擬動力試驗完整版本

擬動力試驗偽動力試驗，計算機(jī)加載器聯(lián)機(jī)試驗地震發(fā)生和傳播的隨機(jī)性周期性加載的加載歷程是假定的，與實際地震的非周期反應(yīng)有很大差別理想的試驗加載是按某一確定的地震反應(yīng)來制訂相應(yīng)的加載制度計算機(jī)聯(lián)機(jī)試驗的提出在研究工作中人們從結(jié)構(gòu)試驗和數(shù)值分析兩方面著手，促使試驗技術(shù)和計算技術(shù)的發(fā)展。由于各種因素的影響，由試驗結(jié)果所確定的數(shù)學(xué)分析模型的精度存在疑問，解決方法——將計算機(jī)技術(shù)直接應(yīng)用于試驗。非周期性加載的兩種方案給定輸入的加速度記錄，通過計算機(jī)作非線性動力分析，計算得到位移反應(yīng)曲線，將位移反應(yīng)歷程作為輸入，控制加載。這種方法要求事先假定結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型，這種恢復(fù)力模型是否符合實際？將計算機(jī)及計算技術(shù)直接應(yīng)用于控制試驗加載。不需要事先假定結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型，恢復(fù)力可以直接從作用于試件的加載器的荷載值測得，由計算機(jī)完成非線性地震反應(yīng)微分方程的求解。擬動力試驗發(fā)展歷史1969年日本伯野元彥博士最初提出聯(lián)機(jī)試驗，將模擬計算機(jī)與試驗聯(lián)線成一個系統(tǒng)。1971年日本岡田恒男教授應(yīng)用于結(jié)構(gòu)抗震試驗。1981年日美合作完成一座七層鋼筋混凝土框架房屋足尺結(jié)構(gòu)擬動力試驗。1983年中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所完成1/6底層大空間12層剪力墻結(jié)構(gòu)擬動力試驗。計算機(jī)—加載器聯(lián)機(jī)系統(tǒng)工作原理用電子計算機(jī)將地震地面運(yùn)動加速度轉(zhuǎn)換成作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的位移和與此位移相應(yīng)的加振力。隨地面運(yùn)動加速度時程曲線的變化，作用在結(jié)構(gòu)上的位移和加振力也變化，得到實際地震作用下結(jié)構(gòu)連續(xù)反應(yīng)全過程，得到結(jié)構(gòu)恢復(fù)力特性曲線。擬動力試驗的試驗設(shè)備電液伺服加載器+電子計算機(jī)=聯(lián)機(jī)系統(tǒng)電子計算機(jī)的功能：按某一時刻輸入的地面運(yùn)動加速度，以及上一時刻試驗得到的恢復(fù)力計算下一時刻的位移反應(yīng)，并據(jù)此對加載系統(tǒng)發(fā)出施加位移的指令，從而測出在該位移下的力。采集試驗中結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、位移數(shù)據(jù)，進(jìn)行演算處理。加載控制系統(tǒng)的功能加載控制系統(tǒng)由電液伺服加載器及模控系統(tǒng)組成。?？叵到y(tǒng)是根據(jù)該時刻由計算機(jī)傳來的位移指令，轉(zhuǎn)換成電壓輸入，控制加載器的伺服系統(tǒng)。聯(lián)機(jī)系統(tǒng)由專用軟件系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行系統(tǒng)來執(zhí)行操作指令，進(jìn)行整個系統(tǒng)的控制和運(yùn)行。擬動力試驗工作流程對計算機(jī)系統(tǒng)輸入某一確定性的地震地面運(yùn)動加速度。在加速度時程曲線中，加速度幅值隨時間t的改變而變化，為便于用數(shù)值積分方法求解運(yùn)動方程，將加速度時程曲線按t分成許多微小時段，假定在t時段內(nèi)加速度呈直線變化。擬動力試驗工作流程由計算機(jī)按第n步的地面運(yùn)動加速度輸入，求第n+1步的指令位移當(dāng)輸入后，在時間內(nèi)，由第n-1和n步的位移和以及第n步的恢復(fù)力，按運(yùn)動方程求第n+1步的位移擬動力試驗工作流程由中心差分法擬動力試驗工作流程代入微分方程得：擬動力試驗工作流程由加載系統(tǒng)的計算機(jī)將位移轉(zhuǎn)換成電壓信號，輸入到電液伺服加載器，對結(jié)構(gòu)施加與位移相應(yīng)的荷載。