2024工程結(jié)構(gòu)抗震混合試驗方法標準

Standardforseismichybridtestmethodofengineering 范 規(guī)范性引用文 術(shù)語和定 總體要 一般要 抗震混合試驗的分 抗震混合試驗系統(tǒng)基本構(gòu) 抗震混合試驗的一般流 試驗安全措 測量系 模型設(shè) 一般要 數(shù)值模 試驗模 擬動力混合試 一般要 求解算 設(shè)備性能要 邊界協(xié)調(diào)方 誤差來源及分 試驗步 實時混合試 一般要 求解算 設(shè)備性能要 邊界協(xié)調(diào)方 時滯補 誤差來源及分 試驗步 振動臺混合試 一般要 求解算 設(shè)備性能要 邊界協(xié)調(diào)方 時滯補 誤差來源及分 試驗步 數(shù)據(jù)處理和試驗報 數(shù)據(jù)處 試驗報 附錄A（資料性）試驗子結(jié)構(gòu)相似 附錄B（資料性）向量式有限元方 附錄C（資料性）模型在線更新混合試驗方 附錄D（資料性）在線數(shù)值模擬方 附錄E（資料性）時間積分方 附錄F（資料性）時間積分方法的穩(wěn)定性和精度分 附錄G（資料性）空間加載坐標變換矩 附錄H（資料性）實時混合試驗穩(wěn)定性分析方 附錄I（資料性）時滯補償方 附錄J（資料性）混合試驗報 下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T GB/T GB/T JGJ/T101— seismichybrid子結(jié)構(gòu)數(shù)值子結(jié)構(gòu)numericalexperimental協(xié)調(diào)器timeintegrationpseudo-dynamichybridreal-timehybridshakingtablehybridboundary時滯time時滯補償delay荷載控制loading[來源：JGJ/T101—變形控制deformationcontrol[來源：JGJT101—2015，2.1.10]等效力equivalent將離散的結(jié)構(gòu)運動方程等效為未知狀態(tài)量的非線性方程，方程中與未知狀態(tài)量無關(guān)的所有項的統(tǒng)稱。穩(wěn)定性目標量響應量lawsof模型在線更新modelonline選取工程結(jié)構(gòu)行為復雜、難以準確模擬的部分作為試驗子結(jié)構(gòu)進行物理試驗，選取易于模擬的部分作為數(shù)值子結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬；無明確反彎點的構(gòu)件，在遠離塑性區(qū)2倍～3e）協(xié)調(diào)器與子結(jié)構(gòu)之間應有明確的模型參數(shù)協(xié)調(diào)界面和數(shù)據(jù)交互模式，協(xié)調(diào)器為子結(jié)構(gòu)提供目標量，同時接收子結(jié)構(gòu)的響應量；A1所示，具體包括：根據(jù)實際需求選擇協(xié)調(diào)器和時間積分方法，積分步長和參數(shù)的選擇應滿足穩(wěn)定性要求，宜選擇具有數(shù)值阻尼和無條件穩(wěn)定的時間積分方法；e）圖1JGJ/T101-20158b）D/A接口、A/D接口，實現(xiàn)控制與數(shù)據(jù)采集。測量儀器動態(tài)范圍應大于測量信號分辨率應小于需采集的最小振動幅值的f）B。C且符合下列規(guī)定：b）1/3；A。當協(xié)調(diào)器求解動力平衡方程時，各子結(jié)構(gòu)應按照靜力過程進行分析或加載，如圖2c）4所示。圖2協(xié)調(diào)器為數(shù)值子結(jié)構(gòu)（試驗子結(jié)構(gòu)可為振動臺試體(b)(b)(a)(c)數(shù)值子結(jié)構(gòu)試驗子結(jié)構(gòu)

