國內(nèi)外振動臺與振動試驗的研究現(xiàn)狀

1、1. 國內(nèi)外振動臺與振動試驗的研究現(xiàn)狀1.1 國內(nèi)外振動臺研究現(xiàn)狀一、各類振動臺的優(yōu)缺點 用于振動試驗的振動臺系統(tǒng)從其 激振方式 上可分為三類 : 機械式振動臺、電液式振動臺 和電動式振動臺。從振動臺的 激振方向 ，即工作臺面的運動軌跡來分，可分為單向（單自由度）和多向（多自由度）振動臺系統(tǒng)。從振動臺的 功能來分，可分為單一的正弦振動試驗臺和可 以完成正弦、隨機、正弦加隨機等振動試驗和沖擊試驗的振動臺系統(tǒng)。1. 機械式振動臺 機械式振動臺可分為不平衡重塊式和凸輪式兩類。 不平衡重塊式是以不平衡重塊旋轉(zhuǎn)時 產(chǎn)生的離心力來激振振動臺臺面， 激振力與不平衡力矩和轉(zhuǎn)速的平方成正比。 這種振動臺可 以產(chǎn)

2、生正弦振動，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低、但只能在約 50Hz100Hz 的頻率范圍工作，最大位 移為 6mm 峰一峰值，最大加速度約 10g，不能進行隨機振動。凸輪式振動臺運動部分的位移取決于凸輪的偏心量和曲軸的臂長， 激振力隨運動部分的 質(zhì)量而變化。這種振動臺在低領(lǐng)域內(nèi)，激振力大時，可以實現(xiàn)很大的位移（如 100mm） 。但這種振動臺工作頻率僅限于低頻，上限額率為 20Hz 左右。最大加速度為 3g 左右，加速度波 形失真很大。對于所應(yīng)用的機械式振動試驗臺具有幾個共同的優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、容易安裝、 造價較低、運用及維修簡單可以、可以進行較長時間的試驗。但也有共同的缺點:試驗范圍小、波形失真度大、不能采

3、用反饋控制、很難實現(xiàn)隨機振動及幾個機械式振動臺同步運行。2. 電液式振動臺 電液式振動臺的工作方式是用小的電動振動臺驅(qū)動可控制的伺服閥， 通過油壓使傳動裝 置產(chǎn)生振動。 在實際應(yīng)用中主要有力馬達滑閥式電液振動臺和噴嘴一擋板式電液振動臺。 這 類振動臺的主要優(yōu)點是 :能產(chǎn)生很大的激振力和位移 （如激振力可以達 104N ，位移可達 2.5m）、 工作頻率下限可以達到零赫茲、 可以采用反饋控制、 能實現(xiàn)隨機振動及幾個電液振動臺進行 同步運行。同時電液振動臺的缺點是:難于在高頻區(qū)工作，適用于在低頻區(qū)及中頻區(qū)進行振動試驗。液壓系統(tǒng)的性能容易受溫度的影響，對油液要求高、造價貴、維修復(fù)雜。由于油泵 的壓力

4、脈動， 油液壓縮性引起的共振、 液壓密封件的摩擦等， 使得波形失真比電動振動臺大。 這種振動臺因其大推力、 大位移可以彌補電動振動臺的不足， 在未來的振動試驗中仍將 發(fā)揮作用，尤其是在船舶和汽車行業(yè)會有一定市場。3. 電動式振動臺 電動式振動臺是根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計的，當(dāng)通電導(dǎo)體處在恒定磁場中將受到力的作 用，當(dāng)導(dǎo)體中通以交變電流時將產(chǎn)生振動。 振動臺的驅(qū)動線圈正式處在一個高磁感應(yīng)強度的 空隙中，當(dāng)需要的振動信號從信號發(fā)生器或振動控制儀產(chǎn)生并經(jīng)功率放大器放大后通到驅(qū)動 線圈上，這時振動臺就會產(chǎn)生需要的振動波形。電動式振動臺是振動環(huán)境試驗中廣泛使用的一種振動設(shè)備， 與其它振動設(shè)備相比， 它主 要

