擬動(dòng)力試驗(yàn)完整版本

擬動(dòng)力試驗(yàn)偽動(dòng)力試驗(yàn)，計(jì)算機(jī)加載器聯(lián)機(jī)試驗(yàn)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(shí)際地震的非周期反應(yīng)有很大差別理想的試驗(yàn)加載是按某一確定的地震反應(yīng)來(lái)制訂相應(yīng)的加載制度計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)試驗(yàn)的提出在研究工作中人們從結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和數(shù)值分析兩方面著手，促使試驗(yàn)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展。由于各種因素的影響，由試驗(yàn)結(jié)果所確定的數(shù)學(xué)分析模型的精度存在疑問(wèn)，解決方法——將計(jì)算機(jī)技術(shù)直接應(yīng)用于試驗(yàn)。非周期性加載的兩種方案給定輸入的加速度記錄，通過(guò)計(jì)算機(jī)作非線性動(dòng)力分析，計(jì)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(shí)際？將計(jì)算機(jī)及計(jì)算技術(shù)直接應(yīng)用于控制試驗(yàn)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(cè)得，由計(jì)算機(jī)完成非線性地震反應(yīng)微分方程的求解。擬動(dòng)力試驗(yàn)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(yàn)，將模擬計(jì)算機(jī)與試驗(yàn)聯(lián)線成一個(gè)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(yàn)。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(dòng)力試驗(yàn)。1983年中國(guó)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(dòng)力試驗(yàn)。計(jì)算機(jī)—加載器聯(lián)機(jī)系統(tǒng)工作原理用電子計(jì)算機(jī)將地震地面運(yùn)動(dòng)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(dòng)加速度時(shí)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(shí)際地震作用下結(jié)構(gòu)連續(xù)反應(yīng)全過(guò)程，得到結(jié)構(gòu)恢復(fù)力特性曲線。擬動(dòng)力試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備電液伺服加載器+電子計(jì)算機(jī)=聯(lián)機(jī)系統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的功能：按某一時(shí)刻輸入的地面運(yùn)動(dòng)加速度，以及上一時(shí)刻試驗(yàn)得到的恢復(fù)力計(jì)算下一時(shí)刻的位移反應(yīng)，并據(jù)此對(duì)加載系統(tǒng)發(fā)出施加位移的指令，從而測(cè)出在該位移下的力。采集試驗(yàn)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?？叵到y(tǒng)組成。?？叵到y(tǒng)是根據(jù)該時(shí)刻由計(jì)算機(jī)傳來(lái)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(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行操作指令，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的控制和運(yùn)行。擬動(dòng)力試驗(yàn)工作流程對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入某一確定性的地震地面運(yùn)動(dòng)加速度。在加速度時(shí)程曲線中，加速度幅值隨時(shí)間t的改變而變化，為便于用數(shù)值積分方法求解運(yùn)動(dòng)方程，將加速度時(shí)程曲線按t分成許多微小時(shí)段，假定在t時(shí)段內(nèi)加速度呈直線變化。擬動(dòng)力試驗(yàn)工作流程由計(jì)算機(jī)按第n步的地面運(yùn)動(dòng)加速度輸入，求第n+1步的指令位移當(dāng)輸入后，在時(shí)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(dòng)方程求第n+1步的位移擬動(dòng)力試驗(yàn)工作流程由中心差分法擬動(dòng)力試驗(yàn)工作流程代入微分方程得：擬動(dòng)力試驗(yàn)工作流程由加載系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)將位移轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸入到電液伺服加載器，對(duì)結(jié)構(gòu)施加與位移相應(yīng)的荷載。擬動(dòng)力試驗(yàn)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(cè)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(dòng)力試驗(yàn)工作流程將實(shí)測(cè)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(jì)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(jì)算、加載和測(cè)量，求得位移和恢復(fù)力連續(xù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)加載，直到輸入地震加速度時(shí)程指定的時(shí)刻。擬動(dòng)力試驗(yàn)工作流程由于聯(lián)機(jī)加載過(guò)程中用逐步積分求解運(yùn)動(dòng)方程的時(shí)間間隔取值為0.005~0.01秒，而整個(gè)聯(lián)機(jī)試驗(yàn)每一加載步長(zhǎng)大致要持續(xù)幾秒，這樣的加載過(guò)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(gè)自由度結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)試驗(yàn)對(duì)象：?jiǎn)慰珉p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(tái)座上，用兩臺(tái)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(dòng)方程試驗(yàn)步驟

