振动台子结构试验方法实现的韧性防灾需求与其关键问题

振动台子结构试验可解决振动台试验中缩尺比例过小、结构构造措施难以准确模拟、非结构构件动力响应难以研究等问题。基于振动台子结构试验应用于结构韧性防灾中存在的潜在需求,探讨了振动台子结构试验原理及其实现的关键技术问题。研究结果表明:振动台子结构试验以数值仿真与物理试验相结合的方式间接增加振动台试验能力,具有增大物理试验尺寸、减小尺寸效应影响的优点。但是在数值子结构计算效率、试验系统稳定性分析、物理加载精度、数值子结构建模精度和边界条件模型等方面还需要进一步开展系统的研究。     

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。     

基于等效力控制方法TLD减振结构振动台子结构试验

通常采用数值模拟和小比例尺试验的方法研究调谐液体阻尼器(TLD)对结构的减振控制效果。由于TLD依靠水的晃动来提供减振力,精确的数值模型不易建立;另外,振动台模型试验又只能进行小比例尺试验,难以真实反映原型结构性能。为了解决这个问题,提出基于等效力控制方法的振动台子结构试验方法,以真实揭示TLD减振控制结构的抗震性能。通过试验研究得到如下结论:(1)惯性试件的振动台子结构试验结果与精确解吻合很好,表明基于等效力控制方法振动台子结构试验具有很好的精度;(2)TLD减振控制三层钢框架系统的振动台全结构和子结构试验结果吻合较好,进一步证明了基于等效力控制方法振动台子结构试验具有很好的精度。     

考虑SSI效应储油罐的子结构实验方法与数值模拟

提出了应用振动台子结构试验方法来研究考虑土-结构相互作用（SSI）效应储罐的抗震性能,该方法将土体简化为双自由度八参量集总参数模型进行模拟,储罐作为试验子结构应用振动台加载,两部分联机完成振动台子结构试验。该方法能完成大比例尺储罐试验,具有传统试验方法难以比拟的优势。然后,通过数值模拟分析了SSI效应对储罐动力响应的影响。分别研究了不同储液高度和不同地基刚度对储罐位移和加速度响应的影响。研究结果表明：考虑SSI效应时,罐体位移响应和加速度响应均有所减小,土质越软,效果越明显;随着储液高度的增高,位移、加速度反应呈现减小趋势。     

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。     

基于虚拟振动台的实时耦联动力仿真试验

实时耦联动力试验(RTDHT)是一种将物理模型试验与数值求解计算实时耦联在一起的新型结构动力试验方法.本文采用SIMULINK对液压伺服振动台系统进行了仿真,建立虚拟振动台模型对真实振动台进行离线调试.并提出基于虚拟振动台进行实时耦联动力仿真试验,从而对真实实时耦联动力试验进行指导的思想.仿真结果表明,虚拟振动台可以很好地仿真真实振动台的动力特性,离线调试结果应用于真实振动台能够得到优良的控制性能;基于虚拟振动台的实时耦联动力仿真试验能够反映真实实时耦联动力试验中存在的时滞以及由此而可能导致的系统失稳问题.采用预测补偿算法对时滞进行了补偿,结果表明补偿算法消除了时滞的影响,试验系统稳定且试验结果与数值计算结果吻合得较好.基于虚拟振动台对实时耦联动力试验进行研究,既能对真实试验提出指导又可避免试验系统失稳对设备的损害,是一种实用且必要的研究手段.     

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.     

位移控制的子结构地震模拟振动台混合试验方法

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,提出了位移控制子结构地震模拟振动台混合试验方法,包括试验原理、试验过程及数值积分方法,并给出了2种子结构边界条件的模拟形式.通过1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.     

电磁驱动AMD系统控制结构地震响应的振动台试验

本文在此前一系列有关新型电磁驱动AMD控制系统力学建模、性能试验和控制策略研究的基础上,进行了结构地震响应控制的小型振动台试验研究。首先,针对配置了电磁驱动AMD控制系统的Quanser标准两层剪切型框架结构模型,建立了无控计算模型,通过正弦扫频试验验证了模型参数,从而为结构振动主动控制试验研究提供了准确的被控对象模型;其次,设计了电磁驱动AMD控制系统基于极点配置控制算法的试验控制策略和状态观测器,通过数值分析验证了状态观测器估计结果的准确性;最后,在完成以上各项准备工作的基础上,分别对结构输入了典型Benchm ark标准地震动,进行振动台试验,试验结果表明电磁驱动AMD控制系统对结构的地震响应具有显著的控制效果,验证了该新型系统应用于结构振动控制的有效性和可行性。     

振动台实时耦联动力试验系统构建解决方案

实时耦联动力试验(RTDHT)是一种将物理模型试验和数值求解计算实时耦联在一起进行整体结构动力反应分析的新型结构动力试验方法。构建实时耦联动力试验系统将面临数值子结构实时计算、数据实时传输、加载器精确加载等问题。本文首先以清华大学新近建成的一套基于振动台的实时耦联动力试验系统为例,对试验系统构建中面临的问题以及相应的解决方案进行了阐述,对构建实时耦联动力试验系统提出了一些指导性的建议。随后简要介绍了利用该系统已经进行的一些实时耦联动力试验,并对实时耦联动力试验可能的应用前景进行了探讨。     

