基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法研究

振动台子结构试验是一种有效的实时结构混合试验方法,利用振动台和其他加载装置进行联合加载,可以提升振动台的加载能力。针对试验过程中受到干扰影响的振动台子结构试验控制系统,提出一种基于Smith预估器的控制方法。介绍了基于主动质量驱动器加载方法的振动台子结构试验装置和工作原理以及Smith预估器的实现方式。分析了时滞对控制系统的影响,当控制系统引入4 ms的时滞时,仿真结果发散,系统模型存在纯滞后环节,因此容易发生较严重的震荡。为解决此问题,引入Smith预估器与改进的Smith预估器并进行相应的数值仿真工作。仿真结果表明:基于传统Smith预估器的振动台子结构试验方法能够保证系统仿真结果不再发散,但其结果较为一般;而基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法结果更为理想,其峰值误差与均方根误差等相关评价指标都相对较小,说明所提方法可以有效解决时滞系统的稳定性问题。

下部减震层间隔震结构振动台试验研究

层间隔震体系是基础隔震体系的发展与延伸,作为一种复杂结构体系,以往的研究仅限于探讨隔震层参数对地震响应及减震效果的影响,首次进行了下部结构附加黏滞阻尼器的层间隔震结构振动台试验研究。设计了1个四层的钢框架模型,首先进行了基础固接及1层顶隔震的振动台试验研究,其次,在1层顶隔震的基础上,在下部结构附加了黏滞阻尼器进行下部减震层间隔震结构的振动台试验研究,测定结构的加速度、层间位移及层剪力系数。试验结果表明,下部减震是在层间隔震基础上进一步提高隔震减震效果,降低结构地震响应行之有效的策略。还建立了层间隔震结构的有限元模型,将有限元分析结果与试验结果进行了对比。

结构抗震试验方法的发展

地震荷载极大的破坏性,使得结构抗震性能的研究成为一个被广泛关注的热点问题。为了提高结构抗震研究的试验能力和试验水平,近年来在传统结构抗震试验方法的基础上,出现了一些新的试验方式和方法。本文总结介绍了目前结构抗震试验方法的一些发展趋势,包括:(1)地震模拟振动台的大型化和多台化,以进行大比例模型甚至足尺模型试验或考虑大跨度结构地震动的非均匀性;(2)进行子结构试验的实时化,以实现数值子结构模型和试验子结构模型的实时结合;(3)进行试验设备的网络化,以提高试验设备的利用率,实现资源共享等,供有关研究者参考。

位移控制的子结构地震模拟振动台混合试验方法

为了解决地震模拟振动台承载能力及台面尺寸对大型结构试验的限制,扩展振动台的功能,提出了位移控制子结构地震模拟振动台混合试验方法,包括试验原理、试验过程及数值积分方法,并给出了2种子结构边界条件的模拟形式。通过1个简单框架结构的地震模拟振动台试验和子结构混合加载试验验证了该方法的可行性,并指出了该试验方法的主要技术问题。混合试验方法通过子结构技术和振动台试验相结合,解决了目前的地震模拟振动台试验和拟动力试验在设备规模和加载速度上的局限性。

基于振动台的动力子结构试验界面反力获取方法

基于振动台的实时子结构动力试验是一种新型的结构动力试验方法。该试验方法引入了"子结构"这一概念,不仅减小了常规振动台试验对于试验规模的限制,而且克服了拟动力子结构试验中无法考虑加载速率影响的问题。由于该试验方法将整体结构拆分为数值子结构和物理子结构两部分,二者之间通过交界面相互作用力实现实时数据交互,以保证子结构体系与整体结构体系的等效性。因此,如何方便、准确地获取界面反力是实现该试验方法的关键之一。文中对四种界面反力的获取方法进行了理论推导和对比分析。并通过钢框架结构模型振动台试验进行分析验证,最后给出了4种方法的适用条件及使用建议。

调谐液体阻尼器的振动台子结构试验研究

振动台子结构试验将结构模型作为数值子结构在计算机中计算,将调谐液体阻尼器(TLD)作为试验子结构进行物理试验。在TLD和振动台之间安装剪切力测量装置,将地震波和测量剪切力输入到数值子结构中,采用中心差分法进行数值子结构运动方程的求解,计算得到结构顶层的绝对加速度,再由振动台将加速度实时加载到试验子结构上,这样实现结构和TLD耦合体的地震模拟。对剪切力测量平台进行性能试验,验证了测量系统的正确性。对一个单自由度结构有TLD控制时的加速度响应进行振动台子结构试验,结果验证了TLD能够有效地控制结构的加速度响应。

