地震模拟振动台试验12次课45
地震模拟振动台系统操作说明与实验数据分析详解
地震模拟振动台简介（SVT Introduction）
发展过程 （Development process）
地震模拟振动台的发展始于六十年代末期，是在野外强震
试验不能满足研究需要；
主要有三个方面特征：
1、波形 2、振动方向 3、控制方式
此外，日本最早开展研究，具有世界最大规模的地震台；
中国研制开发地震模拟振动台始于七十年代末期，虽有取 得一定成功，但未形成规模；美欧等国在伺服控制技术具 有领先优势。
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地震模拟试验室构成(Composition of Lab)
地震模拟振动台是一项综合有土建、机械、液压、电子、 计算机技术、控制技术和振动量测技术的系统工程。 要建成地震模拟振动台，必须还要有配套的试验室，包括： 1． 安装地震模拟振动台主体的基础； 2． 放置地震模拟振动台和基础的试验大厅； 3． 试验大厅中配备有安装及运送试件的起重设备； 4． 有控制室，放置地震模拟振动台控制系统； 5． 安装液压源的油源室； 6． 放置量测仪器和进行数据处理室； 7． 强电配电室，主要供液压源用电； 8． 供液压源冷却的水供应系统，包括供水池、冷却塔等。
位移
MTS
部分 MTS
全套MTS,台面 首钢制造，目 前正在调试
部分控制自制
三参
工作频率高，
量反 Schenck 正准备升级控
馈
制
三参
部分部件由国
量反 MTS 内红山厂配
馈
套，运行良好
共用油源， 位移 Schenck Schenck作动
器，其余自制
自制
红山
设备开发能力 强，全套国产
MTS 另有2*6m滑台
Seismic testing study
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。
02448建筑结构试验自编习题集(2013.12)
21.将若干个加载点的集中荷载转换成均布荷载施加于试件端面的装置为（）。
A.杠杆B.分配梁C.卧梁D.反力架
22.对于混凝土结构试验，在达到使用状态短期试验荷载值以前，每级加载值不宜大于其荷载值的（）。
A.10%B.20%C.30%D.40%
15.数据采集系统的硬件由、数据采集仪和计算机（控制器）三个部分组成。
16.试件形状设计主要是要求满足在试验时形成和实际工作相一致的状态。
17.结构试验进行期间荷载与加载时间的关系称为。
18.在疲劳试验中为避免使试件与加载装置发生共振，加载频率应小于试件和加载装置自振频率的
%。
19.振动台必须安装在的基础上，以改善系统的高频特性，减小对周围建筑和其他设备的影响。
37.试验结果用表格方式表示时，按其内容和格式可分为表格和关系表格两类。
38.地震模拟振动台输入的地震波有天然地震记录和拟合反应谱的。
39.模型设计时各物理量的相似常数间须满足的组合关系即为模型的。
40.当被测结构的裂缝所在部位只有一个表面可供超声检测时，可以采用法测量浅裂缝深度。
41.将物体本身的重力施加于结构上作为荷载，称为。
A.机械式和电测式B.电测式和光测式
C.机械式和伺服式D.伺服式和光测式
44.在选择仪器的量程时，要求最大被测值宜在仪器满量程的（）。
A.1/5～1/3 B.1/3～2/5 C.1/5～2/3 D.2/5～2/3
45.对观测数据10.502和34500均修约为2位有效数字，则正确的结果为（）。
A.10 34×103B.11 34×103C.10 35×103D.11 35×103
模拟地震挤压实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的为了提高我国应急救援队伍应对地震灾害的能力，验证地震挤压实验设备的效果，以及为我国地震救援技术提供参考，我们进行了本次模拟地震挤压实验。
通过模拟地震过程中建筑物倒塌产生的挤压效应，研究挤压实验设备对模拟建筑物的破坏效果，以及人员被困后的救援可行性。
二、实验原理本次实验采用模拟地震挤压实验设备，模拟地震过程中建筑物倒塌产生的挤压效应。
实验过程中，通过调整设备参数，模拟不同震级、不同类型的地震挤压作用。
实验原理如下：1. 模拟地震：通过地震模拟设备产生地震波，模拟地震过程中建筑物倒塌产生的挤压效应。
2. 实验装置：实验装置包括模拟建筑物、地震模拟设备、传感器等。
模拟建筑物采用可拆卸的模块化结构，便于实验过程中更换。
3. 数据采集：实验过程中，通过传感器实时采集模拟建筑物的变形、受力、振动等数据，以及人员被困后的生存状态。
4. 分析与评估：根据实验数据，分析模拟建筑物的破坏程度、人员被困情况，评估地震挤压实验设备的效果。