5、的優(yōu)點具有 : 工作頻率范圍寬、波形失真度小、頻率穩(wěn)定、控制方便、可以采用反饋控制。 特別是它的高頻特性，一般能工作到 3kHz 。對于幾公斤推力的電動式振動臺工作頻率上限 甚至可以擴展到 10kHz 以上，所以被廣泛應(yīng)用于航空、航天、護電器、儀器儀表、 建筑、 水利、 交通運輸 和家電等各個領(lǐng)域。 電動振動臺的缺點是單臺的激振力及振幅不夠大，臺面有漏磁場的影響，價格貴，維修復(fù)雜。二、國內(nèi)外振動臺發(fā)展?fàn)顩r1. 國內(nèi)振動臺的研究現(xiàn)狀中國航天第 702 所擁有完整的振動環(huán)境試驗手段和豐富的振動環(huán)境經(jīng)驗，按照 GB2423、GBJ150、MIL-STD-810 等各項標(biāo)準(zhǔn)進行產(chǎn)品的振動環(huán)境試驗，建立

6、了推力從7.5kN 、10kN、20kN、30kN、37 kN 、50kN 、90kN 直至 200kN 的系列電動式振動試驗系統(tǒng)和先進的數(shù)字式 振動控制儀，能夠完成 52000Hz 的隨機、正弦掃頻、經(jīng)典沖擊、沖擊響應(yīng)譜、隨機加正弦 等振動試驗。其中 200kN 電動式振動臺適合進行系統(tǒng)級振動試驗，曾高質(zhì)量地完成了我國 所有返回式衛(wèi)星的整星振動環(huán)境試驗 ;90kN 長沖電動式振動臺是國際 90 年代的最新產(chǎn)品， 能夠?qū)崿F(xiàn)試驗頻率范圍 22000HZ ，最大位移士 25mm（沖程） ， 19mm（振動 ）;7.5kN 和 37kN 振動臺的漏磁小于 5GS，特別適合于對漏磁敏感的精密儀器的振動

7、試驗。從1969 年起，浙江大學(xué)和核工部航天工業(yè)部合作研制中頻振動校準(zhǔn)裝置BZD 一 1，于 1973 年研制成功并交付使用。 1976 年由七機部和浙江省聯(lián)合組織鑒定，確認已達到國內(nèi)外同類裝置的水平，填 補了國內(nèi)的空白。經(jīng)過兩年使用后，于1978 年正式作為國家中頻振動基準(zhǔn)。具體指標(biāo)如下:最大加速度 :109 工作頻率范圍 :10Hz 一 18kHz 橫向振動比 :<2% 加速度失真度 :1%（20Hz6kHz） 臺面加速度不均勻度 :1% 在此基礎(chǔ)上，于 1983 年又研制成功低頻振動計量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，校準(zhǔn)精度在 2Hz 一 100Hz 內(nèi)達到士 2% ，并陸續(xù)在有關(guān)計量部門投入了使用。

8、此外在國內(nèi)還有相關(guān)的廠家、部門在振 動臺的研制上也取得一定的成果。 如江蘇寶應(yīng)振動儀器廠生產(chǎn)的 BJ 一 n 型高頻振動校準(zhǔn)臺， 其激振頻響范圍 20Hz 一 50kHz ，失真度小于 3%。2. 國外振動臺的研究現(xiàn)狀英國 LDs 公司 （Ling Dynamic System Ltd） 是國際著名的電動振動臺系統(tǒng)的制造公司， 目前 已經(jīng)形成覆蓋正弦峰值推力從 8.9N 到 289.IkN 范圍的四大類 （永磁、風(fēng)冷、水冷、長沖程 ） 共 82 個型號產(chǎn)品的電動振動臺系列生產(chǎn)能力。 最大單機產(chǎn)品 V994 一 DPA280K 其正弦峰值 可達 289.IkN 、最大加速度 100g，是目前世界

