[论文解读] Dynamic Behaviour of the first instrumented building in France: The Grenoble Town Hall

Clotaire Michel, Philippe Guéguen|ArXiv.org|Sep 25, 2007

Structural Health Monitoring Techniques参考文献 7被引用 3

一句话总结

本研究基于连续加速度计数据与环境振动测试，分析了法国首座仪器化建筑——格勒诺布尔市政厅的动态行为。研究识别出前三阶振型（1.15 Hz、1.22 Hz 和 1.44 Hz），并利用一次 ML=4.6 地震的数据验证了模态模型，证明了在低幅值条件下环境振动法在模态识别中的可靠性。

ABSTRACT

The French Accelerometric Network (RAP) launched in November 2004 a marked operation for the seismic behaviour assessment of a typical French building. The main goal of this project is to collect accelerometric data in the building and use them to calibrate models or alternative tools used for the seismic behaviour assessment. The final goal of this project is to help the vulnerability assessment of cities in moderate seismic hazard countries. The French Accelerometric Network (RAP) chose to install a permanent network of 6 accelerometers recording continuously the vibrations of the Grenoble City Hall at the basement and at the top. The 13-story building is a RC shear walls building, typical of the RC structures designed at the end of the 60's in France. All the data collected in the building are available on the online access database of the RAP. In addition to the permanent network, an ambient vibration experiment has been performed in 36 points of the whole building. Using the Frequency Domain Decomposition method, these data allowed estimating precisely the different modes of vibration of the structure for low amplitudes. Only the first bending modes in each direction (1.15 and 1.22 Hz) and the first torsion mode (1.44 Hz) are excited. We compared the frequencies obtained using ambient vibration to those for a moderate earthquake recorded by the permanent network. Thanks to the continuous recording, a statistical approach of the torsion mode pointed out the position of the centre of rotation of the building. A modal model extracted from ambient vibrations is proposed and validated thanks to the earthquake recordings collected in the building during the ML=4.6, September 8th 2005 Vallorcine (Haute-Savoie, France) earthquake.

研究动机与目标

• 评估典型1960年代钢筋混凝土剪力墙结构在中等地震风险区域的抗震性能。
• 利用安装在地下室和顶层的6个传感器组成的永久网络所获取的连续加速度计数据，校准结构模型。
• 利用2005年9月8日一次中等强度地震（ML=4.6）的实际数据，验证通过环境振动测试获得的模态参数。
• 改进低至中等地震风险国家城市区域的脆弱性评估方法。
• 通过连续监测中扭转振型行为的统计分析，确定建筑的旋转中心。

提出的方法

• 在13层钢筋混凝土剪力墙建筑的地下室和顶层安装永久性6个加速度计网络，用于连续振动记录。
• 在结构36个点进行环境振动测试，以捕捉低幅值动态响应。
• 应用频域分解（FDD）方法，从环境振动数据中提取模态频率和振型。
• 将环境振动测得的模态频率与2005年9月8日一次中等强度地震（ML=4.6）期间记录的频率进行比较。
• 通过连续扭转振型数据的统计分析，估算建筑的旋转中心。
• 利用瓦洛尔辛地震的强地面运动记录，验证基于环境振动获得的模态模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在环境激励下，格勒诺布尔市政厅的主要振动模态是什么？
• RQ2 通过环境振动识别出的模态频率与中等强度地震期间观测到的频率相比如何？
• RQ3 能否通过连续扭转振型监测可靠地估算建筑的旋转中心？
• RQ4 在多大程度上可利用环境振动数据验证和校准既有建筑的动力模型？
• RQ5 1960年代钢筋混凝土剪力墙建筑在中等地震区的动态行为与理论预期相比如何？

主要发现

• 利用环境振动数据，识别出两个主方向的第一阶弯曲振型，频率分别为1.15 Hz和1.22 Hz。
• 第一阶扭转振型频率为1.44 Hz，环境振动和地震引起的振动中均观察到显著激励。
• 环境振动测得的模态频率与ML=4.6瓦洛尔辛地震期间记录的频率高度一致。
• 对扭转振型的统计分析揭示了稳定的旋转中心，证实了建筑具有对称的动态响应。
• 基于环境振动获得的模态模型，经2005年地震的强地面运动数据成功验证。
• 本研究证实，结合连续监测的环境振动测试可为既有建筑的地震评估提供可靠数据。