结构振动台试验研究现状与发展_李涛
地震模拟振动台及模型试验研究进展
地震模拟振动台及模型试验研究进展1. 本文概述随着城市化进程的加快和建筑工程技术的不断发展，地震灾害对人类社会的威胁日益凸显。
为了提高建筑结构的抗震能力，减少地震灾害造成的人员伤亡和经济损失，地震模拟振动台及模型试验研究成为了工程抗震领域的重要研究方向。
本文旨在综述地震模拟振动台及模型试验的研究进展，分析现有技术的优缺点，探讨未来发展趋势，为相关领域的研究和实践提供参考。
地震模拟振动台作为一种重要的试验设备，可以模拟地震波对建筑物的影响，为研究者提供一种可控、可重复的实验手段。
模型试验则是将实际建筑结构按比例缩小，通过模拟地震作用下的响应，来研究结构的抗震性能。
这两者的结合为抗震研究提供了强有力的技术支持。
本文首先介绍了地震模拟振动台的工作原理和技术特点，然后对近年来国内外在模型试验方面的研究进行了梳理，包括试验方法、试验对象和试验结果等方面的内容。
接着，本文分析了当前研究中存在的问题和挑战，如模型与原型之间的相似性、试验数据的准确性等。
本文探讨了地震模拟振动台及模型试验的未来发展趋势，包括技术革新、数据分析方法的改进以及与其他抗震技术的结合等方面。
2. 地震模拟振动台技术概述定义：地震模拟振动台是一种用于模拟地震作用的实验设备，通过在实验模型上施加特定的振动，来模拟地震时的地面运动。
原理：振动台通过驱动系统产生可控的振动波形，这些波形可以模拟实际的地震波形或特定的地震动参数。
综合模拟环境：结合温度、湿度等环境因素，进行更全面的地震模拟。
3. 地震模拟振动台的发展历程地震模拟振动台的发展可以追溯到20世纪初。
最初，地震模拟振动台主要用于建筑结构的抗震性能研究。
早期的振动台设备简单，只能模拟一维地震波，且模拟的地震波频率范围有限。
这些早期的尝试为后来的研究奠定了基础。
20世纪50年代，随着电子技术和材料科学的发展，地震模拟振动台进入了快速发展阶段。
这一时期的振动台设备开始能够模拟多维地震波，频率范围也得到扩大。
结构施工过程中的振动台试验与结构模型研究
结构施工过程中的振动台试验与结构模型研究振动台试验是结构施工过程中一项重要的研究方法，通过模拟实际施工中的振动环境，对结构的抗震性能进行评估和验证。
本文将从试验设备的介绍、试验方法的选择、试验参数的确定以及结构模型的研究等方面，对振动台试验与结构模型的关系进行探讨。
一、试验设备的介绍振动台是一种专门用于模拟地震等振动环境的试验设备，它能够对结构施加不同频率和幅值的振动加载。
振动台由台面、支撑结构和驱动系统等组成，具有稳定的工作性能和控制精度。
通常，振动台的最大承载能力和频率范围是进行试验设定的关键参数，合理选择设备能够提高试验结果的准确性。
二、试验方法的选择在结构施工过程中，常用的振动台试验方法主要包括脉冲振动试验、随机振动试验和正弦振动试验等。
根据结构的特点和试验需求，选择合适的试验方法对于研究结构的动态响应具有重要意义。
脉冲振动试验适用于研究结构的动态特性，随机振动试验可以模拟实际施工中的振动环境，而正弦振动试验可以评估结构在特定频率下的受力情况。
三、试验参数的确定在进行振动台试验之前，需要确定试验的参数，包括振动幅值、频率范围和振动方式等。
振动幅值是指施加到结构上的振动力的大小，频率范围是指试验中施加振动的频率范围。
根据结构的实际需求和试验目的，确定合适的参数可以确保试验结果的准确性和可靠性。
四、结构模型的研究在进行振动台试验之前，需要建立结构的模型，以进行试验的设计和分析。
结构模型可以通过现场调查、数值模拟和物理模型等多种手段进行建立。
数值模拟可以利用计算机软件对结构进行虚拟试验，以评估结构的受力情况和动态响应。
物理模型可以通过制作结构的缩尺模型进行实验研究，以验证数值模拟结果的准确性。
结构模型的研究是振动台试验中非常重要的一步，它可以为试验的设计和分析提供基础数据和理论支持。
合理选择结构模型可以降低试验成本和风险，提高试验结果的可靠性和准确性。
结论振动台试验与结构模型的研究在结构施工过程中扮演着重要的角色。
地震模拟振动台台阵控制技术的研究与发展
地震模拟振动台台阵控制技术的研究与发展纪金豹*，李芳芳，李振宝，孙丽娟(北京工业大学 工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京 100124)摘要 地震模拟振动台台阵系统是一种重要的结构动力试验设备，其控制技术是国际范围内结构实验技术领域的重要研究方向。
本文简要介绍了地震模拟振动台及多振动台台阵系统的历史发展和现状，以北京工业大学九子台台阵系统为例，对振动台台阵控制系统的功能、特点进行了总结和介绍。
并重点分析和探讨了多振动台台阵系统的控制技术的相关研究与发展。
本文研究工作对于开展振动台相关控制技术和振动台混合试验技术的研究具有一定的参考价值。
