碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑滞回性能

为解决传统自复位防屈曲支撑变形能力不足的问题,提出一种碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑(Disc Spring-Steel Tendon Self-centering Buckling-restrained Brace,DT-SCB).DT-SCB采用串联的钢绞线及碟簧组成的复位系统提供复位能力,通过两个并联的一字型内芯耗散地震能量.介绍了DT-SCB构造、各阶段工作机理及恢复力模型.建立有限元模型,研究复位比率αsc、钢绞线与碟簧组刚度比K1、复位元件与耗能系统刚度比K2等参数对支撑滞回性能、自复位效果及耗能能力的影响.研究结果表明:提出的DT-SCB恢复力模型与模拟结果吻合较好,所有DT-SCB支撑在最大加载位移(2.5%轴向应变)内未发生明显破坏,支撑滞回曲线呈旗帜型特征,且具有稳定的耗能能力.相比于传统基于钢绞线的自复位防屈曲支撑,DT-SCB具有更强的变形能力.DT-SCB最大残余变形随复位比率αsc提高显著减小,而刚度比K1的增加会削弱复位比率对支撑残余变形的控制效果.钢绞线与碟簧组刚度比过大(K1≥2.0)会导致碟簧组提前被压平,进而降低支撑的变形能力.DT-SCB耗能能力受刚度比K2影响较大,其等效黏滞阻尼比随刚度比K2的增大而降低.罕遇地震下支撑-框架结构非线性时程分析结果表明,DT-SCB可以有效减少结构的最大层间位移角及残余层间位移角,提高结构抗震性能.

既有结构外套增层隔震加固振动台试验研究

应用外套结构加固方法及加层减振体系的设计方法,对既有14层剪力墙结构进行外套增层隔震加固设计,研究增层隔震对加固效果的影响。建立1/6缩尺结构试验模型,设计橡胶隔震支座,通过调整隔震层刚度完成层间隔震结构与非隔震结构的振动台试验。对比分析隔震与非隔震结构前两阶频率变化,分析隔震与非隔震结构位移、加速度、混凝土应变响应以及破坏现象的区别。结果表明:增层隔震加固体系能够明显延长结构的二阶周期,并有效地控制结构地震响应;外套结构与原结构协同作用良好,均未发生破坏;既有结构外套增层隔震加固设计方法是可行性的。研究为既有结构抗震加固设计提供有益借鉴。

基于有限元软件OpenSees和OpenFresco的混合试验

为提高混合试验中数值子结构的计算精度,可以采用有限元软件进行模拟。本文将有限元软件OpenSees引入混合试验中以提高数值子结构的模拟精度。项目主要研究基于有限元软件OpenSees和接口软件OpenFresco、试验控制LabVIEW/dSPACE建立的两套混合试验系统,并通过混合试验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。研究结果表明:数值子结构计算内核OpenSees、接口程序OpenFresco以及试验控制LabVIEW/dSPACE之间具有良好的通讯性能,能够满足混合试验的要求;两套混合试验系统具有较好的稳定性和精度。

考虑SSI效应储油罐的子结构实验方法与数值模拟

提出了应用振动台子结构试验方法来研究考虑土-结构相互作用(SSI)效应储罐的抗震性能,该方法将土体简化为双自由度八参量集总参数模型进行模拟,储罐作为试验子结构应用振动台加载,两部分联机完成振动台子结构试验。该方法能完成大比例尺储罐试验,具有传统试验方法难以比拟的优势。然后,通过数值模拟分析了SSI效应对储罐动力响应的影响。分别研究了不同储液高度和不同地基刚度对储罐位移和加速度响应的影响。研究结果表明:考虑SSI效应时,罐体位移响应和加速度响应均有所减小,土质越软,效果越明显;随着储液高度的增高,位移、加速度反应呈现减小趋势。

基于有限元软件OpenSEES的混合试验系统及试验验证

用混合试验研究结构在强震下的抗震性能时,仍然选择简单的线性模型对数值子结构进行模拟显然难以保证实验结果的精度。为解决该问题,将有限元软件OpenSEES引入混合试验中以提高数值子结构的模拟精度。主要研究基于有限元软件OpenSEES和接口软件OpenFresco、实验控制dSPACE建立的混合试验系统,并通过混合模拟和混合试验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。研究结果表明:数值子结构内核OpenSEES、接口程序OpenFresco以及实验控制dSPACE之间具有良好的通讯性能,能满足混合实验的要求;试验系统具有较好的稳定性和精度。

弹性试件的实时子结构试验等效力控制方法

等效力控制方法用反馈控制代替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。通过对具有弹性试件体系的数值模拟和试验进一步验证实时子结构试验等效力控制方法的有效性。首先介绍实时子结构试验等效力控制方法的原理;然后以一单自由度体系为例介绍比例-微分等效力控制器的设计方法,并用劳斯判据分析反馈控制系统的稳定性;接着对一具有弹性试件的单自由度体系进行单步输入反应、自由振动反应和受迫振动反应的数值模拟;最后通过对具有弹簧试件的单自由度体系的单步输入、自由振动和受迫振动反应的实际试验验证此方法的有效性。分析结果表明,只要反馈控制系统中各参数均选正值此系统就是稳定的。数值模拟和试验的结果都表明,等效力控制方法可以取得非常好的稳定性和精度。

