组合式电力工作井抗震性能振动台试验研究

2022-09-11

我国目前钢筋混凝土工程的施工多采用现浇体系, 但它在工程实施中也存在着明显的缺陷, 如施工工期长、工程成本难以有效控制、工程质量难以得到可靠保证等。本文针对目前国内应用的典型组合电力工作井进行振动台试验研究, 在室内的模拟地震振动台上, 直接对电缆工作井结构中最弱的环段进行的最不利地震荷载组合下的振动试验, 研究在可能发生的地震条件下电缆工作井结构的地震反应、或发生破坏的可能性及破坏程度, 从而了解国内组合式电缆工作井的抗震性能, 以期为组合式工作井的设计和工程实践提供指导。

1 试验设计

1.1 试验内容及布置

本文进对组合式电力工作井的原型结构进行振动台试验, 在室内的模拟地震振动台上, 直接对电力工作井结构中最弱的环段进行的最不利地震荷载组合下的振动试验。研究在可能发生的地震条件下电力工作井结构的地震反应、或发生破坏的可能性及破坏程度。试验研究内容包括工作井结构在各水准地震作用下自振频率和刚度的变化及加速度、位移和应变的反应;评价结构的抗震能力, 尤其是检测结构拼接缝在地震荷载作用下的抗滑移松动能力。

试验前, 在试验管片上布设加速度传感器、位移传感器和应变片, 并对加速度传感器进行标定。本文试验布置如图1所示, 其中, S表示应变传感器, D表示位移传感器, A表示加速度传感器。共布设8个应变片、14个加速度传感器、6个位移传感器。

1.2 试验方法及步骤

对于组合式电缆工作井的振动台试验, 采用时程分析法, 选用两组实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线作为台面输入地震激励, 模拟地震荷载的作用。试验中选取了三种地震波形作为输入地震波, 即E L Centro、Pasadena和SHW三种波的时程曲线。

模拟地震振动台试验步骤如下: (1) 用白噪声对工作井结构进行扫描, 测试试件的自振频率、振型、阻尼比等结构动力特性。 (2) 进行单向 (X向) 振动试验, 输入幅值大小取值如下多遇地震、基本地震、罕遇地震分别为:007g、0.20g、0.40g。 (3) 进行三向振动试验输入幅值为:1 (水平1) :0.85 (水平2) :0.65 (竖向) , 即0.40g:0.34g:0.26g。

2 试验结果

2.1 结构动力特性

可以看出, 在施加地震荷载时, 电缆工作井顶部沿X、Y、Z三个方向的加速度为最大, 故先分析工作井顶部三个方向的加速度, 如其中有代表性的A3、A4和A1加速度传感器。工作井结构在第一次白噪声 (工况1) 扫描后得到的X向第一频率为13.52Hz, Y向第一频率为17.14Hz, Z向第一频率为17.87Hz。工作井结构在第四次白噪声 (工况16) 扫描后得到的X向第一频率为1351Hz, Y向第一频率为17.13Hz, Z向第一频率为17.87Hz。白噪声的扫频结果从白噪声的扫频结果可以看出, 电缆工作井结构在承受设防烈度不同水准地震作用前后仍保持结构完整, 说明原型结构基本处于弹性工作阶段。

2.2 结构的加速度反应

一般情况下, 动力放大系数会随结构与台面距离的增加而增大, 各工况下动力放大系数最大值都会发生在顶部测点处。在设防烈度不同水准地震作用下对电缆工作井结构顶部的加速度反应和动力放大系数K进行了监测对于EL Centro波, 台面激励的加速度峰值越大, 沿结构三个方向的动力放大系数越小, 但是减小的幅值很小;对于Pasadena波和SHW波, 随着台面激励的加速度峰值的增大, 动力放大系数先减小, 后增大, 且在罕遇地震作用下的动力放大系数比多遇地震作用下的放大系数大。这都说明了组合式电缆工作井结构基本处于弹性工作阶段。

2.3 结构的位移反应

对设防烈度不同水准地震作用下电缆工作井结构顶部相对于振动台面的位移最大值以及电缆工作井结构顶部的相对位移最大值与结构高度的比值进行了监测。可以得到: (1) 设防烈度不同水准地震作用下电缆工作井结构顶部相对于振动台面的位移最大值随着台面激励的加速度峰值的增加而增大; (2) 只施加单向 (X向) 地震荷载时, 对于三种不同的波, 其结构相对于台面的位移变化很小; (3) 电缆工作井结构顶部的相对位移最大值与结构高度的比值在所有的工况下都很小, 结构的位移角很小, 说明结构本身的刚度很大, 这也从另一个方面说明了在承受设防烈度不同水准地震作用前后电缆工作井结构是完好的。