擬動力試驗工作流程由電液伺服加載器上的荷載及位移傳感器，直接量測結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力和加載器活塞行程的位移反應(yīng)值擬動力試驗工作流程將實測的和數(shù)值連續(xù)輸入數(shù)據(jù)采集和反應(yīng)分析系統(tǒng)的計算機(jī)，利用位移、和恢復(fù)力按上述同樣方法重復(fù)運(yùn)行、計算、加載和測量，求得位移和恢復(fù)力連續(xù)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗加載，直到輸入地震加速度時程指定的時刻。擬動力試驗工作流程由于聯(lián)機(jī)加載過程中用逐步積分求解運(yùn)動方程的時間間隔取值為0.005~0.01秒，而整個聯(lián)機(jī)試驗每一加載步長大致要持續(xù)幾秒，這樣的加載過程完全可以看成是靜態(tài)的，為此可以忽略方程式中與速度有關(guān)的阻尼力兩個自由度結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的聯(lián)機(jī)試驗試驗對象：單跨雙層鋼筋混凝土框架，模型比例為1/4，試件安裝在抗側(cè)力臺座上，用兩臺電液伺服加載器在一、二層框架橫梁中部用控制位移方法進(jìn)行水平加載。運(yùn)動方程試驗步驟

時，結(jié)構(gòu)的、和均為0計算時的地震位移反應(yīng)，這時結(jié)構(gòu)每一層的恢復(fù)力可由框架彈性分析得到試驗步驟按線性加速度法計算得到加速度響應(yīng)試驗步驟代入運(yùn)動方程得試驗步驟由兩臺電液伺服加在器分別施加位移及，并測得相應(yīng)的恢復(fù)力和試驗步驟計算第二步時的位移反應(yīng)和用線性加速度法求解時刻運(yùn)動方程時，必須知道尚待測定的恢復(fù)力試驗步驟時刻的恢復(fù)力矩陣為：當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性時，要求由試驗值和來確定剛度矩陣的各元素數(shù)值是很困難的。試驗步驟可以采用中心差分法試驗步驟當(dāng)時利用第一步計算結(jié)果的和代入上式，得試驗步驟試驗步驟采用中心差分法，將多自由度體系方程組轉(zhuǎn)化為多個獨(dú)立方程，避開了用剛度矩陣求解聯(lián)列方程的問題，而各自由度的相互關(guān)系已隱含在測得的恢復(fù)力之中，使方程式求解大大簡化。試驗步驟重復(fù)步驟3，按和控制位移施加荷載，實測恢復(fù)力及，計算第3步位移反應(yīng)和繼續(xù)步驟3~5直至輸入地面運(yùn)動加速度時程指定的時刻對于兩自由度聯(lián)機(jī)試驗，第一個數(shù)值積分計算可用線性加速度法，以后均采用中心差分法進(jìn)行計算。等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗多自由度系統(tǒng)的運(yùn)動方程：如忽略阻尼項，則運(yùn)動方程為等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗存在的問題：多自由度系統(tǒng)所受外力隨時間呈隨機(jī)分布，分布復(fù)雜；進(jìn)入非線性階段要求在較大的非線性范圍內(nèi)控制位移加載，以致在建立數(shù)學(xué)模型、計算和液壓控制等方面帶來困難。等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗在擬動力試驗中發(fā)現(xiàn)：剛度大的多自由度結(jié)構(gòu)或模型試驗時，將會出現(xiàn)當(dāng)各質(zhì)點位移指標(biāo)到達(dá)預(yù)計值而荷載卻與預(yù)定值有較大的出入。從動力分析表明，剛度大的質(zhì)點系統(tǒng)在地震過程中基本處于第一振型狀態(tài)。在倒三角形荷載分布下靜力試驗結(jié)果不論荷載大小如何，不管結(jié)構(gòu)處于彈性、非彈性或機(jī)動狀態(tài)，其規(guī)一化振型曲線，幾乎都是一樣的。