使用Chang算法的剪切型子结构振动台试验方法及数值模拟

提出了使用无条件稳定显式Chang积分算法的剪切型子结构振动台试验方法,包括子结构定义及试验流程。进行某12层剪切型结构的整体结构及子结构方法的时程分析,整体结构分析结果作为子结构方法分析结果的参照。对于无时滞的情形,采用两种误差指标来量化子结构方法结果的准确性,研究了积分时间步长及时程分析类型对结果的影响。最后,考虑时滞对子结构方法结果的影响。结果表明:当系统不存在时滞时,即便在较大的积分时间步长的情况下,子结构方法的分析结果依然可以较好地吻合整体结构的分析结果;当系统存在时滞时,时滞对子结构方法结果的准确性产生不利的影响。     

考虑土-结构相互作用的振动台实时子结构试验仿真分析

本文基于状态空间方程进行了实时子结构试验的初步探索,提出了一种新的实时子结构试验方法。通过simulink仿真发现,这种方法能很好地再现整体分析的结构反应。最后,对考虑土-结构相互作用的振动台实时子结构试验进行了仿真分析。     

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。     

基于多层框架的子结构远程协同试验方法研究

将互联网技术应用到子结构混合试验方法中,便形成了基于网络的远程协同试验方法。建立了一套基于OpenFresco试验平台的远程协同试验系统,以一个局部单层的三层多跨偏心支撑组合钢框架结构为原型,取左边跨带有K形偏心支撑的三层钢框架作为试验子结构1,取右边跨带有Y形偏心支撑的单层钢框架作为试验子结构2,进行了缩尺比例为1/2结构模型的局域网协同试验和互联网远程协同试验。根据试验结果,分析了试验子结构的位移加载精度,作动器加载时差,并将混合模型的命令位移与全结构的纯数值模型模拟结果进行了比较。结果表明:在局域网协同试验中,绝大多数工况下的反馈位移峰值与命令位移峰值接近,个别超过了20%,作动器平均每步的加载时差在0.349 s左右,这个时差主要由有限元分析、作动器逼近加载和稳定产生,在7度设防地震作用下,混合模型分析结果与全结构数值模拟结果基本吻合;在互联网远程协同试验中,随着地震波加速度峰值的增大,位移峰值误差有明显的减小趋势并逐渐趋于平稳,作动器平均每步的加载时差比局域网大0.035 s,这个差值主要由网络通讯产生,在8度罕遇地震作用下,混合模型分析结果与全结构模拟结果仍然比较接近。综上,基于OpenFresco建立的远程协同试验系统,具有良好的稳定性和精度,能够有效地对多层框架子结构混合模型进行抗震性能试验。     

用分布式混合试验系统模拟结构的倒塌行为

采用分布式混合试验系统模拟四层钢结构框架在强震下的倒塌行为。变形集中的首层作为试验对象,而上部结构作为数值子结构。各子结构通过协调器满足界面上的平衡和协调条件,并被协调器的输入输出接口封装起来。采用柔性的试验方案,可以在当前有限控制精度的限制下,灵活地处理边界条件。试验结果与日本E-D efense振动台足尺试验结果进行了对比,得到了类似的倒塌机制,证明混合试验有能力进行结构倒塌模拟,而误差主要来自于模型简化。     

横向非一致地震激励下埋地管道的动力响应分析

为研究埋地管道在地震激励时管-土相互作用的动力响应问题,研发双向层状剪切连续体模型土箱,建立管G土相互作用有限元分析模型,对横向非一致地震激励下埋地管道地震响应进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比.结果表明:数值模拟和振动台试验结果中的管道应变峰值均呈现出沿管道中间大两端小的现象,管道中间应变峰值最小达到两端的1．6倍左右;管道加速度、 土体加速度峰值均随着加载等级的提高而增大,涨幅愈加明显,多峰频率由0~10Hz逐渐向10~ 20Hz频域扩散,管道运动更为自由;土体位移随着加载等级的提高呈现逐级增大的现象,在加载等级增加到0．4g 时位移曲线斜率减小,土体非线性表现明显.数值模拟和振动台试验对比分析的结论表明数值模拟分析的合理性和试验结果的可靠性,为研究横向非一致激励对埋地管道地震响应的影响提供了依据.     

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.     

随机地震动作用下的结构振动控制试验设计

研究了随机地震动作用下基于MR阻尼器的结构振动控制振动台试验设计的若干问题。首先,由原型结构按动力相似关系进行了模型结构的设计,基于ANSYS模态分析的结果识别出了其结构参数;其次,基于物理随机地震动模型生成了试验地震动样本,根据试验要求调整了各地震动样本的加速度峰值;然后,基于MATLAB对试验模型进行了随机地震动作用下无控与主动控制数值仿真分析;最后,结合ANSYS弹塑性动力时程分析,研究了试验模型的动力稳定性。介绍的振动控制试验设计方法可供进行类似试验设计的研究人员参考。     

结构抗震试验方法的发展

地震荷载极大的破坏性,使得结构抗震性能的研究成为一个被广泛关注的热点问题.为了提高结构抗震研究的试验能力和试验水平,近年来在传统结构抗震试验方法的基础上,出现了一些新的试验方式和方法.本文总结介绍了目前结构抗震试验方法的一些发展趋势,包括：（1）地震模拟振动台的大型化和多台化,以进行大比例模型甚至足尺模型试验或考虑大跨度结构地震动的非均匀性;（2）进行子结构试验的实时化,以实现数值子结构模型和试验子结构模型的实时结合;（3）进行试验设备的网络化,以提高试验设备的利用率,实现资源共享等,供有关研究者参考.