基于Rosenbrock的耦合积分方法及其在实时子结构试验中的应用

作为一种集计算机模拟和物理试验于一体的新型混合试验方法,实时子结构试验在过去20年得到迅速发展.该试验方法的关键在于如何保证数值子结构和试验子结构的实时耦联.对于复杂结构来说,更需要高效的数值积分方法以确保每步计算在一个采样步长内完成.鉴于此,本文在Rosenbrock实时积分方法的基础上,提出了一种具有完全并行计算格式的耦合积分方法,并基于单自由度分离质量模型分析了该方法的收敛性;再通过对三自由度分离质量模型的数值模拟,验证了该方法的收敛性;最后,在多自由度试验平台上完成了两自由度结构的实时子结构试验.理论分析、数值模拟及实时子结构试验表明,该方法具有良好的稳定性和2阶精度,与直接积分方法相比更适用于复杂结构的实时子结构试验.     

基于钢筋混凝土足尺柱拟静力试验的离线模型更新混合试验方法

离线模型更新混合试验对构件拟静力数据进行恢复力模型参数识别,并更新数值子结构中相应构件的模型参数来提高混合试验精度,但该方法尚缺少真实试验的验证。本文基于课题组开展的足尺RC柱拟静力试验,取恢复力模型为集中塑性铰Ibarra-Medina-Krawinkler（IMK）模型,进行框架结构离线模型更新混合试验研究。结果表明,当物理子结构取为RC足尺柱时,离线模型更新混合试验能获得接近于真实试验情况下结构的地震响应,从而对该方法的有效性进行了试验验证。利用IMK经验公式,将真实试验模型参数识别值按轴压比进行对照修正,应用于不同层数的框架结构地震响应模拟,实现了试验数据的重复利用。     

配筋砌体结构抗震能力的试验研究

根据砖砌体结构在地震作用下主要表现为剪切破坏的特点，采用子结构拟动力试验技术配筋砌体记房屋结构进行了抗震试验研究。可以改善砖砌体结构在极限荷载后的性能，提高结构的抗震能力。     

TLD振动台子结构试验的数值仿真分析

本文采用振动台子结构试验数值仿真验证了圆柱形调谐液体阻尼器(CTLD)控制建筑结构地震响应的性能。振动台子结构试验将结构模型作为数值子结构在计算机中计算,将CTLD作为试验子结构进行物理试验。在CTLD和振动台之间安装剪切力检测装置,将测得的剪切力和地震波输入到数值子结构中,采用实时子结构中心差分法进行数值子结构运动方程的求解,计算得到了结构顶层的绝对加速度。再将加速度由振动台实时加载到试验子结构上,实现了结构和CTLD的相互作用。对一个单自由度结构有CTLD控制和无CTLD控制时的加速度响应进行了精确数值求解,结果验证了CTLD能够有效地控制结构在地震作用下的加速度响应。用振动台子结构试验对CTLD与结构耦合系统进行仿真,得到的加速度响应与精确数值求解的结果吻合较好,验证了这种方法能够准确地评估CTLD的减振性能。     

基于振动台的动力子结构试验界面反力获取方法

基于振动台的实时子结构动力试验是一种新型的结构动力试验方法.该试验方法引入了“子结构”这一概念,不仅减小了常规振动台试验对于试验规模的限制,而且克服了拟动力子结构试验中无法考虑加载速率影响的问题.由于该试验方法将整体结构拆分为数值子结构和物理子结构两部分,二者之间通过交界面相互作用力实现实时数据交互,以保证子结构体系与...     

子结构地震模拟振动台混合试验原理与实现

为了解决地震模拟振动台承载能力及台面尺寸对大型结构试验的限制,扩展振动台的功能,本文提出了子结构地震模拟振动台混合试验方法、试验过程及实时数值积分方法,并给出了试验子结构边界条件的两种模拟形式.通过一个简单框架结构的地震模拟振动台试验和子结构混合加载试验验证了该方法的可行性,并指出了该试验方法的主要技术问题.混合试验方法通过子结构技术和振动台试验相结合,解决了目前的地震模拟振动台试验和拟动力试验在设备规模和加载速度上的局限性.     

