高层建筑悬挂式电缆桥架模拟地震振动台试验.docx

高层建筑悬挂式电缆桥架模拟地震振动台试验摘要：电缆桥架是高层建筑中的一类典型的非结构构件.为研究其抗震性能，采用足尺模型进行了2组模拟地震振动台试验.第1组试验针对配置了3种不同类型抗震支架的电缆桥架；第2组试验针对一个带有水平弯通与竖向弯通的L形立体电缆桥架,输入了多组地震动，对悬挂在钢结构平台上的电缆桥架进行了试验，分析了电缆桥架的损伤与破坏情况、动力特性、位移反应和加速度反应。试验结果表明，悬挂式电缆桥架的地震损伤主要集中在电缆托盘主次梁连接节点上，该节点失效导致次梁掉落。安装不同类型抗震支架的电缆桥架位移响应和损伤情况差异较为明显，而加速度响应差异较小。拉杆式抗震支架的抗震性能优于型钢式抗震支架，抗震强化式支架的抗震性能最强.相比于直线段桥架，弯通段桥架的地震损伤较小。增加抗震支架横向刚度和提高抗震支架附近桥架主次梁节点的强度有助于改善桥架的抗震性能.关键词：电缆桥架；非结构构件；振动台试验；抗震性能Abstract：Acabletrayisatypicalnon-structuralcomponentinhigh-risebuildings.Inordertostudyitsseismicperformance,twogroupsofsimulatedearthquakeshakingtabletestswereconductedusingfull-scalemodels.Thefirstgrouptestaimedatcabletraysequippedwiththreedifferenttypesofseismicsupports；thesecondgrouptestaimedatanL-shapedthree-dimensionalcabletraywithhorizontalandverticalbend-waysections.Severalgroupsofgroundmotionswereinputtothecabletraysuspendedonthesteelplatform.Thedamage,dynamiccharacteristicsfdisplacementresponsefandaccelerationresponseofthecabletrayweredescribedandanalyzed.Thetestresultshowsthattheseismicdamagetothesuspendedcabletrayismainlyconcentratedatthejointsofthemainandsubbeamofthetraycomponent,andthefailureofthejointscausesthesubbeamtofall.Thedisplacementresponseanddamageofcabletrayswithdifferenttypesofseismicsupportsaresignificantlydifferent,whiletheaccelerationresponseislessdifferent.Theseismicperformanceofrod-typeseismicsupportisbetterthanthatofsection-steel-typeseismicsupport.Moreover,theseismicperformanceofreinforcedseismicsupportisthebest.Comparedwiththestraightsectionofthecabletray,theseismicdamagetothebendingsectionissmaller.Increasingthelateralstiffnessoftheseismicsupportandthestrengthofthemainandsubbeamjointsofthetraycomponentcanimprovetheseismicperformanceofthecabletray.Keywords:cabletray；non-structuralcomponents；shakingtabictest；seismicperformance设投资的75%85%,而地震中的非结构构件往往会出现严重破坏。1971年的美国圣费尔南多地震、1972年马那瓜地震、1978年日本宫城县地震都出现电梯大面积瘫痪的现象。在2010年海地地震中，多层建筑的数据中心的电缆桥架损坏，难以快速修复，阻碍了震后基本通讯系统的恢复运行。在2012年东日本大地震中，东京高层建筑由于包括电缆桥架在内的大量非结构构件损坏导致建筑功能中断而产生所谓的"高层建筑难民”。在2013年我国芦山地震中,经过抗震加固的建筑结构震害较轻，但依然观察到大量非结构构件的破坏川其中包括电缆桥架。在2017年九寨沟地震中，高层酒店的玻璃幕墙面板出现大面积破损。非结构构件的正常工作对于建筑功能的保持有着重要意义。电缆桥架是一种用于线缆敷设的典型预制非结构构件，由电缆托盘、支吊架和连接件组成。电缆托盘通常为钢制或铝制，在转向区域的预制构件被称为弯通。核电站与其他工业建筑中的支吊架多采用通过型钢与下方地板或楼板固定的立式电缆桥架，而民用建筑通常采用悬挂式电缆桥架。电缆桥架具有大跨度、低冗余和复杂几何形状等特性，在地震激励下容易产生较大的响应与破坏。电缆桥架的抗震性能试验多采用足尺试件的模拟地震振动台试验。