抗震性能研究中国式的单层吊顶系统的振动台试验

文摘

在最近的一些地震,吊顶系统(SCS)建筑物遭受了严重的破坏。SCS的抗震性能吸引了研究人员的注意。在这项研究中,全面的振动台测试两个中国式的单层SCSs不同边界条件下进行。地震破坏和地震响应,包括加速度、位移、应变反应进行了比较。边界条件的影响在SCS的抗震性能进行了研究。发现SCS的抗震性能明显受到边界条件的影响。与SCS和自由边界条件,损坏SCS安装与地震剪辑边界很清楚得多。与自由的SCS条件相比,平均加速度放大系数(空军联队),峰值位移(PD)和最大应变的SCS安装地震剪辑减少63%,99%,和84%,分别。最终测试,免费的SCS条件边界完全倒塌板下降的68%,而只有15%的面板SCS安装地震剪辑。地震剪辑可以避免网格的下降从外围支持,确保SCS的完整性。 With the help of seismic clips installed at the boundary, the responses of the ceiling, such as acceleration, displacement, and strain, decrease significantly, and thereof, the collapse resistance capacity is improved.

1。介绍

地震破坏类型的组件(nsc)建筑近年来受到中度或强烈的地震是严重的由于他们的高地震脆弱和抗震设计不足,导致巨大的经济损失,甚至中断的功能,严重伤害和死亡1- - - - - -4]。例如,统计结果表明,nsc代表75%的损失暴露我们的建筑物地震和占总估计超过78%的年率化地震损失(5]。许多建筑物仍无人周后2010 - 2011年的坎特伯雷地震序列由于损害国家安全委员会(6]。天花板板的下降导致的损失四个住在2011年日本东北地震(7]。nsc的最广泛应用于建筑、吊顶系统(SCS)声躺在板广泛应用于公共建筑在地震期间被严重损坏。广泛postearthquake调查和实验研究表明,天花板周长的失败是失败的主要原因之一的SCS8- - - - - -11]。特别是,中国式的周长单层SCS遭受严重破坏地震由于缺乏可靠的连接与主结构的损伤通常开始,蔓延至天花板的内部。外围电网以中国式单层SCS通常坐自由边界在实践中只有一个小的摩擦力;因此,天花板周长是极其容易碰撞与周围的墙在地震。

近几十年来,SCS的抗震性能与声躺在面板被许多研究人员调查主要由振动台测试(8,12- - - - - -20.]。大多数SCSs测试在过去是典型的美国式的天花板,而很少有研究调查了中国式的天花板的抗震性能与不同的细节从美国式的天花板。中国——和美国式的天花板之间的主要差异如下:(1)在中国式的天花板,螺纹棒主要是采用挂网格系统,而在美国式的天花板,采用挂线,和(2)的周长中国式天花板通常取决于周围环境没有任何约束,而美式天花板连接到环境与流行铆钉或地震剪辑。约束的地震夹连接外围边界网格是证明显著提高SCS的抗震性能(21- - - - - -23]。然而,到目前为止,还没有研究已经进行调查的影响地震夹连接在中国式的单层SCS的抗震性能。虽然地震剪辑建议限制外围网格边界由中国标准J502-2 [24),它在中国很少应用在实践中,导致周围网格在边界的下降,甚至引发地震期间连续崩溃的上限。在本文中,两个中国式的抗震性能与不同边界条件下单层SCSs由振动台测试相比。地震剪辑的效果进行了研究。

2。中国式的单层吊顶系统

2.1。单层吊顶系统的宪法

中国式的单层SCS认为此处包含螺纹棒,网格系统,和躺在面板,如图1。螺纹棒悬浮地板的底部的网格平台,采用悬挂系统和躺在板。网格系统由主要的t恤,t恤,子交叉t恤,和墙的角度,形成一个模块将躺在面板。主要的t恤之间的连接是通过机械主要三通一端插入插座的另一个主要的三通。主要三通,四通之间的连接是通过机械地将两个四通结束插入到插座的主要三通。同样,四通接头之间的连接和子四通机械是通过将两个子四通结束插入到插座的交叉三通。螺纹杆是直接连接到主吊架三通,导致螺纹杆和天花板之间的单层连接电网。螺纹棒和天花板网格的Q235钢的强度等级有屈服强度235 MPa。躺在板是由矿物纤维质量密度为208公斤/米³。

