钢管混凝土单圆管拱模型重力失真影响振动台试验研究

钢管混凝土单圆管拱模型重力失真影响振动台试验研究钢管混凝土单圆管拱模型重力失真影响振动台试验研究

摘要：钢管混凝土（reinforcedconcrete-filledsteeltube，RCFST）构件在工程中的应用越来越广泛，其独特的结构形式使其在地震、风力等自然灾害中具有较高的耐久性和适应性。然而，这种结构模型的振动台试验需要考虑到重力失真的影响，否则可能会导致模型精度的下降。本研究利用大型振动台对RCFST单圆管拱模型进行了试验研究，分析了重力失真对该模型振动特性的影响，并提出了几种可能的解决方案。研究结果表明，重力失真对RCFST单圆管拱模型的振动特性具有显著影响，但可以通过改进测量方式、降低结构刚度等方式来减少影响，提高模型试验的精度和可靠性。

关键词：钢管混凝土单圆管拱模型；重力失真；振动特性；振动台试验；精度和可靠性

引言

钢管混凝土（RCFST）结构由钢管和混凝土两部分组成，具有重量轻、强度高、耐久性强等优点，目前在大型建筑、桥梁等工程中得到了广泛应用。RCFST结构的振动台试验是评估其强度和耐久性的有效手段之一，但由于实际工程中存在的重力失真等问题，模型试验精度存在局限性。因此，研究重力失真对RCFST结构模型的振动特性影响及其解决方案，对于提高模型试验的精度和可靠性具有重要意义。

本研究利用大型振动台对RCFST单圆管拱模型进行了试验研究，分析了重力失真对该模型振动特性的影响，并提出了几种可能的解决方案。

试验研究

试验模型

本次试验使用的是RCFST单圆管拱模型，图1为其设计示意图。

图1RCFST单圆管拱模型设计示意图

试验装置

试验采用的振动台为大型液压摆式振动台，其最大承载能力为10吨，最大位移量为±150mm，最大加速度为2.0g。试验中采用了多通道数据采集系统，可实时采集模型的加速度、速度、位移等数据。

试验方案

本次试验分为两个阶段进行。第一阶段为静态水平荷载试验，以测量重力失真引起的模型形变；第二阶段为动态振动试验，以测量重力失真对模型振动特性的影响。

试验结果与分析

重力失真引起的形变

图2为RCFST单圆管拱模型在静态水平荷载试验中的形变情况，可以看出在试验过程中，模型在水平方向上产生了较大的变形，主要为弧形变形和垂直方向的膨胀形变。

图2RCFST单圆管拱模型在静态水平荷载试验中的变形情况

重力失真对模型振动特性的影响

图3为RCFST单圆管拱模型在不同振动频率下的加速度频率响应函数（accelerationfrequencyresponsefunction，AFRF），可以看出受到重力失真的影响，模型振动特性出现了较大的偏差，AFRF的峰值位置发生了明显的位移。

图3RCFST单圆管拱模型在不同振动频率下的加速度频率响应函数

解决方案

为减少重力失真对模型试验结果的影响，本研究提出了以下几种解决方案：

（1）改进振动台的测量方式，利用激光测距仪等高精度设备对模型形变和位移进行测量，提高精度和可靠性；

（2）降低RCFST单圆管拱模型的刚度，通过加大开裂裂缝等方式来减小其刚度，以降低重力失真的影响；

（3）改变RCFST单圆管拱模型的几何形状，在设计方案中考虑到重力失真等影响因素，尽可能减小其对试验结果的影响。

结论

本研究通过对RCFST单圆管拱模型的振动台试验，分析了重力失真对其振动特性的影响，并提出了改进测量方式、降低结构刚度等解决方案。实验结果表明，重力失真对模型振动特性具有显著影响，但可以通过合理的措施来减少影响。未来工程设计和现场施工中应加强钢管混凝土结构的重力失真控制，提高其耐久性和可靠性总之，RCFST单圆管拱结构是一种性能优异、适用性广泛的钢管混凝土结构，但在振动台试验过程中，受到重力失真的影响，其振动特性受到了较大的偏差。为此，我们提出了改进测量方式、降低结构刚度等解决方案，以减少重力失真的影响，提高振动特性分析的精度和可靠性。未来工程设计和现场施工中，应加强对钢管混凝土结构的重力失真控制，以提高其耐久性和可靠性，为工程安全保障质量提供保障此外，在应用RCFST单圆管拱结构时，也需要考虑其所在的环境和地理位置等因素，以便进行合理的结构设计和材料选择。例如，如果结构处于地震多发地区，则需要采用更加抗震的设计方案，以确保结构在地震中能够承受较大的荷载并保持稳定。

另外，在进行结构设计时，还需要考虑结构的维护和修复问题。由于钢管混凝土结构的特殊性，其维护和修复较为困难和复杂，一旦发生损坏或故障，修复和维护将需要较高的技术和资金投入。因此，在结构设计时，需考虑如何降低结构的维护和修复难度，从而减少维护和修复的成本和时间。

总之，RCFST单圆管拱结构是一种性能优异、适用性广泛的结构形式，在实际应用中具有重要的意义和价值。但在应用过程中，需要解决重力失真等问题，加强抗震设计，考虑结构的维护和修复问题等方面，以提高结构的可靠性和稳定性，为工程安全保障质量提供保障。随着技术的不断发展和完善，相信钢管混凝土结构将在未来得到更广泛的应用和推广另外，也需要注意结构的施工问题。钢管混凝土结构施工难度较大，需要严格控制每个环节，避免施工中出现质量问题。在施工过程中应注意对结构的监督和检测，确保施工质量满足要求。此外，应根据实际情况制定施工方案，合理安排施工进度，以确保施工进度和质量的同时，也保证工人的安全和健康。

除了上述提到的问题，还需要考虑结构的经济性问题。钢管混凝土结构虽然性能优良，但相较于普通混凝土结构，其造价较高。因此，在结构设计时，需要综合考虑结构的性能和造价因素，寻求经济合理的设计方案。

在使用RCFST单圆管拱结构时，还需要考虑其与其他结构形式的配合问题。例如，在综合交通枢纽、高速公路出入口等场合，单圆管拱结构可以与其他结构形式相结合，以实现更加完美和适用的结构设计。在此过程中，需注意结构之间的协调配合，以确保整个工程的协调性和稳定性。

总而言之，在应用RCFST单圆管拱结构时，需要综合考虑诸多因素，制定出合理的设计方案。同时，应注重其实际应用效果，并不断改进和完善其设计理念，以适应不断变化的环境和要求综上所述，应用RCFST单圆管拱结构在大跨