子结构地震模拟振动台试验方法研究

为了有效地解决地震模拟振动台受制于试验结构在尺寸和质量方面的局限性、降低试验费用、扩展地震模拟振动台的使用功能、提高抗震试验的真实性以及准确性,阐述了三种子结构地震模拟振动台试验方法,即：带作动器的子结构试验方法、带有可控制质量系统的子结构试验方法和带有橡胶-阻尼系统的子结构试验方法.并列举了国内外已完成的部分试验,这些试验验证了所提出的子结构地震模拟振动台试验方法的有效性和适用性,促进了子结构地震模拟振动台试验方法的发展.     

基于最小二乘法的自适应拟动力子结构试验

传统拟动力子结构试验中,数值子结构采用事先假定的恢复力模型.为减弱由于数值子结构模型不准确对试验结果所带来的不利影响,本文提出了自适应拟动力子结构试验方法.在子结构试验过程中,利用观测数据在线识别试验子结构恢复力模型,同时更新与试验子结构具有相同恢复力特性的数值予结构恢复力模型参数.针对双折线恢复力滞回模型,推导出了最...     

MDOF子结构拟动力方法在复杂高层结构抗震试验中的应用研究

研究了实验子结构、计算子结构均为多自由度(MDOF)的子结构拟动力试验方法,并采用该方法对一种新型复杂高层结构——框支配筋砌体剪力墙结构进行了抗震试验研究。分析结果表明,当全结构的实验子结构采用多自由度后,不仅使实验能够得到全结构的地震反应,而且可以较好地反映实验子结构在真实地震作用下的力和位移的分布方式,并且可以得到不同性质楼层(如转换层结构的上部和下部楼层)在地震作用下的层位移-层剪力滞回耗能特性,而后两点是实验子结构采用单自由度的子结构拟动力试验做不到的。试验证明,采用实验子结构、计算子结构均为多自由度的子结构拟动力试验方法进行复杂高层结构的抗震试验能比目前常用的实验子结构采用单自由度的子结构拟动力试验获得更多有效而真实的数据。     

结构抗震混合试验技术初探

基于子结构模态综合法对结构抗震混合试验技术进行了初步研究,提出了将整体结构划分为试验子结构和计算子结构,采用对接加载主模态修正方法对试验子结构进行质量矩阵和刚度矩阵局部修正,并给出了连接边界的加载模式。     

足尺结构模型等效力控制试验研究

等效力控制试验方法是一种采用力反馈的闭环位移控制系统,本文将其先后应用于三层框支配筋砌块短肢砌体剪力墙结构和三层预制钢筋混凝土剪力墙结构足尺模型的拟动力子结构试验中,完成了试验子结构为多自由模型、计算子结构为弹性非线性复杂结构模型的拟动力子结构试验。试验结果表明,采用等效力控制进行复杂足尺结构模型的拟动力子结构试验是可行的,可以得到试验模型的下降段数据。     

橡胶-质量系统子结构振动台试验方法研究

当遭遇地震作用时,高层建筑顶部动力反应较大.为了研究顶层建筑物内设备的安全性以及人的舒适度,采用整体结构试验和传统子结构试验受到振动台台面尺寸、承载能力、最大加速度等方面的限制.本文介绍了一种橡胶-质量系统子结构振动台试验方法来再现高层建筑遭遇地震作用时顶部结构的反应.为了使子结构能更精确地再现整体结构地震作用,采用传递函数产生一条新的输入加速度时程曲线.通过在SAP2000有限元软件中建立20层整体结构和2层子结构模型进行地震反应分析,验证了橡胶-质量系统子结构振动台试验方法的有效性和适用性.     

子结构法拟动力试验技术研究

子结构法拟动力试验与传统意义上的全结构法拟动力试验相比具有操作灵活、试验成本低廉的优点。本文在阐述子结构法拟动力试验的原理及特点的基础上,结合典型的试验实例论述了分离式子结构法拟动力试验和整体式子结构法拟动力试验的实施方法及试验结果。对安装软钢阻尼器的单层单跨钢框架结构,以阻尼装置作为试验子结构实施了分离式子结构法拟动力试验,为软钢阻尼器的恢复力模型确定了合理的参数;对某一地震观测用的三层钢框架结构输入该结构在历年地震观测中采集到的地震波记录实施了整体式子结构法拟动力试验,其试验结果与地震反应观测结果吻合得较好。本文研究表明,进行子结构法拟动力试验时试验子结构的合理选取是试验成功的关键,文中所述的试验方案可为工程结构的子结构法拟动力试验提供参考依据。     