2.2。天花板周边连接

2.2.1。免费的条件

两种不同的边界条件,自由条件和地震夹连接,在这个测试进行了研究。免费条件,周边电网结束只是坐在角固定在墙上圈梁使用螺丝(图2(一个))。清仓命名为打击外围电网之间存在差距,壁角。由于缺乏精确的控制安装,重击差距SCS和自由边界条件在不同的位置是不同的。均值和标准偏差的重击差距是3.05毫米和2.08毫米,分别。均值的缺口的冲击在不同的位置被认为是未来的代表值分析。图2 (b)显示了自由状态的细节。

2.2.2。地震视频连接

有两种地震夹连接(癌),也就是说,和semifree连接固定连接。(FC)固定连接,两个螺丝grid-screw孔和中间一个螺旋槽的地震夹用于地震剪辑附加网格。semifree连接(证监会),只有一个螺丝放在中间槽的地震,使网格只沿轴向方向滑动,而运动垂直于轴向的网格是预防。此外,在证监会的情况下,网格之间的名义冲击差距19毫米,壁角,而没有重击在FC的情况下存在差异。应该注意的是,实际的平均值和标准偏差的缺口的冲击证监会是17.33毫米和1.86毫米,分别。对于上述两种类型的癌,地震剪辑圈梁上安装使用四个周边螺丝。图3显示了地震夹连接的细节。

3所示。测试程序

3.1。测试设置和标本

钢平台计划维度为12.84米×11.64米和5.40米的高度采用SCS测试载体挂。图4显示了钢平台。三层平台的高度,表级别,上限水平,和地板水平,被认为是。为了模拟试件的边界条件,周边和中间横梁固定在平台代表周围的墙壁。此外,中间梁采用SCS划分为两个比较天花板。测量平台的基本频率通过白噪声下的传递函数方法是8.9赫兹X方向和8.4赫兹Y方向,分别。

包括两个部分的标本,B1和B2,设计和建造。这两部分有相同的布局,但不同的边界条件。为B1,四条边的边界条件是免费的。fixed-semifree B2,边界条件,实现了采用固定连接在两个相邻两侧和semifree连接在其他方面。这两个部分是悬挂在同一层的底部的平台,以确保相同的输入激励。总体视图和标本的照片如图所示5。电网系统暂停通过螺纹棒直径8毫米和1000毫米的长度。螺纹棒放置间隔的1200毫米。主要的t恤放置相互平行间隔的1200毫米Y方向。十字架t恤与600毫米的间距放置垂直于主要的t恤,和子交叉t恤与1200毫米的间距放置平行于主要的t恤。墙上的角度是固定在黑板上周边梁和横梁中间。

3.2。仪表

的平台,有3、4和5的加速度计安装在表级别,上限水平,和地板水平,分别如图6。加速度计指示为T1, T3位于左表中在表级别。的加速度表可以被视为输入到这个平台上。加速度计指示为P1, P4被放置在每个圈梁的中跨上限水平。加速度计指示为F1, F5安装在地板水平。

总共30加速度计安装在天花板上网格和躺在面板监控的绝对加速度的标本。的加速度主要三通,四通对应Y方向和X分别方向加速度。共有17个位移传感器被放置在周边梁的位移监测样本相对于平台。共有140个应变仪连接到螺纹棒,天花板网格和躺在面板监控当地试样的应变响应。除了躺在与接线盒安装电池板,两边两个应变仪连接到每个天花板上的同一位置组件,和平均的结果从两个指标采用数据分析。只有测量点标记为后续分析。图7在标本显示仪表的位置。空心单向红色箭头和蓝色箭头代表位移和加速度的正方向,分别。

