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陶板幕墙模拟地震振动台试验研究(二)

2013-09-303100

4 试验过程简述

    4.1 试验顺序
   试验过程沿东西方向分别输入人工地震波、El Centro(EW)地震波和Taft地震波。每级台面控制输入加速度峰值分别为50、100、150、200、300、400、500、550、600,单位为gal,共9级。

    4.2 主要试验现象
   (1)振动试验过程中,模型振动形态以第一振型为主,当台面加速度输入逐渐增大时,伴有高阶振型反应;

   (2)实测结构频率有衰减现象,表明试验开始时非结构构件有一定刚度;随着地震输入的增大,非结构构件之间以及幕墙与主体结构之间有松动现象,连接节点刚度下降,模型整体刚度下降,频率下降;

   (3)当台面输入加速度峰值不大于300gal时,在振动方向(东西向)上,少数陶板之间(相对位置较高处)产生相对滑移,陶板有相互碰撞现象,但陶板无损坏;

   (4)当台面输入加速度峰值达到500gal时,在振动方向(东西向)上部分陶板间相互碰撞比较明显,但陶板无损坏,见图4;

   (5)与主振动方向相垂直的陶板幕墙,虽然为面外受力,但因单块陶板质量轻、地震作用不大,保持完好。

图4  试验后实景图
    5 试验结果

    5.1 模型结构动力特性变化
   (1)SAP2000计算模型的动力特性
利用SAP2000程序计算出模型的自振频率见表1。计算中,竖龙骨与主体钢结构横梁采用铰接的连接方式,计算阻尼比取为0.02。计算中未考虑陶板自身刚度对模型整体刚度的影响。

   (2)试验模型实测频率及阻尼比
    试验前模型实测一阶频率为4.9194Hz,当经历0.60g的El Centro波后,模型的频率降为4.7241,降低约4%;结构阻尼比由开始的0.019逐渐增加至最终的0.034,增大约79%。

    5.2 试验模型的实测加速度反应与SAP2000计算结果的比较
    模型顶层(4.25m标高处)加速度反应实测值和计算值列于表2。

  模型顶层加速度反应峰值与计算结果相比,总体上计算值略大于实测值,但反应趋势是一致的;框架钢梁有局部侧向振动,即在同一标高处,横梁中部测点反应值均大于横梁端部立柱上的测点反应值。因此,构件局部振动的影响在幕墙抗震设计中应引起注意。

    5.3 试验模型的实测层间位移与SAP2000的计算结果的比较
    在模型0.5m~4.25m标高范围,层间位移及位移角实测值和计算值列于表3。

    表3中,模型层间位移数据是拉线位移计实测结果通过角度转换后,再将顶、底层(标高分别为4.25m和0.5m)位移每个时刻相减,取南北两组数据平均所得。实测结果与计算结果相比,有一定的偏差,但总的趋势相同,与加速度峰值反应规律也大致相同。试验测得结构最大层间位移角为1/88,是在输入Taft波峰值加速度为596gal时得到的,该结果已超过了对一般幕墙结构的变形性能要求。

    6  结论及建议

   (1)陶板幕墙与主体结构连接节点的抗震性能
    该陶板幕墙与主体钢结构的连接节点的抗震性能良好,在振动台试验的全过程中没有损坏,能保证连接节点的抗震设计要求。

   (2)陶板的抗震性能
    该幕墙的陶板自身抗震性能良好。当台面输入加速度峰值达到和超过300gal(相当于7度半大震作用)时,在振动方向上,少数陶板之间产生相对滑移现象,但陶板和挂件均没有损坏。当台面输入加速度峰值达到596gal时,试验测得结构最大层间位移角为1/88,其值已经超过实际主体结构(框架-剪力墙结构)规范[1]规定的弹塑性层间位移角限值(1/100),也超过了有关幕墙规范[2]中对幕墙可承受变形能力的要求。因此,可认为陶板幕墙的变形性能符合要求。

   (3)试验测试数据与程序计算数据之间存在一定差异,除了测试原因外,幕墙系统本身具有一定的刚度和质量分布规律,在计算模型中未得到充分体现,也是不可忽视的原因,有待进一步探索。

   (4)建议
    针对本幕墙体系的跨街方式,由于陶板之间、连接挂钩与挂座之间不打密封胶,在强震下部分陶板在幕墙面内可能产生侧向滑移,使板缝宽窄不一,甚至陶板之间相互碰撞。虽未发现陶板碰坏,但影响美观。建议工程中考虑采取适当的侧向限位措施,尤其是在幕墙的边角部位,防止在强震下陶板面内平动滑移过大或脱落。

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