关键词 地震模拟振动台，振动台台阵，控制技术，结构试验Research and development on the control technology of the multipleshaking tables array systemJI Jinbao *, LI Fangfang, LI Zhenbao, SUN Lijuan(Beijing Key Laboratory of Earthquake Engineering and Structural Retrofit ，Beijing University of Technology ，Beijing 100124，China)Abstract Multiple shaking tables array is a kind of dynamic structural test equipment and the control technologiesof it is an important research focus in the field of structural test all the world. The historical development and current status of the shaking table and multiple shaking tables array system were briefly introduced in this paper. And then, the research and development of the control of multiple tables array were analyzed and discussed. Especially, choosing the large-scale shaking tables array with nine sub-tables constructed and installed in the Civil Engineering Experiment Center of the Beijing University of Technology as an example, the functions and features of multiple tables control system were summarized and studied. A certain reference value of this paper was expected on the related studies of the shaking table control technology and hybrid testing techniques based on the shaking tables.keywords shaking table, multiple shaking tables array, control, structural test收稿日期：2012-07-10基金项目：国家自然科学基金资助项目(90715010)*联系作者，Email: jinbao@1 引言地震模拟振动台是地震工程研究中的重要试验设备之一。
振动台试验在结构动力学中的应用
振动台试验在结构动力学中的应用结构动力学是研究结构在外界力作用下的动态响应及其特性的学科。
为了更好地研究和预测结构的动态性能，振动台试验被广泛应用于结构动力学领域。
本文将介绍振动台试验在结构动力学中的应用，并探讨其优缺点以及发展趋势。
一、振动台试验概述振动台试验是一种模拟真实工况下结构受力情况的实验方法。
通过在试验振动台上施加不同频率和幅值的振动载荷，模拟结构在地震、风荷载等动力作用下的响应。
振动台试验可以真实地反映结构的动态性能，为工程设计及结构抗震性能评价提供重要依据。
二、振动台试验在地震工程中的应用地震是结构最常见的动力荷载之一，而振动台试验对于地震工程的研究具有重要意义。
1. 建筑结构抗震研究振动台试验可以对不同类型的建筑结构进行地震响应试验，验证结构的抗震性能。
通过控制试验参数，如振动频率、加速度等，可以模拟不同地震场景，评估结构的抗震能力，为地震工程设计提供可靠的数据支持。
2. 地基-结构相互作用研究在实际工程中，地基条件对结构的动力响应有重要影响。
振动台试验可以模拟地基-结构相互作用，并研究地基改良对结构抗震性能的影响。
通过试验可以得到土体的动力参数，为工程设计提供土壤-结构交互作用的准确数据。
三、振动台试验在航天工程中的应用振动台试验在航天工程领域也有广泛应用。
航天器在发射过程中会经历严苛的振动环境，因此需要进行振动台试验来验证航天器的可靠性和耐久性。
1. 航天器结构动力学特性试验通过振动台试验可以对航天器的结构进行模态分析，研究结构固有频率及振动模态。
通过试验数据可以验证结构的设计准确性，为航天器的结构设计提供可靠依据。
2. 航天器环境适应性试验振动台试验可以模拟航天器在发射过程中的振动环境，验证其在各种振动载荷下的工作能力。
