基于MTS加载系统及OpenFresco网络平台的远程协同子结构拟动力试验方法研究

西安建筑科技大学结构与抗震实验室和新疆大学结构实验室合作,以一个两层三跨钢框架结构为试验对象,进行了国内首例跨省远程协同子结构混合仿真拟动力试验。试验结果表明:OpenFresco网络平台通讯性能良好,数据远程传输消耗时间可忽略;通过两所大学实验室测得的力、位移、加速度等试验数据的对比分析,表明该试验系统具有良好的精确性及稳定性;通过OpenFresco网络平台,能够准确远程控制异地实验室的MTS试验系统进行协同工作,从而完成结构简单的子结构混合仿真拟动力试验,为下一步进行大型、复杂结构的子结构混合仿真拟动力试验提供了必要的理论和实践基础。

球罐地震反应分析及其子结构拟动力试验方法

为了研究流固耦合作用对球罐地震反应的影响,利用ABAQUS软件建立1 000m3球罐有限元模型。采用子空间法对球罐进行了模态分析,并与规范算法进行对比,同时采用耦合拉格朗日欧拉算法,对考虑液固耦合作用的球罐进行地震反应分析。分析结果表明:考虑液固耦合作用使球形储罐的顶点位移、竖向支反力、支柱底部剪力以及拉杆应力等方面衰减得更快,并且在数值上也比附加质量法所模拟的结果小很多。在此基础上,介绍了子结构拟动力试验方法,提出将子结构拟动力试验方法应用于球形储罐的抗震性能分析,阐述了球形储罐子结构拟动力试验的步骤,为球形储罐抗震研究提供一种新的试验研究思路。

基于OpenSees的子结构拟动力试验方法研究

研究了以有限元软件OpenSees为核心计算平台的子结构拟动力试验方法,主要探讨了在OpenSees中实现子结构反应量实时查询、子结构边界条件处理,以及利用OpenSees的通信协议实现试验子结构和整体结构时程分析程序之间位移指令和反馈力的数据交换方法.利用本文方法进行了8层防屈曲支撑高层钢框架的虚拟子结构拟动力试验,试验结果与采用OpenSees进行整体时程分析的结果吻合良好,证明了本文子结构拟动力试验方法的可行性与有效性.

考虑群桩-土相互作用的梁式桥子结构拟动力试验方法研究

考虑群桩-土相互作用影响,对梁式桥在顺桥向水平地震作用下的子结构拟动力试验方法进行了研究。在建立的结构试验模型中,可以取桥梁支座、桥墩或桩基础作为试验子结构置于异地实验室进行试验实测,其余部分进行数值模拟。基于网络化结构实验室Net SLab系统,开发了考虑群桩-土相互作用的梁式桥远程协同子结构拟动力试验程序。进行了一系列梁式桥远程虚拟子结构拟动力试验,并将试验结果与SAP2000时程分析结果进行了对比,验证了试验程序的可靠性。

基于ABAQUS的子结构拟动力试验方法研究

子结构拟动力试验将整体结构分为数值子结构与试验子结构,数值子结构通常采用研究人员自行编制的程序。研究了以ABAQUS为核心计算软件的子结构动力试验方法,介绍了利用Python语言编制的有限元软件接口,包括利用socket实现数据通讯、ABAQUS数据库的读取与写入以及利用Python在ABAQUS中建立分析步等。利用提出的方法进行了简单的虚拟试验,并与ABAQUS整体分析结果进行比较。比较结果显示了方法的可行性。通过对不同结构的虚拟实验,验证提出的软件通讯接口具有一定的通用性。

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。

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。

储液罐子结构拟动力试验方法研究

针对储液罐抗震研究中主要采用有限元软件模拟和缩尺模型的振动台试验方法的现状,提出基于有限元软件的储液罐子结构拟动力试验方法,将子结构技术应用于储液罐抗震的研究,采用有限元和试验方法相结合分析储液罐震动反应,拟动力试验的数值积分部分用有限元模拟代替,以解决具有分布质量罐体的动力计算以及流固耦合分析问题。介绍了该试验方法的基本原理与过程、试验系统、边界条件模拟等问题,为储液罐抗震研究提供了新的可选试验方法。

考虑弯曲变形影响时子结构拟动力试验方法的研究

本文针对砌体结构子结构似动力试验中界面弯矩模拟问题进行专题研究，提出了界面弯矩的精确模拟方法，通过试验结果对比可以看出，采用不同的模拟方法对计算结果有较大的影响。