9、上單機推力最大的電動振動臺。丹麥的 B&K 公司的 4812 型振動臺屬于世界一流的振動臺， 目前我國計量使用的中頻 振動多為此種振動臺 。其頻率范圍為 202000Hz ，振級為 1200m/s2。在美國， MB.UD.LingEleetronics ，Thermotron 和 AeoustiepowerSystems 公司生產(chǎn)的各種 振動臺。其中 MB.UD.Ling 電子公司制造的電動振動臺質(zhì)量優(yōu)良， 經(jīng)久耐用，在美國享有一 定的聲譽。 該公司生產(chǎn)的振動臺規(guī)格多樣， 能滿足多種動力試驗的要求， 所以很多用戶購買 它的產(chǎn)品。 Therotron 公司制造的各種高低溫、熱沖擊等熱應(yīng)力

10、正弦隨機和沖擊的振動應(yīng)力 以及組合環(huán)境的振動加載和振動控制系統(tǒng)成套設(shè)備，對于航天電子工業(yè)具有現(xiàn)實意義。三、特種環(huán)境下使用振動臺的研究情況 為了滿足試驗的要求，有時振動臺需要在特種環(huán)境下進行工作，如 水下使用的振動臺 ， 離心環(huán)境中使用的振動臺， 溫度場下的振動臺等。 對于這些特殊環(huán)境下使用的振動臺， 其中 對離心環(huán)境中使用的振動臺研究比較多， 提出了很多關(guān)離心振動復(fù)合環(huán)境下離心力的克服方 法，如配重克服方法，氣囊糾偏方法。 而對于水下振動臺，相應(yīng)的研究就特別少，沒有找到 相應(yīng)的文獻資料 。對溫度場下使用的振動臺， 一般都作為綜合環(huán)境試驗用的振動臺的一方面 來研制，中國航天第 702所 90年代

11、初在國內(nèi)率先研制成功了三綜合試驗系統(tǒng)（三綜合是指溫度、濕度和振動的綜合試驗 ）。現(xiàn)在中國航天第 702 所正在研制四綜合實驗系統(tǒng)，四綜合是 指溫度、濕度、真空和振動的綜合環(huán)境試驗。1.2.2 國內(nèi)外振動試驗研究現(xiàn)狀 振動試驗與其它工程技術(shù)一樣從簡單到復(fù)雜慢慢發(fā)展起來的， 而且與當(dāng)時的先進技術(shù)緊 密相連。特別是近十多年來，隨著計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、 自動控制理論和信息處理技術(shù) 的發(fā)展，大大豐富該領(lǐng)域的內(nèi)容，發(fā)展特別迅速，實用性日益增強。一、正弦振動試驗系統(tǒng)正弦振動試驗是實驗室中經(jīng)常采用的實驗方法， 是人們認識最早、 了解最多的一種振動 試驗。 作為隨機振動試驗的基礎(chǔ)， 一套振動試驗系統(tǒng)若不能進

12、行正弦振動， 就不可能很好的 進行隨機振動試驗。1.定頻試驗正弦振動試驗，通常采用定頻和掃頻兩種方法。如果零部件、設(shè)備或某個系統(tǒng)，是在某 個或某幾個激振頻率下工作， 則可在這些相應(yīng)頻率下進行定頻試驗， 以考核試件的抗振能力 和耐振強度 。2. 正弦掃頻試驗正弦掃頻試驗是在試驗頻率范圍內(nèi)，以某種規(guī)律連續(xù)改變振動頻率以激勵被試元器件、 部件或整機等。 掃頻時頻率的變化率稱為掃頻速率， 常用的有線性掃頻和對數(shù)掃頻兩種。 快 速掃頻的頻譜為連續(xù)譜， 是主要用于 模態(tài)分析的激勵技術(shù) 。由于試驗時響應(yīng)幅值來不及大到 使之進入非線性的程度， 這樣系統(tǒng)可以稱是線性的，這是優(yōu)點，但是其信噪比較低。慢速掃 頻試驗

