地震模拟振动台
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。
9
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。
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。
振动台试验（终极版）
振动台试验（终极版）一、前言模拟地震振动台可以很好地再现地震过程和进行人工地震波的试验，它是在试验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法，这种设备还可用于研究结构动力特性、设备抗震性能以及检验结构抗震措施等内容。
另外它在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、桥梁工程等方面也都发挥了重要的作用，而且其应用的领域仍在不断地扩大。
模拟地震振动台试验方法是目前抗震研究中的重要手段之一。
20世纪70年代以来，为进行结构的地震模拟试验，国内外先后建立起了一些大型的模拟地震振动台。
模拟地震振动台与先进的测试仪器及数据采集分析系统配合，使结构动力试验的水平得到了很大的发展与提高，并极大地促进了结构抗震研究的发展。
二、常用振动台及特点振动台可产生交变的位移，其频率与振幅均可在一定范围内调节。
振动台是传递运动的激振设备。
振动台一般包括振动台台体、监控系统和辅助设备等。
常见的振动台分为三类，每类特点如下：1、机械式振动台。
所使用的频率范围为1~100Hz，最大振幅±20mm，最大推力100kN，价格比较便宜，振动波形为正弦，操作程序简单。
2、电磁式振动台。
使用的频率范围较宽，从直流到近10000Hz，最大振幅±50mm，最大推力200kN，几乎能对全部功能进行高精度控制，振动波形为正弦、三角、矩形、随机，只有极低的失真和噪声，尺寸相对较大。
3、电液式振动台。
使用的频率范围为直流到近2000Hz，最大振幅±500mm，最大推力6000kN，振动波形为正弦、三角、矩形、随机，可做大冲程试验，与输出力（功率）相比，尺寸相对较小。
4、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。
原理：是根据电磁感应原理设置的，当通电导体处的恒定磁场中将受到力的作用，半导体中通以交变电流时将产生振动。
地震模拟振动台试验分析
地震模拟振动台试验分析
7
Lab of Prof. Tian Shizhu
§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。
2
Lab of Prof. Tian Shizhu
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 三方向六自由度
地震模拟振动台试验分析
3
Lab of Prof. Tian Shizhu
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。
地震模拟振动台试验分析
11
Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.8 结构抗震试验方法
地震地面运动数据来自地震观测台网的地震记录， 这些地震记录一般为地震地面运动的速度或加速度。 在结构抗震设计中，也是根据地面加速度来计算结 构受到的惯性力。因此，进行振动台试验时，输入 到计算机的地震运动大多为地面运动加速度，相应 的电液伺服作动器的控制目标也应包括加速度。
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分析
8
Lab of Prof. Tian Shizhu
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。
地震模拟振动台试验12次课45
Lab of Prof. Tian Shizhu
15
(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。
Lab of Prof. Tian Shizhu
8
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
Lab of Prof. Tian Shizhu
7
§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。
震动台操作规程
震动台操作规程引言概述：震动台是一种用于模拟地震震动的设备，广泛应用于地震工程、建筑结构抗震性能测试等领域。
为了确保操作的安全性和有效性，制定一份严格的震动台操作规程是必要的。
本文将详细介绍震动台操作规程的内容，包括前期准备、操作流程、安全注意事项和操作结束后的处理。
一、前期准备1.1 设备检查在进行震动台操作前，首先要进行设备检查，确保设备处于正常工作状态。
包括检查电源线是否接触良好，仪器仪表是否正常显示，传感器是否固定牢固等。
若发现任何异常情况，应及时报修或更换设备。
1.2 数据准备在进行震动台操作前，需要准备相关的数据。
包括地震波数据、试验方案等。
地震波数据是模拟地震震动的基础，可以从地震台站或相关数据库中获取。
试验方案则包括了试验的目的、参数设定、采样频率等内容。
确保数据准备充分和准确，以保证操作的有效性。
1.3 安全措施在进行震动台操作前，必须采取一系列安全措施，以确保操作人员的安全。
首先，操作人员应穿戴好防护装备，包括安全帽、防护眼镜、防护手套等。
其次，应保持操作区域的整洁，防止绊倒或滑倒。
还应注意设备的负荷限制，避免超过设备的承载能力。
二、操作流程2.1 设备启动在进行震动台操作时，首先需要启动设备。
按照设备操作手册的要求，依次打开电源开关、仪器仪表开关，并进行相应的校准。
确保设备正常启动后，进入下一步操作。
2.2 参数设定根据试验方案的要求，对震动台的参数进行设定。
包括振幅、频率、时间等参数。
根据试验需求，可以进行单点或多点震动操作。
在设定参数时，应确保参数的准确性和合理性。
2.3 开始震动设定好参数后，可以开始进行震动操作。
按照试验方案的要求，选择合适的地震波数据，并将其输入到震动台控制系统中。
启动震动台后，可以观察到地震波的模拟震动效果。
在震动过程中，应密切观察仪器仪表的显示，确保震动的稳定性和准确性。
三、安全注意事项3.1 紧急停机在震动台操作过程中，如果发生任何异常情况，如设备故障、地震波异常等，应立即进行紧急停机。
振源与地震模拟振动台-文档资料
3、人为振源
3.1 机械式激振器和偏心式起振机
3.2 电动力式振动台和激振器
3.3 力锤
3.4 地震模拟振动台
3.5 车辆振动
.
3.6 爆破
3.7 张拉释放
3.8 人体晃动
4
3.1 机械式激振器和偏心式起振机
由变速电机和恒速电机通过各种变速机构驱动一 个大的质量块产生惯性力从而激起被测对象的振 动。
以液压式应用最为广泛。本节以液压式为
例介绍。
.
16
地震模拟振动台的用途
1．进行各类建筑物模型的动力特性试验； 2．进行各类建筑物模型在地震作用下的破坏机理的
研究； 3．进行各类建筑物模型的抗震措施的研究； 4．进行各种机电设备和设施的耐震试验研究；
.
5．进行各类机电产品的振动例行试验； 6．进行家庭用具和人体在地震作用下的反应研究； 7．在娱乐场所进行地震宣传的科普教育。
车辆振动常用于公路桥、铁路桥、及结构物的振动测试。 桥梁振动实验中，通过采集车辆以不同速度通过桥梁时
桥梁的振动信号来分析桥梁的自振频率、阻尼、振幅、 振型、冲击系数等参数。
.
23
3.6 爆破
爆破可分为岩塞爆破、地下爆破、工业爆破、核爆 破、勘探爆破等。
爆破在工程结构的抗震实验研究、地球物理勘探、 爆破影响场研究以及各种军事目的研究中常被用作 振源。
由于场地微振动随时随地都是存在的，因此这是工程上的 一种重要振源，对于一些超大型的结构物，人工方法极难 有效地激起结构物的振动，因此场地微振动成为了唯一可 以有效利用的振源。
29
4.3 风、火山爆发、泥石流等
风振常引起周期较长、不规则的振动。风振对于一 些“长、高、大”结构的影响非常明显，如斜拉桥、 悬索桥、跨河（谷）输油气管道等。