基于无人机及光流特征值法的振动台模型动位移测试方法研究

当前振动台模型试验大型、高耸结构的顶端位移测量较为困难,针对该问题提出采用无人机摄影技术对结构顶端大位移进行非接触测量。研究以光流特征值法为理论基础的视频位移识别技术,利用静止点对该方法计算结构位移过程中产生的无人机悬停飘移进行补偿,借助Python编写一套高精度位移响应程序,进行高耸结构模型振动台试验。通过输入不同幅值的地震波,对无人机拍摄的模型顶端位移视频进行程序分析,将输出结果与传统拉线位移计测量结果对比。针对拉线位移计算结果及视频位移识别结果之间的误差,通过FFT高通滤波、基线校正等方法对原始数据进行处理,形成了一套面向无人机摄影测量的处理标准。研究工作可有效地利用无人机代替传统接触式位移传感器,在大量程下实现对结构的顶端位移测量。     

离心机振动台试验中侧向流动地基位移分析方法研究

通过分析倾斜可液化地基的离心机振动台试验,对离心机振动台试验中地基土体位移分析方法进行了研究,得到了能够有效测量和计算可液化地基地震过程中和震后侧向流动的位移的方法。这种分析方法能够通过对加速度数据的处理和计算,有效地克服位移传感器在地震过程中反应不够灵敏导致的位移过程测量的误差,得到合理的地震过程中地基位移变化;同时利用位移传感器对低频位移测量准确的优势,通过量测的震后侧向位移值对计算位移值进行修正,可以得到地震结束后,地基的最终变形。本研究为土工离心机振动台试验中侧向流动地基的位移测量和分析提供可靠有效的方法,也能够为进一步的可液化地基离心模型试验的土体位移相关研究分析提供必要基础。     

近场强震动记录基线校正方法的振动台实验研究

为了获取近场永久位移,通常采用基线校正方法,对近场加速度记录进行基线校正并积分得到永久位移值,但这一结果主观性较强,其可靠性也往往缺乏验证。为了解决这一问题,本文提出了一种能产生包含永久位移振动过程的振动台实验方案,采用振动台加滑动机构的方法,模拟记录到永久位移台站测点的真实振动情况;在实验中分别采用加速度计、摄影测量方法分别直接得到加速度和位移时程,对加速度时程进行基线校正并积分得到位移时程,将其与直接获得的位移时程进行对比,以验证采用基线校正方法的有效性。实验结果表明,在实验室条件下采用现有的基线校正方法校正后,通过积分能得到可以接受的位移时程。     

阵列式位移计在动力测试中的应用

阵列式位移计（SAA）是一种基于微电子机械系统测试原理测试加速度和位移的传感器,具有精度高、可重复利用、自动实时采集等特点。该仪器装置可满足静态下岩土工程的变形测试要求,如边坡滑移、隧道、路基沉降、桥梁挠度等变形监测,也适用于动态下的加速度、位移、温度的测试。国内首次将阵列位移计（SAA）应用在大型振动台试验中,对桩基和刚性复合地基以及地基土在地震动作用下加速度和位移等动力响应进行研究。表明加速度动力系数在砂层中放大,软土中减小。随着输入地震动峰值的增大,地基土中不同深度测点的峰值加速度动力系数均有所降低,说明在累加地震作用下土体传递地震波的能力减弱。     

基于立体视觉的砌体房屋模型振动试验研究

针对结构动态响应监测三维变形的需求,研究立体视觉三维测量算法,建立基于结构测面的世界坐标系,得到结构振动响应三维位移公式.研究圆形标识点边缘检测、中心拟合及匹配约束算法,编译基于MATLAB平台的立体视觉结构振动测试分析软件.使用本文集成的立体视觉测量系统完成不同加速度峰值Taft波及El Centro波作用下砌体房屋模型振动台试验,同时测得结构三维位移时程曲线.面内位移时程曲线表明立体视觉方法与位移计数据吻合非常好,证实立体视觉测量方法的有效性.离面位移时程曲线表明砌体房屋模型在地震动作用下发生扭转,且随地震动加速度峰值增大,扭转反应加剧,充分验证立体视觉方法用于监测结构三维振动响应的可靠性及实用性.     

桥梁结构动态位移监测的误差修正

本文针对压力场连通管桥梁位移监测系统动态效应问题,根据连通管的基本原理,基于结构动力学理论,考虑结构振动对连通管内液体压强的影响,将结构振动引起的位移动态效应作为测量误差,建立了连通管动态压强理论计算公式,以及桥梁结构动态位移的误差修正计算公式,并进行了模型试验.理论计算值与试验值吻合较好,验证了理论公式的正确性.参数分析及2座背景桥梁计算显示,桥梁结构动态位移监测的误差修正量,与管道纵向布置倾角呈正相关关系,随测点至管道最高点加速度分布的总量增大而线性增大.研究结果对于提高桥梁健康监测系统动态挠度测量精度,准确评估桥梁结构工作性能,具有重要的意义.     