13、所需的時間較長， 是一般環(huán)境實驗所采用的方法， 多用于尋找共振點。 速度的不同將 影響試驗的效果，試驗人員要憑經(jīng)驗在掃頻時間和頻率精度的矛盾中做出選擇。3. 數(shù)字正弦控制系統(tǒng)早期的正弦振動試驗系統(tǒng)都是由模擬電路構(gòu)成的。 隨著數(shù)控技術(shù)和鎖相技術(shù)的發(fā)展， 八 十年代中期，各國相繼推出了數(shù)字式正弦振動控制儀，例如 B&K 公司的 1050， IMN 公司 的 SVC ，英國斯特朗公司的 1952，林公司的 SDC 一 8。我國在這方面起步較晚，很多還停 留在模擬式的水平上， 但隨著計算機的廉價和普及， 現(xiàn)在已有成數(shù)產(chǎn)品， 如蘇州試驗機廠的 KD 一 1 型數(shù)控儀。目前正弦定頻和正弦掃頻試驗都

14、可在數(shù)字正弦振動控制系統(tǒng)中進行。 二、隨機振動試驗系統(tǒng)正弦振動試驗具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便和精度高等優(yōu)點，但只有少量的振動環(huán)境近似服 從正弦振動的規(guī)律， 絕大多數(shù)的振動環(huán)境是隨機的， 要真實地模擬外場振動環(huán)境， 隨機振動 試驗是不可缺少的。隨機振動試驗遠比正弦振動試驗復(fù)雜，因此發(fā)展較晚。早些年代 （50 年代 ）幾乎無法進行隨機振動試驗，這就使許多工程技術(shù)人員開展了正弦和 隨機振動的等效研究， 希望找到一種通用的等效準(zhǔn)則， 企圖用正弦振動試驗解決隨機振動問 題。最終研究結(jié)果表明正弦振動與隨機振動不存在一般等效關(guān)系。 當(dāng)時， 為了工程研究的需 要，采用偏于保守的經(jīng)驗方法將隨機狀態(tài)等效轉(zhuǎn)換成正弦條件

15、作為產(chǎn)品的振動條件。 這種方 法用于產(chǎn)品強度的考核， 這是出于無奈的一種變通方法。 但隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展， 可靠 性要求的不斷提高， 到七十年代末這樣的處理己經(jīng)不能滿足要求。 許多產(chǎn)品能通過隨機振動 試驗但是通不過正弦振動試驗， 而實際環(huán)境又是隨機的， 產(chǎn)品部門要求進行隨機振動試驗的 呼聲也越來越高。 同時， 由于隨機振動理論的提高和試驗技術(shù)的不斷進步，各種隨機振動試驗設(shè)備相繼問世， 特別是信號的數(shù)字處理技術(shù)、 快速傅立葉變換算法的出現(xiàn)， 使隨機振動試 驗技術(shù)飛速發(fā)展。1. 模擬式隨機振動試驗系統(tǒng)最初的隨機振動試驗系統(tǒng)為模擬式隨機振動試驗系統(tǒng)。 在國外， 模擬式隨機振動控制是 在六十年代出

16、現(xiàn)的， 其振動過程控制采用隨機均衡器完成， 系統(tǒng)圖中所串連的峰谷均衡器是 用來產(chǎn)生系統(tǒng)頻響的反函數(shù)， 在試驗的頻率范圍內(nèi)， 使每一個峰或谷都得到補償， 這樣就使 得振動臺和均衡器的組合頻率特性衡為常數(shù)， 使激勵信號和振動臺輸出信號的頻譜一致。 用 這種系統(tǒng)進行試驗不但麻煩， 而且非常費時， 試驗精度又不高。 模擬式隨機振動控制系統(tǒng)是 非常復(fù)雜的， 特別是后來采用的多路濾波器進行多同道自動均衡系統(tǒng)， 而且精度差、 維修量 大、使用調(diào)試困難、頻率分辨率低，同時對振動臺和信號源都提出了較高要求。因此，在隨 機振動試驗早期還流行著兩種與寬帶相比簡單易行的試驗方法:窄帶隨機掃頻和磁帶隨機振動試驗。窄帶隨