子结构技术在结构抗震试验研究中的应用

根据结构试验理论和实验设备的特征,阐述了结构抗震试验的特点及发展,重点分析了子结构拟动力试验方法的原理、数值积分算法、加载方式和误差控制;振动台子结构试验的原理、研究成果;实时子结构的原理和时滞等混合试验方法的基本理论,以及大型通用有限元软件及远程协同试验方法在混合试验中的应用。基于各种试验方法的优势与发展,总结出混合试验技术未来的发展方向。     

Housner模型在隔震储罐计算中的适用性研究

隔震储罐的抗震性能分析中,底部剪力和隔振层位移是两个重要指标。Housner模型是储罐抗震设计中常用的液体简化模型,其在计算储罐底部剪力时有良好的准确性,并被广泛验证,但是对于隔振层变形的计算效果鲜有研究。运用实时子结构试验方法,对四条地震激励下的不同摩擦系数的摩擦摆隔震储罐进行了试验研究,并通过Housner模型代替试验储罐对各个工况进行了仿真。分析结果表明:地震荷载作用下,Housner模型用于储罐底部剪力计算时准确性较高,与实验结果相比平均误差仅为11%。但是在隔振层滑移位移的计算中与实验结果差距较大,平均误差为22%,最大误差超过30%。     

FRP加固混凝土连续梁桥抗震混合试验研究

本文对某钢筋混凝土连续梁桥利用FRP布进行了塑性铰抗震加固,并通过不同地震作用下的整体结构抗震混合试验,研究了该桥梁结构利用FRP抗震加固的效果。试验主要利用子结构试验方法,将未加固和FRP加固后的桥墩作为试验单元,进行实际物理试验加载,而将其他部分作为计算单元在有限元软件Open Sees内建模,通过集成协调,实现整体结构的抗震试验。试验结果表明,使用FRP加固能够有效改善桥梁的抗震性能。     

饱和地基中地下结构地震反应若干问题研究

简要综述笔者所在课题组近十年在饱和地基中地下结构抗震研究方面的主要成果,包括：（1）饱和两相介质中波动方程及波动特性的探究;（2）动力有限元计算的传输边界研发;（3）饱和地基中地下结构地震反应离心机模型试验研究;（4）饱和地基中地下结构地震响应的有限元分析;（5）饱和砂土地基中地下结构上浮机理研究等。这些成果以较为深入地研究饱和两相介质波动理论为基础,通过模型试验、数值仿真、机理探究等方法认知饱和地基中地下结构地震反应机理,对于完善饱和地基中地下结构抗震设计方法及提高抗震安全措施等均具有参考价值。     

简易单向专用地震模拟振动台的研制

振动台实验方法是目前抗震研究中的重要手段之一。作者在碎石桩加固液化地基效果的试验研究中，利用从美国MTS公司引进的电液伺服加载试验系统，建成了一个简易单向专用振动台。主要介绍在振动台设计方面遇到的技术难题及其解决途径。主要包括振动台基础、台面和作动器连接部件、台面支撑系统和侧面导向系统材料的正确选择、设计和制作等。文中所采用的技术措施对试验成功起到了保障作用，研制出的振动台试验系统还可以应用于其它岩土地震问题的试验研究。     

某1.5MW风电塔振动台缩尺模型设计

风电塔是一种顶部有较大偏心质量的高耸薄壁悬臂结构,以某1.5MW水平轴三叶片风电塔为研究对象,重点关注风电塔振动台试验缩尺模型设计。根据量纲分析理论和相似条件,基于模型质量分布和刚度分布等效原则,设计模型塔筒截面及附加质量,保证模型与原型结构自振频率和振型相似。通过对比分析模型动力特性测试结果与原型实测结果,验证了该模型设计方法的合理性,可为同类型风电塔振动台试验设计提供参考与依据。针对该柔性对称高塔模型在动力特性测试中出现的正交耦合振动及拍振现象也进行了详细阐述。     

输电塔－线耦联体系地震反应分析方法（Ⅱ）：纵向

本文通过一座三层的耗能－隔震柔性底层钢管混凝土结构模型和一座三层普通钢筋混凝上结构模型的振动台实验，着重研究了耗能－隔震柔性底层钢管混凝上结构的抗震性能和减震效果，并与普通的钢筋混凝土结构的实验进行了分析比较，研究了两种结构体系在地震作用下的耗能分布和地震累积损伤情况。实验结果表明，耗能－隔震柔性底层能够有效地吸收地震输入的大部分能量，防止和减小了上部结构的地震破坏．文中还讨论了耗能－隔震柔性底层结构中钢管混凝土柱与橡胶隔震器之间的轴力分配以及在水平变形下的稳定性问题．     

Non-planar pseudodynamic testing

The pseudodynamic test method provides a means of inexpensive seismic performance testing for laboratories that do not have a shaking table. However, most pseudodynamic tests to date have used planar portions of structures subjected to a single lateral component of base excitation, mimicking the type of testing that would occur on a shaking table. There has been little work on the extension of the pseudodynamic test method to three-dimensional testing of structures under multiple components of base excitation. In this paper a three-dimensional specimen is tested under a multicomponent fixed base excitation and the response is compared to shaking table tests. The paper presents an overview of the pseudodynamic test method, including non-planar extensions, and highlights many physical problems that occurred during the testing process. Many of these problems apply to any pseudodynamic test, not just non-planar tests, but the results show that very accurate non-planar tests can be achieved with careful error control.     