子结构拟动力试验方法在老旧住宅外套式加固改造工程中的应用

以北京前三门地区加固改造项目为工程背景,对子结构拟动力试验方法进行应用研究。介绍了用于拟动力试验的数值积分法(OS算法)及其在拟动力试验中的实现,开发了基于MTS电液伺服加载系统的结构拟动力试验软件TOHTP,针对采用外套式加固后的老旧住宅的1/2缩尺模型进行了子结构拟动力试验研究。研究结果表明:OS算法是对于大多数结构为无条件稳定的数值积分算法,适用于子结构拟动力试验;拟动力试验软件TOHTP正确实现了OS算法,对于建筑结构的拟动力试验方便有效;拟动力试验结果验证了加固后的老旧住宅能够满足现行规范的抗震性能要求。

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。

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。

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.

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。

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。

多层框架结构远程协同拟动力试验方法研究

针对国际土木结构试验的网络化发展的趋势,研究了多层剪切型结构模型的远程协同拟动力试验方法,建立了任意选取层子结构时整体结构的动力方程,通过分析三层房屋结构不同的子结构选取方式来研究试验子结构边界条件的模拟.为了验证该试验方法,进行了四层框架结构的远程控制拟动力试验.通过两种不同的子结构选取方式进行对比分析,试验结果表明,本文提出的试验方法是可行的,也为异地不同的实验室之间同时进行数个子结构的多层房屋结构的远程协同拟动力试验提供了可能.

基于有限元软件的子结构拟动力试验技术

目的研究有限元软件与电液伺服加载系统联机的子结构拟动力试验技术.方法运用OpenFresco试验协调系统,实现通用有限元软件OpenSees与电液伺服加载系统MTS Flextest GT的数据传递,并开展单层单跨钢结构框架在地震作用下的反应分析.结果MTS Flextest GT可以有效地接收并响应OpenSees发出的位移命令,作动器的目标位移与反馈位移基本一致,MTS Flextest GT与OpenSees的通信稳定可靠.子结构拟动力试验结果与OpenSees模拟结果吻合较好,该试验方法完全能够满足试验精度的要求.结论采用OpenFresco协调试验系统能够实现结构构件层次上的子结构拟动力试验,极大地扩展了拟动力试验的功能.

子结构法拟动力试验技术研究

子结构法拟动力试验与传统意义上的全结构法拟动力试验相比具有操作灵活、试验成本低廉的优点。本文在阐述子结构法拟动力试验的原理及特点的基础上,结合典型的试验实例论述了分离式子结构法拟动力试验和整体式子结构法拟动力试验的实施方法及试验结果。对安装软钢阻尼器的单层单跨钢框架结构,以阻尼装置作为试验子结构实施了分离式子结构法拟动力试验,为软钢阻尼器的恢复力模型确定了合理的参数;对某一地震观测用的三层钢框架结构输入该结构在历年地震观测中采集到的地震波记录实施了整体式子结构法拟动力试验,其试验结果与地震反应观测结果吻合得较好。本文研究表明,进行子结构法拟动力试验时试验子结构的合理选取是试验成功的关键,文中所述的试验方案可为工程结构的子结构法拟动力试验提供参考依据。

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。

部分填充圆形钢管混凝土桥墩子结构拟动力试验

目的探明在整体桥梁中部分填充圆形钢管混凝土桥墩在E1和E2地震动作用下的非线性动力性能,提出合理的桥墩抗震设计.方法通过桥墩柱的子结构拟动力试验研究,了解整个桥梁结构的受力特点,利用试验和数值分析相结合的方法,对部分填充圆形钢管混凝桥墩在整体桥梁上的抗震性能进行分析.其中E1和E2地震动分别输入EL CENTRO波和日本神户地震JRT-NS波等两种工况.结果得到了在这两种工况作用下试验子结构桥墩的反应位移和水平力-位移滞回曲线.数据曲线表明了桥墩模型在E1和E2地震作用下的破坏情况与试验结果能够较好吻合.结论表明在E1地震动作用下桥墩处于弹性状态,在E2地震作用下桥墩处于弹塑性状态,没有明显的破坏迹象,表现出良好的抗震性能.该试验方法对于探明关键构件对桥梁等整体结构力学性能影响的有效性.