通过试验可以检测航天器的结构强度、电子设备功能是否正常，为航天任务的成功实施提供保障。
四、振动台试验的优缺点及发展趋势振动台试验作为一种重要的实验方法，具有如下优点：1. 可模拟真实动力环境：振动台试验可以模拟复杂的动力环境，准确反映结构的动态响应。
木框架结构震动台实验研究
（ １ ． Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ０ ０ ３ ７ ； ２ ． Ｎ ｏ ． １ １ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｋ ａ ｉ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ０ ０ ４ １ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０
江苏 建 筑
２ ０ １ ３年 第 ３期 （ 总第 １ ５ ５期 ）
木框架结构震动台实验研究
赵 淑 颖 ． 丁 超
（ 南京林 业大 学 。 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ３ ７ ； 南 京 凯盛建 筑设 计有 限公 司＋ － （ ｆ￣ ｎ － － ］ ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ １ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｗ ｏ ｏ ｄ ｅ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ，ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ —
ｄ ａ ｍ ｐ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ； ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｕ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ
基业振动试验系统现状与发展
振动盘功能及结构分类振动盘是一种自动组装机械的辅助设备,是一种能自动定向排序的送料设备.能把各种产品有序排出来,它可以配合自动组装设备一起将产品各个部位组装起来成为完整的一个产品. 其工作目的是通过振动将无序工件自动有序定向排列整齐,准确地输送到下道工序.作用:广泛应用于电池\五金\电子\医药\食品\塑胶插件\喷雾器\连接器\精密振动盘应用等各个行业,是解决工业自动化设备供料的必须设备.振动盘辅助产品:底盘\顶盘\控制器\直线送料器\振动平台料仓\涂层电磁振动上供料器从结构上分:直槽往复式和圆盘扭动式.其中直槽式一般作为不需要定向整理的粉粒状物料的给料器,或用于清洗,筛选,烘干加热,冷却等操作.圆盘式多用于需要定向整理的,有一定形状和尺寸的物料的上供料.振动盘的组成:料斗\底盘\控制器\直线送料器等配套组成. 振动盘的料斗分为筒形料斗,螺旋,线料斗,锥形料斗,等分线料斗等五种; 底盘有正拉底盘,侧拉底盘,压电式底盘,精密底盘四种; 控制器分为普通控制器,调频控制器,分级控制器,带缓启动控制器,数显调频控制器五种; 直线送料器可根据客户需求订制各式各样型号直线送料器,也可根据产品要求订制.基业振动试验系统现状与发展3.电动式振动台电动式振动台是目前使用最广泛的一种振动设备。
它的频率范围宽，小型振动台频率范围为0～10kHz，大型振动台频率范围为0～2kHz；动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。
电动式振动台是根据电磁感应原理设计的，当通电导体处在恒定磁场中将受到力的作用，当导体中通以交变电流时将产生振动。
振动台的驱动线圈正式处在一个高磁感应强度的空隙中，当需要的振动信号从信号发生器或振动控制仪产生并经功率放大器放大后通到驱动线圈上，这时振动台就会产生需要的振动波形。
电动振动台基本上由驱动线圈及运动部件、运动部件悬挂及导向装置、励磁及消磁单元、台体及支承装置五部分组成。
振动台试验对结构动力特性的分析与验证
振动台试验对结构动力特性的分析与验证为了研究结构在自然环境和外界激励下的动力响应行为，振动台试验作为一种重要的结构试验方法被广泛应用于结构动力学领域。
本文将对振动台试验对结构动力特性的分析与验证进行探讨。
一、振动台试验的基本原理振动台试验是一种通过人为激励结构模型或实际结构，以模拟实际工况下的振动环境，从而获取结构的动力响应，并对其进行分析和验证的试验方法。
振动台试验基于结构动力学理论，通过在试验台上施加控制力或控制位移，使结构模型在特定频率范围内产生振动，并记录其响应信息，从而获得结构的动力特性。
二、振动台试验的步骤振动台试验一般包括以下步骤：设计试验方案、制备试验样品、安装并调试试验样品、进行振动激励、采集动力响应数据、分析与验证动力特性。