三、实验设备1. 地震模拟设备：采用电液伺服地震模拟系统，可模拟不同震级、不同类型的地震。
2. 模拟建筑物：采用可拆卸的模块化结构，便于实验过程中更换。
3. 传感器：应变片、加速度计、位移传感器等，用于实时采集实验数据。
4. 人员模拟：采用假人模拟被困人员，用于研究挤压实验设备对人员的影响。
四、实验步骤1. 实验准备：搭建实验装置，调试设备参数，确保实验顺利进行。
2. 实验开始：启动地震模拟设备，模拟地震过程中建筑物倒塌产生的挤压效应。
3. 数据采集：实验过程中，实时采集模拟建筑物的变形、受力、振动等数据，以及人员被困后的生存状态。
4. 实验结束：实验结束后，关闭地震模拟设备，收集实验数据。
五、实验结果与分析1. 模拟建筑物破坏程度：实验结果表明，随着地震震级的增大，模拟建筑物的破坏程度逐渐加剧。
在模拟6级地震时，模拟建筑物大部分结构被破坏，形成较大裂缝。
2. 人员被困情况：实验过程中，人员模拟在地震挤压作用下，身体多处骨折，无法动弹。
地震模拟振动台试验次课46页PPT
谢谢！
地震模拟动台试验次课
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
模拟地震演示实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景地震作为一种自然灾害，给人类带来了巨大的生命财产损失。
为了提高人们对地震的认识和应对能力，我们进行了模拟地震演示实验。
本次实验旨在通过模拟地震现象，让学生直观地了解地震成因、传播过程及地表变化，增强他们的防灾减灾意识。
二、实验目的1. 了解地震成因及传播过程；2. 熟悉地震波对地表的影响；3. 增强学生的防灾减灾意识。
三、实验原理地震是地壳内部岩石层在内外力作用下发生变形或断裂，产生的地震波传到地表引起地表震动的过程。
本实验采用模拟地震的方法，通过搭建模拟地震装置，模拟地震成因、传播过程及地表变化。
四、实验器材1. 模拟地震装置：由支架、模型岩石层、弹簧、传感器等组成；2. 计时器；3. 地震波记录仪；4. 地表模型；5. 地震波模拟软件。
五、实验步骤1. 搭建模拟地震装置：将支架固定在地面上，将模型岩石层放置在支架上，将弹簧连接在岩石层两端，确保弹簧处于拉伸状态；2. 连接传感器：将传感器安装在岩石层上，连接地震波记录仪；3. 地震波模拟：启动地震波模拟软件，模拟地震波传播过程；4. 观察现象：观察岩石层变形、弹簧伸缩、传感器数据变化及地表模型变化；5. 记录实验数据：记录岩石层变形程度、弹簧伸缩长度、传感器数据及地表模型变化情况。
六、实验结果与分析1. 实验结果显示，模拟地震装置在地震波模拟软件的驱动下，岩石层发生了变形，弹簧伸缩，传感器数据发生明显变化，地表模型也发生了相应的变化；2. 通过实验数据，可以得出以下结论：（1）地震波在传播过程中，会使得岩石层发生变形，弹簧伸缩，导致地表发生变化；（2）地震波传播速度与岩石层性质、地震波频率等因素有关；（3）地震波传播过程中，能量逐渐衰减，地表变化程度与地震波传播距离有关。
七、实验总结本次模拟地震演示实验，使学生直观地了解了地震成因、传播过程及地表变化，提高了他们的防灾减灾意识。
实验过程中，学生积极参与，认真观察，对地震现象有了更深入的认识。
地震模拟振动台试验12次课45
台面尺寸A：3米×6米
台面尺寸B：3米×6米
A台面承重：35吨
B台面承重：35吨
地震模拟振动台试验12
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Lab of Prof. Tian Shizhu
次课45
University of California San Diego University at Buffalo, The State University of New York
作用。加速度传感器为绝对传感器，可将其直接安装在
模型结构的各个楼层位置。为了准确地测量模型结构基
底的加速度，除在振动台台面安装加速度传感器外，在
模型结构基底 也安装加速度传感器。
地震模拟振动台试验12
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次课45
位移传感器：为相对传感器，在振动台试验中，要设置 位移传感器安装支架，安装支架应有足够的刚度且不受 振动台运动的影响。将位移传感器固定在安装支架上， 测量模型结构与安装支架之间的相对位移。
加载程序有一次性加载和多次加载，选择加载 程序由试验目的来确定。
地震模拟振动台试验12
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Lab of Prof. Tian Shizhu
