振动台子结构试验方法实现的韧性防灾需求与其关键问题
发布时间：2021-07-22 16:24
振动台子结构试验可解决振动台试验中缩尺比例过小、结构构造措施难以准确模拟、非结构构件动力响应难以研究等问题。基于振动台子结构试验应用于结构韧性防灾中存在的潜在需求,探讨了振动台子结构试验原理及其实现的关键技术问题。研究结果表明:振动台子结构试验以数值仿真与物理试验相结合的方式间接增加振动台试验能力,具有增大物理试验尺寸、减小尺寸效应影响的优点。但是在数值子结构计算效率、试验系统稳定性分析、物理加载精度、数值子结构建模精度和边界条件模型等方面还需要进一步开展系统的研究。
【文章来源】：地震研究. 2020,43(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图1两阶段实时动力子结构试验
子结构试验的优势在于可以将研究对象按建模难易程度分为数值模拟和物理测试两部分,还能保持结构的完整动力特性。在试验设备能力不变的情况下,试验测试部分的尺寸可以大幅度增大,从而避免大比例缩尺带来的试验误差。依据韧性防灾需求,振动台子结构试验大体可以分为如图2所示的3种情况:第一种:上部结构非线性更强,可作为物理子结构进行试验,下部结构进行数值仿真,如新型TMD/TLD减震装置研究、液体储罐隔震等。另外,土-结构动力相互作用系统研究过程中重点关注上部结构动力响应时也可采用该方式。第二种:下部结构非线性更强,作为物理子结构进行试验测试,上部结构作为数值子结构,如高层结构的破坏主要集中在底部阶层而上面部分基本处于弹性阶段,或者土-结构动力相互作用系统中重点关注土-基础系统特性。第三种:重点关注结构中间部分,将其作为物理子结构,其余部分结构作为数值子结构,如有转换层或中间薄弱层的结构等。从子结构试验实现角度,图2所示的3类振动台子结构试验可以分为两类:前两种试验系统只有一个数值与物理子结构界面,所以用振动台或作动器实现界面的物理与数值交互,第二种子结构中所用振动台的作用和传统试验一样,只需再现地震动输入,不需要与数值子结构实时交互;第三种试验系统有多个数值与物理子结构界面,需要多个振动台或作动器与数值子结构进行实时数据交互。由此可知,实时子结构试验的实现过程实际上是保证试验系统中每个数值与物理子结构实时数据交互过程,其交互流程如图3所示,图中Eq代表外荷载,yN是数值子结构计算得到的界面响应,yP为通过加载系统实际加载到物理子结构上的界面响应,f为物理子结构反馈给数值子结构的界面反力。实时子结构试验实现过程为:通过积分算法求解数值子结构在外荷载和物理子结构反作用下的界面响应,将数值子结构与物理子结构之间的界面响应作为指令传输给加载系统(振动台或作动器),在加载系统的作用下物理子结构发生运动,物理子结构再响应反馈给数值子结构,进行下一步试验,所有环节组合成了一个闭环,如此循环往复完成试验。
从子结构试验实现角度,图2所示的3类振动台子结构试验可以分为两类:前两种试验系统只有一个数值与物理子结构界面,所以用振动台或作动器实现界面的物理与数值交互,第二种子结构中所用振动台的作用和传统试验一样,只需再现地震动输入,不需要与数值子结构实时交互;第三种试验系统有多个数值与物理子结构界面,需要多个振动台或作动器与数值子结构进行实时数据交互。由此可知,实时子结构试验的实现过程实际上是保证试验系统中每个数值与物理子结构实时数据交互过程,其交互流程如图3所示,图中Eq代表外荷载,yN是数值子结构计算得到的界面响应,yP为通过加载系统实际加载到物理子结构上的界面响应,f为物理子结构反馈给数值子结构的界面反力。实时子结构试验实现过程为:通过积分算法求解数值子结构在外荷载和物理子结构反作用下的界面响应,将数值子结构与物理子结构之间的界面响应作为指令传输给加载系统(振动台或作动器),在加载系统的作用下物理子结构发生运动,物理子结构再响应反馈给数值子结构,进行下一步试验,所有环节组合成了一个闭环,如此循环往复完成试验。3 振动台子结构实现关键问题
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市抗震韧性的研究现状及关键科学问题[J]. 杨静,李大鹏,翟长海,周颖,陆新征,刘威,李钢,赵密,温卫平. 中国科学基金. 2019(05)
[2]基于GPU并行计算的地下结构非线性动力分析软件平台开发[J]. 曹胜涛,路德春,杜修力,赵密,程星磊. 工程力学. 2019(02)
[3]设备-结构动力相互作用振动台试验方法研究[J]. 姜忻良,张崇祥,姜南,唐贞云. 振动与冲击. 2019(03)
[4]非结构构件抗震性能试验方法综述[J]. 贺思维,曲哲,周惠蒙,戴君武,王多智. 土木工程学报. 2017(09)
[5]建设地震韧性城市所面临的挑战[J]. 陆新征,曾翔,许镇,杨哲飚,程庆乐,谢昭波,熊琛. 城市与减灾. 2017(04)
[6]基于子结构试验的土-结相互作用实现研究[J]. 郭珺,唐贞云,李易,李振宝. 工程力学. 2017(S1)
[7]试件-加载系统相互作用对实时子结构试验系统稳定性影响[J]. 郭珺,唐贞云,陈适才,李易,李振宝. 工程力学. 2016(11)
[8]混凝土框架楼梯结构抗震性能拟静力试验研究[J]. 赵均,侯鹏程,刘敏,朱玉玉,高志强,彭凌云. 建筑结构学报. 2014(12)