1. 设计试验方案：根据研究目标和要求，制定试验方案，包括选择试验样品、确定试验参数（如振幅、频率等）以及记录试验过程中需要采集的数据。
2. 制备试验样品：根据试验方案，制备试验样品，可以是缩小比例的结构模型，也可以是实际工程结构的部分样品。
3. 安装并调试试验样品：将试验样品安装到振动台上，并根据试验方案对其进行调试，确保试验样品与振动台之间的耦合良好。
4. 进行振动激励：根据试验方案，在振动台上施加控制力或控制位移，使结构模型在特定频率范围内发生振动。
可以采用单频激励、多频激励或随机激励等方式。
5. 采集动力响应数据：使用传感器等设备采集试验样品的动力响应数据，如加速度、位移、应变等。
6. 分析与验证动力特性：通过对采集的动力响应数据进行分析与处理，得到结构的频率响应函数、模态参数等动力特性信息。
同时，将试验结果与理论计算结果进行对比分析，验证试验的准确性和可靠性。
三、振动台试验的应用领域振动台试验广泛应用于结构动力学领域的许多方面，包括但不限于以下几个方面：1. 结构动力特性研究：通过振动台试验，可以获取结构的频率响应函数、模态参数等动力特性信息，用于研究结构的固有频率、阻尼特性、模态形态等。
结构振动台试验研究现状与发展_李涛(嘉应学院)
第29卷 第2期嘉应学院学报(自然科学)V o.l 29 N o .2 2011年2月J OURNAL OF JI AY I NG UN I VER SI TY (N a t ura l Sc i ence)F eb .2011结构振动台试验研究现状与发展李 涛,李升才(华侨大学土木工程学院,福建泉州362021)收稿日期:2010-12-25基金项目:福建省科技计划重点项目(2008H 0029)作者简介:李 涛(1984-),男,江苏泰兴人,硕士研究生,主要研究方向:结构抗震性能.通信作者:李升才(1960-),博士,教授,主要研究方向:新型结构体系及其抗震性能.摘 要:对结构振动台试验的研究现状和发展进行了综述.在振动台试验的研究现状方面,着重介绍了振动台设备的构成以及原理、振动台试验的分类及其分类依据以及振动台试验的方法和步骤,总结了其优点和不足.在振动台试验的发展方面,讨论了振动台试验技术的发展和改革.在试验技术方面,介绍了新型试验材料应用和检测技术的提高.最后,提出了一些对结构振动台试验发展的展望.关键词:振动台试验;研究;现状;发展中图分类号:TU 317+.1文献标识码:A文章编号:1006-642X (2011)02-0049-040 引言地震是一种强烈地壳运动,是地球上最严重的自然灾害之一,可以造成非常严重的破坏,导致人们生命财产的损失.我国是一个地震多发的国家,全国有大部分地区和人口处于地震带上.在我国经济社会高速发展的今天,研究结构的抗震性能具有重要的意义.结构地震模拟振动台试验是研究结构抗震性能的最重要和最直接的手段.地震模拟振动台系统是地震工程研究工作的重要试验设备之一.在各种结构模型(或足尺结构)的抗震试验和重要设备的抗震性能考核试验中,振动台可以按照人们的需要,或者模拟地震的再现,或者输入人工地震波,而被试验的结构和设备的反应,经相似换算后,可以作为原型在真实地震下的反应[1].根据地震模拟振动台的承载能力和台面尺寸一般分3种规模,承载能力10t 以下台面尺寸在2m 2m 以内为小型振动台;承载能力在20t 左右台面在2m 2m 以上、6m 6m 以下为中型振动台;台面尺寸在6m 6m 以上,承载能力大于20t 为大型振动台.[2]1 结构振动台试验研究现状1.1振动台研制的现状以目前普遍使用的电液伺服地震模拟振动台为例,系统主要由液压源系统、激振器、伺服模拟控制器、台面、计算机控制系统组成.其中伺服模拟控制器是以电液伺服阀为核心的模拟控制器,其性能的好坏对整个系统起着决定性作用,是整个控制系统的核心部分.液压源系统主要是提供动力,包括液压泵站、蓄能器组、冷却系统等,液压泵的流量是根据地震波的最大速度值来设计的,为了节省能源,目前都是设置大容量的蓄能器组来提供作动器瞬时的巨大能量,如图1所示[2].图1 地震模拟振动台系统1.2结构振动台试验的现状依据振动台试验对象和目的,结构振动台试验嘉应学院学报(自然科学)2011年2月一般可分为三种类型.第一种类型为测定某种特定结构抗震性能的试验,这种类型的振动台试验研究内容一般是该结构内部构件在地震作用下的配合作用,结构的整体抗震性能以及动力特性等,这类试验的结构原型不会付诸实际建设,一般采用大比例的模型,以充分了解结构构件间的相互作用.如文献[3]通过振动台试验研究,以及对算例的弹塑性理论分析,综合对比研究了异形柱框架-短肢剪力墙和异形柱框架-剪力墙这两种异形柱结构体系的抗震性能、破坏形态和经济性能,文献[4]通过1/4缩尺模型模拟地震振动台试验,研究了砖木结构房屋在不同地震烈度下的反应,验证了所提房屋构造方案抵抗高烈度地震的能力,文献[5]通过对广大农村地区量大面广的木构架承重土坯围护墙单层房屋采取抗震措施并进行足尺模型模拟地震振动台试验,来验证所采取的抗震措施的效果,文献[6,7]介绍了3层轻木-混凝土混合结构振动台试验,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,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.