基于MTS-NetSLab系統(tǒng)的多跨橋抗震混合試驗(yàn)方法研究.pdf

1、混合試驗(yàn)源于子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)，是一種集物理試驗(yàn)與數(shù)值模擬于一體的先進(jìn)抗震試驗(yàn)方法，可以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行類似于有限元的精細(xì)化計(jì)算分析，借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以形成功能強(qiáng)大的“網(wǎng)絡(luò)協(xié)同混合試驗(yàn)方法”，此方法是目前國際土木工程學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)前沿課題，國內(nèi)外多個(gè)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)對此進(jìn)行了相應(yīng)的基礎(chǔ)性研究。
　　基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的試驗(yàn)資源和計(jì)算資源，本文針對混合試驗(yàn)方法的基本理論及其在多跨橋中的應(yīng)用展開研究，主要內(nèi)容如下：
　　1.與傳統(tǒng)的子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力

2、試驗(yàn)方法相比較，指出混合試驗(yàn)方法的最大優(yōu)勢在于模型中集成了多個(gè)非線性試驗(yàn)單元，從而可以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為精細(xì)化的整體分析而非單獨(dú)的構(gòu)件分析，并且可以基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將異地分布的多個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室連接起來協(xié)作進(jìn)行大比例或足尺結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，從而共同開展更為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗震試驗(yàn)研究。
　　2.針對土木工程中廣泛應(yīng)用的MTS結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)，基于FlexTest GT控制器及MTS793系列控制軟件，提出了一種基于內(nèi)部命令控制的混合試驗(yàn)方法，利用VB_COM

3、接口程序控制輸入輸出，實(shí)現(xiàn)對GT控制器的控制，進(jìn)一步開發(fā)了三個(gè)程序：站監(jiān)測程序、正弦波加載程序和斜坡加載程序，并將斜坡加載程序嵌入 NetSLab-Tester中，通過建立一個(gè) Master-Slaver網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了 MTS與NetSLab之間的對接集成。在實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行了一根懸臂鋼柱的驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：該方法簡化了試驗(yàn)連接并提高了速度，為混合試驗(yàn)研究提供了一種新方法，但對試驗(yàn)系統(tǒng)硬件和軟件提出較高的要求，并且 Master

4、-Slaver網(wǎng)絡(luò)可以有效地起到保護(hù)系統(tǒng)操作計(jì)算機(jī)的目的。
　　3.針對多跨橋混合試驗(yàn)中一個(gè)柱試驗(yàn)單元，設(shè)計(jì)了4個(gè)鋼筋混凝土短柱模型，基于M. J. N. Priestley et al抗剪承載力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了FRP加固計(jì)算，并進(jìn)行了各種材料的力學(xué)性能測試。為預(yù)先了解試件力學(xué)特性，基于ANSYS和OpenSees兩種軟件建立了未加固短柱和加固短柱的數(shù)值有限元模型，分別進(jìn)行了單調(diào)荷載、擬靜力荷載和地震荷載作用下的非線性數(shù)值模擬。計(jì)算

5、結(jié)果表明：FRP加固的主要作用在于提高延性，而對承載力提高幅度較小。
　　4.利用上述設(shè)計(jì)的短柱試件進(jìn)行了未加固短柱和加固短柱的抗震擬靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：FRP加固鋼筋混凝土短柱在小測移范圍內(nèi)基本不改變剛度，更主要的作用是提高構(gòu)件的延性，使剪切破壞向彎曲破壞轉(zhuǎn)化。
　　研究多跨橋混合試驗(yàn)中的數(shù)值積分算法及加載控制方法：研究 ACD-Newmark組合算法和一種限值保護(hù)下外位移加載控制方法，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了連續(xù)斜坡逼近加載技術(shù)

6、。以一個(gè)多跨橋模型結(jié)構(gòu)為例，試驗(yàn)單元為 CFRP加固短柱模型，在實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行了彈性階段、塑性局部破壞以及局部破壞后二次加載三種工況下的驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：合適的誤差限及延遲時(shí)間是確保加載精度和縮短試驗(yàn)時(shí)間的有效手段；在產(chǎn)生塑性變形、局部破壞之后，在一定位移范圍內(nèi)，試件具有穩(wěn)定的二階退化剛度，剛度值約降為未破壞時(shí)的1/3，與擬靜力試驗(yàn)結(jié)果一致，試驗(yàn)結(jié)果為后續(xù)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同混合試驗(yàn)中數(shù)值單元的設(shè)置提供參考。
　　5.為適應(yīng)目

7、前的單自由度網(wǎng)絡(luò)協(xié)同混合試驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了針對多跨橋抗震試驗(yàn)相應(yīng)的兩種簡化方案，并進(jìn)行了 NetSLab軟件的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測試。測試結(jié)果表明：網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)間占整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間比例很小，目前的國內(nèi)及國際網(wǎng)絡(luò)基本能夠滿足混合試驗(yàn)要求。依據(jù) Santa Monica原型橋梁的簡化模型，三校協(xié)作基于國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了四跨三柱橋梁在小震、中震和大震作用下的混合試驗(yàn)；依據(jù)Russion River原型橋梁的簡化模型，四校協(xié)作基于國際網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了六跨五柱橋梁在小震、中