基于OpenSees的子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法研究.pdf

1、在進(jìn)行大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)時(shí)，小比例的模型難以滿足結(jié)構(gòu)的相似條件，因此需要采用大比列或足尺模型進(jìn)行試驗(yàn)，然而進(jìn)行整個(gè)結(jié)構(gòu)的大比例模型試驗(yàn)又不經(jīng)濟(jì)，此時(shí)抗震試驗(yàn)方法中的子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法可以解決該問題。在該方法中，將整體結(jié)構(gòu)劃分為試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)部分和數(shù)值子結(jié)構(gòu)部分，一般將強(qiáng)非線性構(gòu)件或局部結(jié)構(gòu)當(dāng)作試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)來進(jìn)行試驗(yàn)，而將彈性或弱非線性等其余部分作為數(shù)值子結(jié)構(gòu)以進(jìn)行數(shù)值模擬。通過該方法，既能模擬復(fù)雜的恢復(fù)力特性，以更真實(shí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，

2、又能減少試驗(yàn)規(guī)模與降低試驗(yàn)成本。
　　OpenSees作為面向?qū)ο蟮拈_源軟件，而本文基于OpenSees進(jìn)行了子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)程序的開發(fā)，并且通過虛擬子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)來驗(yàn)證。在文中，試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)以模擬的方式實(shí)現(xiàn)，即通過模擬其邊界條件與作動(dòng)器加載方式來進(jìn)行試驗(yàn)。另外借助Tcl腳本類語言，利用OpenSees實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)與數(shù)值子結(jié)構(gòu)間的數(shù)據(jù)交換。最后通過具體的算例，以驗(yàn)證子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法的可行性與有效性。
　　數(shù)值積分方法是擬動(dòng)力

3、試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)，本文介紹了幾種適用于子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法的數(shù)值積分方法。重點(diǎn)對(duì)PCM-Newmark方法與α-OS方法進(jìn)行了對(duì)比分析，具體在精度與穩(wěn)定性方面以及試驗(yàn)效率與試驗(yàn)連續(xù)性等方面，通過算例進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明PCM-Newmark法更適合子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法。
　　探討子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法的基本原理，基于擬動(dòng)力試驗(yàn)中的動(dòng)力方程，建立適用于子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法的動(dòng)力方程。文中初步討論子結(jié)構(gòu)選擇與模型的建立，重點(diǎn)論述子結(jié)構(gòu)邊界條

4、件的模擬以及作動(dòng)器與試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)之間的位移轉(zhuǎn)換關(guān)系，具體介紹子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法中的數(shù)值積分方法與恢復(fù)力模型。同時(shí)詳細(xì)討論非線性時(shí)程分析相關(guān)理論，其包括非線性梁柱單元、結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣與剛度矩陣、結(jié)構(gòu)阻尼矩陣及非線性方程求解，并且以高層鋼框架為算例進(jìn)行時(shí)程分析。另外闡述子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法中的網(wǎng)絡(luò)通信及子結(jié)構(gòu)之間數(shù)據(jù)交換的基本原理。
　　本文闡述基于OpenSees平臺(tái)的子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)方法的具體實(shí)現(xiàn)過程。大致介紹OpenSees中的時(shí)

5、程分析的基本建模過程與命令，重點(diǎn)闡述與子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)相關(guān)的技術(shù)，其包括分析步內(nèi)的參數(shù)修改、模型參數(shù)修改以及實(shí)時(shí)輸出項(xiàng)等。另外，借助網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的過程及技術(shù)，其通過由Tcl腳本文件所編寫的OpenSees接口程序以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)與數(shù)值子結(jié)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)交換。
　　同時(shí)，本文對(duì)防屈曲支撐構(gòu)造及基本原理進(jìn)行簡(jiǎn)單概述。
　　本文重點(diǎn)以帶人字形防屈曲支撐的高層鋼結(jié)構(gòu)為算例，分別以不同樓層處的單個(gè)支撐和多個(gè)支撐為試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行