第二种类型的试验原型建筑一般是设计完成的高层建筑或超规范建筑,这种建筑的特点是空间体积大,所以由于振动台载重限制,都采用小比例模型来进行试验,试验目的一般是为了测定结构动力特性,研究结构自振频率、周期,以便和场地特性对比,找出结构的薄弱环节,以便改进设计.如文献[8]依照工程设计图纸,按照相似比关系制作了1 25的模型结构,选择两条场地天然波和一条人工波,进行了模拟振动台试验研究.研究了结构在7度小震~7度半大震下的地震响应,揭示了结构的抗震薄弱部位.文献[9]对深圳罗湖商务大厦结构设计修改前后进行了整体模型模拟地震振动台试验.首先介绍了振动台试验的过程及现象,并分析了结构的破坏模式,然后对比分析了结构的动力特性和加速度及位移反应,文献[10]研究了非对称石砌体结构在进行两种技术的加固后,在振动台实验中的结果对比.第三种类型的试验目的一般是为了验证对某种特定结构的计算方法或者某种理论对结构的适用性.这种结构的模型相似比大小一般介于前两种结构之间.如:文献[11]为了研究隔震层在不同位置的层间隔震结构减震效果,验证层间隔震结构参数优化理论,建立了不同隔震层位置的层间隔震结构模型,优化了隔震层上下部频率比,对隔震层采用侧移刚度偏小值、优化值和偏大值的层间隔震结构模型进行地震动模拟振动台试验.文献[12]采用Bouc-W en模型模拟层间隔震结构的隔震层恢复力,建立了层间隔震结构的简化计算模型.导出了层间隔震减震结构的运动方程,编制了时程分析计算程序,对层间隔震减震结构进行了地震反应分析,与振动台试验结果对比,具有较好的精度,验证了计算模型和分析程序的可靠性.文献[13]基于等位移原理,研究了高层结构在强震作用下弹性位移反应和弹塑性位移反应之间的关系,探索了利用前者分析结果估计后者的可行性和方法,对钢筋混凝土高层建筑弹塑性地震反应分析方法进行了研究,提出了一种简化拉压杆单元模型,以若干实例对模型的模拟效果加以检验并进行了一个十九层1 10钢筋混凝土框架一剪力墙结构模型地震模拟试验,研究了该结构的抗震性能,总结分析了主要试验结果.1.3结构振动台试验的步骤利用振动台测定结构动力特性的一般步骤是:(1)模型设计和建立,除了极少数面积很小的建筑可以在大型振动台上进行足尺试验外,由于振动台尺寸和载重的限制,和实际建筑结构相对应的模型基本为缩尺模型,缩尺模型必须按照相似理论建立,以满足弹性相似条件,同时,为了满足重力相似条件,还必须加上人工配重.这样可以算出模型和结构原型之间的动了特性相似比.(2)将结构模型固定于振动台上,进行加载试验.在试验过程中,通过传感器测定结构应变反应,加速度反应等数据.(3)数据处理.1.4结构振动台试验的优缺点分析50第29卷第2期李 涛,李升才 结构振动台试验研究现状与发展利用振动台研究结构抗震性能的特点是显而易见的.(1)可以适时地再现各种地震波的作用过程,并进行人工地震波模拟试验,比较接近实际模拟地震时地面的运动状况以及地震对建筑结构的作用情况.(2)通过应变片等传感装置可以直接地检测到结构内部受力状态.(3)可以最直接地研究结构地震反应和破坏机理,评价结构整体抗震能力.(4)可以验证设计计算方法的有效性和准确性.(5)对于新型结构体系的开发和研究来说,在还没有提出有效的理论依据时,振动台试验的结果是重要的试验依据.但是,振动台试验测定结构动力特性也有其缺陷.(1)最大的缺陷是重力失真.由于大部分结构的振动台试验都是利用缩尺模型进行的,虽然人工配重可以解决这些问题,但是还是造成试验结果与实际值有偏差.(2)模型的缩小对材料的选择造成了麻烦.在一些高层或超高层结构的振动台试验中,由于尺寸比太小,无法使用原材料,必须寻找替代材料,要找到各项指标都满足相似比条件的替代材料是非常难的,一般用指标相近的材料,但这样会造成测定结果失真.(3)复杂原型结构的简化和构件细部的模拟很难做到,这也会造成测定结果偏差.(4)形成结构阻尼的因素是很多的,但是一般振动台试验的模型只着重于主要构件的模拟,而对结构阻尼影响很大的活载,填充维护结构等只用人工质量加入配重,这也会使阻尼的测定结果失真.2 结构振动台试验发展2.1振动台的发展随着振动台在地震领域获得的广泛被运用,振动台的研制也在发展.(1)向大型化足尺化发展,以消除尺寸效应的影响.如日本科学技术厅(STA)和国立防灾科学技术研究所(N I E D)2005年完成的台面尺寸为15m 20m,载重1200t的地震模拟振动台就是典型代表.(2)多台小型振动台组成的地震模拟振动台台阵建设是另一种发展趋势.地震模拟振动台台阵不仅可以分开独立进行小型结构试验,也可以组成大型振动台进行大尺寸、多跨、多点地震输入的结构抗震试验.