地下综合管廊大型振动台模型试验研究

针对地下综合管廊缺乏抗震研究的现状,开展了地下综合管廊大型振动台模型试验研究。试验中除对通常的地下结构振动台试验中常规地震响应进行了测量外,还测量了模型场地水平位移、模型结构的层间位移、模型结构内钢筋应变。同时,通过自行设计的接触面土体滑移传感器测量了结构顶板接触面土体滑移。本文对模型结构的动力响应以及接触面和周围土体地震响应规律进行了分析。结果表明：在地震作用下地下综合管廊的地震加速度响应服从周围土体的地震响应,其响应幅值不会大于周围土体的加速度响应幅值;结构内力最大部位出现在结构的角部,并且内力随着地震动强度的增加而增大;地下综合管廊接触面土压总体上随着地震动强度的增加而增大,侧板和顶、底板的土压力分布模式不同;在水平地震作用下,地下综合管廊会产生顶、底板之间的相对位移,同时伴随着横截面内的刚体转动;地下综合管廊壁板与土接触面的作用力是结构产生内力的直接原因,其中侧壁土压起主要作用。     

大型振动台模型的相对位移测量

本文指出目前在大型振动台的模型试验中相对位移测量存在的问题,提出了一种新的,有效的测量方案,并指出相对位移测量的重要性。     

基于CCD的高精度水管倾斜仪研制

CCD技术近年来已发展的非常成熟,应用范围广泛.本文介绍了利用CCD技术实现的高精度水管倾斜仪测量系统,其采用非接触式测量方法降低了测量过程中浮子干扰对测量精度的影响,体积小,安装简单,可用于流动观测中.     

对华北GPS监测区近期地壳应变连续分布的估计

直接利用华北ＧＰＳ监测网各个测点的位移观测值,借助高斯型位移协方差函数通过最小二乘配置建立连续分布的位移函数,并根据应变与位移的偏导关系,对华北ＧＰＳ监测区１９９２￣１９９５年、１９９５￣１９９６年最大剪应变及面膨胀连续分布进行估算,得到其应变场动态图像。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

高速铁路新型路堑基床结构动力响应分析

研制出一种新的防排水结构层用以控制膨胀土路基的含水率变化,从而达到对新建云—桂高速铁路膨胀土地段整治的目的。本文采用FLAC~(3D)有限差分软件研究该新型路堑基床结构(基床中设置新型防排水结构层)在列车荷载作用下动力响应规律,并利用现场试验结果对数值研究结果进行验证。研究表明:新型基床中道砟和新型防排水结构层对动应力衰减贡献较大;新型防排水结构层对竖向动应力、剪应力衰减作用明显,增强了基床结构的动力稳定性;新型基床结构能够更有效地控制基床的动位移;新型基床中振动速度和加速度随深度的增加而减小,道砟对振动速度和加速度的衰减作用明显。新型路堑基床结构振动速度和动应力的现场实测与数值分析规律基本一致,且实测值与计算值大小相近。研究成果可为特殊土地区高速铁路基床的设计、施工及其动力响应研究提供参考。     

非对称结构扭转振动多重调谐质量阻尼器(MTMD)控制的最优位置

研究了非对称结构扭转振动多重调谐质量阻尼器(MTMD)控制的最优位置。本文采用的MTMD具有相同的刚度、阻尼，但质量不同。基于导出的设置MTMD时非对称结构扭转角位移传递函数，建立了扭转角位移动力放大系数解析式。MTMD最优参数的评价准则定义为：非对称结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化。MTMD的有效性评价准则定义为：非对称结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化与未设置MTMD时非对称结构最大扭转角位移动力放大系数的比值。基于定义的评价准则，研究了非对称结构的标准化偏心系数(NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对不同位置MTMD最优参数和有效性的影响。     

Method for solving dynamic equilibrium equations based on displacement excitation

Mode superposition is a widely used method for solving the dynamic equilibrium equation in structural dynamic analysis. However, the accuracy of this method may be reduced when the dynamic equilibrium equations are set up using displacement excitation. A new method for developing solutions for dynamic equilibrium equations based on displacement excitation is introduced. The dynamic equilibrium equation is decomposed into two parts, namely displacement excitation and velocity excitation, and precise integration and mode superposition methods are combined to solve the equation. Ritz vectors are then used to calculate the static response of the truncated modes of the structure, and a method for determining the number of participating modes is obtained. Using multi-degree-of-freedom systems as two computational examples, the differences in the structural responses obtained from the displacement excitation and acceleration excitation are compared and analyzed. It is shown that the new solution method generates consistent accuracy between the displacement excitation and acceleration excitation.     