次课45
一次性加载：一般是先进行自由振动试验，测量结构的 动力特性。然后输入一个适当的地震记录，连续地记录 位移、速度、加速度、应变等动力反应，并观察裂缝的 形成和发展过程，以研究结构在弹性、弹塑性和破坏阶 段的各种性能。
➢研究动力相似理论，为模型试验提供依据。
➢检验产品质量，提高抗震性能，为生产服务。
➢为结构抗震静力试验，提供试验依据。
地震模拟振动台试验12
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Lab of Prof. Tian Shizhu
独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟
第 36 卷第 4 期2023 年8 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 4Aug. 2023独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟刘祖强1，2，马东1，张风亮3，薛建阳1，2，潘文彬1（1.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安 710055； 2.西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室，陕西西安 710055； 3.陕西省建筑科学研究院有限公司，陕西西安 710082）摘要: 以山西省静乐县的某独立式石箍窑洞为原型，制作1/4缩尺的三跨试验模型，对其进行了地震模拟振动台试验，分析了地震作用下窑洞模型的破坏过程及破坏形态。
在试验研究基础上，采用ABAQUS软件建立独立式石箍窑洞的有限元模型，将模拟得到的动力特性、动力响应和地震损伤结果与试验结果进行了对比分析，验证了有限元模型的合理性，进而基于对原型结构的有限元模拟，分析了覆土厚度、拱跨数和拱矢跨比对窑洞模型受力性能的影响。
结果表明：独立式石箍窑洞在地震作用下主要发生砂浆灰缝开裂破坏，开裂最严重的部位为洞口拱顶和侧墙与背墙的连接处；有限元模拟结果与试验结果吻合较好，能够较好地反映地震作用下窑洞模型的受力性能；窑洞模型的纵墙刚度大于横墙，加速度和位移响应随输入峰值加速度的增大不断增大；随着覆土厚度变薄和拱矢跨比减小，窑洞模型的抗震性能增强，但拱跨数对窑洞模型的抗震性能影响较小。
关键词: 独立式石箍窑洞；振动台试验；数值模拟；地震损伤；动力响应中图分类号: TU363 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）04-1101-12DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.04.024引 言窑洞作为传统民居，是中国西北地区一种独有的建筑形式，具有保温性能强、隔音效果好、建造成本低、绿色环保等优点［1］。
窑洞根据结构形式的不同可分为靠崖式、下沉式和独立式3种。
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(2) 台面运动自由度
理论上，地震模拟振动台可以有6个自由度，也就是说，基于 现代工业技术制造的地震模拟振动台可以使振动台再现全部
地震地面运动。但在工程实践中，地震记录很少有地面运动
的旋转分量。这与强震观测有关。我们知道，强震观测仪记 录的地震运动为仪器安装位置的直线运动，这个直线运动应 该包含了旋转分量。但如果要通过强震观测仪确定地震引起 的地面旋转运动，就必须知道转动中心。由于地震运动的复
由度为水平方向，另一自由度为竖向方向；另一种组合中，
两个自由度均为水平方向，两个水平运动方向相互垂直。三 自由度的振动台包括两个水平方向的自由度和一个竖向方向 的自由度。目前，已投入运行的地震模拟振动台虽然具有在 全部6个自由度上模拟地震地面运动的能力，但在结构抗震试
验中，一般仍以水平方向和垂直方向的振动为主。
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振动台是用来产生模拟地震地面运动，对结构的抗 震性能进行研究。如图为地震模拟振动台的示意图。
试验时，振动台台面产生 要求的地面运动，其运动规律 与结构遭遇地震时的运动规律
相同。安装在振动台上的模型
结构受到台面运动的加速度作 用，产生惯性力，从而再现地 震对结构的作用。 Lab of Prof. Tian Shizhu
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§2.8 结构抗震试验方法