數(shù)值子結(jié)構(gòu)試驗子結(jié)構(gòu)圖45所示。圖5EOSF4.6.1b）在邊界協(xié)調(diào)精度允許時，可采用圖6、圖7、圖8對動力自由度有間接影響的邊界條件，宜滿足嚴格的平衡和協(xié)調(diào)條件，當確認對動力行為影響不大時，可適當放松；對動力自由度無影響的邊界條件，可采用反彎點加載、重疊領(lǐng)域加載等放松的方式，以簡化加載裝置。邊界協(xié)調(diào)檢驗應采用數(shù)值模擬進行仿真，分為線彈性模型檢驗和彈塑性模型檢驗，混合仿真結(jié)果應與相應的整體結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬對比；混合仿真中的試驗子結(jié)構(gòu)應采用數(shù)值模擬的方式進行，所采用的方法應能準確模擬試驗子結(jié)構(gòu)的加載條件；宏觀變形響應檢驗包括所直接控制的動力自由度位移響應、通過簡化協(xié)調(diào)方法實現(xiàn)的靜力自由度變形響應。與整體數(shù)值模型相比，動力自由度變形響應誤差不應超過5%力自由度變形響應誤差不宜超過20%；利用兩個水平方向作動器間的協(xié)調(diào)運動模擬試體的水平自由度和轉(zhuǎn)動自由度，利用垂直方向作動器對軸向自由度進行加載，如圖6所示。利用一個水平方向作動器模擬試體的水平自由度，利用兩個垂直作動器通過剛臂協(xié)調(diào)豎向和轉(zhuǎn)動自由度的加載，如圖7所示?？刹捎盟倪B桿裝置約束轉(zhuǎn)動自由度的轉(zhuǎn)動，如圖8反力系統(tǒng)應具有足夠的強度和剛度，變形一般不超過1/20001——2——3——4——5——6——7——圖61——2——3——4——5——圖71——2——3——4——5——6——7——圖8c）反力系統(tǒng)和約束系統(tǒng)的摩擦系數(shù)不超過0.01a）b）b）c）2積分步長小于加載系統(tǒng)采樣周期2E采用時間積分方法將動力平衡方程寫成式（1）將式（1）RN(di1)KNdi1RE(di1,vi1)FEQ,i

KN

——第i+1步的位移向量，單位為米——第i+1步的混合體系等效力，單位為牛頓——數(shù)值子結(jié)構(gòu)剛度矩陣，單位為牛頓每米——試驗子結(jié)構(gòu)反力，單位為牛頓——數(shù)值子結(jié)構(gòu)靜反力，單位為牛頓等效力控制器可采用比例-20Hz，時滯不宜30ms，加載速率應滿足試驗率效應需求。4.6.26.4H進行穩(wěn)定性分析。I，并符合下列條件：b）c）0時，應采用頻域評價指標進行補充計算。10ms15%5%。4.4實時混合試驗前，應進行數(shù)值仿真，根據(jù)動力加載裝置的實測傳遞函數(shù)確定合適的時滯補償方法和控制參數(shù)，當試體具有強烈非線性時，宜采用自適應控制技術(shù)；d）e）9所示。圖910（振動臺控制算法（迭代修正算法105.2不滿足實時計算要求的數(shù)值模型，選用計算任務分解策略、代理模型方法或并行計算，實現(xiàn)數(shù)值實時計算；數(shù)值模型積分步長大于控制信號采樣周期時，得到目標量應采用插值方法生成與控制信號采樣周期一致的加載信號；數(shù)值子結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)選取應接近于真實結(jié)構(gòu)參數(shù)，可使用模型在線更新算法對數(shù)值模型參數(shù)進行更新。E振動臺混合試驗中使用的液壓振動臺、機械振動臺、電動振動臺應分別滿足GB/T21116、GB/T13309、GB/T13310中對設(shè)備性能的規(guī)定。4.6.3采用多個振動臺進行振動臺混合試驗時，數(shù)值子結(jié)構(gòu)與試驗子結(jié)構(gòu)每個交界面參照8.4.28.4.3當試驗子結(jié)構(gòu)較小時，可將試驗子結(jié)構(gòu)安裝于輔助平臺上，并將該輔助平臺通過測力計固定于振動臺的臺面，即可通過測力計測量試驗子結(jié)構(gòu)的反力；；d）7.57.6.37.6.44.4振動臺混合試驗前，應進行數(shù)值仿真，根據(jù)動力加載裝置的實測傳遞函數(shù)確定合適的時滯補償方法和控制參數(shù)，當試體具有強烈非線性時，宜采用自適應控制技術(shù)；d）按順序依次啟動：數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)的程序、數(shù)值仿真計算子系統(tǒng)的程序、振動臺物理加載子系統(tǒng)的程序；應確保振動臺控制面板的超限緊急制動功能處于開啟狀態(tài)，以防止試驗過程中因振動臺失穩(wěn)導致的試驗子結(jié)構(gòu)或儀器損壞；應對試驗數(shù)據(jù)進行圖形處理，各圖形應考慮計入結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段后各次試驗依次產(chǎn)生的殘余變形影響。主要圖形數(shù)據(jù)宜包括基底總剪力-頂端水平位移曲線圖、層間剪力-層間水平位移曲線圖、試體各質(zhì)點的位移時程曲線圖和恢復力時程曲線圖、各地震水準損傷分布圖、能力需求分析曲線圖。J（資料性（A.1