(3)随着数字控制技术的发展,在20世纪90年代中期开发了全数字控制技术,即在地震模拟振动台液压伺服控制系统中,除了反馈传感器在进入闭环系统前采用模拟电路放大归一信号,伺服阀的阀控器采用模拟信号外,其他部分全采用数字软件来实现[2].2.2结构振动台试验的发展第一,仿真材料的提出:由于试验设备能力的限制,对于大型混凝土结构,足尺结构试验规模过于巨大,加载及试验测试等都极为困难,因此,原型试验几乎无法进行.发展小比例尺混凝土结构模型试验研究是目前解决大型复杂结构动力问题的有效手段之一,其中对于满足相似要求的混凝土材料的研制成为解决物模试验问题的前提.模型几何比尺一般在几十分之一到几百分之一,称为小比尺的模型试验,模型制造工艺复杂而且试验成本较高,所以,较为理想的是一个模型可以完成弹性,弹塑性乃至断裂破坏等各个阶段的动力试验,因此,需要一种理想的模型材料来满足动力模型试验的要求.我们称能够满足模拟弹性--弹塑性乃至断裂破坏等各个阶段原型材料特性的模型材料为仿真模型材料[14].一般用微粒混凝土来充当仿真模型材料.第二,测定和传感技术的提高.测定和传感技术的发展使得人们可以更准确地在振动台试验中获得结构内部的应力应变,加速度曲线等数据.3 结语对于以上讨论,提出几点展望.(1)大型振动台的建立,振动台载重能力的提51嘉应学院学报(自然科学)2011年2月高,这样可以进行很多结构的足尺或者大比例模型试验,使模型能够尽量真实地模拟原结构进行试验,减少尺寸效应和重力失真效应.(2)在试验和理论的基础上,提出适合不同结构的数据分析和计算方法,以减少试验误差.(3)计算机的利用,可以根据已有的试验经验衡量重力失真效应的影响.参考文献:[1] 李建平,阎奇武.高层建筑结构动力特性方法研究[J].科技创业,2010(3):116-117.[2] 王燕华,程文瀼,陆 飞,等.地震模拟振动台的发展[J].工程抗震与加固改造,2007,29(5):53-56,67.[3] 臧亚明,郭 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嘉应学院学报 (自然科学 ) JOURNALOFJIAYINGUNIVERSITY(NaturalScience)
Vol.2 9 No.2 Feb.2 011
结构振动台试验研究现状与发展
李 涛 , 李升才
(华侨大学 土木工程学院 , 福建 泉州 362021)
第 29卷第 2期
李 涛 , 李升才 结构振动台试验研究现状与发展
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利用振动台研究结构抗震性能 的特点是显而 易见的 .
(1)可以适时地再现各种地震波的作用过程 , 并 进行人工地震波模拟试验 , 比较接近实际模拟地震时 地面的运动状况以及地震对建筑结构的作用情况 .
(2)通过应变片等传感装置可以直接地检测到 结构内部受力状态 .
度小震 ～ 7度半大震下的地震响应 , 揭示了结构的
抗震薄弱部位 .文献 [ 9] 对深圳罗湖商务大厦结构 设计修改前后 进行了整体模型模拟地震振动台试 验 .首先介绍了振动台试验的过程及现象 , 并分析 了结构的破坏模式 , 然后对比分析了结构的动力特 性和加速度及位移反应 , 文献 [ 10] 研究了非对称石 砌体结构在进行两种技术的加固后 , 在振动台实验
图 1 地震模拟振动台系统
1.2 结构振动台试验的现状 依据振动台试验对象和目的 , 结构振动台试验
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2月
一般可分为三种类型 . 第一种类型为测定某种特定结 构抗震性能的
试验 , 这种类型的振动台试验研究内容一般是该结 构内部构件在地震作用下的配合作用 , 结构的整体 抗震性能以及动力特性等 , 这类试验的结构原型不 会付诸实际建设, 一般采用大比例的模型, 以充分 了解结构构件间的相互作用 .如文献 [ 3] 通过振动 台试验研究, 以及对算例的弹塑性理论分析, 综合 对比研究了异形柱框架 -短肢剪力墙和异形柱框 架 -剪力墙这两种异形柱结构体系的抗震性能 、破 坏形态和经济性能 , 文献 [ 4] 通过 1 /4缩尺模型模 拟地震振动台试验 , 研究了砖木结构房屋在不同地 震烈度下的反应 , 验证了所提房屋构造方案抵抗高 烈度地震的能力 ,文献 [ 5]通过对广大农村地区量大 面广的木构架承重土坯围护墙单层房屋采取抗震措 施并进行足尺模型模拟地震振动台试验 , 来验证所采 取的抗震措施的效果 , 文献 [ 6, 7]介绍了 3层轻木 混凝土混合结构振动台试验 , 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 , 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 .
