地震模拟振动台试验12次课.pptVIP

* 怎样改善计算精度呢? 彻底消除恢复力模型误差的思路就是抛弃假设的恢复力模型，直接在试验中量测结构体系的恢复力。也就是说，将结构试验和结构动力分析直接结合起来，从硬件来看，就是计算机与试验机相结合来得到结构体系的地震反应。 * 按照中心差分法，上述位移时程曲线计算的递推格式如下： 将上式的差分关系代入离散的方程： * 试验直接得到的结果是 它们形成结构的位移时程曲线和结构的恢复力。 * 2．多自由度结构拟动力试验方法 多自由度结构拟动力试验方法与单自由度拟动力试验方法在原理上是相同的，但结构运动方程为矩阵形式： 采用中心差分法，得到递推格式的解答： * 　　实际工程中，很多结构在地震中发生的振动以其基本振型为主。这类结构的抗震设计可以采用基底剪力法。在对这类结构进行拟动力试验时，类似基底剪力法，可以将结构等效为单自由度体系，使试验控制得到简化。 * 子结构拟动力试验 　　工程结构在遭遇地震时，往往只有结构的一部分进入非弹性反应阶段。利用结构拟动力试验的特点，可以只对结构非弹性反应部分进行试验，而另一部分结构的弹性反应可以通过计算机求解。 * 如图框架－剪力墙结构，结构底层的剪力墙单元在地震作用下进入非弹性反应阶段。采用子结构拟动力试验方法，底层剪力墙单元为试验单元，用3个作动器对该单元加载，模拟底层剪力墙受到的剪力、弯矩和轴力。结构其余部分的动力反应通过计算机程序求解。将两部分得到的反应在结构整体分析程序中求解，就可得到整个结构的地震响应。 * Structural Test Geotechnical Test at Another Lab Structural FE Simulation 1 Geotechnical FE Simulation 2 Total System Physical Tests Numerical Simulation 子结构混合试验 * 3．伪动力试验步骤 （1）输入地面运动加速度 　　地震波的加速度时程曲线，加速度示值随时间t的变化而改变，为便于计算，首先将实际地震记录的加速度时程曲线按一定时间间隔数字化，即按Δt划分成许多微小的时间段，可以取Δt为0.01，这样就可以用数值积分方法求解运动方程 * （2）计算下一步的位移值 　　采用中心差分法求解下一步位移。 （3）位移值的转换 　　由加载控制系统的计算机将第n+1步的指令位移Ｘn+1转换成输入电压，再通过电液向加载系统控制作动器对结构加载，由作动器用静态的方法对结构施加Ｘn+1位移。 * （4）量测恢复Fn+1 　　即位移值Xn+1对结构施加的荷载，通过作动器的荷载传感器测得此时恢复力Fn+1。 （5）计算出反应全过程 　　将Xn+1，Fn+1数据代入上述算式，用同样方法求得Xn+2，进行加载，求得Xn+2位移下的Fn+2，这样如此循环，自动完成全过程。 * 4．结构拟动力试验方法的误差分析 与地震模拟振动台试验相比，结构拟动力试验方法的主要优势在于结构拟动力试验中可以采用较大的结构试验模型。子结构拟动力试验方法的发展，进一步突破结构模型尺寸的限制。采用大的结构模型甚至原型结构尺寸可以反映地震作用对结构构件性能和结构局部构造的影响，使试验结果更加准确的反映结构的抗震性能。地震模拟振动台试验的结构模型尺寸受到振动台台面尺寸的限制，试验结果不可避免的要受到尺寸效应的影响。 * 从结构拟动力试验方法的基本原理可以知道，结构地震反应实际上是逐步积分计算结果，只是在计算中采用了试验实测的结构恢复力。因此，计算模型误差包含在试验结果中。例如，在多层建筑结构的拟动力试验的计算程序中，结构的质量集中在各楼层处，而实际结构的柱、墙等构件的质量是沿结构高度均匀分布的。结构拟动力试验的计算程序中，阻尼系数属于事先输入的参数，在试验过程中，采用了较低的加载速度，试验结果不能真实地反映阻尼对结构性能的影响。 * 在结构拟动力试验方法中，还有一个主要的误差来源，这就是求解结构动力反应的逐步积分方法。实际结构的地震反应是一个随时间连续变化的过程，但是在结构拟动力试验中，结构反应是在离散的时间点上进行试验和计算。采用不同的时间步长出和不同的逐步积分方法有可能给出不同的试验结果。按照结构动力学理论，求解结构动力反应的积分方法本身还受到稳定性和收敛性等条件的限制。由结构拟动力试验方法的本质特征所决定，试验中的计算误差也是不可避免的。 * 谢谢！ Lab of Prof. Tian Shizhu Lab of Prof. Tian Shizhu Lab of Prof. Tian Shizhu * 二、地震模拟振动台试验