ρ(SES

ρ——ρ——人工模擬質(zhì)量施加于模型上的附加材料的密度，單位為千克每立方米（kg/m30ρ——模型材料的密度，單位為千克每立方米（kg/m30（kg/m3；SE——SL——A.1SσSESE/SE/SLSdSθSASFSSESSESqSESESSMSSESSEStSf1/SgSvSa（m/s當模型與原型結(jié)構(gòu)在具有同樣重力加速度效應的情況下進行試驗時，宜采用表A.2中彈塑性模型相似律；實際試驗時可采用人工質(zhì)量模擬的彈塑性模型，受振動臺承載能力限制時，可采用實用彈塑性模型。A.2SE//SL/SLSρ/S1/1/Sa/S/SS ρSE/SE/(SLSSESSESSESSESSESSESSESSE（資料性 a）b）e）根據(jù)運動控制方程計算下一時刻質(zhì)點位置向量，再利用該位置向量計算單元內(nèi)力；按此步驟質(zhì)點的運動控制方程按式（B.1）MaP-

——質(zhì)量（慣性矩）矩陣，單位為千克或千克平方米（kgkg·m2； ——質(zhì)點所承受的外力合力（矩）向量，單位為牛頓或牛頓米（NN·m； ——質(zhì)點的內(nèi)力合力（矩）向量，單位為牛頓或牛頓米（NN·m； rad/s2考慮結(jié)構(gòu)自身阻尼為瑞利阻尼時，質(zhì)點的運動控制方程和阻尼力按式（B.2）~（B.5）MaP-q-fdc0Mvc1

c0

ωmξm

c 1/ωξ1

m c

cqiqi-

mn

——單元的剛度矩陣，單位為牛頓每米c0、c1——

（s不考慮阻尼項時，運動控制方程的求解可采用中心差分方法，按式（B.6）~（B.8） M1(Pq)t22di

i

-

1t

t

——與質(zhì)點連接的若干結(jié)構(gòu)單元特征長度，單位為米Pi

——軸力波在結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的傳遞速度，單位為米每秒——臨界步長，單位為秒——第i步的質(zhì)點外力（矩）向量，單位為牛頓或牛頓米（N或——第i步的質(zhì)點(角)位移向量，單位為弧度或米（rad或——初始時刻質(zhì)點的（角）位移向量，單位為弧度或米（rad或 ——初始時刻質(zhì)點的（角）加速度向量，單位為弧度每秒二次方或米每秒二次方 fd f ——質(zhì)點的虛擬阻尼力（矩，單位為牛頓或牛頓米（NN·m； ——i0

d

-t(11ζt)v1t2M1(Pq

dd-t(11

1t2M1(Pq

2 i1

di12ζtdi-2ζtdi12ζt

(Pi1qi1

d1、

——第-11步時間內(nèi)的質(zhì)點（角）位移向量，單位為弧度或米（radm；結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率（或周期（資料性在線模型更新混合試驗方法原理如圖C.1將由積分方法計算得到位移命令子結(jié)構(gòu)恢復力rE,i1和位移dE,i1將位移命令dN,i將位移命令du,c、試驗子結(jié)構(gòu)恢復力 和位移 輸入到模型識別模塊得到試驗子結(jié)構(gòu)