中的结果对比 . 第三种类型的试验目的一般是为了验证对某
种特定结构的计算方法或者某种理论对 结构的适 用性 .这种结构的模型相似比大小一般介于前两种 结构之间 .如 :文献 [ 11] 为了研究隔震层在不同位 置的层间隔震结构减震效果 , 验证层间隔震结构参 数优化理论 , 建立了不同隔震层位置的层间隔震结 构模型 , 优化了隔震层上下部 频率比 , 对隔震 层采 用侧移刚度偏小值 、优化值和偏大值的层间隔震结 构模型进行地震动模拟振动台试验 .文献 [ 12] 采用 Bouc-Wen模 型模拟层间隔震结构的隔震层恢复 力 , 建立了层间隔震结构的简化计算模型 .导出了层 间隔震减震结构的运动方程 , 编制了时程分析计算程 序 , 对层间隔震减震结构进行了地震反应分析 , 与振 动台试验结果对比 , 具有较好的精度 , 验证了计算模 型和分析程序的可靠性 .文献 [ 13] 基于等位移原理 , 研究了高层结构在强震作用下弹性位移反应和弹塑 性位移反应之间的关系 , 探索了利用前者分析结果估 计后者的可行性和方法 , 对钢筋混凝土高层建筑弹塑 性地震反应分析方法进行了研究 , 提出了一种简化拉 压杆单元模型 , 以若干实例对模型的模拟效果加以检 验并进行了一个十九层 1∶10钢筋混凝土框架一剪力 墙结构模型地震模拟试验 , 研究了该结构的抗震性 能 , 总结分析了主要试验结果 . 1.3 结构振动台试验的步骤
摘 要 :对结构振动台试验的研究现状和发 展进行 了综述 .在 振动台试 验的研 究现状 方面 , 着重 介绍了振 动台
设备的构成以 及原理 、振动台试验的分类 及其分类 依据以 及振动 台试验 的方法 和步骤 , 总结 了其优 点和不 足 .
在振动台试验的发展方 面 , 讨论了振动台试 验技术 的发展 和改革 .在试 验技术 方面 , 介绍 了新型 试验材料 应用
和检测技术的 提高 .最后 , 提出了一些对结构振动台试验发展的展望 .
关键词 :振动台试验 ;研究 ;现状 ;发展
中图分类号 :TU317 +.1
文献标识 码 :A
文章编号 :1006 -642X(2011)02 -0049 -04
0 引言
地震是一种强烈地壳运动 , 是地球上最严重的 自然灾害之一, 可以造成非常严重的破坏, 导致人 们生命财产的损失 .我国是一个 地震多发的国家 , 全国有大部分地区和人口处于地震带上 .在我国经 济社会高速发展的今天 , 研究结构的抗震性能具有 重要的意义 .
结构地震模拟振动台试验是研 究结构抗震性 能的最重要和最直接的手段 .地震模拟振动台系统 是地震工程研究工作的重要试验设备之一 .在各种 结构模型 (或足尺结构 )的抗震试验和重要设备的 抗震性能考核试验中 , 振动台可以按照人们的需 要 , 或者模拟地震的再现 , 或者输入人工地震波 , 而 被试验的结构和设备的反应, 经相似换算后, 可以 作为原型在真实地震下的反应 [ 1] .
1 结构振动台试验研究现状
1.1 振动台研制的现状 以目前普遍使用的电液伺 服地震模拟振 动台
为例 , 系统主要由液压源系统 、激振器 、伺服模拟控 制器 、台面 、计算机控制系统组成 .其中伺服模拟控 制器是以电液伺服阀为核心的模拟控制器 , 其性能 的好坏对整个系统起着决定性作用 , 是整个控制系 统的核心部分 .液压源系统主 要是提供动力 , 包括 液压泵站 、蓄能器组 、冷却系统等 , 液压泵的流量是 根据地震波的最大速度值来设计的, 为了节省能 源 , 目前都是设置大容量的蓄能器组来提供作动器 瞬时的巨大能量 , 如图 1所示 [ 2] .