针对核电站与工业建筑中的桥架系统的代表性试验往往通过对不同的支架配置进行动力测试，识别电缆桥架每个方向的基频、阻尼、振型、疲劳寿命等八°、试验结果表明，电缆桥架的响应表现出强烈的非线性，阻尼比随着输入地震的增大而增大由于福岛核电站的泄露事故，在2011年后国内也进行了大量与核电站有关的设备（包括电缆桥架）的振动台试验o胡服全等1121通过振动台试验研究了核电站钢制电缆桥架抗震性能的影响因素。HUang等通过足尺的振动台试验验证国内核电站使用的电缆桥架的阻尼比与载重之间的关系。另外，还有少量研究人员对普通民用建筑中的电缆桥架进行了试验研究。Wood等I2通过单调加载和循环加载方式研究了2类抗震支架的力与位移的关系，结果表明抗震支架与电缆托盘的连接构件对支架力与位移特性有显著影响。尚庆学等I对国内常用的抗震支架进行拟静力试验，通过易损性分析将各类抗震支架的极限承载力转化为对应的加速度指标。总体而言，目前国内外对核电站的电缆桥架的抗震性能研究较多，但针对高层建筑中常用的悬挂式电缆桥架的抗震性能研究较少，同时缺少对带有弯通段的立体式电缆桥架抗震性能的研究。本文以高层建筑中常见的悬挂式电缆桥架为研究对象,进行了2组足尺模型的模拟地震振动台试验。第1组试验针对配置了3种不同类型抗震支架的电缆桥架研究不同抗震支架对抗震性能的影响；第2组试验针对I个带有水平弯通与竖向弯通的L形立体电缆桥架研究立体的电缆桥架和弯通段的抗震性能。1试验概况1. 1振动台与加载钢平台悬挂式电缆桥架试件安装在1个加载用的钢结构平台上,如图I所示。钢结构平台的X方向尺寸为12.84m,历向为11.64m,高度为5.40m,防向的基本频率为8.9Hz,方向为8.4Hz由于钢平面尺寸较大，使用同济大学多点振动台组中的2个振动台，单个振动台台面X方向长4m、丫方向长6m,最大载荷为30t,可实现最大位移±50Omm,最大速度±1000mms,f最大加速度±15gt,2个振动台在加载过程中保持同步运动。图1钢平台与振动台Fig.ISteelplatformandshakingtable1.2 试验试件电缆桥架由电缆托盘与支架组成，试验中采用预制梯架式电缆托盘，主梁和次梁焊接相连，预制电缆托盘之间在现场采用连接件螺栓连接电缆托盘通过支架悬挂在钢平台顶部下方，支架分为重力支架和抗震支架2种重力支架只承担电缆桥架的重力,而以一定间隔设置的抗震支架需要同时承担电缆桥架重力和水平向的地震作用此外，靠近弯通处也布置有抗震支架，电缆桥架示意图如图2所示。2组试验中使用相同的电缆托盘与重力支架，吊杆和支架长度为LOm,电缆托盘宽度为LOm,试件的重力支架的间距为2.Om.电缆托盘上放置钢筋，模拟电缆，线荷载为106.2kgm'o钢筋由尼龙扎带固定在电缆托盘上，钢筋底部铺设橡胶片，以使其摩擦与电缆的实际情况相近。第I组试验针对3个安装有不同类型抗震支架图2电缆桥架构件示意Fig.2Diagramofcabletraycomponents的电缆桥架试件。3种抗震支架类型分别为型钢式、拉杆式和抗震强化式，3个试件相互平行布置，分别称为A类、B类和SA类。其中A类和B类的抗震支架间距为8m,总长度为12m；而SA类的抗震支架间距为6m,总长度为IOm抗震支架的细节与尺寸如图3所示，三者的纵向支架相同，以拉杆式支架为例，如图3d所示，沿纵向两侧用拉杆固定。支架的拉杆直径均为14mm,型钢式和抗震强化式支架采用截面为75mmx75mmx6mm的角钢。3个试件抗震支架的信息如表1所示，通过拟静力试验得到2个方向的抗侧刚度。第2组试验针对带有水平弯通构件与竖向弯通构件的一个L形立体电缆桥架。2个桥架直线段根据走向命名为X向直线段和Y向直线段，X向直线段的抗震支架间距为8m,Y向直线段为6m,均采用型钢式抗震支架，2个直线段由水平弯通相连，并在Y向桥架末端设置一个竖向弯通。c抗&强化式抗表支架图3电缆桥架抗震支架详图(单位：mm)Fig.3DetailsofSeiSmiCsupportforcabletray(unit:mm)表1抗震支架信息Tab.1Informationofseismicsupport试件支架间距/m支架形式横向刚度/(kN-mm1)纵向刚度(kNmm')A类8型钢式0.61941.4559B类8拉杆式0.74930.4166SA类6抗震强化式0.86581.46571.3 传感器布置与加载方案试件上设置有位移计和加速度计，具体布置如图4所示。位移计安装在钢平台上，通过拉线连接到电缆托盘侧面，测量值为测点与钢平台的相对位移。加速度计固定在电缆托盘底部，测量值为测点的绝对加速度。此外，钢平台和振动台上设置了部分加速度计用于记录振动台与钢平台的加速度，作为试件的输入信息。第2组试验在水平弯通的对角线方向共设置4个拉线式位移计，布置在水平弯通的上下方,用于测量其局部变形情况，如图4b所示。A28'¼29A30A31A32'133A34膝SA类b第2坦试验传感器布置D39.D4Oc第2组试的展向弯通传感器布置图4传感器布置Fig.4Arrangementofsensors试验中输入了扫频波（sweep波）和楼面波2种类型的地震波，此外在试验开始和每次加载工况后还采用峰值加速度为50cm的白噪声，以测量电缆桥架的动力特性变化情况o第1组试验工况如表2所示，第2组试验工况如表3所示,白噪声为奇数工况，在表中省略。表2第1组试睑输入工况Tab. 2Input motions for the first group of tests编号工况峰值加速度，（XCmS2) Y持续时间/S2扫频波50500100. 004扫频波-50050100. 006扫频波-Ioo0I(X)100. 0()8SHW-507070.4810SHW-128013270.481