17、機掃頻試驗系統(tǒng)方框圖和正弦掃頻試驗系統(tǒng)相似， 。它采用一個頻帶較窄的隨機信號 （約幾赫茲到幾百赫茲 ），在規(guī)定頻率范圍內(nèi)，用掃頻的方法來激勵試件。在試驗進 行過程中，窄帶隨機波的頻帶寬度可以不變 （稱為等帶寬 ） 。而窄帶中心頻率以某種規(guī)律在掃 頻頻率范圍內(nèi)變化，即可以是線性掃頻，也可以是對數(shù)掃頻，但一般多用對數(shù)掃頻方式。 窄帶隨機掃頻試驗的優(yōu)點是振動臺的輸出能量可以集中在一個較窄的頻帶內(nèi)， 而且調(diào)整、 控 制都比寬帶方便。 因此， 窄帶隨機掃頻試驗可以實現(xiàn)用輸出激振力較小的激振器進行較大功 率密度的激振。 其缺點是只能對試件順序激起共振， 這不利于研究試件的某些響應(yīng)特性和各 階共振同時所引起

18、的破壞情況。 同時， 比寬帶隨機試驗費時。 磁帶隨機法是利用磁帶機產(chǎn)生 的隨機信號進行開環(huán)控制的方法。這種方法是首先利用正弦掃頻或其它方法確定系統(tǒng)（或臺面或試驗控制點，這要根據(jù)試驗要求而定）的頻響函數(shù)，并用該頻響函數(shù)和試驗要求的規(guī)范譜在有能力進行模擬處理或數(shù)字處理的地方進行計算， 得到驅(qū)動譜， 然后將其生成與規(guī)范譜 相對應(yīng)的驅(qū)動信號并錄制在磁帶上。 試驗時， 回放磁帶信號給功率放大器， 并調(diào)節(jié)功率增益， 使總的均方根大到預(yù)定要求即可。對于簡單的試件，其控制精度也能達到高再現(xiàn)。磁帶隨機振動的缺點在于上述過程不是一次所能完成的， 其驅(qū)動譜和響應(yīng)譜互相峰谷均 衡達到規(guī)范譜的容差范圍可能要經(jīng)過幾個調(diào)整

19、過程。 而且對同一規(guī)范譜， 試件換了， 一般都 要重新錄制驅(qū)動譜。因此，每盤磁帶只適于特定的規(guī)范譜、特定的振動臺、特定的試件、特 定的安裝條件。雖然如此，對于一些簡單和小型的試件而言，特別是大批量的元氣件篩選、 檢驗性試驗，磁帶隨機試驗方法仍是一種簡便易行和節(jié)約成本的好方法。2. 數(shù)字式隨機振動試驗系統(tǒng)隨著計算機技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的迅速發(fā)展， 六十年代末到七十年代初， 出現(xiàn)了數(shù) 字隨機振動控制系統(tǒng)， HP5427 ，DVC500 等，這些設(shè)備具有較好的軟硬件配置，閉環(huán)均衡 速度較快。從八十年代初開始，我國開始研制數(shù)字隨機振動控制系統(tǒng) :1984 年，航天部北京 環(huán)境試驗工程研究所研制成功

20、DRC 一 511計算機閉環(huán)隨機振動控制系統(tǒng) ;1987 年，航天部六 二三研究所亦研制成功相似的控制系統(tǒng) ;1988 年，西安交通大學(xué)國家機械結(jié)構(gòu)強度與振動國 家重點實驗室與西北機械廠合作開 DRC 一 88 數(shù)字隨機振動控制系統(tǒng)。在振動臺上模擬隨機振動環(huán)境的控制設(shè)備可分為波形再現(xiàn)和功率譜再現(xiàn)兩大類。 前者要 求振動試驗信號和實際振動信號在時域上相等， 即產(chǎn)生指定的振動信號波形。 嚴格地說， 基 于波形再現(xiàn)的隨機振動試驗不可能是真正的隨機試驗， 因為隨機過程的周期趨于無限大， 同 時，由于隨機過程的時域不確定性， 使得時域控制的方法從根本上說是無法實現(xiàn)的， 而只能 是短子樣隨機載荷的重復(fù)。

