隐式动力子结构试验的稳定性分析

探讨了当试验子结构是动力系统时等效力控制方法的仿真方法,提出了一种结合数值仿真确定算法放大矩阵的方法,运用谱半径法研究了等效力控制方法的算法稳定性.研究表明,随质量比、频率比的增大,算法的稳定界限减小;随阻尼比的比值、控制器增益KP的增大,稳定界限先增后减.与显式方法相比,等效力控制方法的稳定性较好.

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。

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。

基于通用有限元软件ABAQUS的子结构拟动力试验研究

通过OpenFresco试验协调系统,实现通用有限元软件ABAQUS与MTS电液伺服加载系统的数据传递,采用子结构拟动力试验方法开展单层单跨钢结构框架在地震作用下的反应分析。通过有限元软件模拟结果与试验结果的对比,证明该试验方法的结果与模拟结果一致。采用OpenFresco试验协调系统不仅能够实现结构构件层次上的子结构拟动力试验,而且能够使计算子结构部分进入塑性,极大地扩展了拟动力试验的功能。

底框砌体剪力墙震损房屋抗震加固拟动力子结构试验

在完成了3层足尺底框配筋砌块短肢砌体剪力墙震损房屋损伤程度的评估、加固的基础上,通过对加固后的3层房屋进行拟动力抗震性能试验,研究了震后受损结构构件所用加固方法的适用性和加固对恢复结构抗震性能的效果,为寻求震损结构加固修复的方法提供理论依据,并为汶川地震受损底框房屋的结构修复提供参考。

MDOF子结构拟动力方法在复杂高层结构抗震试验中的应用研究

研究了实验子结构、计算子结构均为多自由度(MDOF)的子结构拟动力试验方法,并采用该方法对一种新型复杂高层结构——框支配筋砌体剪力墙结构进行了抗震试验研究。分析结果表明,当全结构的实验子结构采用多自由度后,不仅使实验能够得到全结构的地震反应,而且可以较好地反映实验子结构在真实地震作用下的力和位移的分布方式,并且可以得到不同性质楼层(如转换层结构的上部和下部楼层)在地震作用下的层位移-层剪力滞回耗能特性,而后两点是实验子结构采用单自由度的子结构拟动力试验做不到的。试验证明,采用实验子结构、计算子结构均为多自由度的子结构拟动力试验方法进行复杂高层结构的抗震试验能比目前常用的实验子结构采用单自由度的子结构拟动力试验获得更多有效而真实的数据。

基于多振动台的土-结相互作用动力子结构试验方法研究

土-结构动力相互作用的研究已经持续了100多年,取得了大量理论研究成果,但受试验设备和试验方法的限制,试验研究还很欠缺。土-结构动力相互作用的整体分析法是将土和结构同时作为试验对象,其对试验设备尺寸和输出荷载要求较高,目前只能进行大比例缩尺试验,即便如此,对于桥梁等长大型结构在多维多点地震作用下的性能的试验,目前的试验设备也无能为力。近年来得到发展的实时子结构实验方法的优点就是能够在现有实验条件下对工程结构中关键部分进行足尺实验,该方法为实现多维多点土-结构动力相互作用混合试验提供了可能。本文以九子台模拟地震振动台台阵为设备基础,将土模型作为数值子结构,结构物作为物理子结构,研究考虑土-结构动力相互作用的多维多点混合抗震试验方法。

高阶单步拟动力子结构试验算法

在高阶单步拟动力试验算法基础上,将具有无条件稳定、优良的算法阻尼特性、无超越现象、截断误差为△t^5的高阶单步法用于拟动力子结构试验,提出了高阶单步拟动力子结构试验算法.根据拟动力子结构算法数值模拟分析结果,以及底部框支配筋砌块短肢砌体剪力墙足尺模型结构试验结果,证实了高阶单步算法的可行性和优越性.

子结构拟动力试验边界条件模拟方法

针对框架结构体系研究了基于有限元软件OpenSEES的子结构拟动力试验方法.以单层单跨钢框架为例进行了3种不同边界条件模拟方案下的子结构拟动力试验,其中严格边界条件下的试验结果与整体结构时程分析结果完全吻合,表明了该方法的正确性.在此基础上,针对单层、5层与8层3个四跨钢筋混凝土框架,采用杆系模型进行3种不同边界条件模拟方案下的子结构拟动力试验.试验结果表明,仅考虑水平位移边界条件时对试验子结构柱的滞回曲线模拟误差较大,同时考虑水平位移与转角边界条件则能很好地模拟试验子结构柱的滞回曲线.各种简化边界条件对基底剪力影响较小,而对底层水平位移的影响则基本可以忽略.研究结果可以为子结构拟动力试验方案设计提供参考.

