欠人工質量縮尺振動試驗結構模型設計方法目錄1引言2原型和模型設計3Pushover分析4彈塑性時程分析5結論1引言在現有的試驗條件下可以得到振動臺試驗模型混凝土的彈性模量相似比一般在1/3附近,而模型鋼筋通常采用鍍鋅鉛絲模擬,它與原型鋼筋的力學性能較接近，但與模型理想鋼筋材料的力學性能相差較大。由于模型鋼筋對試驗模型進入彈塑性階段的性能有重要影響，因此，本文研究振動臺試驗模型在不同配筋設計方法下其試驗結果的差異，分析欠質量程度對欠人工質量模型承載力的影響，建議了縮尺模型設計的實用方法。下表2列出了按一致相似率設計時不同附加質量模型的相似關系。原型混凝土材料取C30，彈性模量

3.00×104N/mm2，附加面荷載3kN/m2，兩種模型混凝土材料的彈性模量與承受荷載大小由FM1的相關參數按表給出的相似系數推算得到。

注意：

縮尺模型混凝土的力學性能滿足相似關系要求，但模型鋼筋采用力學性能與原型鋼筋力學性能接近的鉛絲，不滿足相似關系的要求。3Pushover分析

采用SAP2000軟件，完成了原型結構與按不同設計方法設計的兩個縮尺模型在不同附加質量下Pushover分析。用桿端離散的塑性鉸模擬桿件的塑性行為，其中梁端設置M鉸，柱端設置PMM鉸。利用某截面分析軟件得到構件截面的彎矩-曲率關系和柱截面的彎矩-軸力屈服面關系參數?；炷翍?應變曲線采用《混凝土結構設計規范》建議的單軸應力-應變曲線，混凝土軸心抗壓強度標準值為混凝土圓柱體軸心抗壓強度，取立方體強度的0.8倍，抗拉強度標準值取軸心抗壓強度標準值的1/10。模型混凝土的曲線形狀與原型似，滿足等應變要求。

由圖3知，按等面積配筋率進行配筋設計時，FM8-a不同配重模型的最大基底剪力相差不足3%，但與原型FM1的計算結果比較FM8-a滿載時最大基底剪力為1354.8kN，為FM1計算最大基底剪力537.2kN的2.5倍，即縮尺試驗模型均過高地估計了原型結構的抗震能力。按構件承載力相似原則進行配筋設計的FM8-z縮尺模型，在不同配重下的最大基底剪力相差不足3%，與原型FM1的計算結果相比，FM8-a模型在滿載時最大基底剪力為548.5kN，二者比較接近。圖4和圖5所示分別為不同計算模型Pushover分析中在基底剪力最大時模型中塑性鉸分布情況(圖上數字為荷載步);表4與表5所示分別為不同計算模型在Pushover最終狀態下塑性鉸出鉸順序，表6與表7所示分別為不同計算模型Pushover分析中出現第1個梁鉸與第1個柱鉸時對應的頂點位移與基底剪力。

由表4、5和圖4、5可知，按等面積配筋率配筋的FM8-a不同配重模型均為底層柱端先出鉸，而原型FM1梁端先出鉸。按構件承載力相似原則配筋的FM8-z不同配重模型的出鉸順序一致，也與原型FM1的出鉸順序一致。

從上述分析計算結果，可得如下結論:框架結構振動臺試驗模型設計中，如果配筋采用與原型鋼筋力學性能接近的材料但與理想鋼筋模型力學性能相差較大的材料如鍍鋅鉛絲，而模型混凝土滿足相似關系要求時，按構件等面積配筋率設計模型，根據模型試驗結果推算原型結構性能時將過高地估計原型結構的抗震能力。按承載力相似原則設計的模型其地震響應與原型接近。4彈塑性時程分析

由于Pushover是彈塑性靜力分析，而振動臺試驗是動力響應問題，因此，在靜力彈塑性分析的基礎上補充模型的彈塑性時程分析。建立混凝土受拉、受壓模型及鋼筋本構模型并考慮相關效應，應用某種時程分析軟件進行彈塑性時程分析。

選用El波地震加速度記錄作為地震輸入，對原型FM1將峰值加速度調整到400cm/s2，以模擬8度設防罕遇地震的加速度峰值，對縮尺模型進行時間縮比與加速度峰值調整后輸入。采用該時程分析軟件計算了上述計算模型，得到不同結構模型的出鉸順序以及出鉸時的位移、最終狀態下的塑性鉸分布及出鉸順序，結果見圖7、8及表8～11。

由圖7和表8可知，按等面積配筋率配筋的FM8-a不同配重模型均在二層和三層先梁出鉸，不同于原型FM1在四層先梁出鉸，柱出鉸時間與FM1接近，但梁出鉸時間明顯晚于FM1。由圖8和表9可知，按承載力相似原則配筋的FM8-z不同配重模型均為四層先梁出鉸，底層柱出鉸晚于二～五層梁鉸出現，與FM1出鉸順序基本一致，出鉸時間也與FM1基本一致。表10與表11中帶*即為模型響應按相似比換算到原型后對應的響應值。由表10、11中可知，按等面積配筋率配筋的FM8-a不同配重下柱出鉸時頂點位移最大偏差為3.2%，與FM1相比，偏差達27.6%。按構件承載力相似原則配筋的FM8-z不同配重模型柱出鉸時的頂點位移最大偏差達17.1%，與FM1相比，最大相差約10.3%。5結論(1)對于鋼筋混凝土框架結構模型，按承載力相似原則進行配筋設計，能夠基本準確預測原型的動力響應;當模型鋼筋力學性能不完全滿足相似比要求時，按等面積配筋率配筋的模型會高估原型的地震響應。(2)欠人工質量模型中配重不足因素的影響與構件配筋率有關，當柱配筋率較高時，配重不足因素的影響小。(3)提出按實際模型中鋼筋的彈性模量與理想模