双向地震波作用下巨子型有控结构建筑的隔震设计

为了增强巨子型有控结构建筑的动力特性,提升其稳定性,设计双向地震波作用下建筑有控结构。采用3种磁流变阻尼器(MRD)与滑移隔震混合控制结构构成单体建筑有控结构,其包括巨结构和子结构,并建立该有控结构的动力分析模型。在动力分析模型中输入水平和竖向地震,得到模型的竖向和水平滑动状态运动微分方程,依据这两个方程采用自适应模糊神经网络优化动力分析模型,构建优化模型。从优化模型出发,通过实例实验分析得出,优化设计双向地震波作用下建筑有控结构时,在其上部结构层间和隔离层各安装一个MRD,可确保优化设计后的有控结构在不同双向地震工况下的地震反应控制效果最佳,且有控结构在双向地震工况2下,结构第一层、中间三层以及顶层的加速度和位移的时程曲线走向一致,且差距微小;同时有控结构的巨结构顶层侧移响应随着子结构刚度增加而提高,动力特性没有明显的变化,子结构随着其自身刚度增加顶层侧移响应表现稳定,子结构动力特性增强。     

四种地下结构抗震设计简化分析方法对比

在地下结构抗震设计简化分析方法中,强制反应位移法将土层变形施加在有限元模型侧边界模拟地震作用,反应加速度法将土层加速度施加到整个有限元模型上模拟地震作用,此外还有仅将土层加速度施加到土层模型上模拟地震作用的方法。上述方法均规避了反应位移法中关于弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。本文以1个双跨箱形结构为例,用动力时程分析的计算结果作为校核,分析了强制反应位移法、反应加速度法和仅将土层加速度施加到土体中的简化分析方法在不同侧边距条件下的计算精度,再结合常用的反应位移法,对比分析了4种简化分析方法的误差。分析结果表明:使用强制反应位移法时,侧边距取为1倍结构宽度导致的误差最小,反应加速度法和仅在土体施加加速度的简化方法对侧边距取值不敏感,反应位移法在角点造成的误差最大。     

考虑动态临界加速度的地震边坡永久位移研究

Newmark永久位移是评价边坡在地震时稳定性的一个重要指标,近年来广泛应用于地震边坡危险性评价中。传统Newmark永久位移法在计算临界加速度时假定其为常数,未考虑滑动面上抗剪强度参数的变化,过低估计了边坡的永久位移。为了解决这一问题,本文从岩土结构理论获得思路,详细分析滑块底面抗剪强度参数在地震中的变化过程,以边坡震动过程中黏聚力逐步丧失为基本思路,在黏聚力符合一定概率分布的基础上,提出了一种利用蒙特卡罗法模拟其动态减小过程从而实现临界加速度动态变化的计算方法。经过算例计算,黏聚力和临界加速度体现了地震过程中边坡滑块黏聚力和临界加速度的动态变化,位移大小符合地震边坡实际位移的常规数值。本文提出的蒙特卡罗法实现动态黏聚力和动态临界加速度的计算过程与地震时程相对应,不仅在一定程度上解决了抗剪强度参数的动态变化问题,还解决了传统Newmark位移计算中永久位移比实际位移偏小的问题。     

Development of real-time pseudo dynamic testing

This paper presents a study for the development of a system capable of performing real-time pseudo dynamic testing. The system combines the basics of the pseudo dynamic test with a dynamic actuator, a digital displacement transducer and a digital servo-mechanism. The digital servo-mechanism has been introduced to ensure accurate displacement and velocity control, in which digital feedback control with a time interval of 2 msec has been performed continuously during actuator motion. Using the system, pseudo dynamic tests under sinusoidal and earthquake ground motion are carried out for a structure having a viscous damper, demonstrating that a perfectly real-time pseudo dynamic test can be achieved by incorporating the modified central difference method into an extra buffer operation of the digital servo-mechanism. The responses solved by the pseudo dynamic tests are compared with the responses of the test structure as well as those obtained from post-numerical analysis, and it is found that the real-time pseudo dynamic test conducted in this study is accurate.     

黏弹性双相介质参数反演的同伦方法

本文以介质的动态时域响应（位移、速度、加速度）作为反演的依据,对黏弹性双相介质的材料参数进行了反分析研究.根据附加条件,并考虑到由于测量误差和测量数据的不充分造成的反演问题的不适定性,将黏弹性双相介质的参数反演问题转化为非线性泛函的极小值问题,然后应用大范围收敛的同伦方法求出使泛函极小的根作为反问题的解.最后,以二维半空间黏弹性双相介质模型为例进行了数值反演分析,数值结果表明本文方法在参数的反演过程中目标函数稳定收敛,且具有一定的抗“噪声”干扰性能;与利用速度和加速度信息反演的结果相比,利用位移信息反演的结果具有较高的精度和抗噪声能力.     

地震的应变张量观测与应用前景

地震发生时的动态应变场,在研究地震触发、地震破裂、地面破坏、水文和岩浆变化等方面都具有重要应用意义.地震的应变张量观测和现有的惯性地震仪观测的物理量不同.前者可以直接记录到地震发生时震源辐射的应变(应力)波,而后者记录到的是位移、速度或加速度.地震频率的应变测量在地震学中的应用前景主要表现在:①测量震源机制解理论预言的辐射4象限分布;②测量库仑应力变化;③换算成动态应力以评估地震烈度;④测量地震波的能量密度;⑤测量地震断层形变加速和形变局部化过程.用惯性地震仪的记录虽然在理论上也可以解算出动态应变值,然而种种原因导致计算结果的误差很大,往往不可接受.应变张量地震仪若能与现有的惯性地震仪配套起来,形成大规模台阵,则有可能推动应变地震学的诞生,在地震观测和地震学科领域引起重大革新.