地震模拟振动台子结构混合试验方法

为了克服地震模拟振动台对试验结构尺寸和质量的限制,并降低试验费用,将子结构试验技术应用于振动台试验,并提出了新型的振动台子结构混合试验方法。介绍了振动台子结构试验的基本原理,分析了2种实时加载方式和加载的具体过程,探讨了振动台子结构试验数值积分算法的特点,并结合算例分析了数值积分算法的稳定性和试验的可行性。数值仿真结果表明:当数值积分步长足够小、试验控制系统的滞后不大时,振动台子结构试验的结果能够很好地与全结构试验的结果相吻合。

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。

混合结构体系高层建筑模拟地震振动台试验研究

随着现代建筑高度的不断增加,混合结构体系在超高层建筑中逐步广泛应用,因此对该结构体系在地震作用下的破坏机理和抗震性能展开深入的研究是一项有意义的工作。本文对一混合结构体系复杂超高层建筑进行1/35的模型模拟地震振动台试验,分析模型结构的动力特性和不同烈度地震作用下加速度、位移和应变反应,然后根据相似关系推算出原型结构的动力特性和反应,研究其在各水准地震作用下的破坏机理和破坏形式,最后对原型结构设计提出若干建议。

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。

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。

三层轻木-混凝土混合结构足尺模型模拟地震振动台试验研究

轻型木结构在地震作用下的性能已有了一定的研究基础,但轻木混合结构的抗震性能研究尚未得到充分认识。本文重点介绍了首次进行的3层轻木-混凝土混合结构振动台试验,试验房屋下部一层为钢筋混凝土框架结构,上部二层为对称轻型木结构,模型平面尺寸为6.1m×3.7m。对5个上下抗侧刚度比不同的足尺模型,采用3种地震动沿房屋纵向激振,峰值加速度依次为0.1g^0.5g。每次激振后测定房屋自振频率及对应的阻尼,各层加速度和水平位移,木结构底部与混凝土结构顶部之间竖向相对位移以及螺栓锚固力等。试验结果表明:(1)轻木-混凝土混合结构具有良好的抗震性能;(2)上部木结构与底层混凝土结构间连接可靠;(3)5个模型的振动均以第1振型为主,但对于刚度比大的模型,下部混凝土结构的2阶振动较明显;(4)刚度比大的模型其地震反应小于刚度比小的模型。

高层钢框架-混凝土核心筒混合结构振动台试验研究

为了研究高层钢框架-混凝土核心筒混合结构的整体抗震性能,本文设计了一个典型的比例为1/15的20层钢框架-混凝土核心筒混合结构的缩尺模型,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室实施了模拟地震振动台试验。本文重点介绍试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度和位移反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,并根据相似理论得到了原型结构的地震反应。试验研究表明:原型结构基本能够满足我国现行规范"小震不坏、大震不倒"的抗震设防标准;核心筒发挥了主要抗侧力作用;结构在大震作用下有较好的延性;钢框架与核心筒的连接节点在结构设计时应给予重视。

钢框架-混凝土筒体混合结构抗震性能振动台试验研究

钢框架钢筋混凝土筒体结构在高烈度区的抗震性能和地震剪力在钢框架和混凝土筒体之间的分配比例是这种体系抗震性能研究的重点。模型的振动台试验表明,该结构体系的破坏集中于混凝土筒体,钢框架没有出现明显的破坏现象,结构整体的延性较好;而混凝土筒体结构承担了绝大部分的地震剪力。建议在混凝土筒体内预埋尺寸较小的构造用钢柱、钢梁,以改善筒体延性。

混合结构振动台模型试验研究与计算分析

为研究混合结构的整体抗震性能,本研究以一个Ⅷ度区的LG大厦为原型,制作了1/20的整体模型,在同济大学土木工程国家重点实验室进行振动台试验,以考察地震动频谱及地震强度对混合结构地震反应的影响,了解混合结构体系的抗震性能、地震反应和破坏特征。本文还利用纤维模型建模对混合结构整体抗震性进行非线性分析计算,并将计算结果与振动台试验数据进行对比分析。试验和计算结果表明:外钢骨框架-内混凝土核心筒混合结构具有较好的抗震性能。