21、雖然這種試驗有一定使用意義， 但其試驗結(jié)果的可靠性卻值得懷 疑。目前主要用于模擬地震等頻率較低的試驗 。后者只要求振動試驗信號和實際振動信號的 功率譜相等， 這一等價條件是基于相同功率譜密度分布的振動對設(shè)備結(jié)構(gòu)具有相同的損傷和 破壞的理論。 這種隨機試驗主要用于模擬各種運輸條件和其他一些頻率較高的振動環(huán)境， 其 基本要求是能在振動臺或是臺上某控制點產(chǎn)生一個平穩(wěn)的、 各態(tài)歷經(jīng)的隨機振動信號， 信號 的幅值分布特性接近高斯分布， 信號的功率譜要滿足試驗條件要求的功率譜密度分布， 比較 常見的幾種試驗功率譜。與橋梁相關(guān)的振動臺試驗參考文獻 :1 宮必寧 .重力壩地震動水壓力試驗研究J . 河海大學(xué)學(xué)

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24、全 , 潘亦蘇 .考慮流體 - 結(jié)構(gòu)交互作用的橋梁地震反應(yīng)分析方法的研究進展 第一界全國公路科技創(chuàng)新高層論壇論文集 C .公路 設(shè)計與施工卷 , 2001 .671 675.7 楊 飏 , 歐進萍 .導(dǎo)管架式海洋平臺結(jié)構(gòu)磁流變阻尼隔震的振動臺試驗J . 地震工程與工程振動 , 2005 ,25 (4) : 143 150.目前，在振動臺試驗研究方面，水與結(jié)構(gòu)相互作用的試驗研究工作主要集中在海洋平 臺和大壩方面。海洋平臺主要解決波浪問題,大壩則主要解決地震問題。但大壩地震時水與大壩的相互作用問題與水中橋梁地震時的相互作用問題有很大差別。 類似于橋墩的水中結(jié)構(gòu) 物的地震試驗研究工作很少。從現(xiàn)有文獻

25、看 ,目前很少進行過與橋梁結(jié)構(gòu)相關(guān)的水下振動臺試驗研究 ,現(xiàn)有的動力荷 載作用下橋梁與水的耦合響應(yīng)問題的研究工作均局限于理論分析和數(shù)值模擬上。 但試驗研究 一方面可以直接了解水對樁基橋梁地震反應(yīng)的影響程度和主要影響因素,另一方面試驗獲得的數(shù)據(jù)可以作為檢驗針對橋梁地震輻射波浪理論正確性和精度的基礎(chǔ)。賴偉、 王君杰等進行了橋墩地震動水效應(yīng)的水下試驗臺研究，他們的結(jié)論為： 結(jié)構(gòu)周圍水的存在會改變結(jié)構(gòu)動力特性和地震動響應(yīng)； 水對結(jié)構(gòu)的影響會改變結(jié)構(gòu)水下部分受到的荷 載激勵， 在相同地面加速度輸入下 ,水對結(jié)構(gòu)的動水附加質(zhì)量效應(yīng)也增大了結(jié)構(gòu)受到的地震 力。沈潤杰 ,何聞 進行了大型寬頻帶水下振動臺流固耦

26、合動力學(xué)特性的研究。他們根據(jù)水下 振動臺運動部件大尺寸和寬頻帶工作的要求,提出了運動部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則 ,進而建立其在水域中的模型及流固耦合有限元方程 ,由此計算分析了運動部件的兩個重要模態(tài)振型及頻率 臺面彎曲振動振型和運動部件軸向振動振型,并與空氣中的計算結(jié)果進行了比較 ,結(jié)果表明流固耦合使得運動部件這兩個模態(tài)頻率降低;進一步的實驗研究表明 ,計算分析結(jié)果是正確的流固耦合使得運動部件等效阻尼變大 . 本研究結(jié)果為研制水下振動臺系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計技術(shù) 和測試分析技術(shù)提供了重要的依據(jù)。大連理工大學(xué)水下振動臺介紹： 大連理工大學(xué)海岸和近海工程國家重點試驗室在從美國 MTS 公司引進的一維水平單向大型電