3.3。输入动作和测试协议

三种类型的运动是用于输入荷载,包括扫描波(命名为扫描),在不同层建筑结构加速度反应时程分析,得到的和人工海浪从日本建筑中心(命名为BCJ-L2)。BCJ-L2波持续时间的120年代是日本人造地震波代表级别2(设计基础)。最初的PGA,震动,PGD BCJ-L2波355.66厘米/秒²53.37厘米/秒,42.36厘米,分别。扫描波,正弦波的频率的变化从5.0赫兹到0.5或0.8赫兹,生成探索试样的破坏机理,如图8。图9介绍了BCJ-L2波。从上海自然波叫SHW6抗震设计代码(25)输入128层的摩天大楼的基准模型结构和一座30层楼高的模型。五楼的加速度响应和基准模型的顶部和顶部的加速度响应粘模型的推导和应用作为输入运动(命名为SHW6 (5/128), SHW6(128/128),和SHW6(30/30),分别)。图10显示了地板加速时间的历史。总结了测试中的所有动作输入表1。图11介绍了加速度反应谱(ARS)的阻尼比5%运行6到14相同的加速度峰值为0.1 g。每次运行后,双向白噪声激励是用来评估样本的动态属性。峰值地面加速度(PFA)平台是列在表中1。应该注意的是,这个平台的PFA显著增加,从运行26因为一些螺栓的松动的平台受到强烈的输入。

双向输入白噪声与0.05 g的PGA确定试样的动态特性。然而,极难识别的各个固有频率标本由于励磁强度观察过低克服最初的标本周边存在的摩擦力,导致样品移动平台在一起。因此,试样的固有频率得到了传递函数方法非常接近的平台。此外,试样的反应的激发下扫描波振幅为0.15 g用于推导出试样的固有频率。虽然可以克服摩擦力在输入强度较高,测量加速时间的历史标本容易被高频峰值是由于强大的标本和周边梁之间的碰撞。

4所示。测试结果和讨论

4.1。SCS损害

以下4.4.1。破坏模式

地震的破坏B2剪辑明显比那件B1与自由边界条件。试件的破坏模式在总结了振动台测试表2。该边界条件对SCS的损伤模式产生重大影响。B1遭受更严重的伤害以取代网格和屈曲的壁角,而B2不会遭受这样的伤害在加载过程中,这证明了地震剪辑扮演在防止外围的取代网格从墙上角度和改善SCS的抗震性能。典型的损伤标本中观察到测试如图12。

4.1.2。损伤演化

试件的破坏过程是显示在图13。没有损坏标本观察之前的输入运动运行26。取代3电网在运行26日从墙上结束角,2板附近的取代位置移动,剪切变形的2列main-cross三通连接附近X方向结束被发现在B1, B2仍未损坏的。下运行28日的6列main-cross三通连接扣在轴向压缩载荷下,和所有的网格和周边板两端的结束X在B1方向遭受严重的破坏。然而,只有一列main-cross三通连接扣由于B2的轴向压缩载荷。main-cross三通连接很容易轴向屈曲由于原因,连接的抗压强度远小于其抗拉强度(6,26]。根据静态测试连接,平均抗压和抗拉强度main-cross三通连接的475 N和1151 N,分别为(27]。没有明显的损害继续发生在B1的下降11板和变位2板发生在B2跑30。最后运行后,B1完全倒塌的比率下降面板总面板达到了68%。main-cross三通连接失败的一部分,和15%的面板B2。相比之下,B1, B2的损失是多少件,表明地震的中国式的单层SCS剪辑具有更好的抗震性能比自由边界条件。应该注意的是,只有躺在面板的破坏是明显在过去因为损害到其他天花板组件运行难以计数。

4.2。加速度响应

4.2.1。准备加速时间历史

加速时间的历史标本扫描下波的PGA 0.15 g图所示14。选择通道A12 A27和比较B1和B2的加速度响应X方向,分别。选择通道A6和A21比较B1和B2的加速度响应Y方向,分别。在0.15 g扫描波,B2的加速度响应与地震片段相比显著降低与B1与自由边界条件。大的加速度放大B1是由天花板周边发生一次严重的冲击。最终网格B2的运动是受制于地震剪辑,这样的碰撞边界降低。