[9]基于OpenSees的大型结构分析GPU高性能计算方法[J]. 解琳琳,韩博,许镇,陆新征,任爱珠. 土木建筑工程信息技术. 2014(05)
[10]地震模拟振动台技术在中国的发展[J]. 高春华,纪金豹,闫维明,李娜. 土木工程学报. 2014(08)
本文编号：3297486
【文章来源】：地震研究. 2020,43(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图1两阶段实时动力子结构试验
子结构试验的优势在于可以将研究对象按建模难易程度分为数值模拟和物理测试两部分,还能保持结构的完整动力特性。在试验设备能力不变的情况下,试验测试部分的尺寸可以大幅度增大,从而避免大比例缩尺带来的试验误差。依据韧性防灾需求,振动台子结构试验大体可以分为如图2所示的3种情况:第一种:上部结构非线性更强,可作为物理子结构进行试验,下部结构进行数值仿真,如新型TMD/TLD减震装置研究、液体储罐隔震等。另外,土-结构动力相互作用系统研究过程中重点关注上部结构动力响应时也可采用该方式。第二种:下部结构非线性更强,作为物理子结构进行试验测试,上部结构作为数值子结构,如高层结构的破坏主要集中在底部阶层而上面部分基本处于弹性阶段,或者土-结构动力相互作用系统中重点关注土-基础系统特性。第三种:重点关注结构中间部分,将其作为物理子结构,其余部分结构作为数值子结构,如有转换层或中间薄弱层的结构等。从子结构试验实现角度,图2所示的3类振动台子结构试验可以分为两类:前两种试验系统只有一个数值与物理子结构界面,所以用振动台或作动器实现界面的物理与数值交互,第二种子结构中所用振动台的作用和传统试验一样,只需再现地震动输入,不需要与数值子结构实时交互;第三种试验系统有多个数值与物理子结构界面,需要多个振动台或作动器与数值子结构进行实时数据交互。由此可知,实时子结构试验的实现过程实际上是保证试验系统中每个数值与物理子结构实时数据交互过程,其交互流程如图3所示,图中Eq代表外荷载,yN是数值子结构计算得到的界面响应,yP为通过加载系统实际加载到物理子结构上的界面响应,f为物理子结构反馈给数值子结构的界面反力。实时子结构试验实现过程为:通过积分算法求解数值子结构在外荷载和物理子结构反作用下的界面响应,将数值子结构与物理子结构之间的界面响应作为指令传输给加载系统(振动台或作动器),在加载系统的作用下物理子结构发生运动,物理子结构再响应反馈给数值子结构,进行下一步试验,所有环节组合成了一个闭环,如此循环往复完成试验。
从子结构试验实现角度,图2所示的3类振动台子结构试验可以分为两类:前两种试验系统只有一个数值与物理子结构界面,所以用振动台或作动器实现界面的物理与数值交互,第二种子结构中所用振动台的作用和传统试验一样,只需再现地震动输入,不需要与数值子结构实时交互;第三种试验系统有多个数值与物理子结构界面,需要多个振动台或作动器与数值子结构进行实时数据交互。由此可知,实时子结构试验的实现过程实际上是保证试验系统中每个数值与物理子结构实时数据交互过程,其交互流程如图3所示,图中Eq代表外荷载,yN是数值子结构计算得到的界面响应,yP为通过加载系统实际加载到物理子结构上的界面响应,f为物理子结构反馈给数值子结构的界面反力。实时子结构试验实现过程为:通过积分算法求解数值子结构在外荷载和物理子结构反作用下的界面响应,将数值子结构与物理子结构之间的界面响应作为指令传输给加载系统(振动台或作动器),在加载系统的作用下物理子结构发生运动,物理子结构再响应反馈给数值子结构,进行下一步试验,所有环节组合成了一个闭环,如此循环往复完成试验。3 振动台子结构实现关键问题
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市抗震韧性的研究现状及关键科学问题[J]. 杨静,李大鹏,翟长海,周颖,陆新征,刘威,李钢,赵密,温卫平. 中国科学基金. 2019(05)
[2]基于GPU并行计算的地下结构非线性动力分析软件平台开发[J]. 曹胜涛,路德春,杜修力,赵密,程星磊. 工程力学. 2019(02)
[3]设备-结构动力相互作用振动台试验方法研究[J]. 姜忻良,张崇祥,姜南,唐贞云. 振动与冲击. 2019(03)
[4]非结构构件抗震性能试验方法综述[J]. 贺思维,曲哲,周惠蒙,戴君武,王多智. 土木工程学报. 2017(09)
[5]建设地震韧性城市所面临的挑战[J]. 陆新征,曾翔,许镇,杨哲飚,程庆乐,谢昭波,熊琛. 城市与减灾. 2017(04)
[6]基于子结构试验的土-结相互作用实现研究[J]. 郭珺,唐贞云,李易,李振宝. 工程力学. 2017(S1)
[7]试件-加载系统相互作用对实时子结构试验系统稳定性影响[J]. 郭珺,唐贞云,陈适才,李易,李振宝. 工程力学. 2016(11)
[8]混凝土框架楼梯结构抗震性能拟静力试验研究[J]. 赵均,侯鹏程,刘敏,朱玉玉,高志强,彭凌云. 建筑结构学报. 2014(12)
[9]基于OpenSees的大型结构分析GPU高性能计算方法[J]. 解琳琳,韩博,许镇,陆新征,任爱珠. 土木建筑工程信息技术. 2014(05)
[10]地震模拟振动台技术在中国的发展[J]. 高春华,纪金豹,闫维明,李娜. 土木工程学报. 2014(08)
本文编号：3297486
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