TLD振动台子结构试验的数值仿真分析震灾防御技术.PDF

第 5 卷 第 1 期 震灾防御技术 Vol. 5, No. 1 2010 年 3 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Mar., 2010 周惠蒙，吴斌，2010. TLD 振动台子结构试验的数值仿真分析. 震灾防御技术，5 （1）：9—19. TLD 振动台子结构试验的数值仿真分析1 周惠蒙 吴 斌 （哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨 150090 ） 摘要 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。 关键词：地震模拟振动台 子结构试验 CTLD 中心差分法 引言 传统的拟动力试验方法和振动台试验方法存在一些缺陷，其主要表现为拟动力试验方法 反映的是慢速加载下试件的抗震性能，不能够反映速度相关型和加速度相关型试件的抗震性 能。而受振动台承载力的限制，一般的振动台试验只能进行缩尺的模型结构试验，由于缩尺 结构模型的动力相似比很难满足要求，尤其是在弹塑性范围内，所以试验结果难于推广到原 型结构中去。1992 年，Nakashima 等（1992）提出了实时子结构实验方法，这种方法对速度 相关型试件进行实时加载以准确获得其性能，自此之后，我国学者也对此试验方法展开了一 系列研究（袁涌等，2008 ；李进等，2005 ），并已应用在实际工程中（Wu 等，2007 ）。这种 试验方法主要针对速度相关型试件，它将结构分为数值子结构与实验子结构，将呈现复杂非 线性的结构部分作为试验子结构，由物理试验模拟；将结构其它部分看成是线性的，作为数 值子结构，由计算机模拟；由作动器或振动台等加载装置的实时加载来使两部分交界面处的 变形一致，作用力平衡。 1 基金项目 国家自然科学基金50938001 ），地震行业科研专项经费（20084190731 ） [收稿日期] 2010-02-09 [作者简介] 周惠蒙，男，生于 1982 年。博士生。主要从事结构试验技术研究。E-mail: Zhouhuimeng@hit.edu.cn 吴斌，男，生于 1970 年。教授，副院长。主要从事结构控制和结构试验技术研究。E-mail:bin.wu@hit.edu.cn 10 震灾防御技术 5 卷 TMD 和 TLD 等结构控制装置是加速度相关型试件，它们的减振性能与其底部受到的加 速度密切相关，一般采用振动台进行试验。Igarashi 等（2002 ）对一个65m 高的桥墩 TMD 进 行了振动台子结构试验，同时国外的一些学者已经在振动台子结构方面进行了很多工作 （Horiuchi 等，2000 ；Reinhorn 等，2004 ）。Lee 等（2007 ）对RTLD 进行了振动台子结构试 验，采用的是状态方程方法对数值子结构进行求解，但没有深入分析积分算法对加速度实现 的影响。杨现东等（2007 ）对考虑质量的动力子结构提出了实时子结构中心差分法，实现了 动力子结构加速度的准确控制。 本文采用考虑质量的实时子结构中心差分法，对 CTLD 和结构耦合系统进行振动台子结 构试验，以验证这种方法在评估 CTL