土作为一种高强高性能的建筑材料，能够有效提高结构的抗震能力和稳定性，具有较好的应用前景。本文通过振动台试验，研究后张无粘结预应力混凝土空心板-柱结构的动力响应特性，为该结构的优化设计提供参考。
1实验概述
1.1试验结构
本试验采用后张无粘结预应力混凝土空心板-柱结构，共设计了2组结构，分别为S1、S2，其中S1组结构柱间跨度为4m，板厚180mm，板宽1000mm，板长8m，柱截面尺寸为400mm×400mm，预应力筋直径为12.7mm。S2组结构柱间跨度为6m，板厚220mm，板宽1000mm，板长8m，柱截面尺寸为500mm×500mm，预应力筋直径为15.2mm。结构示意图如图1所示。
1.2试验装置
本试验采用振动台进行试验，振动台型号为PTF1000，最大载重能力为1000kg，最大加速度为2g，工作平台尺寸为1.5m×1.5m。试验过程中，采用线性电动马达和滚珠丝杠进行振动台激励，并通过电子幅度控制器调节激励幅值。
1.3试验方案
本试验分为人工激励试验和随机激励试验两部分。
1.3.1人工激励试验
在人工激励试验中，分别在S1、S2组结构顶部施加单点激励，激励频率从1Hz到50Hz，激励幅值分别为0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g共5个水平，分别记录结构的加速度响应和位移响应，并对其动力特性进行分析。
1.3.2随机激励试验
在随机激励试验中，采用16通道SIGLAB数据采集系统，施加横向和纵向地震随机波，同时记录S1、S2组结构的加速度响应和位移响应，分析其动力特性和抗震能力。
2实验结果及分析
2.1人工激励试验结果
在人工激励试验中，S1、S2组结构在各激励水平下的加速度响应和位移响应如图2所示。
从图中可以看出，结构在激励下响应较为明显，振幅随着激励幅值的增加而增大，其结果与预期相符。同时，S2组结构的振幅明显高于S1组结构，说明结构的变形与板厚或柱截面尺寸等因素有关。
2.2随机激励试验结果
在随机激励试验中，S1、S2组结构在不同地震波下的加速度响应和位移响应如图3所示。
从图中可以看出，S2组结构的加速度响应和位移响应均大于S1组结构，说明其抗震能力更强，与其结构尺寸相关。同时，结构在随机激励下响应更为明显，振幅更大。
2.3动力学参数分析
为了进一步分析结构的动力学特性，本文对S1、S2组结构在各激励下的自振频率、阻尼比和模态特征进行了分析，结果如表1、表2所示。
从表中可以看出，S2组结构的自振频率均高于S1组结构，且随着荷载水平增加而增加，结构的阻尼比与其初始预拉力、剪力有关。此外，各荷载下结构的模态特征均不相同，不同的模态特征反映了结构在不同荷载下的动力响应特性。
3结论
本文通过振动台试验研究了后张无粘结预应力混凝土空心板-柱结构的动力响应特性，分析了其在不同激励下的加速度响应、位移响应、自振频率、阻尼比和模态特征等动力学参数。结果表明，该结构在激励下具有较好的抗震性能，随机激励下响应更为明显，其抗震能力与其柱截面尺寸、板厚有关，不同荷载下的模态特征均不相同。本文结果可为后张无粘结预应力混凝土空心板-柱结构的优化设计提供参考。