黄土场地地铁车站振动台试验方案设计与研究

为得到可靠的试验数据,对黄土场地典型断面地铁车站大型振动台试验方案进行设计与研究。根据试验目的和特点,提出黄土场地与地铁车站动力相互作用模型体系相似设计原则,并基于Bockingham的π定理对模型结构进行相似设计;通过室内试验研究模型材料配合比、力学特性及模型制作技术;采用有限元-无限元耦合数值建模方法,分析黄土场地地铁车站地震响应,基于数值模拟结果对振动台试验中的传感器布设方案进行研究;根据西安及周边地区地震环境特点,确定振动台试验输入地震动与加载方案。研究结果表明,试验模型结构宏观震害与数值模拟结果较吻合。本研究可为黄土场地地铁车站、地铁隧道及地下商业街等地下结构振动台试验方案设计与深入研究提供参考。     

Shaking table testing of geofoam seismic buffers

The paper describes the experimental design and results of tests used to investigate the use of compressible EPS (geofoam) seismic buffers to attenuate dynamic loads against rigid retaining wall structures. The tests were carried out using 1-m-high models mounted on a large shaking table. Three different geofoam buffer materials retaining a sand soil were tested under idealized dynamic loading conditions. The results of these tests are compared to a nominal identical structure without a seismic buffer. The test results demonstrate that the reduction in dynamic load increased with decreasing seismic buffer density. For the best case reported here, the maximum dynamic force reduction was 31% at a peak base acceleration of 0.7g.     

双向地震作用下锯末混合土场地动力特性分析

在北京工业大学振动台台阵系统上开展了一系列锯末混合土地基自由场振动台模型试验,试验中模型箱采用装配式连续体刚性模型箱,试验中输入地震动时程采用El Centro地震动记录、Taft地震动记录和天津地震动记录,地震动输入方向分为水平单向和水平双向。文中,重点考察了双向地震动输入下锯末混合土模型场地的动力特性及其变化规律,主要指标包括模型场地地震动反应的峰值加速度及其动力放大系数、加速度时程及其傅氏谱。试验结果表明:随着输入地震动强度的增大,同一测点反应的峰值加速度总体上在增大,而其加速度动力放大系数总体上呈现减小的趋势,反应的频谱组成从较高频率向较低频率移动;双向地震作用下锯末混合土模型场地的动力变化规律与单向地震作用下较为一致。     

地铁车站结构大型振动台试验与数值模拟的比较研究

根据可液化土层上土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验结果,以软件ABAQUS为平台,将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型模拟土体的动力特性,采用混凝土动塑性损伤模型模拟车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比,结果表明:数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,体现出了相似的规律性,相互印证了计算分析的力学建模和振动台试验结果的正确性。     

村镇隔震砌体结构振动台试验方案设计研究

为使铅芯橡胶支座隔震技术应用于村镇砌体结构,将隔震层设置于地坪以上,本文给出了隔震构造的具体做法。选取典型村镇2层未设构造柱的砖砌体结构房屋为试验原型,按1:2缩尺,设计有隔震层和无隔震层的振动台对比试验。首先采用反应谱分析方法,对隔震和非隔震结构分别选取三条地震波,然后通过数值分析,研究隔震和非隔震结构在输入不同地震波时的地震反应规律,根据数值模拟的分析结果设计结构振动台试验中的传感器布置和加载方案。本文设计的砌体隔震振动台试验方案已试验成功,可为振动台试验设计和研究提供参考。     

R.C.框架结构的振动台试验和面向设计的时程分析方法

钢筋混凝土框架结构的弹塑性时程反应分析是抗震设计规范所要求的一项重要内容,但目前还滑有比较简单实用肯计算可靠的方法。本文进行了两个六层钢筋混凝土框架结构模型的地震模拟震动台试验,通过分析试验模型的自振特性、变形形式、加速度反应、位移反应和破坏开矿以及钢筋混凝土框架结构的实际震害,建立了面向设计的钢筋混凝土框架结构弹塑性里程反应分析的计算方法。在这一方法中,对钢筋混凝土框架整体结构采用层间剪切模型,