·512 北京科技大学学报 第33卷 ·位移传感器 同，故此处只展示了无水状态下承台振型图（图7）， 8水平向加速度传感器 应变计 两种方法所得模型一阶自振频率如表2所示.同 8 580 /112 时，为了研究地震作用下，动水对结构动力反应的影 D 90 040 响，采用影响系数R表示动水对结构响应最大值的 O10OI 影响程度 A10 R= 8A4 8A9 结构在水中的响应最大值~结构在无水时响应的最大值×100%. 结构在无水时响应的最大值 8A3 8A8— 从表2可以看出，由于水的影响，试验模型一阶 自振频率在有水状态(6.88Hz)下比无水状态 8A2 817 (10.10Hz)时减小了32%，周期增大了40%.同时， 1号桩（内侧桩）5号柱（外侧桩） 根据动水力简便计算方法所得试验模型在无水和有 荷载激城方向 水时的自振频率与试验值基本一致，误差不超过 图5测点布置图（单位：mm) ±3%.表明该方法计算高桩承台结构自振特性时 Fig.5 Arrangement diagram of observation points(Unit:mm) 与实际情况较为吻合 005 一锋值10.102 峰值688Hz 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 20 0 4050 20 30 50 频率Hz 频幸Hz 图6高桩承台模型动力特性傅氏谱.()无水试验：(b)有水试验 Fig.6 Fourier spectra of dynamic response of the elevated pile caps:a)test without water:(b)test in water 水力简便计算方法和试验得到的沿高度分布的结构 各相应位置处水平加速度峰值对比 表2模型自振频率比较 Table 2 Comparison of model natural vibration frequency 无水 有水 方法 频率/Hz 周期/s 频率Hz 周期/s 试验值 10.10 0.099 6.88 0.145 计算值 9.89 0.101 7.02 0.142 相对误差/% -2.08 2.13 2.03 -2.07 图7无水时试验模型振型图.(a)第一阶振型图：(b)第二阶 由图8~图11可以看出，水中试验模型动力响 振型图 应计算值与试验值基本吻合，只有在个别工况下存 Fig.7 Shape modes of the pier model in air:a)the first modal: 在一定的偏差，其中在100cm·s-2、7Hz和200cm· b)the second modal s2、7Hz的简谐波激励下，最大偏差分别为 3.2结构动力响应分析 15.38%和10.49%，在天津波和Takatori波激励下， 对高桩承台试验模型加载频率为1、3、5和7Hz 最大偏差为8.99%和12.5%.这主要是由于振动 的简谐波及天津波和Takatori两条地震波，作为动 台对高频动力波的加载还存在一定的缺陷.总体来 力荷载输入，并且分别采用100cm·s-2和200cm· 说，计算与试验所得加速度峰值沿结构高度分布趋 s2的加速度峰值以考察动力荷载量级对动水力产 势一致，结果较为吻合，动水力简便计算方法在考虑 生的影响.图8~图11分别为有水状态下，采用动 动力荷载作用下动水对高桩承台结构动力响应的影北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 图 5 测点布置图( 单位: mm) Fig． 5 Arrangement diagram of observation points ( Unit: mm) 同，故此处只展示了无水状态下承台振型图( 图 7) ， 两种方法所得模型一阶自振频率如表 2 所示． 同 时，为了研究地震作用下，动水对结构动力反应的影 响，采用影响系数 R 表示动水对结构响应最大值的 影响程度． R = 结构在水中的响应最大值 － 结构在无水时响应的最大值 结构在无水时响应的最大值 × 100% ． 从表 2 可以看出，由于水的影响，试验模型一阶 自振频 率 在 有 水 状 态 ( 6. 88 Hz) 下 比 无 水 状 态 ( 10. 10 Hz) 时减小了32% ，周期增大了40% ． 同时， 根据动水力简便计算方法所得试验模型在无水和有 水时的自振频率与试验值基本一致，误差不超过 ± 3% ． 表明该方法计算高桩承台结构自振特性时 与实际情况较为吻合． 图 6 高桩承台模型动力特性傅氏谱． ( a) 无水试验; ( b) 有水试验 Fig． 6 Fourier spectra of dynamic response of the elevated pile caps: ( a) test without water; ( b) test in water 图 7 无水时试验模型振型图． ( a) 第一阶振型图; ( b) 第二阶 振型图 Fig． 7 Shape modes of the pier model in air: ( a) the first modal; ( b) the second modal 3. 2 结构动力响应分析 对高桩承台试验模型加载频率为 1、3、5 和 7 Hz 的简谐波及天津波和 Takatori 两条地震波，作为动 力荷载输入，并且分别采用 100 cm·s － 2 和 200 cm· s － 2 的加速度峰值以考察动力荷载量级对动水力产 生的影响． 图 8 ～ 图 11 分别为有水状态下，采用动 水力简便计算方法和试验得到的沿高度分布的结构 各相应位置处水平加速度峰值对比． 表 2 模型自振频率比较 Table 2 Comparison of model natural vibration frequency 方法 无水 有水 频率/Hz 周期/s 频率/Hz 周期/s 试验值 10. 10 0. 099 6. 88 0. 145 计算值 9. 89 0. 101 7. 02 0. 142 相对误差/% － 2. 08 2. 13 2. 03 － 2. 07 由图 8 ～ 图 11 可以看出，水中试验模型动力响 应计算值与试验值基本吻合，只有在个别工况下存 在一定的偏差，其中在 100 cm·s － 2 、7 Hz 和 200 cm· s － 2 、7 Hz 的 简 谐 波 激 励 下，最 大 偏 差 分 别 为 15. 38% 和 10. 49% ，在天津波和 Takatori 波激励下， 最大偏差为 8. 99% 和 12. 5% ． 这主要是由于振动 台对高频动力波的加载还存在一定的缺陷． 总体来 说，计算与试验所得加速度峰值沿结构高度分布趋 势一致，结果较为吻合，动水力简便计算方法在考虑 动力荷载作用下动水对高桩承台结构动力响应的影 ·512·