27、液伺服控制地震模擬系統(tǒng)基礎(chǔ)上 , 將原振動臺改為 水平與垂直兩向激振的水下振動臺。 在水槽中間為振動臺臺面 ; 沿振動臺水平振動方向在水 槽兩邊設(shè)置消能網(wǎng) , 消除波浪的反射作用。水槽內(nèi)最大水深110m。蘭雅梅、薛雷平 等進行了東海大橋橋梁樁柱承臺水動力模型試驗研究。 他們通過模型試 驗研究了不規(guī)則波與均勻流共同作用于小尺度單樁的水動力特征。 文中比較了不同工況下直 樁與斜樁的受力特性。在頻域內(nèi)采用相關(guān)函數(shù)法進行了譜分析與互譜分析 ,得到波面譜與波 力譜的相關(guān)關(guān)系 ,并給出波向力與波面相位差的變化規(guī)律。本文是東海大橋橋梁樁柱承臺水動力模型試驗研究系列的部分成果 ,報道了不規(guī)則波與 均勻流共同作

28、用于小尺度單直樁和斜樁的受力的試驗結(jié)果,給出了受力特征。值得一提的是為了分別測量作用在低承臺與樁柱上的水動力,本次試驗嘗試了新的測力方法 ,該方法有別于傳統(tǒng)的懸掛式測力方法。 根據(jù)本次試驗要求特殊設(shè)計和加工的測量樁柱受力的天平 , 可以完 全安裝在樁柱模型中 ,并具有可以水下工作的特點。 從國內(nèi)外文獻看 ,尚未見到此方面的報道。2 試驗設(shè)備及方法2. 1 試驗設(shè)備及儀器試驗在上海交通大學(xué)海洋工程國家重點實驗室的風(fēng)、浪、流試驗水池中進行 , 該水池長 50m、寬 30m 、深 6m。水池一端裝有一套雙推板大功率的液壓造波機,另一端鋪設(shè)有一定斜度的格柵式消波灘。水池配有高壓噴水造流系統(tǒng)及局部造流系

29、統(tǒng)。簡易單向?qū)Ｓ玫卣鹉M振動臺的研制 黃春霞、張鴻儒、隋志龍地震模擬振動臺不僅可以產(chǎn)生各種頻率、振幅的規(guī)則振動,而且可以很好地再現(xiàn)地震波因此它是抗震研究的重要設(shè)備。 振動臺始建于 19世紀60年代末 ,首先是美國 Berkeley加州大學(xué) 建成了 6. 1 m ×6. 1 m 的水平和垂直兩向振動臺 ,隨后日本國立防災(zāi)科學(xué)技術(shù)中心建成了世 界上最大的 15 m ×15 m水平或垂直單獨工作的振動臺。 到目前為止 ,據(jù)有關(guān)資料的不完全統(tǒng) 計，國際上已經(jīng)建成了近百座振動臺。然而,振動臺構(gòu)造復(fù)雜 ,集精密機械加工、電液伺服控制技術(shù)和計算機技術(shù)于一體 ,因此價格昂貴 ,一般高等學(xué)校

30、和科研院所很難建造。我們在完成 國家自然科學(xué)基金資助項目“碎石樁加固液化地基效果的試驗究”的過程中,利用北京交通大學(xué)土建學(xué)院結(jié)構(gòu)工程實驗室從美國 MTS 公司引進的電液伺服加載試驗系統(tǒng) ,建成了一個簡 易單向?qū)Ｓ谜駝优_。試驗結(jié)果表明 ,本次試驗所研制的單向?qū)Ｓ谜駝优_是合理可行的,為取得可信的試驗結(jié)果打下了堅實的基礎(chǔ)。同時,該設(shè)備還可以進行其它巖土結(jié)構(gòu)振動臺模型試驗為今后巖土抗震研究奠定了試驗基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)一地基動力相互作用體系振動臺模型試驗研究 呂西林、陳躍慶、陳波、黃煒、趙凌1 前言近 30 年來，國內(nèi)外就結(jié)構(gòu)一地基動力相互作用對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響已進行了多方面 的研究， 其中大量工作集中在理論