位移-加速度振动台迭代学习控制方法试验研究

针对传统位移控制液压伺服振动台台面加速度波形再现不精确的问题,提出了基于位移-加速度振动台迭代学习控制方法,并通过数值模拟和储罐振动台模型实验研究迭代学习控制方法的性能。研究结果表明:基于位移-加速度迭代学习控制方法相比基于位移-位移迭代学习控制方法对于加速度的再现精度更高,修正迭代方法相比直接迭代方法的收敛速度稍快。

采用等效力控制方法的非线性结构实时子结构试验

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。对于非线性结构试验,采用比例-微分(PD)控制器的等效力控制方法会使等效力响应产生稳态误差,从而使试验结果失真。文章用比例-积分(PI)控制器代替PD控制器以解决此问题。介绍了实时子结构试验等效力控制方法,进行了等效力控制器设计,并通过数值模拟和试验验证了采用PI控制器的等效力控制方法对非线性结构实时子结构试验的有效性。数值模拟与试验的结果都表明,对于非线性体系的试验,采用PI控制器的等效力控制方法可以取得非常好的效果。

等效力控制方法在拟动力试验中的应用

为了避免用复杂的迭代求解拟动力试验隐式逐步积分方法的非线性运动方程,作者提出了一种用反馈控制求解的方法—等效力控制方法。这篇文章首先介绍等效力控制方法的原理;然后通过数值模拟和试验验证此方法的有效性。数值模拟和试验的结果都表明,当选用合理的等效力控制器参数时,此方法可以取得非常好的稳定性和精度。数值模拟的结果还表明尽管等效力控制方法是以力作为反馈控制的对象,此方法能有效完成对具有负刚度试件的加载。

等效力控制方法及其在混合试验中的应用

对于大型复杂结构的实时(拟动力)子结构试验,更适宜用无条件稳定的逐步积分方法。隐式逐步积分方法通常是无条件稳定的,然而需要复杂耗时的迭代求解非线性方法。为了避免迭代过程,等效力控制方法用反馈控制求解非线性方程,使隐式逐步积分方法在实时子结构试验中的应用成为可能。本文首先以平均加速度法为例介绍等效力控制方法的原理、关键参数的选取;然后介绍基于等效力控制的能量守恒子结构试验方法和隐式中点法;最后介绍这些方法在以防屈曲支撑阻尼器为试件的单自由度简化结构、以磁流变阻尼器为试件的海洋平台结构的实时子结构试验,以及装配式钢筋混凝土剪力墙结构和框支配筋砌块短肢剪力墙结构拟动力试验中的应用。研究结果表明:这三种等效力控制方法都具有很好的精度,等效力控制方法相对于中心差分法具有更好的稳定性。

三自由度加载系统高精度加载控制方法试验研究

针对三自由度加载系统,对其控制方法进行了较为系统的研究。对现有较为精确的控制方法进行了分析介绍,利用三自由度拟静力试验加载控制软件,在哈尔滨工业大学大型多功能三自由度加载系统上进行了弯剪试验验证,对比分析竖向基于作动器反馈的力-位移混合控制方法,竖向基于LVDT反馈的力-位移混合控制方法和考虑几何非线性的控制方法的准确性。研究结果表明:考虑几何非线性的控制方法对三自由度加载试验的控制最为准确。

基于等效力控制方法TLD减振结构振动台子结构试验

通常采用数值模拟和小比例尺试验的方法研究调谐液体阻尼器(TLD)对结构的减振控制效果。由于TLD依靠水的晃动来提供减振力,精确的数值模型不易建立;另外,振动台模型试验又只能进行小比例尺试验,难以真实反映原型结构性能。为了解决这个问题,提出基于等效力控制方法的振动台子结构试验方法,以真实揭示TLD减振控制结构的抗震性能。通过试验研究得到如下结论:(1)惯性试件的振动台子结构试验结果与精确解吻合很好,表明基于等效力控制方法振动台子结构试验具有很好的精度;(2)TLD减振控制三层钢框架系统的振动台全结构和子结构试验结果吻合较好,进一步证明了基于等效力控制方法振动台子结构试验具有很好的精度。

新型连梁剪力墙结构拟静力试验研究

设计了两个足尺的单层双肢剪力墙试件,其中一个带有传统的钢筋混凝土连梁,另一个连梁中安装有改进的三角钢板阻尼器,通过拟静力试验研究两个试件的屈服破坏模式和抗震性能。研究结果表明:这种新型连梁的耗能能力和变形能力明显优于传统连梁,刚度和强度退化小于传统连梁;新型连梁的变形和耗能都集中在阻尼器中,混凝土连梁基本保持完好,阻尼器能够很好地控制结构的损伤,有利于实现连梁震后的可更换。