地震模拟振动台在抗震研究中的作用。
研究结构的动力特性，破坏机理及震害原因。 验证抗震计算理论和计算模型的正确性。 研究动力相似理论，为模型试验提供依据。 检验产品质量，提高抗震性能，为生产服务。 为结构抗震静力试验，提供试验依据。
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3．地震模拟振动台试验的实施与数据采集
地震模拟振动台试验是一种高速动态试验，试验中 采集的数据主要包括模型结构各测点的加速度、位移和 应变。其中，最重要的测试数据是各楼层的加速度数据。 因为通过实测的加速度，可以推算各楼层所受的惯性力 作用。加速度传感器为绝对传感器，可将其直接安装在 模型结构的各个楼层位置。为了准确地测量模型结构基
杂性，目前可用的地震记录大多为观测点的地面直线运动(观
测点的速度和加速度)。相应的，在工程结构抗震设计、分析 和试验中，一般也不考虑地面运动的旋转分量。 Lab of Prof. Tian Shizhu
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(2) 台面运动自由度
振动台仅在一个方向运动时，为水平单向振动台。如果 振动台有两个自由度，可以有两种组合，一种组合为一个自
或拟静载试验(低周反复荷载试验)中，常常忽略结构受力单 元的空间联系，取试验结构模型为平面结构模型，例如，平 面框架结构。平面外的稳定问题通过试验装置解决。但在地 震模拟振动台试验中，即使是单向地震模拟试验，结构模型
也应为空间模型。台面尺寸越大，结构模型的尺寸就可以越
大，试验结构的性能也就越接近真实结构的性能。目前。世 界上最大的振动台台面尺寸为20m×15m(日本)。 Lab of Prof. Tian Shizhu
三方向六自由度
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3
近年来，振动台阵列开始投入使用。 3 个振动 台组成一个振动台阵列进行桥梁结构的地震模拟振 动台试验。 3 个振动台可以在一个方向上同步运动， 也可以根据桥梁实际场地的差异，分别输入不同的 地震波进行试验。这种振动台阵列可以进行较大尺 寸的结构模型试验。
9
振动台运动维数（振动方向）
地震引起的地面运动非常复杂，一般情况下， 地震地面运动由6个自由度的运动分量组合而成，即 2个水平方向、l个垂直方向的直线运动和绕3个坐标 轴方向的旋转运动。最简单的地震模拟振动台为水 平单向振动台，它只有一个方向的运动。最复杂的 振动台包含所有6个自由度的运动。
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六自由度地震模拟振动台：由振动台台面、电液伺
服作动器、控制系统和数据采集系统组成。多个电
液伺服作动器可使振动台台面实现任意方向上的移
动和绕任意轴的转动。试验时，将地震地面运动的
有关数据输入到计算机，作为振动台台面的运动数 据，计算机将输入的地震运动数据转换为台面的运 动数据，再对电液伺服作动器发出控制指令，电液 伺服作动器推动振动台台面实现地震地面运动模拟。
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三、结构拟动力试验
对于一个具体的结构或某一种具体的结构形式，发生地 震时，结构受到的惯性力与结构本身的特性相关，地震模拟 试验的就是要模拟结构受到的这种惯性力。如前所述，地震 模拟振动台试验可以模拟结构遭遇的地震作用。但是，受台
面尺寸和设备能力所限，地震模拟振动台试验中，结构模型
的电液伺服作动器的控制目标也应包括加速度。
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控制方式：目前，较先进的振动台采用三参量控制技 术，将振动台的位移、速度和加速度均作为控制目标。 当振动台的振动频率较高时，位移较小而加速度较大， 采用加速度为控制目标可以获得较高的相对控制精度。 低频振动时则正好相反，采用位移控制可以得到较高
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1
台面尺寸：20米×15米
台面承重：1200吨
三方向六自由度 Dr. Masayoshi Nakashima (中岛正爱 教授)
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2
中国建筑科学研究院 (国内最大）
台面尺寸：6.1米×6.1米 台面承重：60吨
二、地震模拟振动台试验
在地震模拟振动台上进行动力试验，具有其它抗震
动力与静力试验不同的特点，地震模拟振动台能再现各