神经网络在振动台子结构试验中的应用

振动台子结构试验的一个重要研究内容是试验系统的时滞与补偿。时滞会影响试验的精度、系统的稳定,甚至造成计算结果的发散。在现代控制理论中,神经网络是解决时滞问题的一个有效工具。在振动台子结构试验中,可以利用神经网络对作动器的信号进行预测。通过仿真分析发现,神经网络的时滞补偿效果显著。

子结构地震模拟振动台混合试验原理与实现

为了解决地震模拟振动台承载能力及台面尺寸对大型结构试验的限制,扩展振动台的功能,本文提出了子结构地震模拟振动台混合试验方法、试验过程及实时数值积分方法,并给出了试验子结构边界条件的两种模拟形式。通过一个简单框架结构的地震模拟振动台试验和子结构混合加载试验验证了该方法的可行性,并指出了该试验方法的主要技术问题。混合试验方法通过子结构技术和振动台试验相结合,解决了目前的地震模拟振动台试验和拟动力试验在设备规模和加载速度上的局限性。

土-结构动力相互作用的振动台试验研究综述

本文从土-结构动力相互作用振动台试验过程中所涉及的结构模型动力相似设计、模型土体的模拟及土体边界条件的模拟三个方面,回顾了近几年来土-结构动力相互作用振动台试验研究的发展历程与现状,重点描述了试验过程中为了更好地反映震动条件下土与结构动力相互作用的机理,学者们所采取的办法和措施。并在此基础上,介绍了一种新的研究土-结构动力相互作用的振动台试验技术。最后,总结了传统的土箱-振动台试验存在的不足,并与这种新的试验技术进行了对比,提出了对于这种新的试验方法仍需要进一步研究和解决的问题。

考虑土-结构相互作用的多跨连续梁桥振动台阵试验研究

土-结构相互作用(SSI)对软土地基上桥梁结构地震响应的影响不可忽略。通过对一座1∶10比例的四跨高架连续梁桥模型的振动台阵试验,系统地分析了SSI效应对大跨度连续梁桥地震响应的影响规律。研究表明:顺桥向地震激励下,SSI效应增大了桥墩变形、墩底受力、墩顶水平加速度及主梁水平加速度,地震响应峰值随剪切波速的减小而单调递增,说明剪切波速是影响SSI效应的重要因素;桥墩加速度响应、位移响应和应变响应对SSI效应的敏感程度有所差异,其中加速度响应对SSI效应最敏感,考虑SSI效应后增幅最大;SSI效应将引起支座相对位移的剧烈变化;实时耦联动力子结构试验技术是进行桥梁结构考虑SSI效应的振动台试验的有效方法。

基于TMD加载的振动台子结构试验技术研究

为克服常规振动台子结构试验需要设置大行程作动器和附加反力墙,实施难度大,控制比较复杂的困难,本文以调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)作为振动台子结构试验的一种简化加载装置,给出了TMD装置动力参数的设计方法,通过数值模拟和振动台试验检验了基于TMD加载的振动台子结构试验的控制效果。研究表明,合理设计TMD装置的控制参数可以在一定程度上满足振动台试验的控制精度要求,TMD加载方法适用于特定结构形式的振动台子结构试验。

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。

一种新型的结构抗震试验方法

在分析原有几种抗震试验方法的基础上,提出了一种新的“混合试验方法”的设想。这种方法将振动台试验与拟动力试验结合起来,以期解决原有试验方法在大型、异型结构抗震研究中遇到的困难。对于这种方法存在的主要问题,本文进行了初步讨论,希望借鉴动态子结构法中的综合模态技术,进行深入的研究并达到实际应用。

TLD振动台子结构试验的数值仿真分析

本文采用振动台子结构试验数值仿真验证了圆柱形调谐液体阻尼器(CTLD)控制建筑结构地震响应的性能。振动台子结构试验将结构模型作为数值子结构在计算机中计算,将CTLD作为试验子结构进行物理试验。在CTLD和振动台之间安装剪切力检测装置,将测得的剪切力和地震波输入到数值子结构中,采用实时子结构中心差分法进行数值子结构运动方程的求解,计算得到了结构顶层的绝对加速度。再将加速度由振动台实时加载到试验子结构上,实现了结构和CTLD的相互作用。对一个单自由度结构有CTLD控制和无CTLD控制时的加速度响应进行了精确数值求解,结果验证了CTLD能够有效地控制结构在地震作用下的加速度响应。用振动台子结构试验对CTLD与结构耦合系统进行仿真,得到的加速度响应与精确数值求解的结果吻合较好,验证了这种方法能够准确地评估CTLD的减振性能。