基于最小二乘法的自适应拟动力子结构试验

传统拟动力子结构试验中,数值子结构采用事先假定的恢复力模型。为减弱由于数值子结构模型不准确对试验结果所带来的不利影响,本文提出了自适应拟动力子结构试验方法。在子结构试验过程中,利用观测数据在线识别试验子结构恢复力模型,同时更新与试验子结构具有相同恢复力特性的数值子结构恢复力模型参数。针对双折线恢复力滞回模型,推导出了最小二乘参数估计公式,并给出了基于最小二乘法的模型参数在线识别方法。通过数值模拟和试验验证了基于最小二乘自适应拟动力子结构试验方法的有效性。数值模拟与试验的结果均表明,基于最小二乘识别算法计算省时,具有良好的精度和鲁棒性。自适应拟动力子结构试验方法通过参数识别使得数值子结构采用了更精确的恢复力模型,从而使试验结果更加接近结构的真实响应,与一般的子结构试验方法相比具有很大的优越性。

钢管混凝土子结构拟动力试验及有限元分析

为研究变轴力对圆截面钢管混凝土框架柱抗震性能的影响,对6根钢管混凝土柱分别在4个水准地震作用下的子结构进行了拟动力试验。基于试验结果,分析了轴力变化、径厚比和柱子类型等参数对钢管混凝土柱滞回特性、刚度退化、耗能等性能的影响。最后采用Open SEES软件对钢管混凝土模型柱进行有限元分析,并与试验结果进行对比分析,结果表明:钢管混凝土柱破坏现象主要为柱子塑性铰区域钢管的局部屈曲;罕遇地震作用下,轴力变化导致钢管混凝土柱滞回曲线"捏缩效应"相比定轴力柱的滞回曲线更加明显;变轴力试验柱的侧向最大位移和极限荷载相对较小;理论分析结果和试验结果吻合良好,表明Open SEES软件可准确地模拟地震作用下钢管混凝土框架柱的力学特性。

基于有限元软件ABAQUS的子结构拟动力试验技术

通过运用OpenFresco试验协调系统,实现通用有限元软件ABAQUS与MTS电液伺服加载系统的实时数据交互传递,并开展了单层单跨钢结构框架在地震作用下的子结构拟动力试验研究。试验分别对该钢结构框架在小震以及大震作用下的受力状态进行了模拟,并且对比了试验与有限元软件模拟的结构顶部的位移与底部的反力,结果表明该试验结果与模拟结果基本一致,能够满足精度要求。基于有限元软件的子结构拟动力试验将拟静力试验方法与有限元软件结合起来,不仅能够实现结构构件层次上的子结构拟动力试验研究而且可以使计算子结构部分进入塑性,极大地扩展了拟动力试验的功能。

基于OpenSEES的复杂子结构拟动力试验方法

以OpenSEES为核心计算平台,针对框架结构体系取复杂子结构的拟动力试验方法开展研究。探讨了取局部结构体系为试验子结构时的边界条件模拟方法,解决了数值子结构因形成几何可变体系而无法在OpenSEES中求解的问题。通过一榀十二层五跨防屈曲支撑钢框架结构和一榀八层三跨钢筋混凝土框架结构,取一层一跨和一层三跨结构体系为试验子结构的拟动力试验,验证了此子结构拟动力试验方法的可行性与有效性。

砖混结构足尺模型的子结构拟动力试验

文章针对一个经过抗震设计的砖混结构,制作了一个单层单开间的足尺模型,应用子结构拟动力试验技术模拟一个单层十个开间的砖混结构在地震作用下的反应,研究该结构在地震作用下的位移反应、破坏过程与形态,并给出结构的位移时程曲线和滞回性能曲线。试验结果表明,经过抗震设计的砖混结构具有非常强的抗震性能,可以抵抗地震动峰值加速度为1600gal的地震作用,远远超过"大震不倒"的设防目标,可以为提高村镇房屋抗震能力提供参考。

