振動(dòng)臺(tái)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)可解決振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中縮尺比例過小、結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施難以準(zhǔn)確模擬、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件動(dòng)力響應(yīng)難以研究等問題�；谡駝�(dòng)臺(tái)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)韌性防災(zāi)中存在的潛在需求,探討了振動(dòng)臺(tái)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)原理及其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)問題。研究結(jié)果表明:振動(dòng)臺(tái)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)以數(shù)值仿真與物理試驗(yàn)相結(jié)合的方式間接增加振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)芰?具有增大物理試驗(yàn)尺寸、減小尺寸效應(yīng)影響的優(yōu)點(diǎn)。但是在數(shù)值子結(jié)構(gòu)計(jì)算效率、試驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析、物理加載精度、數(shù)值子結(jié)構(gòu)建模精度和邊界條件模型等方面還需要進(jìn)一步開展系統(tǒng)的研究。 

【文章來源】：地震研究. 2020,43(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖1兩階段實(shí)時(shí)動(dòng)力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)在于可以將研究對(duì)象按建模難易程度分為數(shù)值模擬和物理測(cè)試兩部分,還能保持結(jié)構(gòu)的完整動(dòng)力特性。在試驗(yàn)設(shè)備能力不變的情況下,試驗(yàn)測(cè)試部分的尺寸可以大幅度增大,從而避免大比例縮尺帶來的試驗(yàn)誤差。依據(jù)韌性防災(zāi)需求,振動(dòng)臺(tái)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大體可以分為如圖2所示的3種情況:第一種:上部結(jié)構(gòu)非線性更強(qiáng),可作為物理子結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn),下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值仿真,如新型TMD/TLD減震裝置研究、液體儲(chǔ)罐隔震等。另外,土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用系統(tǒng)研究過程中重點(diǎn)關(guān)注上部結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)時(shí)也可采用該方式。第二種:下部結(jié)構(gòu)非線性更強(qiáng),作為物理子結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試,上部結(jié)構(gòu)作為數(shù)值子結(jié)構(gòu),如高層結(jié)構(gòu)的破壞主要集中在底部階層而上面部分基本處于彈性階段,或者土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用系統(tǒng)中重點(diǎn)關(guān)注土-基礎(chǔ)系統(tǒng)特性。第三種:重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)中間部分,將其作為物理子結(jié)構(gòu),其余部分結(jié)構(gòu)作為數(shù)值子結(jié)構(gòu),如有轉(zhuǎn)換層或中間薄弱層的結(jié)構(gòu)等。從子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)角度,圖2所示的3類振動(dòng)臺(tái)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)可以分為兩類:前兩種試驗(yàn)系統(tǒng)只有一個(gè)數(shù)值與物理子結(jié)構(gòu)界面,所以用振動(dòng)臺(tái)或作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)界面的物理與數(shù)值交互,第二種子結(jié)構(gòu)中所用振動(dòng)臺(tái)的作用和傳統(tǒng)試驗(yàn)一樣,只需再現(xiàn)地震動(dòng)輸入,不需要與數(shù)值子結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)交互;第三種試驗(yàn)系統(tǒng)有多個(gè)數(shù)值與物理子結(jié)構(gòu)界面,需要多個(gè)振動(dòng)臺(tái)或作動(dòng)器與數(shù)值子結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。由此可知,實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)過程實(shí)際上是保證試驗(yàn)系統(tǒng)中每個(gè)數(shù)值與物理子結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互過程,其交互流程如圖3所示,圖中Eq代表外荷載,yN是數(shù)值子結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的界面響應(yīng),yP為通過加載系統(tǒng)實(shí)際加載到物理子結(jié)構(gòu)上的界面響應(yīng),f為物理子結(jié)構(gòu)反饋給數(shù)值子結(jié)構(gòu)的界面反力。實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)過程為:通過積分算法求解數(shù)值子結(jié)構(gòu)在外荷載和物理子結(jié)構(gòu)反作用下的界面響應(yīng),將數(shù)值子結(jié)構(gòu)與物理子結(jié)構(gòu)之間的界面響應(yīng)作為指令傳輸給加載系統(tǒng)(振動(dòng)臺(tái)或作動(dòng)器),在加載系統(tǒng)的作用下物理子結(jié)構(gòu)發(fā)生運(yùn)動(dòng),物理子結(jié)構(gòu)再響應(yīng)反饋給數(shù)值子結(jié)構(gòu),進(jìn)行下一步試驗(yàn),所有環(huán)節(jié)組合成了一個(gè)閉環(huán),如此循環(huán)往復(fù)完成試驗(yàn)。

從子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)角度,圖2所示的3類振動(dòng)臺(tái)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)可以分為兩類:前兩種試驗(yàn)系統(tǒng)只有一個(gè)數(shù)值與物理子結(jié)構(gòu)界面,所以用振動(dòng)臺(tái)或作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)界面的物理與數(shù)值交互,第二種子結(jié)構(gòu)中所用振動(dòng)臺(tái)的作用和傳統(tǒng)試驗(yàn)一樣,只需再現(xiàn)地震動(dòng)輸入,不需要與數(shù)值子結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)交互;第三種試驗(yàn)系統(tǒng)有多個(gè)數(shù)值與物理子結(jié)構(gòu)界面,需要多個(gè)振動(dòng)臺(tái)或作動(dòng)器與數(shù)值子結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。由此可知,實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)過程實(shí)際上是保證試驗(yàn)系統(tǒng)中每個(gè)數(shù)值與物理子結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互過程,其交互流程如圖3所示,圖中Eq代表外荷載,yN是數(shù)值子結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的界面響應(yīng),yP為通過加載系統(tǒng)實(shí)際加載到物理子結(jié)構(gòu)上的界面響應(yīng),f為物理子結(jié)構(gòu)反饋給數(shù)值子結(jié)構(gòu)的界面反力。實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)過程為:通過積分算法求解數(shù)值子結(jié)構(gòu)在外荷載和物理子結(jié)構(gòu)反作用下的界面響應(yīng),將數(shù)值子結(jié)構(gòu)與物理子結(jié)構(gòu)之間的界面響應(yīng)作為指令傳輸給加載系統(tǒng)(振動(dòng)臺(tái)或作動(dòng)器),在加載系統(tǒng)的作用下物理子結(jié)構(gòu)發(fā)生運(yùn)動(dòng),物理子結(jié)構(gòu)再響應(yīng)反饋給數(shù)值子結(jié)構(gòu),進(jìn)行下一步試驗(yàn),所有環(huán)節(jié)組合成了一個(gè)閉環(huán),如此循環(huán)往復(fù)完成試驗(yàn)。3 振動(dòng)臺(tái)子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵問題

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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