采用滑动模态控制器的等效力控制方法

等效力控制方法用反馈控制代替数学迭代过程求解实时子结构试验隐式逐步积分方法的非线性方程。滑动模态控制是一种非线性控制器,适合于进行线性和非线性系统的控制。对于非线性结构实时子结构试验的等效力控制方法,采用滑动模态控制器代替PID控制器。线性弹簧试件实时子结构试验的数值模拟和试验验证了这种控制方法的可行性。防屈曲支撑试件数值模拟和试验的结果表明:对非线性系统的等效力控制方法试验,滑动模态控制有较好的控制效果。     

建筑结构混合试验平台HyTest开发研究

拟动力试验是一种重要的结构抗震联机试验方法,近年来出现了网络化、有限元化和实时化的趋势,形成了混合试验方法。鉴于混合试验分支多样,涉及数值分析、加载设备与控制等多个学科,为了方便试验的实施与技术的发展,迫切需要使用混合试验平台。为此开发了建筑结构混合试验平台HyTest,能够实现全结构拟动力试验、传统子结构拟动力试验、本地及分布式的基于静力子结构的混合试验和基于动力子结构的P2P混合试验。试验平台采用MTS二次开发编程库VB-COM连接试验控制系统,还可以调用有限元软件OpenSEES和ABAQUS进行数值子结构的分析。为了开展分布式的混合试验,该平台采用Socket通讯机制实现子结构间的数据传输,并采用带中转服务器的通讯模式,解决不同局域网之间的数据传输问题。利用该平台完成了6自由度单层单跨钢框架混合试验,验证了该试验平台的有效性。     

实时子结构试验隐式方法的比较

针对位移相关型试件，采用Shing迭代和等效力控制方法的实时子结构试验进行数值模拟，对比研究两种方法的精度。结果表明，当试验子结构为线弹性试件时，两种方法都有很好的精度；当试验子结构为非线性弹性试件时，等效力控制方法的精度要好于Shing迭代法。     

基于通用有限元软件ABAQUS的子结构拟动力试验研究

通过OpenFresco试验协调系统,实现通用有限元软件ABAQUS与MTS电液伺服加载系统的数据传递,采用子结构拟动力试验方法开展单层单跨钢结构框架在地震作用下的反应分析。通过有限元软件模拟结果与试验结果的对比,证明该试验方法的结果与模拟结果一致。采用OpenFresco试验协调系统不仅能够实现结构构件层次上的子结构拟动力试验,而且能够使计算子结构部分进入塑性,极大地扩展了拟动力试验的功能。     

考虑倾覆力矩的子结构混合模拟试验方法

采用力-位移混合控制方法,提出了考虑倾覆力矩的子结构混合模拟试验方法。采用ANSYS有限元软件,进行了不同的加载分布方式、试验子结构刚度发生变化、不同梁柱线刚度比以及不同结构层数等情况下的数值模拟,初步验证所提方法的可行性。以6层钢框架模型为例,实现了考虑倾覆力矩情况下的子结构混合模拟试验。试验结果表明：不考虑界面倾覆力矩,将改变结构在地震作用下的内力分布和破坏模式,不能真实地反映结构在地震作用下的力学性能。     

缩尺模型混合模拟试验测量误差分析及试验验证

基于缩尺模型子结构混合模拟试验方法,将正态分布随机数引入测量误差,利用MATLAB和OpenSEES混合编程技术,分别对剪切型模型、弯剪型模型进行了考虑测量误差的子结构混合模拟数值模拟分析。数值模拟结果表明：在满足JGJ/T 101-2015《建筑抗震试验方法规程》的误差范围内,缩尺比为1/2、1/4缩尺模型的测量误差与足尺模型相应测量误差基本相当。在缩尺比例不小于1/4情况下,随着地震峰值加速度增大,总的累积相对差值呈增加趋势;在相同地震峰值加速度作用下,总的累积相对差值随梁柱线刚度比增加呈减少趋势。通过1/2钢框架子结构混合模拟试验,验证了所提出的缩尺模型子结构混合模拟试验方法的精准性和可行性。     