等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗將多自由度體系轉(zhuǎn)換為等效單自由度體系進(jìn)行擬動力試驗。以頂層荷載值為基準(zhǔn)，其余各層荷載值與頂層成一定比例，比例系數(shù)由第一振型決定。在試驗過程中始終保持側(cè)向力倒三角形分布，使頂層位移加到預(yù)計值。由于這一體系以頂層位移為標(biāo)準(zhǔn)，形成了一個等效單自由度體系。等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗多自由度體系中結(jié)構(gòu)各層的橫向位移與歸一化振型之間的關(guān)系是隨時間變化的函數(shù)，由虛功原理得到無阻尼多自由度體系的運(yùn)動方程等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗因為所以等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗令振型參與系數(shù)等效位移等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗頂層位移基底剪力與等效外力的關(guān)系為等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗程序?qū)⑦\(yùn)動方程寫成輸入已知數(shù)據(jù)、、和等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗程序用中心差分求得n時刻的和求解方程得等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗程序由方程求得試驗施加結(jié)構(gòu)頂層位移按倒三角形分布對結(jié)構(gòu)施加外力，頂層控制位移加到測讀各層反力計算基底剪力等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗程序由換算等效外力等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗程序重復(fù)以上1~7步驟，直到地面運(yùn)動加速度時程達(dá)到指定時刻，完成試驗的全過程。子結(jié)構(gòu)擬動力試驗從地震震害分析，結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞往往是局部的，結(jié)構(gòu)的倒塌也是由于局部的嚴(yán)重破壞引起的。經(jīng)濟(jì)合理的試驗研究：將結(jié)構(gòu)中最容易破壞的部分進(jìn)行試驗；基本完好的結(jié)構(gòu)部分由計算機(jī)模擬子結(jié)構(gòu)擬動力試驗優(yōu)點：解決了結(jié)構(gòu)研究中難以把握的破壞部分的非線性特征；解決了實驗室規(guī)模、設(shè)備能力等因素對試件尺寸的限制，減少經(jīng)費(fèi)。子結(jié)構(gòu)擬動力試驗子結(jié)構(gòu)擬動力試驗中，整個結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)由試驗子結(jié)構(gòu)和計算子結(jié)構(gòu)組成：用于試驗的結(jié)構(gòu)部分稱為試驗子結(jié)構(gòu)其余由計算機(jī)模擬的部分稱為計算子結(jié)構(gòu)兩個形式上獨(dú)立的部分由整體結(jié)構(gòu)動力方程統(tǒng)一起來。子結(jié)構(gòu)擬動力試驗整體結(jié)構(gòu)在時刻的離散動力方程為I代表計算子結(jié)構(gòu)，E代表試驗子結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)擬動力試驗子結(jié)構(gòu)擬動力試驗各工況下結(jié)構(gòu)自振頻率工況0.1g0.2g0.4g0.6g0.7g一階1.441.421.351.071.00二階4.164.124.124.073.36三階6.326.316.146.005.93擬動力試驗注意事項傳感器的選擇放大器設(shè)定A/D轉(zhuǎn)換信噪比程序調(diào)試和標(biāo)定時間步長保護(hù)設(shè)定試驗數(shù)據(jù)資料整理強(qiáng)度開裂荷載屈服荷載極限荷載破損荷載試驗數(shù)