31、研究與計算分析上， 取得了一些進展。 但由于問題的復(fù)雜 性，不同的計算方法都引進了一些假定和進行了不同程度的簡化， 以致不同方法給出的結(jié)構(gòu) 一地基反應(yīng)間存在很大的差別 .，進入 90 年代以來，日本、美國等國家開始進行現(xiàn)場振動試 驗和振動臺試驗，但由于各種條件限制，試驗研究遠不及理淪與計算分析那樣廣泛、深入， 使得許多理淪研究結(jié)果得不到試驗驗證， 難以直接指導(dǎo)工程設(shè)計。 因此， 開展結(jié)構(gòu)一地基動 力相互作用體系的試驗研究， 據(jù)此驗證理論與計算分析的研究成果， 改進或提出合理的計算 模型和分析方法，就顯得非常重要。結(jié)構(gòu)一地基動力相互作用的試驗研究分為振動臺模型試駭和現(xiàn)場振動試驗。 現(xiàn)場振動試 驗

32、接近實際， 但實際的邊界條件與材料特性很復(fù)雜難以分析各個因素對反應(yīng)的影響， 且試驗 費用很高、 耗時很長。而振動臺模型試驗的試驗成本相對較低，可重夏性和可操作性強，試 驗?zāi)康暮瓦M程容易為研究人員所控制，因而越產(chǎn)， 越受到入們的重視。 近年來，隨著模型相 似理論和結(jié)構(gòu)抗震試驗技木的發(fā)展， 振動臺模型試驗成為進行結(jié)構(gòu)一地基動力相互作用試驗 研究的有效途徑。本文在國家自然科學(xué)基金重點項目 “結(jié)構(gòu)與地基相互作用的振動臺試驗與分析研究” 的 資助下， 在國內(nèi)率先嘗試進行結(jié)構(gòu)一地基動力相互作用體系的振動臺模型試驗， 以了解結(jié)構(gòu) 一地基相互作用的效果及規(guī)律。 試驗中， 考慮了模型的相似設(shè)計， 采用樁基和箱基

33、兩種基礎(chǔ) 形式，以配置不同大小質(zhì)量塊的單柱模擬上部結(jié)構(gòu)。結(jié)論：通過上一基礎(chǔ)一上部結(jié)構(gòu)動力相互作用體系的振動臺模型試驗， 得到動力相互作用體系 的地震動反應(yīng)的一些主要規(guī)律如下(1)在地震動的激勵下，結(jié)構(gòu)會發(fā)生整體沉降。當(dāng)為樁基時，結(jié)構(gòu)盡管有沉降，但一般 不發(fā)生傾斜 ;對于箱基的情況，結(jié)構(gòu)沉降更嚴重，且往往產(chǎn)生傾斜直至傾覆。這與實際地震 震害一致。( 2)由于地基一結(jié)構(gòu)動力相互作用的影響，軟上地基中相互作用體系的頻率遠小于剛性 地基上不考慮結(jié)構(gòu)一地基相互作用的結(jié)構(gòu)自振頻率，而阻尼比則遠大于結(jié)構(gòu)材料阻尼比。(3) 軟上地基對地震動起濾波和隔震作用。地震動自下而上傳播中，軟上地基過濾了大部 分高頻地震動，僅留下低頻成分，而且加速度峰值減小。(4) 由于_L 部結(jié)構(gòu)的振動反饋， 改變了基底地震動的頻譜組成， 使基礎(chǔ)處的地震動與自由 場地震勸不完全相同。 試驗表明， 基礎(chǔ)處的有效地震動輸人比自由場地震動小， 與體系頻率 接近的分量獲得加強，而有些頻率分量減弱。(5) 整個體系的加速度峰值反應(yīng)在高度上呈 “K ”形分布，且各點的加速度峰值