時(shí)，結(jié)構(gòu)的、和均為0計(jì)算時(shí)的地震位移反應(yīng)，這時(shí)結(jié)構(gòu)每一層的恢復(fù)力可由框架彈性分析得到試驗(yàn)步驟按線性加速度法計(jì)算得到加速度響應(yīng)試驗(yàn)步驟代入運(yùn)動(dòng)方程得試驗(yàn)步驟由兩臺(tái)電液伺服加在器分別施加位移及，并測(cè)得相應(yīng)的恢復(fù)力和試驗(yàn)步驟計(jì)算第二步時(shí)的位移反應(yīng)和用線性加速度法求解時(shí)刻運(yùn)動(dòng)方程時(shí)，必須知道尚待測(cè)定的恢復(fù)力試驗(yàn)步驟時(shí)刻的恢復(fù)力矩陣為：當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性時(shí)，要求由試驗(yàn)值和來(lái)確定剛度矩陣的各元素?cái)?shù)值是很困難的。試驗(yàn)步驟可以采用中心差分法試驗(yàn)步驟當(dāng)時(shí)利用第一步計(jì)算結(jié)果的和代入上式，得試驗(yàn)步驟試驗(yàn)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(gè)獨(dú)立方程，避開(kāi)了用剛度矩陣求解聯(lián)列方程的問(wèn)題，而各自由度的相互關(guān)系已隱含在測(cè)得的恢復(fù)力之中，使方程式求解大大簡(jiǎn)化。試驗(yàn)步驟重復(fù)步驟3，按和控制位移施加荷載，實(shí)測(cè)恢復(fù)力及，計(jì)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(dòng)加速度時(shí)程指定的時(shí)刻對(duì)于兩自由度聯(lián)機(jī)試驗(yàn)，第一個(gè)數(shù)值積分計(jì)算可用線性加速度法，以后均采用中心差分法進(jìn)行計(jì)算。等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)多自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程：如忽略阻尼項(xiàng)，則運(yùn)動(dòng)方程為等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)存在的問(wèn)題：多自由度系統(tǒng)所受外力隨時(shí)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(jì)算和液壓控制等方面帶來(lái)困難。等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)在擬動(dòng)力試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：剛度大的多自由度結(jié)構(gòu)或模型試驗(yàn)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)當(dāng)各質(zhì)點(diǎn)位移指標(biāo)到達(dá)預(yù)計(jì)值而荷載卻與預(yù)定值有較大的出入。從動(dòng)力分析表明，剛度大的質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)在地震過(guò)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(yàn)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(dòng)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(yàn)將多自由度體系轉(zhuǎn)換為等效單自由度體系進(jìn)行擬動(dòng)力試驗(yàn)。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(yàn)過(guò)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(jì)值。由于這一體系以頂層位移為標(biāo)準(zhǔn)，形成了一個(gè)等效單自由度體系。等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)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(shí)間變化的函數(shù)，由虛功原理得到無(wú)阻尼多自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)因?yàn)樗缘刃巫杂啥润w系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)程序?qū)⑦\(yùn)動(dòng)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(yàn)程序用中心差分求得n時(shí)刻的和求解方程得等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)程序由方程求得試驗(yàn)施加結(jié)構(gòu)頂層位移按倒三角形分布對(duì)結(jié)構(gòu)施加外力，頂層控制位移加到測(cè)讀各層反力計(jì)算基底剪力等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)程序由換算等效外力等效單自由度體系的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)程序重復(fù)以上1~7步驟，直到地面運(yùn)動(dòng)加速度時(shí)程達(dá)到指定時(shí)刻，完成試驗(yàn)的全過(guò)程。子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)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(yàn)研究：將結(jié)構(gòu)中最容易破壞的部分進(jìn)行試驗(yàn)；基本完好的結(jié)構(gòu)部分由計(jì)算機(jī)模擬子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：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(shí)驗(yàn)室規(guī)模、設(shè)備能力等因素對(duì)試件尺寸的限制，減少經(jīng)費(fèi)。子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)中，整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)由試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)和計(jì)算子結(jié)構(gòu)組成：用于試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)部分稱為試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)其余由計(jì)算機(jī)模擬的部分稱為計(jì)算子結(jié)構(gòu)兩個(gè)形式上獨(dú)立的部分由整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程統(tǒng)一起來(lái)。子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)整體結(jié)構(gòu)在時(shí)刻的離散動(dòng)力方程為I代表計(jì)算子結(jié)構(gòu)，E代表試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)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(dòng)力試驗(yàn)注意事項(xiàng)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(shí)間步長(zhǎng)保護(hù)設(shè)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料整理強(qiáng)度開(kāi)裂荷載屈服荷載極限荷載破損荷載試驗(yàn)數(shù)