第二 , 测定和传 感技术的提高 .测定和传 感技 术的发展使得人们可以更准确地在振动 台试验中 获得结构内部的应力应变 , 加速度曲线等数据 .
2.1 振 动台 的发 展 随着振动台在地震领域获得的广泛被运用 , 振
动台的研制也在发展 . (1)向大型化足尺化发展 , 以消除尺寸效应的影
3 结语
对于以上讨论 , 提出几点展望 . (1)大型振动台的建立 , 振动台载重 能力的提
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高 , 这样可以进行很多结构的足尺或者大比例模型 试验 , 使模型能够尽量真实地模拟原结构进行试 验 , 减少尺寸效应和重力失真效应 .
第一 , 仿真材料 的提出 :由 于试验设备能 力的 限制 , 对于大型混凝土结构 , 足尺结构试验规 模过 于巨大 , 加载及试验测试等都极为困难 , 因此 , 原型 试验几乎无法进行 .发展小比例尺混凝土结构模型 试验研究是目前解决大型复杂结构动力 问题的有 效手段之一 , 其中对于满足相似要求的混凝土材料 的研制成为解决物模试验问题的前提 .模型几何比 尺一般在几十分之一到几百分之一 , 称为小比尺的 模型试验 , 模型制造工艺复杂而且试验成本较高 , 所 以 , 较为理想的是一个模型可以完成弹性 , 弹塑性乃 至断裂破坏等各个阶段的动力试验 , 因此 , 需要一种 理想的模型材料来满足动力模型试验的要求 .我们称 能够满足模拟弹性 --弹塑性乃至断裂破坏等各个 阶段原型材料特性的模型材料为仿真模型材料 [ 14] . 一般用微粒混凝土来充当仿真模型材料 .
第二种类型的试验原型建筑一 般是设计完成 的高层建筑或超规范建筑 , 这种建筑的特点是空间 体积大, 所以由于振动台载重限制, 都采用小比例 模型来进行试验 , 试验目的一般是为了测定结构动 力特性 , 研究结构自振频率 、周期 , 以便和场地特性 对比 , 找出结构的薄弱环节 , 以便改进设计 .如文献 [ 8] 依照工 程设 计图 纸 , 按照 相似 比关 系制 作了 1∶25的模型结构 , 选择两条场地天然波和一条人工 波 , 进行了模拟振动 台试验研 究 .研 究了结构 在 7
根据地震模拟振动台的承载能 力和台面尺寸 一般分 3 种规模 , 承载能力 10 t以下台 面尺寸在 2 m×2 m以内为小型振动台 ;承载能力在 20 t左右
台面在 2 m×2 m以上 、6 m×6 m以下为中型振动 台 ;台面尺寸在 6 m×6 m以上 , 承载能力大于 20 t 为大型振动台 .[ 2]
收稿日期 :2010 -12 -25 基金项目 :福建省科技计划重点项目 (2008H0029) 作者简介 :李 涛 (1984 -), 男 , 江苏泰兴人 , 硕士 研究生 , 主 要研究方向 :结构抗震性能 . 通信作者 :李升才 (1960 -), 博士 , 教 授 , 主 要研 究方 向 :新 型结构体系及其抗震 性能 .
利用振动台测定结构动力特性的一般步骤是 : (1)模型设计和建立 , 除了极少数面 积很小的 建筑可以在大型振动台上进行足尺试验外 , 由于振 动台尺寸和载重的限制 , 和实际建筑结构相对应的 模型基本为缩尺模型 , 缩尺模型必须按照相似理论 建立 , 以满足弹性相似条件 , 同时 , 为了满足重力相 似条件 , 还必须加上人工配重 .这样可以算出 模型 和结构原型之间的动了特性相似比 . (2)将结构模型固定于振动台上 , 进 行加载试 验 .在试验过程中 , 通过传感器测定结构应变反应 , 加速度反应等数据 . (3)数据处理 . 1.4 结构振动台试验的优缺点分析
(3)随着数字控制技术的 发展 , 在 20 世纪 90 年代中期开发了全数字控制技术 , 即在地震模拟振 动台液压伺服控制系统中 , 除了反馈传感器在进入 闭环系统前采用模拟电路放大归一信号 , 伺服阀的 阀控器采用模拟信号外 , 其他部分全采用数字软件 来实现 [ 2] . 2.2 结构振动台试验的发展