E,i

E,i型參數(shù)識別值，更新相應數(shù)值子結(jié)構(gòu)模型參數(shù)，計算其恢復重復步驟a）~c)M CNi Ni N,i N,i E,i iruE,iN,iN,iN,C.1dE,idE,i1,rE,ii個時間步，應采用數(shù)值積分方法求解結(jié)構(gòu)運動方程，獲取試驗子結(jié)構(gòu)和數(shù)值子結(jié)構(gòu)第i+1步位移。測量試驗子結(jié)構(gòu)恢復力rE,i1和位移dE,i1。i+1步試驗子結(jié)構(gòu)的雙折線模型參數(shù)，分別為：第一剛度k1,i1，第二剛度k2,i1，屈服力fy,i1。e）e（資料性向量di，并將其發(fā)送給整體結(jié)構(gòu)有限元模型中對應的自由度；應利用整體結(jié)構(gòu)動力自由度的位移向量dix?i1E體模型進行一次非線性靜力分析，并將計算出的試驗子結(jié)構(gòu)部分邊界自由度上的位移向量dE作動器按位移dc驅(qū)動試件獲取實測的位移 和反力r，發(fā)送給識別模塊E

E

Ex?ix?i1，再次根據(jù)整體結(jié)構(gòu)模型的位移向量di完成一步靜力分析，并提取整體結(jié)構(gòu)模型相應節(jié)點反力ri返回時間積分模塊；重復步驟a）~e），中心差分法為顯式方法，其基本公式見式MNaiCNviKNdi

f(K2MN)d(MNCN

i

MN vdi1di-

adi12didi-1 t2

MNCN

——數(shù)值子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣，單位為千克——數(shù)值子結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣，單位為牛頓秒每米——第i步加速度向量，單位為米每秒二次方——第i步的外部等效力，單位為牛頓MNai1CNvi1KNdi1fi

1d1v1 γdγβvγ2β i

βt2

βt

aiM

βt

tai

i

KN

Mβt

γ

d)(1γ)v(1γ

i

i

1

d)1v(1

i βt

i

βt 當i0時，給定初值條件為d00v00a00

γγ ——結(jié)構(gòu)的圓頻率，單位為弧度每秒β、 ——Newmark時間積分法的控制參數(shù)，通常取0.25和0.5MNai1CNvi1KNdi1fi

Cv(1γ)taKdtv(0.5β)t2aai1

i N

N

MNγCNtKNβt

v(1γ)taγt

——預測位移向量，單位為米M C

K

C

)K

Ni

Ni

Ni

ELi

ELi

di

vi

式中i ——預測速度向量，單位為米每秒（iK

——預先假定的試驗子結(jié)構(gòu)初始剛度矩陣，單位為牛頓每米（N/m；——預先假定的試驗子結(jié)構(gòu)初始阻尼矩陣，單位為牛頓秒每米（Ns/m；（資料性b）對于單自由結(jié)構(gòu)，在tit

（N運動方程(F.1)aiAvi

v d i iA——L——)

A的譜半徑滿足ρA1ADPEADPE按式（F.5）ADD-D,PET-

DD——結(jié)構(gòu)的實際振幅和采用時間積分方法后的數(shù)值振幅，單位為米（m；（s（資料性根據(jù)加載裝置作動器布設(shè)的幾何參數(shù)特征和控制點坐標確定控制點笛卡爾坐標系位移到作動器伸縮量的非線性方程；每個加載步中，將上述非線性方程進行線性化，得到作動器伸縮量到控制點笛卡爾坐標系位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣；由控制點笛卡爾坐標系位移和作動器的空間位置確定作動器出力到笛卡爾坐標系反力的轉(zhuǎn)換關(guān)系。第i步從笛卡爾坐標系控制點位移到作動器的伸縮量的坐標轉(zhuǎn)換矩陣見式

6 l2Cv,i

d

6

l 6d6采用旋轉(zhuǎn)變換矩陣Ψj作動器的伸縮量lj可寫為式ljd(IΨ)s0,jw0,jz0,jl0,

——j1,2,...,6，單位為米——j1,2,...,6，單位為米d ——笛卡爾坐標系控制點位移平動分量構(gòu)成的向量，單位為米z0 ——j個作動器（或外接位移傳感器）的尾端球鉸位置，單位為米 ——j個作動器（或外接位移傳感器）初始平臺端球鉸空間坐標，單位為米0,

——j個作動器從初始控制點到初始球鉸空間坐標的矢量，單位為米——從作動器的伸縮量到笛卡爾坐標系控制點位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系見式 dC- i

i（G.4（G.5： Gf i ii

d0dΨs0,6 l

l

l Gi

d)d0dΨs0,1

(zd)d0dΨs0,2

d)d0dΨs0,6z0,6

l

l

l

“×”l ——j1,2,...,6，單位為米 ——笛卡爾坐標系