4.2.2。加速度放大系数

加速度放大系数(空军联队)是一个关键参数影响SCS的抗震性能。空军联队被定义为的比例上限网格加速度峰值地面加速度峰值。中国规定的峰值空军联队代码GB 50011 (2010) (28第3期7 - 10(2010)[]和美国的代码29日)将SCS的值2.0和2.5,分别。地震波下的测试数据(BCJ-L2 SHW6 (5/128), SHW6(128/128),和SHW6(30/30))用于计算空军联队。图15显示统计参数(最大值、最小值、中位数)空军联队的标本。中位数的空军联队被认为是代表值与代码限制(30.,31日]。大部分的空军联队B1比代码限制由于暴力冲突在天花板周边所有空军联队的B2小于极限的帮助下地震剪辑的代码。相比之下,B1, B2空军联队的中位数在地震波下减少了63%和37%X和Y方向,分别表明地震剪辑可以提供有效的约束边界和显著降低SCS的加速度响应。中位数B1的空军联队X方向比在大Y的方向,这是由于小的横向刚度X方向比Y方向。根据测试结果,大多数的空军联队B1大于代码限制,表明SCS的代码限制不够安全与自由边界条件。一方面,代码的限制是一个经验值,缺乏足够的证据。另一方面,代码限制不考虑SCS的边界条件的影响。因此,限制的代码需要进一步研究和阐明清楚。

4.3。位移峰值

数据16和17出现峰值位移(PD)和PFA在地震波和扫频波的关系,分别。地震波下,四种输入作用,也就是说,BCJ-L2, SHW6 (5/128), SHW6(128/128),和SHW6(30/30),输入对应的PGA 0.037克,0.089克,0.149 g和0.405 g,分别。扫下,三个强度对应于输入的PGA 0.05克,0.15 g和0.25 g。是否输入地震或扫描波,PD增加随着PFA的增加。相比之下,B1, B2的PDs是减少了65%到99%和57%到91%在地震和扫描波,分别。B2比这低得多的PD B1,这意味着地震剪辑提供的有效约束边界和显著降低天花板的位移。

4.4。应变响应

4.1.1。天花板上的组件的最大应变

177年的最大应变με天花板上测量组件崩溃前的上限远低于天花板的屈服应变分量,这表明所有天花板组件大致保持弹性加载运行期间崩溃前的天花板。原因是天花板组件的强度远远大于电网的连接。因此,大多数损坏标本发生在连接而不是组件。电网连接的承载力应该改进以避免连接的过早失效。

10/24/11。最大应变和PFA的关系

图18礼物的最大应变和PFA关系代表的位置在天花板组件层地震波(SHW6 (5/128), SHW6(128/128),和SHW6 (30/30))。测量分B1和B2的螺纹杆对应S70(71)和S139(140),分别。测量分B1和B2对应S39的主要三通(40)和S108(109),分别。测量分在十字架上的三通B1和B2对应S19(20)和S88(89),分别。测量分B1和B2对应的子四通S7(8)和S76(77),分别。螺纹杆上的应变测量主要反映其弯曲变形。测量应变在其他网格主要反映他们的轴向变形。所有组件的最大应变通常增加随着PFA的增加。B1的最大应变大于B2。相比之下,B1,螺纹杆的最大压力,主要三通,四通,和子四通B2楼地震波下减少84%,82%,84%,和25%,分别。 The larger strain of B1 is caused by the severe collision at the ceiling perimeter. The results indicate that seismic clips are effective to reduce the strain response of the ceiling components.

5。结论

全面的振动台测试进行中国式的单层SCS。边界条件的影响的损伤和SCS的动态响应进行了研究。可以得到以下结论:(1)SCS的自由边界条件,周边连接和main-cross三通连接是最容易受到地震和主导SCS的抗震能力。(2)期间损坏上限与自由边界条件从外围连接和地震波传播SCS的内在部分。天花板之间的碰撞边界和边界的抗震性能产生不利影响的天花板与自由边界条件。(3)与SCS自由边界条件相比,SCS安装的抗震性能与地震剪辑边界要好得多。边界条件有重大影响的破坏模式和中国式的单层SCS的抗震性能。(4)地震剪辑可以有效减少损失和动态响应的上限,以提高SCS的抗震性能。建议在实践中,外围电网的上限应该克制使用地震剪辑边界。

数据可用性

测试数据用于支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这项研究的出版物。

确认

作者承认金融支持国际联合同济大学地震工程研究实验室(批准号0200121005/058)。

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