拟动力试验

计算机—加载器联机系统工作原理
用电子计算机将地震地面运动加速度转 换成作用在结构或构件上的位移和与此 位移相应的加振力。
随地面运动加速度时程曲线的变化，作 用在结构上的位移和加振力也变化，得 到实际地震作用下结构连续反应全过程， 得到结构恢复力特性曲线。
拟动力试验的试验设备
电液伺服加载器+电子计算机=联机系统 电子计算机的功能： 1. 按某一时刻输入的地面运动加速度，以及上
拟动力试验发展历史
1969年日本伯野元彦博士最初提出联机试验， 将模拟计算机与试验联线成一个系统。
1971年日本冈田恒男教授应用于结构抗震试验。 1981年日美合作完成一座七层钢筋混凝土框架
房屋足尺结构拟动力试验。 1983年中国建筑科学研究院结构所完成1/6底
层大空间12层剪力墙结构拟动力试验。
2. 联机系统由专用软件系统通过数据库和 运行系统来执行操作指令，进行整个系 统的控制和运行。
拟动力试验工作流程
1. 对计算机系统输入某一确定性的地震地 面运动加速度。在加速度时程曲线中， 加速度幅值随时间t的改变而变化，为 便于用数值积分方法求解运动方程，将 加速度时程曲线按t分成许多微小时段， 假定在t时段内加速度呈直线变化。
拟动力试验
伪动力试验，计算机加载器联机试验 地震发生和传播的随机性 周期性加载的加载历程是假定的，与实
际地震的非周期反应有很大差别 理想的试验加载是按某一确定的地震反
应来制订相应的加载制度
计算机联机试验的提出
在研究工作中人们从结构试验和数值分 析两方面着手，促使试验技术和计算技 术的发展。由于各种因素的影响，由试 验结果所确定的数学分析模型的精度存 在疑问，解决方法——将计算机技术直接 应用于试验。
2. 计算 t t 时的地震位移反应，这时
结构每一层的恢复力可由框架弹性分析 得到
F F12K K1211K K1222xx12((12))
试验步骤
按线性加速度法计算得到加速度响应
x1 (1)
6 t2
x1 (1)
x2 (1)
6 t2
x 2 (1)
试验步骤
代入运动方程得
x1(1)
(m1K22
M x nFnM x gn
两个自由度结构地震反应的联机试验
试验对象：单跨双层钢筋混凝土框架， 模型比例为1/4，试件安装在抗侧力台座 上，用两台电液伺服加载器在一、二层 框架横梁中部用控制位移方法进行水平 加载。
运动方程
m1 x1 F1 m1 xg m2 x2 F2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱm2xg
试验步骤
1. t 0时，结构的 x、x 和 x均为0
由中心差分法
xn
x n 1
2xn t 2
x n 1
xn
xn1 xn1 2t
拟动力试验工作流程
代入微分方程得：
x n 1 M 2 tC 1 2 M n ( 2 x tC M ) x n 1 t2 F n M t2 x g n
拟动力试验工作流程
当结构进入非线性时，要求由试验值 F 和x 来确定刚度矩阵的各元素数值是很
一时刻试验得到的恢复力计算下一时刻的位 移反应，并据此对加载系统发出施加位移的 指令，从而测出在该位移下的力。 2. 采集试验中结构的应变、位移数据，进行演 算处理。
加载控制系统的功能
加载控制系统由电液伺服加载器及模控 系统组成。
1. 模控系统是根据该时刻由计算机传来的 位移指令，转换成电压输入，控制加载 器的伺服系统。
3. 由加载系统的计算机将位移 x n 1 转换
成电压信号，输入到电液伺服加载器，
对结构施加与位移 x n 1 相应的荷载。
拟动力试验工作流程
4. 由电液伺服加载器上的荷载及位移传感
器，直接量测结构的恢复力 载器活塞行程的位移反应值
Fn 1 x n 1
和加
拟动力试验工作流程
5. 将据实采测集的 和反F应n 分1 和析系x n 统1 数的值计连算续机，输利入用数 位述移同样x方n 法、重x复n 1运和行恢、复计力算、F加n 1载按和上测
拟动力试验工作流程
2.
由计算机按第n步的地面运动加速度
输入，求第n+1步的指令位移 x n 1
xg n
3.
n-1和当n输步x入g的n 位x移n后1，在tx和n n
时间内，由第 以及第n步
的恢复F n力 ，按运动方程
M x nC x nF n M x gn
4.
求第n+1步的位x移n 1
拟动力试验工作流程
量，求得位移 x n 2 和恢复力 Fn 2
6.
连续对结构进行试验加载，直到输
入地震加速度时程指定的时刻。
拟动力试验工作流程
由于联机加载过程中用逐步积分求解运 动方程的 t 时间间隔取值为 0.005~0.01秒，而整个联机试验每一加 载步长大致要持续几秒，这样的加载过 程完全可以看成是静态的，为此可以忽 略方程式中与速度有关的阻尼力
非周期性加载的两种方案
给定输入的加速度记录，通过计算机作非线性 动力分析，计算得到位移反应曲线，将位移反 应历程作为输入，控制加载。这种方法要求事 先假定结构的恢复力模型，这种恢复力模型是 否符合实际？
将计算机及计算技术直接应用于控制试验加载。 不需要事先假定结构的恢复力模型，恢复力可 以直接从作用于试件的加载器的荷载值测得， 由计算机完成非线性地震反应微分方程的求解。
K12
K 21
(m1
m2 K12
m1m2
6 t 2
)xg
6 t 2
K11 ) (m2
6 t 2
K22 )
x2 (1)
(m1K21
K12
K 21
(m1
m2 K11
m1m2
6 t 2
)xg
6 t 2
K11 ) (m2
6 t 2
K22 )
试验步骤
3. 由两台电液伺服加在器分别施加位移x1(1) 及 x2 (1)，并测得相应的恢复力 F1(1) 和 F2 (1)
试验步骤
4. 计算第二步 t2t 时的位移反应 x1(2) 和 x2 (2)
5.
用线性加速度法求t解tt 时刻
运动方程时，必须知道尚待测定的恢复
力F(tt)
试验步骤
ttt时刻的恢复力矩阵为： F F 1 2 ((tt tt)) K K 1 2( (1 t1 t tt) )K K 1 2( (2 t2 t tt) ) x x 1 2 ((tt tt))