子结构拟动力试验的模型修正法

分别针对剪切模型和杆系防屈曲支撑模型,采用有限元软件OpenSEES整体时程分析方法,研究了试验子结构数量对子结构拟动力试验结果的影响。结果表明:随着试验子结构数量的增多,试验结果精度逐渐提高,呈现出近似二次抛物线形变化规律。在构件数量较多结构体系中,试验子结构数量较少时,子结构拟动力试验的精度不高,试验的意义不大。针对一个单跨两层带斜撑框架模型,基于OpenSEES进行虚拟子结构拟动力试验,采用最小二乘法,利用试验子结构观测数据,在线识别试验子结构的恢复力模型参数,并实时修正与试验子结构有相同恢复力特性的数值子结构恢复力模型。不同试验工况下试验结果对比表明:即使试验子结构数量受到限制,在子结构拟动力试验过程中,基于最小二乘法模型修正方法可以显著提高子结构拟动力试验的精度。

大尺寸非线性实时动力子结构试验实现

实时子结构试验结合物理试验和数值计算的优点,间接增强了既有设备试验能力。受数值积分算法和加载系统控制方法的限制,该方法目前仅限于结构线性或小尺寸试件非线性动力特性研究。为了改善数值子结构求解及物理子结构控制性能,基于SIMULINK发展了闭环数值积分方法、建立了基于仿真的逆动力补偿控制策略。利用这两项技术成功实现了大尺寸试件非线性实时子结构试验,并通过数值仿真和试验验证了其性能。研究表明:发展的非线性实时子结构试验充分释放了该试验技术的潜能。

子结构拟动力试验的CD-Wilson θ法研究

子结构拟动力试验中的组合数值积分方法具有显式数值积分方法无需迭代和隐式数值积分方法无条件稳定的优点。为解决CD-Newmark方法存在上限频率取值较大导致时间步长变小的问题,将显式的中心差分法和隐式的Wilson-θ法进行组合,形成CD-Wilson θ法。经计算和对Wilson-θ法做出一定修正后,得出该组合数值积分方法的稳定性和精度条件。通过Matlab软件编程,提出了CD-Wilson θ法稳定性的参数取值范围,并用算例做出对比验证。结果表明这种组合数值积分方法不仅稳定性和精度性好,而且比CD-Newmark法的时间步长范围更大。

基于OpenSees桥梁多点激励子结构拟动力试验方法研究

当进行考虑桩土相互作用和多点激励影响的桥梁子结构拟动力试验时,需要耗费大量时间编写结构地震响应模拟程序。因此,在解读通用有限元软件OpenSees功能的基础上,结合子结构拟动力试验的基本特征,研究基于OpenSees考虑桩土相互作用的桥梁子结构拟动力试验方法和程序。采用数值模拟方法进行虚拟子结构拟动力试验,通过和采用OpenSees的整体结构时程分析结果对比,验证了本文子结构拟动力试验方法和程序的可靠性。此外,将该程序进一步扩展用于多点激励下的桥梁子结构拟动力试验,并通过虚拟子结构拟动力试验方法进行可靠性验证。

隔震桥梁地震反应速度控制型实时子结构试验

研究速度控制型实时子结构拟动力试验系统,并通过试验直接考察在地震中天然橡胶支座(NR)、高阻尼隔震橡胶支座(HDR)和超高阻尼隔震橡胶支座(HDR-S)等速度相关型隔震支座对桥梁的减隔震效果.速度控制型实时子结构拟动力试验系统实现实时子结构试验的速度控制,在试验过程中充分地考虑到加载速度对拟动力试验结果的影响,高精度地模拟了隔震桥梁的地震反应.试验结果证明,对于速度相关型试验试件这种试验系统拥有足够的精度.通过对比3种不同隔震橡胶支座的试验结果,证明了超高阻尼隔震橡胶支座对隔震桥梁结构具有优良的隔震减震效果.

钢框架减震结构拟动力试验

目的对一个首层薄弱的4层钢框架结构进行消能减震设计,研究该减震结构在不同地震烈度下的地震响应以及阻尼器的性能.方法根据日本隔震结构协会(JSSI)编写的《被动减震结构设计·施工手册》中介绍的被动消能减震设计方法,使用带缝钢板阻尼器,基于该结构减震性能曲线进行减震设计,对该减震结构进行拟动力子结构试验.结果在小震、中震及大震下,该减震结构的最大层间位移计角在1/50以内,阻尼器不发生面外变形,也不产生裂缝,与结构共同抵抗侧力,保证结构不发生破坏.结论该减震结构具有良好的减震性能,所采用的带缝钢板阻尼墙能够发挥其滞回耗能性能,但在大震后面外失稳,需要提供足够的面外约束进一步提升其抗震性能.