砌体填充框架结构的实时子结构试验方法及仿真分析

由于砌体填充框架结构的砌体与框架之间的相互作用,使得其整体动力性能非常复杂。如何通过实时试验准确揭示其抗震性能是非常值得研究的内容。本文介绍了砌体填充框架结构的实时子结构试验方法,并进行了数值模拟。数值模拟的结果表明,本文的方法具有很好的稳定性和精度。

三自由度加载系统力-位移混合控制方法

目的研究一类考虑几何非线性的控制器设计问题,改善三自由度加载系统的加载控制效果.方法在传统不考虑耦合作用的外环位移反馈控制基础上,引入非线性变换和外环PI控制器,利用力-位移混合控制的策略实现对试件的精确加载控制.结果笔者提出的考虑耦合作用的力-位移混合控制方法通过合理设置外环PI控制器的比例参数和积分参数可保证控制系统稳定,且能够实现对试件水平位移、竖向力和转角的精确加载.结论该方法相比传统方法具有更好的加载控制精度,在三自由度加载控制试验中有广阔的应用前景.

走线架系统实时混合实验系统及其性能

为了实现实时混合实验中实时计算、信号传输、实时加载的功能,促进实时混合实验技术的应用与发展,建立了基于Simulink-VeriStand联合与LabVIEW的实时混合实验系统。以典型走线架系统为例,测试实时混合实验系统性能。结果表明:实验系统可以自定义数值子结构的参数,能有效结合PXI机箱和加载控制系统,完成多自由度实时混合实验;实验系统各模块可协同工作,且实时混合实验结果与全结构实验结果吻合较好,两条曲线的相关系数高达83.05%,验证了实验系统的可行性与有效性。

基于位移反馈控制的等效力控制方法

等效力控制方法应用反馈控制的方法求解非线性方程,使隐式逐步积分算法成功应用于实时子结构试验中。等效力控制方法应用力-位移转换系数将等效力转换为位移命令,以使作动器按照传统的位移控制模式对试件加载。力-位移转换系数与试件的刚度有关,粗略方法是用结构的起始刚度,若要提高精度必须准确估计试件的刚度(如上一步割线刚度)。对于复杂的多自由度结构,计算其准确的割线刚度是非常困难的。为解决这个问题,提出不采用力-位移转换系数的方法,即采用基于位移反馈控制的等效力控制方法,通过数值模拟和试验验证所提方法的有效性。研究结果表明,提出的不采用力-位移转换系数的基于位移反馈控制的等效力控制方法具有较好的稳定性和精度。

基于Simulink的混合试验系统及其验证

作为混合模拟的工具,目前的混合试验系统向分布式复杂化发展,这不便初学者理解混合模拟的执行过程,也分散了研究者集中研究的精力,为此本文研究了基本的混合试验系统。首先介绍了Matlab中的Simulink仿真环境,然后提出了基于Simulink的混合试验系统,并讨论了混合模拟执行中的关键问题。最后分别利用简化的加载系统模型和真实的加载系统进行了混合试验系统仿真与验证。仿真结果表明所提混合试验系统各模块可协同工作;试验结果表明该混合试验系统便于进行硬件在回路仿真。

等效力控制方法在连梁阻尼器拟动力子结构试验中的应用

等效力控制方法用反馈控制求解拟动力试验隐式逐步积分方法的非线性方程,避免了复杂耗时的迭代过程。应用等效力控制方法完成了以连梁阻尼器为试件的拟动力子结构试验,检验了其对双肢剪力墙结构的减震效果。介绍了等效力控制方法原理和一些关键参数的选取方法,介绍了装有连梁阻尼器的双肢剪力墙结构模型,并对此结构模型进行了拟动力子结构试验。研究结果表明:通过合理选取等效力控制器参数和力-位移转换系数,等效力控制方法具有很好的稳定性和精度;连梁阻尼器对双肢剪力墙结构反应有很好的控制效果。

结构多轴抗震试验加载系统开发及控制策略研究

开发基于液压伺服作动器的高性能三自由度结构动力试验加载系统,该系统特点为控制精确、功能全面。建立力控制下位移加载混合控制方法,提出拟静力试验中多作动器耦合控制策略。以足尺钢结构立柱为试件,研究应用三自由度结构动力试验系统进行拟静力试验与混合试验具体方法,验证该试验系统在结构动力试验中应用的可行性、有效性。结果表明,通过对多作动器的耦合控制,该试验系统可在拟静力试验中同时实现对立柱试件恒定的竖向力控制及精确剪切型加载。通过基于α-OS法的混合试验证明该加载系统可精确模拟单柱子结构复杂边界条件,对整体坐标与作动器局部坐标变换,可实现多作动器位移协调加载。该结论可推广至多自由度试验系统研究中。