框架结构拟动力试验方法研究

清华大学拟动力实验室开发了一套拟动力试验控制软件TUT,用于一维、二维、扭转及子结构拟动力试验,并在国内得到一定的应用。本文针对框架结构,在TUT基础上采用杆单元模型,编制了框架结构拟动力试验的建模软件TUTKJ,是对TUT的完善;同时讨论了框架子结构拟动力试验边界条件近似模拟的方法并对其进行了验证。     

实时子结构试验在数值积分和控制方面的研究进展

实时子结构试验方法将数值模拟和实时加载有机结合,能够较准确地研究结构系统的抗震性能,是现阶段结构抗震研究的重要发展方向.目前,实时子结构试验方法处于起步发展阶段,围绕积分方法和试验加载控制两个难题,一些学者相继开展了研究工作.详细介绍这些研究工作的进展,指出其中亟待解决的突出问题,并依此提出合理的研究方向和目标.     

基于多振动台的土-结相互作用动力子结构试验方法研究

土-结构动力相互作用的研究已经持续了100多年,取得了大量理论研究成果,但受试验设备和试验方法的限制,试验研究还很欠缺。土-结构动力相互作用的整体分析法是将土和结构同时作为试验对象,其对试验设备尺寸和输出荷载要求较高,目前只能进行大比例缩尺试验,即便如此,对于桥梁等长大型结构在多维多点地震作用下的性能的试验,目前的试验设备也无能为力。近年来得到发展的实时子结构实验方法的优点就是能够在现有实验条件下对工程结构中关键部分进行足尺实验,该方法为实现多维多点土-结构动力相互作用混合试验提供了可能。本文以九子台模拟地震振动台台阵为设备基础,将土模型作为数值子结构,结构物作为物理子结构,研究考虑土-结构动力相互作用的多维多点混合抗震试验方法。     

钢框架等效单自由度子结构伪动力试验

本文主要介绍在我院力学－结构试验中心首次进行的钢框架子结构伪动力试验，试验中采用等效单自由度方法对试验部分与计算部分界面处整体倾覆弯矩进行了模拟，通过与相应的振动台试验和电算分析进行比较，说明本次伪动力试验是成功的，等效单自由度方法能较准确地模拟子结构伪动力试验的界面整体倾覆弯矩。     

非迭代式分布式混合试验方法研究

提出了一种基于模型的预测-修正算法(M-PC)用于子结构混合试验。M-PC在预测时采用静力凝聚得到的边界刚度矩阵求解动力方程以得到预测位移,解决了传统差分方程无法预测静力边界位移的困难。M-PC是一种非迭代式的算法,效率较高。首先介绍了M-PC积分算法的基本公式和进行子结构混合试验的具体步骤,然后通过门式框架的子结构数值试验和物理试验对M-PC算法进行验证。结果表明,M-PC算法有效地预测静力边界位移,结构整体响应合理,正确地模拟了各子结构的非线性行为。     

结构抗震静力实验方法综述

详细介绍了两种结构抗震试验方法：伪静力试验和拟动力试验,对伪静力试验的加载设备和装置及试验方法作了说明,具体阐述了拟动力试验的基本方法和等效单自由度体系的拟动力试验及子结构技术,以期指导实践。     

柱间连接型消能子结构设计方法与抗震性能试验

消能减震技术能显著提高建筑结构的抗震能力,但目前对消能子结构的性能目标和设计方法尚未达成共识。针对工程中较常见的柱间连接型消能子结构,提出基于多遇地震作用下弹性分析的设计方法,给出设计流程和设计要点。对1个钢筋混凝土纯框架子结构试件和2个消能子结构试件进行低周反复加载试验,考察消能子结构的抗震性能,检验所提设计方法的合理性。研究结果表明：消能子结构承载力约为纯框架与阻尼器承载力之和,单周耗能能力约等于纯框架与阻尼器各自耗能之和;阻尼器损伤累积直至完全剪断过程中,消能子结构承载力和刚度逐渐下降;阻尼器破坏后,周围框架抗震性能与加载同阶段的纯框架性能基本一致。按所提设计方法设计的消能子结构在罕遇地震作用下破坏模式合理,能保证阻尼器充分发挥消能效果;增大消能子结构纵向钢筋配筋量对改善其塑性铰状态和结构破坏模式无显著效果。