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。

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。

福建农村框架-砌体水平混合结构振动台试验研究

为了研究福建省农村中近年来出现的框架-砌体水平混合结构的抗震性能,以一幢实际民居为原型,进行了1/2缩尺模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性及其在不同地震作用下的试验现象和动力反应。同时,利用ANSYS软件建立了有限元模型,并将试验数据与计算结果进行了对比。研究结果表明:计算结果和试验数据吻合较好,验证了有限元模型的有效性;结构砌体部分破坏方式相似于砖混结构;结构框架部分的混凝土柱顶节点易出现应力集中;结构刚心和质心不重合且二层侧移刚度显著大于一层;在地震作用下,一层结构会发生较大的位移且同时存在扭转效应,结合较差的建筑质量,该类型结构在地震中具有较大隐患。

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。

复杂组合结构振动试验的有限元-统计能量混合建模与分析

对某一梁板组合结构进行振动台试验,并对该结构振动试验进行有限元-统计能量(FE-SEA)混合建模分析,将梁板组合结构与振动台工装连接的梁建立为环形梁统计能量子系统,从而对其施加约束来实现振动台加速度载荷的施加。分析了内声腔以及外部空气对结构振动的影响,并将有限元-统计能量(FE-SEA)混合模型计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明,梁板组合结构振动试验的FE-SEA混合模型计算结果与试验结果基本吻合,验证了使用H-混合模型方法进行梁板组合结构振动分析的有效性。

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.

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。

基于子结构等效刚度修正的抗震混合试验方法研究

为了研究试验子结构等效刚度对结构抗震混合试验结果的影响,以结构固有频率设计为基础,并根据振动台的尺寸和承载能力要求设计两榀三层三跨的钢框架模型做地震模拟振动台试验;根据结构的对称特性选取框架底层1/4及1/2结构为试验子结构并利用结构变形协调原理对试验子结构边界自由度进行缩减,设计了双通道作动器协同控制加载技术对试验子结构边界条件进行模拟,最后对所设计的三层钢框架模型进行混合试验,混合试验结果与振动台试验吻合较好,这表明在结构振动台抗震性能试验受限于台面尺寸和承重等因素时,基于子结构等效刚度的混合试验方法可为结构抗震性能分析提供一种有效的途径。

基于串联长短时记忆网络的振动台子结构试验模拟

振动台子结构试验具有试验测试与数值模拟的双重优势,可实现大尺度甚至足尺模型结构的地震作用复现;振动台子结构试验中数值子结构的实时求解是影响试验精度和系统稳定性、决定试验能否顺利实现的关键因素之一。为提升数值子结构的求解性能,将长短时记忆(long short-term memoryk, LSTM)网络引入到振动台子结构试验中,分别构建了用于模拟试验子结构和数值子结构的神经网络模型,并且在训练数据中引入时滞以模拟系统延迟带来的影响。选择5层钢框架模型结构对神经网络模型进行验证,结果显示,所构建的神经网络模型具有良好的精度、稳定性和时滞补偿能力,计算效率可满足实时控制要求;所提出的神经网络模型可用于振动台子结构试验的数值子结构实时求解。

结构在多态混合控制下水平振动响应的试验与理论研究

对基底隔振器与上部阻尼器共同作用下，结构水平振动响应进行了理论分析，并制做了三层框架结构模型对振动控制效果进行了试验研究。结果表明，减振效果显著且理论计算与试验结果吻合良好。试验中，由基底加速度峰值自动控制隔振器与阻尼器的打开与关闭，从而为隔振器、阻尼器在实际工程中的应用奠定了理论基础。本文还对隔振器与阻尼器的参数进行了优化。