大剛度試件擬動(dòng)力試驗(yàn)方法.pdf

1、擬動(dòng)力試驗(yàn)是評(píng)價(jià)和研究結(jié)構(gòu)抗震性能的重要手段。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展,現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)越來越趨向于大型化和復(fù)雜化。傳統(tǒng)的縮尺模型試驗(yàn)已經(jīng)難以滿足科學(xué)研究與工程實(shí)際的需要,大比例尺甚至足尺模型試驗(yàn)日益受到重視,因而試件的剛度也往往比較大。在擬動(dòng)力試驗(yàn)中,電液伺服作動(dòng)器常采用位移控制工作模式。但是由于作動(dòng)器自身的位移控制分辨率有限,在進(jìn)行大剛度試件的位移控制加載時(shí),將難以完成小位移命令的控制加載,得到的擬動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果不可靠。因此,開展大剛度試件的

2、擬動(dòng)力試驗(yàn)方法研究是十分必要的,這對(duì)豐富和完善傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)方法具有重要意義。
　　本文以大剛度試件為研究對(duì)象,針對(duì)大剛度試件的擬動(dòng)力試驗(yàn)方法開展研究,主要研究工作及成果如下:
　　(1)為了能清晰地界定大剛度試件的范疇,從試驗(yàn)角度出發(fā)提出了大剛度試件的判別公式,為試驗(yàn)方案的合理制定提供依據(jù)。設(shè)計(jì)制作了一個(gè)單層單開間的足尺磚混結(jié)構(gòu)模型用以模擬一個(gè)單層十個(gè)開間的原型結(jié)構(gòu)。首先對(duì)該模型所用的材料進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn),然后進(jìn)行了該

3、試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诖笳鸺?lì)下的擬動(dòng)力試驗(yàn),用來揭示該類型結(jié)構(gòu)的抗震性能。試驗(yàn)結(jié)果表明該類型結(jié)構(gòu)具有很好的抗震性能,要超出我國抗震規(guī)范中“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。最后對(duì)該模型在小震激勵(lì)下的擬動(dòng)力試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明采用位移控制加載的試驗(yàn)方法將難以完成此大剛度模型在小震激勵(lì)下的擬動(dòng)力試驗(yàn)。
　　(2)進(jìn)行了小位移命令的控制加載試驗(yàn),進(jìn)一步闡述了位移控制加載方法存在的問題。為此,提出了位移與力混合控制的擬動(dòng)力試驗(yàn)方法,該方法引入了外置的高精

4、度位移傳感器來彌補(bǔ)作動(dòng)器自身位移控制分辨率不足的缺點(diǎn)。首先分析了該方法中的比例-積分位移控制器的穩(wěn)定條件和穩(wěn)態(tài)誤差,然后介紹了位移控制器參數(shù)的實(shí)用設(shè)計(jì)方法,最后從數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證的角度闡述了該方法的可行性和有效性。研究表明,該方法可以很好地解決大剛度試件位移控制加載存在的問題。
　　(3)由于大剛度試件的反力通常會(huì)較大,電液伺服作動(dòng)器更適合采用力控制加載模式。鑒于此,提出了基于力控制加載的等效力控制方法。等效力控制方法是一種基于

5、隱式積分方法的采用力反饋控制代替數(shù)值迭代的擬動(dòng)力試驗(yàn)方法。首先分析了采用比例-積分等效力控制器時(shí)等效力控制回路的穩(wěn)定條件和穩(wěn)態(tài)誤差,然后從數(shù)值模擬和真實(shí)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。結(jié)果表明,對(duì)于大剛度試件該方法要優(yōu)于基于位移控制的等效力控制方法。
　　(4)為了融合力控制模式和位移控制模式的優(yōu)點(diǎn),并在擬動(dòng)力試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)兩種模式的自動(dòng)切換,提出了基于位移正反饋的力與位移切換控制方法。首先從理論角度分析了切換控制過程,然后從數(shù)值模