种形式的地震波，它为试验的多波输入分析提供了可能， 它可以模拟若干次地震现象的初震主震以及余震的全过 程，因此就可以了解试验结构在相应各个阶段的力学性 能，从而可给予人们直观了解和认识地震对结构产生的 破坏现象。它可以按照人们的要求，借助于人工地震波 的研究及输入，模拟在任何场地上的地面运动特性。
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4
内华达州立大学 雷诺分校—振动 台阵 University of
Nevada，Reno 台面尺寸：
4.3米×4.5米
台面承重：50吨
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5
重庆交通科研设计院 两台台阵
台面尺寸A：3米×6米
台面尺寸B：3米×6米
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1．结构拟动力试验方法的基本原理
弹性单自由度结构体系在地震作用下的运动微分方程为：
mx cx kx mxg
(1)
分别为惯性力、阻尼力和弹性恢复力。 根据结构动力学，(1)式可以采用杜哈美尔积分方法求解。 对于非弹性体系，例如，混凝土开裂、受拉钢筋屈服等现象 使结构体系的恢复力与结构体系的位移偏离线性关系。(1)
这种加载过程的主要特点：可以连续模拟结构在一次强
烈地震中的整个表现与反应，但是对试验过程中的量测
和观察要求较高(要求高速摄影或电视摄像)，破坏阶段
的观测又比较危险，因此在没有足够经验的情况下很少 采用这种加载方法。 Lab of Prof. Tian Shizhu
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多次加载：主要是将荷载按结构初裂、中等开裂和 破坏分成等级，然后荷载由小到大逐级加载和观察。 多级加载对结构将产生变形积累的影响。 由于地震模拟振动台可以实时地再现地震作用 过程，因此可以很好地反映应变速率对结构材料强 度的影响。它的缺点是：设备昂贵，不能做大比例 模型试验，不便于试验全过程观测。
14
大型地震模拟振动台多采用电液伺服作动器作为驱 动单元，振动台试验中，运动部件的最大加速度取 决于电液伺服作动器的最大推力和运动部件的质量。 这里，运动部件就是指振动台台面和试验结构模型。 因此，振动台试验中，试验结构模型的平面尺寸受 振动台平面尺寸限制，试验结构模型的重量也要受 到振动台最大负载能力的限制。
A台面f. Tian Shizhu
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University of California San Diego University at Buffalo, The State University of New York 美国NEES计划： Network for Earthquake Engineering Simulation
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4、地震模拟振动台加载过程
加载程序有一次性加载和多次加载，选择加载
程序由试验目的来确定。
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一次性加载：一般是先进行自由振动试验，测量结构的 动力特性。然后输入一个适当的地震记录，连续地记录 位移、速度、加速度、应变等动力反应，并观察裂缝的 形成和发展过程，以研究结构在弹性、弹塑性和破坏阶 段的各种性能。
的尺寸往往很小，结构构件的局部性能很难准确模拟。要解 决这一问题，只有加大结构模型的尺寸，用其他方式模拟结 构受到的惯性力。 Lab of Prof. Tian Shizhu
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结构拟动力试验方法就是用静力加载的方式来 模拟结构受到地震动力作用的一种试验方法。
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底的加速度，除在振动台台面安装加速度传感器外，在
模型结构基底 也安装加速度传感器。
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位移传感器：为相对传感器，在振动台试验中，要设置 位移传感器安装支架，安装支架应有足够的刚度且不受 振动台运动的影响。将位移传感器固定在安装支架上， 测量模型结构与安装支架之间的相对位移。 对于钢结构模型，可直接采用电阻应变计量测试验中的