基于橡胶垫-质量块系统放大效应的子结构振动台试验方法

地震作用下高层建筑结构顶层的动力反应过大,会对设备的安全性及人的舒适度产生极大的影响,由于尺度的原因导致上述研究无法直接采用振动台进行试验。首先阐述了一种基于橡胶垫-质量块系统放大效应的子结构振动台试验方法;然后基于matlab进行了一个三自由度体系数值算例,新输入加速度曲线和原输入加速度曲线较为吻合,证实了地震动传递函数的有效性;最后通过小型振动台进行了三种不同地震作用下整体结构模型试验和子结构模型试验,对比后的研究结果表明:两者的顶层加速度反应曲线趋于一致,最大值几乎相同,从而验证了橡胶垫-质量块系统的放大效应和地震动传递函数对于模拟再现高层建筑结构顶层加速度反应的有效性和适用性,可为高层建筑结构抗震试验提供研究参考。

基于多参量控制AMD的振动台子结构试验数值仿真

为了解决振动台子结构试验加载方式复杂的问题,以主动质量驱动器(active mass driver,AMD)装置作为振动台子结构试验的加载设备,以多参量反馈控制作为基本控制算法,以容易产生底部破坏的剪切型框架结构为试验研究对象,通过理论推导、数值仿真以及与PID位移控制进行对比来探讨这种试验方法的可行性、试验效果,以及试验设计的原则和方法.研究表明,多参量控制算法可以显著提高振动台子结构试验的控制精度.

考虑土-结构相互作用的振动台实时子结构试验仿真分析

本文基于状态空间方程进行了实时子结构试验的初步探索,提出了一种新的实时子结构试验方法。通过simulink仿真发现,这种方法能很好地再现整体分析的结构反应。最后,对考虑土-结构相互作用的振动台实时子结构试验进行了仿真分析。

基于卡尔曼滤波的振动台子结构试验方法研究

振动台子结构试验是一种有效的实时结构混合试验方法,持续受到国内外学者的关注。利用振动台和其它加载装置进行联合加载,从而提升和扩展振动台的加载能力,实现大比例甚至足尺结构试验的目的。基于主动质量驱动器(AMD)加载方法的振动台子结构试验中,在试验子结构和数值子结构完全拆分的情况下,无论采用位移PID还是三参量控制,在界面加速度输入情况下AMD系统在3~5 min后会产生失稳现象,通过调整控制增益、对加速度反馈信号进行滤波无法消除这种现象。在加速度传感器噪声的影响下,子结构试验系统无法保持长期稳定,通过数值仿真表明现有的时滞补偿算法也无法消除这种失稳现象。考虑这种情况,将卡尔曼滤波引入界面加速度的量测环节,通过整体结构模型求得的界面加速度对实测界面加速度进行修正,从而提升了振动台子结构试验的系统稳定性和试验精度。数值仿真结果表明,通过设置合理的卡尔曼滤波参数,可以抑制加速度传感器随机噪声对子结构试验精度的影响,系统时滞稳定性也得到显著改善。文中的研究结果为振动台子结构试验的成功实施提供了一种可行的解决方案。

地基土对设备-结构体系能量反应影响分析

为了分析地基土对设备-结构体系能量反应的影响规律,开展了设备-结构体系振动台试验与设备-结构-地基土相互作用体系实时子结构振动台试验,对比以刚性地基为假设的设备-结构体系与考虑地基土影响后的设备-结构体系能量反应发现:考虑地基土影响后设备与结构的累积总输入能大幅度减小,且地基土可改变设备与结构总输入能在时间上的分布特性。由试验结果根据相似关系反推原型设备-结构体系的能量反应表明,基于刚性地基假设的设备-结构体系能量反应可能存在较大误差,因此在设备-结构体系分析中应当考虑地基土的影响。

子结构技术在结构抗震试验研究中的应用

根据结构试验理论和实验设备的特征,阐述了结构抗震试验的特点及发展,重点分析了子结构拟动力试验方法的原理、数值积分算法、加载方式和误差控制;振动台子结构试验的原理、研究成果;实时子结构的原理和时滞等混合试验方法的基本理论,以及大型通用有限元软件及远程协同试验方法在混合试验中的应用。基于各种试验方法的优势与发展,总结出混合试验技术未来的发展方向。